專利名稱：等離子分解石膏的方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種石膏分解制硫酸和石灰的工藝方法，屬于化工、建材行業(yè)的生產(chǎn)技術(shù)及工業(yè)副產(chǎn)石膏廢渣資源綜合利用和環(huán)境保護(hù)治理領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
石膏分解技術(shù)的研究始于20世紀(jì)初。1916年，德國(guó)的繆勒和闊納(Muller Kuhne) 開發(fā)天然石膏生料在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)分解并制造硫酸和水泥技術(shù)取得了成功，建立了中試裝置； 其后，英國(guó)、德國(guó)、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)硫酸和水泥裝置，由于分解SO2濃度低投資大、熱耗高、運(yùn)轉(zhuǎn)率低、經(jīng)濟(jì)效益差的原因，在上世紀(jì)70年代先后停產(chǎn)。1968年美國(guó)IowA大學(xué)開發(fā)了雙層流化床分解石膏工藝，其上層床控制還原氣氛， 在較低溫度下將CaSO4分解為CaS和；分解的CaS進(jìn)入下層流化床，下層床控制氧化氣氛將CaS氧化成CaO和S02。分解的CaO可煅燒成水泥，也可做熟石灰使用氣體濃度較高，用于制造硫酸。上世紀(jì)70—80年代前蘇聯(lián)推出了在同一流化床控制還原、氧化兩種氣氛的工藝，其原理與IowA大學(xué)相似，在一定高度的流化床內(nèi)下部加入石膏并控制還原氣氛在較低溫度下將CaSO4分解為CaS和；在流化床上部控制氧化氣氛將CaS氧化成CaO和 S02。以上兩種方法是在流態(tài)化進(jìn)行的，分解SO2濃度高、熱耗低、投資少，使用前景好，但未工業(yè)化生產(chǎn)。1985年德國(guó)Lurgi公司推出了循環(huán)流化床工藝，完成了日處理10 t石膏的中間試驗(yàn)，取得了豐富的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。在此基礎(chǔ)上美國(guó)科學(xué)探險(xiǎn)公司與上世紀(jì)90年代開發(fā)了閃速流化床工藝，其主要參數(shù)流化速度高，設(shè)備規(guī)格小。1991年美國(guó)聯(lián)合礦物公司公布了采用流化床分解磷石膏建設(shè)年產(chǎn)250萬t硫酸的大型工廠，但至今未見進(jìn)展報(bào)道。近幾年，印度、摩洛哥、突尼斯等國(guó)的技術(shù)人員在此領(lǐng)域也有新的研究成果，但無很大突破。我國(guó)在總結(jié)國(guó)內(nèi)外技術(shù)的基礎(chǔ)上，取得在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)利用鹽石膏、磷石膏、天然石膏、脫硫石膏分解制造硫酸與水泥的成功，并在上世紀(jì)末建設(shè)8套生產(chǎn)裝置，最大的達(dá)到年產(chǎn)磷石膏制20萬噸硫酸聯(lián)產(chǎn)30萬噸水泥的規(guī)模。但是各裝置都存在投資高、熱耗大、動(dòng)力消耗大、經(jīng)濟(jì)效益差的缺點(diǎn)，所以有的已停產(chǎn)。在上世紀(jì)90年代進(jìn)行“循環(huán)流化床分解磷石膏制硫酸聯(lián)產(chǎn)水泥”國(guó)家“八五”重大科技攻關(guān)項(xiàng)目。1990年完成了理論研究，1991年建成了冷態(tài)模型試驗(yàn)裝置并進(jìn)行了試驗(yàn)。1992年建成了處理能力為Mt/d的循環(huán)流化床分解磷石膏熱態(tài)試驗(yàn)裝置。1993年初在熱模試驗(yàn)的基礎(chǔ)上建成了 150t/d硫酸的工業(yè)試驗(yàn)裝置。試燒一年多，消耗了大量的人力和財(cái)力取得了一定的數(shù)據(jù)，證明了石膏生料在旋風(fēng)預(yù)熱器使用的可行性。運(yùn)轉(zhuǎn)周期很不理想，未出合格產(chǎn)品而停止。