專利名稱：一種由煙氣脫硫石膏生產(chǎn)水泥和硫酸的方法
技術領域：
本發(fā)明屬于水泥和硫酸的生產(chǎn)方法，具體涉及由煙氣脫硫石膏生產(chǎn)水泥和硫酸的方法。
背景技術：
石膏制硫酸和水泥技術的研究始于20世紀初。1916年，德國的繆勒和闊納開發(fā)天然石膏制硫酸和水泥技術，并建立了中試裝置，其后英國、法國、波蘭、奧地利、南非等相繼建成了以天然石膏、硬石膏和磷石膏為原料生產(chǎn)硫酸和水泥的裝置，并投入生產(chǎn)，其平均生產(chǎn)能力為日產(chǎn)硫酸和水泥熟料各160噸。由于技術、能耗等多方面的原因，上述工廠的生產(chǎn)裝置均相繼關閉停產(chǎn)。進入八十年代，由于磷肥生產(chǎn)過程大量排放的磷石膏受到堆放條件和環(huán)保條件的限制，磷石膏的綜合利用引起人們的關注，西方發(fā)達國家及磷肥生產(chǎn)大國又開展了磷石膏制硫酸聯(lián)產(chǎn)水泥新技術的研究工作，但至今尚無成功的報道。我國從五十年代開始開發(fā)利用石膏制硫酸和水泥技術的研究工作，六十年代國家組織有關單位數(shù)百名專家聯(lián)合攻關，30多年耗費大量資金，但由于某些技術問題沒有有效解決，未能實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。魯北化工股份有限公司經(jīng)過22年的艱苦奮斗，歷經(jīng)小試、中試、產(chǎn)業(yè)化、大型化，終于攻克了大窯結(jié)圈、設備堵塞這一世界技術難關，通過控制弱氧化氣氛，創(chuàng)造出了半水流程及高硅酸率配料的工藝，解決了水平衡、熱平衡、酸平衡等一系列技術難題，取得了鹽石膏、磷石膏、天然石膏制硫酸聯(lián)產(chǎn)水泥的成功，填補了我國和世界石膏制酸技術的空白，獲得國家發(fā)明專利。近幾年來魯北化工股份有限公司通過技術創(chuàng)新，又取得了旋風預熱器窯分解石膏制硫酸和水泥技術等多項重大科技成果，被列入我國《國民經(jīng)濟和社會發(fā)展“九五”計劃和2010年遠景目標綱要》的“年產(chǎn)15萬噸磷銨、20萬噸磷石膏制硫酸聯(lián)產(chǎn)30萬噸水泥”國家放大示范工程，已于1999年建成投產(chǎn)并通過預驗收，成為世界上技術先進、規(guī)模最大的聯(lián)產(chǎn)裝置。但由于煙氣脫硫石膏是近幾年來國家加大環(huán)境保護力度，引進國外先進的石灰石——石膏濕法煙氣脫硫技術后的產(chǎn)物，因此脫硫石膏制水泥和硫酸的研究尚少，到目前為止尚無成功的報道。
本發(fā)明是對《一種由石膏生產(chǎn)硫酸的方法》(申請(專利)號88109693.8)的拓展?！兑环N由石膏生產(chǎn)硫酸的方法》是關于從鹽石膏、磷石膏或天然石膏等制造硫酸，同時生產(chǎn)水泥的方法。原技術中對煙氣脫硫石膏未涉及。煙氣脫硫石膏與其它石膏有很大的差別煙氣脫硫石膏是鍋爐煙氣中的SO2被石灰石或石灰漿液吸收后氧化生成的產(chǎn)物，由于作為吸收劑的石灰石或石灰的純度高，主要成份含量比較固定，因此生成的產(chǎn)物煙氣脫硫石膏品質(zhì)較好，主要成份CaSO4·2H2O的含量也比較穩(wěn)定，有利于用來作為制硫酸和水泥的原料。與磷石膏和鹽石膏比較，煙氣脫硫石膏不含P2O5等有害成份，F(xiàn)-的含量也很少，不會因為這些少量物質(zhì)的存在而影響產(chǎn)品的質(zhì)量以及對生產(chǎn)設備造成額外的腐蝕。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題是克服上述現(xiàn)有技術的缺陷，提供一種工藝簡單，能耗低，效益高，不含有害成分，對設備不會造成額外腐蝕的利用煙氣脫硫石膏生產(chǎn)水泥和硫酸的方法。
為解決上述技術問題，本發(fā)明采用以下技術方案1.將煙氣脫硫石膏進行干燥，脫除石膏中的全部游離水和部分結(jié)晶水，生成半水石膏；2.將上述半水石膏加入含有三氧化二鐵、三氧化二鋁和二氧化硅的物質(zhì)，并加入含碳物質(zhì)一起混合，加熱升溫至900～1450℃，得二氧化硫氣體和水泥熟料；3.將上述所得的二氧化硫氣體經(jīng)文氏管、泡沫塔洗滌凈化后，除去煙氣中夾帶的灰塵，再經(jīng)電除霧器除霧，并用濃硫酸干燥，以除去窯氣中的水分，最后采用“二轉(zhuǎn)二吸”硫酸生產(chǎn)方法將二氧化硫氣體制成工業(yè)硫酸。
所述含有三氧化二鐵、三氧化二鋁和二氧化硅的物質(zhì)為粘土、硫鐵礦渣、粉煤灰或它們的組合物，所述含碳物質(zhì)為工業(yè)無煙煤、焦炭或它們的組合物，由上述物質(zhì)所燒成的水泥熟料的率值石灰飽和系數(shù)KH為0.9～1.10，硅酸率SM為2.3～4.4，鐵率IM為1.5～3.40，所述含碳物質(zhì)的含碳量煙氣脫硫石膏中的含硫量的摩爾比為0.65～0.75，所述“二轉(zhuǎn)二吸”硫酸生產(chǎn)方法為干燥后的二氧化硫氣體進轉(zhuǎn)化爐一段轉(zhuǎn)化，在釩觸媒作用下將二氧化硫轉(zhuǎn)化為三氧化硫，一次轉(zhuǎn)化氣進干吸一吸塔，用濃硫酸吸收轉(zhuǎn)化后的三氧化硫，三氧化硫與濃硫酸中的水生成硫酸產(chǎn)品；未轉(zhuǎn)化完全的窯氣經(jīng)過徑向捕沫器捕集酸沫后再去轉(zhuǎn)化工段進行二次轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化工段來的二次轉(zhuǎn)化氣進干吸工段二吸塔，用二吸質(zhì)量濃度為98％循環(huán)酸吸收第二次轉(zhuǎn)化的三氧化硫，生產(chǎn)硫酸產(chǎn)品。
為更好的理解本發(fā)明的反應原理，以下列出了本發(fā)明的化學反應方程式1.生成半水石膏
2.制備二氧化硫氣體和水泥熟料
3.制備硫酸
本發(fā)明的優(yōu)點是1.充分利用資源，解決了煙氣脫硫石膏堆放占用土地和產(chǎn)生的二次污染問題。采用本發(fā)明后，將脫硫石膏制成商品水泥和工業(yè)硫酸，屬典型的循環(huán)經(jīng)濟開發(fā)。
當前國內(nèi)的煙氣脫硫(二氧化硫)技術，以發(fā)電廠為例，應用比例高達85％的是從國外引進的濕式石灰石——石膏法工藝和設備，每年產(chǎn)生大量脫硫石膏。預計到2010年將產(chǎn)生脫硫石膏1878-2120萬噸/年，到2020年將產(chǎn)生脫硫石膏4400-4643萬噸/年。石灰石——石膏濕法脫硫雖然減輕了煙氣中的二氧化硫污染，但同時又產(chǎn)生了脫硫石膏這樣的副產(chǎn)品，它不僅占用土地堆放，而且會造成二次污染晴天太陽暴曬后，其中含有少量的亞硫酸鈣會分解；到雨天，堆積的脫硫石膏“山”隨時會下塌，沖擊道路和村舍，脫硫石膏經(jīng)雨水沖刷將滲入土地農(nóng)田，污染地表水和地下水，進入食物鏈。如不采取積極有效的措施，它釋放的有害物質(zhì)將對人體造成一定的危害。