我國(guó)目前僅工業(yè)石膏年排放量已超過9000萬噸，并逐年增長(zhǎng)。由于工業(yè)副產(chǎn)石膏中含有有害物質(zhì)，任意排放會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染；設(shè)置堆場(chǎng)，不僅占地多、投資大、堆渣費(fèi)用高，而且對(duì)堆場(chǎng)的地質(zhì)條件要求高，長(zhǎng)期堆積會(huì)引起地表水及地下水的污染。如果將石膏分解出石灰和SO2,其用途更廣泛，效益更高。專利號(hào)200810068831的發(fā)明雖然能改變上述問題，但是由于高溫分解易結(jié)疤堵塞、分解率低、運(yùn)轉(zhuǎn)率低、能耗高，也未能應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種等離子分解石膏的方法，采用等離子技術(shù)進(jìn)行石膏的脫硫處理，具有原料取材廣泛，能耗低，投資少、運(yùn)轉(zhuǎn)率高、分解率高的優(yōu)點(diǎn)。為實(shí)現(xiàn)以上的技術(shù)目的，本發(fā)明將采取以下的技術(shù)方案
一種等離子分解石膏的方法，包括以下步驟首先，以石膏粉與煤粉為原料配制生料粉，且煤粉在生料粉中的質(zhì)量比重不超過30%;接著，對(duì)風(fēng)吹輸送的生料粉依次進(jìn)行一次等離子體裂解、二次等離子體裂解以及旋風(fēng)分離器的氣固分離處理，使得旋風(fēng)分離器出氣口輸出的氣體中SA體積分?jǐn)?shù)不低于15%。所述的一次等離子體裂解為采用等離子發(fā)生器產(chǎn)生的等離子體將風(fēng)吹過來的生料粉電離、熱裂化分解，以獲得一次裂解初產(chǎn)物，該一次裂解初產(chǎn)物包括未裂解的生料粉以及裂解產(chǎn)物SO2、石灰；所述的二次等離子體裂解為先采用風(fēng)吹步驟(2)獲得的一次裂解初產(chǎn)物，以將未裂解的生料粉以及裂解產(chǎn)物SO2、石灰初步分離，使得生料粉呈懸浮狀態(tài)，而裂解產(chǎn)物石灰沉降收集，接著再次采用等離子發(fā)生器產(chǎn)生的等離子體將風(fēng)吹至懸浮狀態(tài)的生料粉進(jìn)行二次等離子體裂解，獲得二次裂解產(chǎn)物，該二次裂解產(chǎn)物包括未裂解的生料粉以及裂解產(chǎn)物SO2、石灰，且二次等離子體裂解溫度介于1100°C -1200°C;所述的旋風(fēng)分離器將二次裂解產(chǎn)物作氣固分離處理，該旋風(fēng)分離器出料口輸出的粉末狀固體經(jīng)風(fēng)吹冷卻分離后，將粗顆粒收集，而將細(xì)顆粒再次經(jīng)過二次等離子體裂解處理。所述生料粉的顆粒大小介于20-100um ；所述石膏粉選自天然石膏、工業(yè)副產(chǎn)石膏或者游離水<5%的二水、半水或無水的粉狀石膏；所述煤粉為工業(yè)用煙煤或無煙煤，且煤粉的熱值大于16000 KJ/Kg。本發(fā)明的另一個(gè)技術(shù)目的是提供一種實(shí)現(xiàn)上述等離子分解石膏方法的裝置，包括等離子加料器、第二等離子發(fā)生器、分解爐、旋風(fēng)分離器以及冷卻器；所述分解爐呈立式設(shè)置，且分解爐的底部設(shè)置分解爐進(jìn)風(fēng)口，同時(shí)分解爐進(jìn)風(fēng)口與一次風(fēng)輸送管道連接；所述等離子加料器的出料口、冷卻器的進(jìn)料口、旋風(fēng)分離器的進(jìn)料口、旋風(fēng)分離器的出料口以及第二等離子發(fā)生器的等離子體出口均與分解爐貫通連接，且旋風(fēng)分離器的出料口與分解爐之間的輸料管道上安裝鎖風(fēng)閥；所述冷卻器的進(jìn)風(fēng)口與二次風(fēng)輸送管道連接，而冷卻器的出風(fēng)口則分別通過兩連接管道與等離子加料器、第二等離子發(fā)生器連接，且冷卻器與等離子加料器、第二等離子發(fā)生器之間的連接管道上均安裝調(diào)節(jié)閥；所述第二等離子發(fā)生器與分解爐的連接位點(diǎn)高于等離子加料器與分解爐的連接位點(diǎn)，冷卻器與分解爐的連接位點(diǎn)低于等離子加料器與分解爐的連接位點(diǎn)，旋風(fēng)分離器的進(jìn)料口與分解爐的連接位點(diǎn)高于第二等離子發(fā)生器與分解爐的連接位點(diǎn)，而旋風(fēng)分離器的出料口與分解爐的連接位點(diǎn)低于等離子加料器與分解爐的連接位點(diǎn)。