2.本發(fā)明使用范圍廣，本發(fā)明既適應火電廠煙氣脫硫石膏利用，也適合任何窯爐煙氣脫硫所產(chǎn)石膏的利用。
3.本發(fā)明工藝簡單，能耗低，效益高。
利用脫硫所產(chǎn)石膏制水泥和硫酸，省去了石灰石礦山開采、破碎、粉磨過程，節(jié)約了投資費用和運行費用。利用水泥燒成的高溫煅燒煙氣換熱，脫除煙氣脫硫石膏中的游離水及部分結(jié)晶水，可使制造水泥的能耗下降15％，利用電廠產(chǎn)生的粉煤灰作為配料，可充分利用粉煤灰中的殘余碳進一步燃燒，以降低煅燒燃料煤消耗。制酸段正常運行時可以維持自身的熱平衡，不需另外耗能加熱煙氣。
經(jīng)綜合測算，本發(fā)明硫酸生產(chǎn)成本為350元/噸，水泥生產(chǎn)成本為118元。均低于目前硫鐵礦制酸和石灰石制水泥的生產(chǎn)成本，因此實施效益較好。


圖1為水泥生產(chǎn)工藝流程圖；圖2為硫酸生產(chǎn)工藝流程圖。
具體實施例方式
本發(fā)明實施例生產(chǎn)工藝流程見圖1和圖2。
實施例11.生料配料所用的原料成分見表1，還原劑為工業(yè)無煙煤，其固定碳質(zhì)量含量為54.68％。
表1生料配料所用原料成分表(單位質(zhì)量％)

2.稱取在80℃下干燥3小時脫除游離水后的煙氣脫硫石膏188.73g、粘土19.15g、硫鐵礦渣2.425g、粉煤灰6.798g和工業(yè)無煙煤17.81g，混合加水壓制成圓柱體樣品后置于表面皿中，投入干燥箱，將干燥箱溫度升至105℃干燥1.5小時，以去除物料中的游離水；然后取出試塊置于剛玉坩堝中投入馬弗爐，慢慢升溫至1250℃溫度，保溫1.5小時，然后再升溫至1450℃，保溫1.5小時，得水泥熟料，熟料率值為KH(石灰飽和系數(shù))0.94；SM(硅酸率)2.5；IM(鐵率)1.55。
對上述所制得的水泥熟料進行化學分析得表2。
表2水泥熟料的分析結(jié)果表(單位質(zhì)量％)

通過水泥熟料率值和熟料中的氧化物含量可計算出熟料的物相組成，現(xiàn)將計算的物相組成列入表3，從表3中分析結(jié)果表明，熟料率值均符合水泥熟料要求。
表3水泥熟料中的物相組成表

3.將上述鍛燒所得的180℃含二氧化硫的窯氣經(jīng)文氏管、泡沫塔洗滌凈化后，除去煙氣中夾帶的灰塵；再經(jīng)電除霧器除霧，用質(zhì)量濃度為93％的濃硫酸干燥，以除去窯氣中的水分；干燥后的窯氣進轉(zhuǎn)化爐一段轉(zhuǎn)化，在釩觸媒作用下將二氧化硫轉(zhuǎn)化為三氧化硫，一次轉(zhuǎn)化氣進干吸一吸塔，用質(zhì)量濃度為98％的濃硫酸吸收轉(zhuǎn)化后的三氧化硫，三氧化硫與98％硫酸中的水生成硫酸產(chǎn)品；未轉(zhuǎn)化完全的窯氣經(jīng)過徑向捕沫器捕集酸沫后再去轉(zhuǎn)化工段進行二次轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化工段來的二次轉(zhuǎn)化氣進干吸工段二吸塔，用二吸質(zhì)量濃度為98％循環(huán)酸吸收第二次轉(zhuǎn)化的SO3，生產(chǎn)硫酸產(chǎn)品，尾氣經(jīng)煙囪放空。
實施例21.同實施例1中1。
2.稱取在80℃下干燥3小時脫除游離水后的煙氣脫硫石膏188.86g、粘土16.67g、硫鐵礦渣2.714g、粉煤灰8.880g和工業(yè)無煙煤17.82g，混合加水壓制成圓柱體樣品后置于表面皿中，投入干燥箱，將干燥箱溫度升至105℃干燥1.5小時，以去除物料中的游離水；然后取出試塊置于剛玉坩堝中投入馬弗爐，慢慢升溫至1250℃溫度，保溫1.5小時，然后再升溫至1450℃，保溫1.5小時，得水泥熟料，熟料率值為KH(石灰飽和系數(shù))0.95；SM(硅酸率)2.3；IM(鐵率)1.6。
對上述所制得的水泥熟料進行化學分析得表4。
表4水泥熟料的分析結(jié)果表(單位質(zhì)量％)

通過水泥熟料率值和熟料中的氧化物含量可計算出熟料的物相組成，現(xiàn)將計算的物相組成列入表5，從表5中分析結(jié)果表明，熟料率值均符合水泥熟料要求。
表5水泥熟料中的物相組成表

3.將上述鍛燒所得的180℃含二氧化硫的窯氣經(jīng)文氏管、泡沫塔洗滌凈化后，除去煙氣中夾帶的灰塵；再經(jīng)電除霧器除霧，用質(zhì)量濃度為93％的濃硫酸干燥，以除去窯氣中的水分；干燥后的窯氣進轉(zhuǎn)化爐一段轉(zhuǎn)化，在釩觸媒作用下將二氧化硫轉(zhuǎn)化為三氧化硫，一次轉(zhuǎn)化氣進干吸一吸塔，用質(zhì)量濃度為98％的濃硫酸吸收轉(zhuǎn)化后的三氧化硫，三氧化硫與98％硫酸中的水生成硫酸產(chǎn)品；未轉(zhuǎn)化完全的窯氣經(jīng)過徑向捕沫器捕集酸沫后再去轉(zhuǎn)化工段進行二次轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化工段來的二次轉(zhuǎn)化氣進干吸工段二吸塔，用二吸質(zhì)量濃度為98％循環(huán)酸吸收第二次轉(zhuǎn)化的SO3，生產(chǎn)硫酸產(chǎn)品，尾氣經(jīng)煙囪放空。
實施例31.同實施例1中1。
2.稱取在80℃下干燥3小時脫除游離水后的煙氣脫硫石膏187.72g、粘土18.28g、硫鐵礦渣2.693g、粉煤灰7.841g和工業(yè)無煙煤17.47g，混合加水壓制成圓柱體樣品后置于表面皿中，投入干燥箱，將干燥箱溫度升至105℃干燥1.5小時，以去除物料中的游離水；然后取出試塊置于剛玉坩堝中投入馬弗爐，慢慢升溫至1250℃溫度，保溫1.5小時，然后再升溫至1450℃，保溫1.5小時，得水泥熟料，熟料率值為KH(石灰飽和系數(shù))0.95；SM(硅酸率)2.3；IM(鐵率)1.6。
對上述所制得的水泥熟料進行化學分析得表6。
表6水泥熟料的分析結(jié)果表(單位質(zhì)量％)

通過水泥熟料率值和熟料中的氧化物含量可計算出熟料的物相組成，現(xiàn)將計算的物相組成列入表7，從表7中分析結(jié)果表明，熟料率值均符合水泥熟料要求。
表7水泥熟料中的物相組成表

3.將上述鍛燒所得的180℃含二氧化硫的窯氣經(jīng)文氏管、泡沫塔洗滌凈化后，除去煙氣中夾帶的灰塵；再經(jīng)電除霧器除霧，用質(zhì)量濃度為93％的濃硫酸干燥，以除去窯氣中的水分；干燥后的窯氣進轉(zhuǎn)化爐一段轉(zhuǎn)化，在釩觸媒作用下將二氧化硫轉(zhuǎn)化為三氧化硫，一次轉(zhuǎn)化氣進干吸一吸塔，用質(zhì)量濃度為98％的濃硫酸吸收轉(zhuǎn)化后的三氧化硫，三氧化硫與質(zhì)量濃度為98％硫酸中的水生成硫酸產(chǎn)品；未轉(zhuǎn)化完全的窯氣經(jīng)過徑向捕沫器捕集酸沫后再去轉(zhuǎn)化工段進行二次轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化工段來的二次轉(zhuǎn)化氣進干吸工段二吸塔，用二吸質(zhì)量濃度為98％循環(huán)酸吸收第二次轉(zhuǎn)化的SO3，生產(chǎn)硫酸產(chǎn)品，尾氣經(jīng)煙囪放空。