所述分解爐的上部呈圓柱狀，而下部則呈倒錐狀設(shè)置；且分解爐的圓柱狀部分和倒錐狀部分的高度相等。所述等離子加料器包括加料器以及第一等離子發(fā)生器，所述第一等離子發(fā)生器的等離子噴口靠近加料器的出料口設(shè)置，且第一等離子發(fā)生器的等離子噴口的軸線與加料器的出料口軸線垂直。每個(gè)分解爐配備2-4個(gè)等離子加料器，各等離子加料器在分解爐的1/4高度處均勻分布；同時(shí)每個(gè)分解爐配備2-4個(gè)等離子發(fā)生器，各等離子發(fā)生器在分解爐的3/4高度處均勻分布。所述分解爐靠近分解爐進(jìn)風(fēng)口處安裝布風(fēng)板。根據(jù)以上的技術(shù)方案，可以實(shí)現(xiàn)以下的有益效果
1、石膏采用等離子分解技術(shù)，使分解率達(dá)到98%以上，氣體Sh濃度達(dá)到15%以上，比目前分解技術(shù)提高了 50%之多。2.生料分解后生成石灰，用途更廣泛，比在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)分解制水泥熱耗降低 30-40%ο3.此方法工藝簡(jiǎn)單，投資低，不結(jié)疤堵塞，操作簡(jiǎn)單。


圖1是本發(fā)明所述的為等離子分解石膏方法流程示意圖中分解爐ι ；旋風(fēng)分離器2 ；鎖風(fēng)閥3 ；冷卻器4 ；等離子加料器5 ；第二等第二離子發(fā)生器6;調(diào)節(jié)閥7。
具體實(shí)施例方式附圖非限制性地公開了本發(fā)明所涉及優(yōu)選實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；以下將結(jié)合附圖詳細(xì)地說明本發(fā)明的技術(shù)方案。如圖1所示，其提供了一種實(shí)現(xiàn)本發(fā)明所述等離子分解石膏方法的裝置，包括等離子加料器、第二等離子發(fā)生器、分解爐、旋風(fēng)分離器以及冷卻器；所述分解爐呈立式設(shè)置， 且分解爐的底部設(shè)置分解爐進(jìn)風(fēng)口，同時(shí)分解爐進(jìn)風(fēng)口與一次風(fēng)輸送管道連接；所述等離子加料器的出料口、冷卻器的進(jìn)料口、旋風(fēng)分離器的進(jìn)料口、旋風(fēng)分離器的出料口以及第二等離子發(fā)生器的等離子體出口均與分解爐貫通連接，且旋風(fēng)分離器的出料口與分解爐之間的輸料管道上安裝鎖風(fēng)閥；所述冷卻器的進(jìn)風(fēng)口與二次風(fēng)輸送管道連接，而冷卻器的出風(fēng)口則分別通過兩連接管道與等離子加料器、第二等離子發(fā)生器連接，且冷卻器與等離子加料器、第二等離子發(fā)生器之間的連接管道上均安裝調(diào)節(jié)閥；所述第二等離子發(fā)生器與分解爐的連接位點(diǎn)高于等離子加料器與分解爐的連接位點(diǎn)，冷卻器與分解爐的連接位點(diǎn)低于等離子加料器與分解爐的連接位點(diǎn)，旋風(fēng)分離器的進(jìn)料口與分解爐的連接位點(diǎn)高于第二等離子發(fā)生器與分解爐的連接位點(diǎn)，而旋風(fēng)分離器的出料口與分解爐的連接位點(diǎn)低于等離子加料器與分解爐的連接位點(diǎn)。所述分解爐的上部呈圓柱狀，而下部則呈倒錐狀設(shè)置；且分解爐的圓柱狀部分和倒錐狀部分的高度相等。所述等離子加料器包括加料器以及第一等離子發(fā)生器，所述第一等離子發(fā)生器的等離子噴口靠近加料器的出料口設(shè)置，且第一等離子發(fā)生器的等離子噴口的軸線與加料器的出料口軸線垂直。每個(gè)分解爐配備2-4個(gè)等離子加料器，各等離子加料器在分解爐的1/4高度處均勻分布；同時(shí)每個(gè)分解爐配備2-4個(gè)等離子發(fā)生器，各等離子發(fā)生器在分解爐的3/4高度處均勻分布。所述分解爐靠近分解爐進(jìn)風(fēng)口處安裝布風(fēng)板。由此可知，上述實(shí)現(xiàn)等離子分解石膏方法的裝置的工作原理是
等離子加料器5上的等離子發(fā)生器拉弧成功并產(chǎn)生低溫等離子體后，等離子發(fā)生器出口處的等離子體溫度達(dá)到4000 5000°C，在加料器末端形成高溫活化區(qū)。二次風(fēng)攜帶石膏和煤制成的生料粉進(jìn)入等離子加料器5，經(jīng)過高溫活化區(qū)在等離子體的物理化學(xué)作用下迅速電離，熱裂化分解，煤粉被氣化獲得更多的可燃?xì)怏w燃燒，促進(jìn)生料分解，混合高溫氣流(80(TC )進(jìn)入分解爐1下部，在一次風(fēng)吹動(dòng)下懸浮上升并保持一定溫度，到達(dá)上部遇到等第二離子發(fā)生器6產(chǎn)生的等離子體，未分解的生料繼續(xù)分解，使分解爐頂部溫度達(dá)到 Iioo0C -1200°c，生料被充分分解，生成高濃度SO2和石灰，分解產(chǎn)物隨熱氣流(900°C )流出分解爐進(jìn)入旋風(fēng)分離器2中，高速旋流將石灰顆粒與高濃度SA進(jìn)行氣固分離，含>15%的高體積濃度SO2氣體隨熱氣體(550°C)由分離器頂部進(jìn)入制造硫酸系統(tǒng)，分離的石灰返回分解爐1底部，分解物顆粒密度增大，進(jìn)入冷卻器4后經(jīng)二次風(fēng)降溫后排出，未分解的細(xì)顆粒進(jìn)入分解爐1上部再分解，使分解率達(dá)到98%以上。調(diào)節(jié)閥7是調(diào)節(jié)分解爐上下溫度和分解效果用。鎖風(fēng)閥3保證分離器底部不漏風(fēng)。由此可知本發(fā)明采用的原料為石膏和煤，且生料粉末(石膏和煤)顆粒大小都在 20-100um ；所述的石膏可為天然石膏或工業(yè)副產(chǎn)石膏，含游離水<5%的二水、半水或無水的粉狀石膏；煤在生料的含量為0-30%。煤為工業(yè)用煙煤或無煙煤，熱值大于16000 KJ/Kg。 二次風(fēng)將石膏與煤配制的生料粉經(jīng)過等離子加料器5的等離子體高溫活化區(qū)迅速電離、熱裂化分解，進(jìn)入分解爐1內(nèi)，在一次風(fēng)作用下呈懸浮狀態(tài)上升遇到等離子發(fā)生器6產(chǎn)生的等離子體，繼續(xù)熱裂化分解，使分解爐上部溫度達(dá)到1100°C -1200°C，生料充分分解為SO2* 石灰，且分解爐的截面氣速上部為6-8m/s，下部為7-lOm/s。含高濃度的氣體和分解物石灰通過旋風(fēng)分離器2分離，氣體可以制造硫酸；分解物經(jīng)鎖風(fēng)閥3返回分解爐經(jīng)冷卻器4 排除，分解物石灰CaO含量高，可做工業(yè)石灰使用。采用等離子分解技術(shù)，石膏來源廣泛，可為天然石膏或工業(yè)副產(chǎn)石膏，游離水含量小于5%的二水、半水或無水的粉狀石膏，使用的煤為工業(yè)用煙煤或無煙煤，熱值大于16000 KJ/Kg即可。所述的等離子加料器是在普通加料器末端徑向布置一至兩臺(tái)大功率等離子發(fā)生器(300KW)，當(dāng)?shù)入x子發(fā)生器拉弧成功并產(chǎn)生低溫等離子體后，等離子發(fā)生器出口處的等離子體溫度達(dá)到4000 5000°C，在加料器末端形成高溫活化區(qū)。二次風(fēng)攜帶生料粉末經(jīng)過高溫活化區(qū)進(jìn)入分解爐1并產(chǎn)生熱裂化反應(yīng)，同時(shí)伴有化學(xué)反應(yīng)和物理反應(yīng)，煤粉被氣化獲得更多的可燃?xì)怏w燃燒，促進(jìn)生料分解。所述等離子體內(nèi)含有大量化學(xué)活性的粒子，如原子(C、H、0)、原子團(tuán)(OH、H2, 02)、 離子(O2 一、H2 一、OH 一、0 一、H + )和電子等，可加速熱化學(xué)轉(zhuǎn)換，促進(jìn)生料粉末燃燒分解。所述的一次風(fēng)使分解爐內(nèi)物料在懸浮狀態(tài)，二次風(fēng)冷卻分解物后分別進(jìn)入等離子加料器和等離子發(fā)生器。
權(quán)利要求