權利要求
1.一種由煙氣脫硫石膏生產(chǎn)水泥和硫酸的方法，其特征在于包括以下步驟a.將煙氣脫硫石膏進行干燥，脫除石膏中的全部游離水和部分結(jié)晶水，生成半水石膏；b.將上述半水石膏加入含有三氧化二鐵、三氧化二鋁和二氧化硅的物質(zhì)，并加入含碳物質(zhì)一起混合，加熱升溫至900～1450℃，得二氧化硫氣體和水泥熟料；c.將上述所得的二氧化硫氣體經(jīng)文氏管、泡沫塔洗滌凈化后，除去煙氣中夾帶的灰塵，再經(jīng)電除霧器除霧，并用濃硫酸干燥，以除去窯氣中的水分，最后采用“二轉(zhuǎn)二吸”硫酸生產(chǎn)方法將二氧化硫氣體制成工業(yè)硫酸。
2.根據(jù)權利要求1所述由煙氣脫硫石膏生產(chǎn)水泥和硫酸的方法，其特征在于所述含有三氧化二鐵、三氧化二鋁和二氧化硅的物質(zhì)為粘土、硫鐵礦渣、粉煤灰或它們的組合物；所述含碳物質(zhì)為工業(yè)無煙煤、焦炭或它們的組合物。
3.根據(jù)權利要求2所述由煙氣脫硫石膏生產(chǎn)水泥和硫酸的方法，其特征在于由上述物質(zhì)所燒成的水泥熟料的率值石灰飽和系數(shù)為0.9～1.10，硅酸率為2.3～4.4，鐵率為1.5～3.40；所述含碳物質(zhì)的含碳量∶煙氣脫硫石膏中的含硫量的摩爾比為0.65～0.75。
4.根據(jù)權利要求1或2或3所述由煙氣脫硫石膏生產(chǎn)水泥和硫酸的方法，其特征在于所述“二轉(zhuǎn)二吸”硫酸生產(chǎn)方法為干燥后的二氧化硫氣體進轉(zhuǎn)化爐一段轉(zhuǎn)化，在釩觸媒作用下將二氧化硫轉(zhuǎn)化為三氧化硫，一次轉(zhuǎn)化氣進干吸一吸塔，用濃硫酸吸收轉(zhuǎn)化后的三氧化硫，三氧化硫與濃硫酸中的水生成硫酸產(chǎn)品；未轉(zhuǎn)化完全的窯氣經(jīng)過徑向捕沫器捕集酸沫后再去轉(zhuǎn)化工段進行二次轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化工段來的二次轉(zhuǎn)化氣進干吸工段二吸塔，用二吸質(zhì)量濃度為98％循環(huán)酸吸收第二次轉(zhuǎn)化的三氧化硫，生產(chǎn)硫酸產(chǎn)品。
全文摘要
一種由煙氣脫硫石膏生產(chǎn)水泥和硫酸的方法，其特征在于包括以下步驟將煙氣脫硫石膏進行干燥，脫除石膏中的全部游離水和部分結(jié)晶水，生成半水石膏；加入含有三氧化二鐵、三氧化二鋁和二氧化硅的物質(zhì)，并加入含碳物質(zhì)一起混合，加熱升溫至900～1450℃，得二氧化硫氣體和水泥熟料；將上述所得的二氧化硫氣體經(jīng)文氏管、泡沫塔洗滌凈化后，除去煙氣中夾帶的灰塵，再經(jīng)電除霧器除霧，并用濃硫酸干燥，最后采用“二轉(zhuǎn)二吸”硫酸生產(chǎn)方法將二氧化硫氣體制成工業(yè)硫酸。本發(fā)明的優(yōu)點是充分利用資源，解決了煙氣脫硫石膏堆放占用土地和產(chǎn)生的二次污染問題；既適應火電廠煙氣脫硫石膏利用，也適合任何窯爐煙氣脫硫所產(chǎn)石膏的利用；工藝簡單，能耗低，效益高。
文檔編號C01B17/00GK1958498SQ20061013673
公開日2007年5月9日 申請日期2006年11月24日 優(yōu)先權日2006年11月24日
發(fā)明者申曉東, 馮延林, 王東秋, 謝光輝, 劉仁和, 李勇 申請人:湖南永清脫硫有限公司