1.一種等離子分解石膏的方法，其特征在于，包括以下步驟首先，以石膏粉與煤粉為原料配制生料粉，且煤粉在生料粉中的質(zhì)量比重不超過30% ；接著，對(duì)風(fēng)吹輸送的生料粉依次進(jìn)行一次等離子體裂解、二次等離子體裂解以及旋風(fēng)分離器的氣固分離處理，使得旋風(fēng)分離器出氣口輸出的氣體中SA體積分?jǐn)?shù)不低于15%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述等離子分解石膏的方法，其特征在于，所述的一次等離子體裂解為采用等離子發(fā)生器產(chǎn)生的等離子體將風(fēng)吹過來的生料粉電離、熱裂化分解，以獲得一次裂解初產(chǎn)物，該一次裂解初產(chǎn)物包括未裂解的生料粉以及裂解產(chǎn)物SO2、石灰；所述的二次等離子體裂解為先采用風(fēng)吹步驟(2)獲得的一次裂解初產(chǎn)物，以將未裂解的生料粉以及裂解產(chǎn)物SO2、石灰初步分離，使得生料粉呈懸浮狀態(tài)，而裂解產(chǎn)物石灰沉降收集，接著再次采用等離子發(fā)生器產(chǎn)生的等離子體將風(fēng)吹至懸浮狀態(tài)的生料粉進(jìn)行二次等離子體裂解， 獲得二次裂解產(chǎn)物，該二次裂解產(chǎn)物包括未裂解的生料粉以及裂解產(chǎn)物SO2、石灰，且二次等離子體裂解溫度介于1100°C -1200°C ；所述的旋風(fēng)分離器將二次裂解產(chǎn)物作氣固分離處理，該旋風(fēng)分離器出料口輸出的粉末狀固體經(jīng)風(fēng)吹冷卻分離后，將粗顆粒收集，而將細(xì)顆粒再次經(jīng)過二次等離子體裂解處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述等離子分解石膏的方法，其特征在于，所述生料粉的顆粒大小介于20-100um ；所述石膏粉選自天然石膏、工業(yè)副產(chǎn)石膏或者游離水<5%的二水、半水或無水的粉狀石膏；所述煤粉為工業(yè)用煙煤或無煙煤，且煤粉的熱值大于16000 KJ/Kg。
4.一種實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述等離子分解石膏方法的裝置，其特征在于，包括等離子加料器、第二等離子發(fā)生器、分解爐、旋風(fēng)分離器以及冷卻器；所述分解爐呈立式設(shè)置，且分解爐的底部設(shè)置分解爐進(jìn)風(fēng)口，同時(shí)分解爐進(jìn)風(fēng)口與一次風(fēng)輸送管道連接；所述等離子加料器的出料口、冷卻器的進(jìn)料口、旋風(fēng)分離器的進(jìn)料口、旋風(fēng)分離器的出料口以及第二等離子發(fā)生器的等離子體出口均與分解爐貫通連接，且旋風(fēng)分離器的出料口與分解爐之間的輸料管道上安裝鎖風(fēng)閥；所述冷卻器的進(jìn)風(fēng)口與二次風(fēng)輸送管道連接，而冷卻器的出風(fēng)口則分別通過兩連接管道與等離子加料器、第二等離子發(fā)生器連接，且冷卻器與等離子加料器、第二等離子發(fā)生器之間的連接管道上均安裝調(diào)節(jié)閥；所述第二等離子發(fā)生器與分解爐的連接位點(diǎn)高于等離子加料器與分解爐的連接位點(diǎn)，冷卻器與分解爐的連接位點(diǎn)低于等離子加料器與分解爐的連接位點(diǎn)，旋風(fēng)分離器的進(jìn)料口與分解爐的連接位點(diǎn)高于第二等離子發(fā)生器與分解爐的連接位點(diǎn)，而旋風(fēng)分離器的出料口與分解爐的連接位點(diǎn)低于等離子加料器與分解爐的連接位點(diǎn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述實(shí)現(xiàn)等離子分解石膏方法的裝置，其特征在于，所述分解爐的上部呈圓柱狀，而下部則呈倒錐狀設(shè)置；且分解爐的圓柱狀部分和倒錐狀部分的高度相等。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述實(shí)現(xiàn)等離子分解石膏方法的裝置，其特征在于，所述等離子加料器包括加料器以及第一等離子發(fā)生器，所述第一等離子發(fā)生器的等離子噴口靠近加料器的出料口設(shè)置，且第一等離子發(fā)生器的等離子噴口的軸線與加料器的出料口軸線垂直。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述實(shí)現(xiàn)等離子分解石膏方法的裝置，其特征在于，每個(gè)分解爐配備2-4個(gè)等離子加料器，各等離子加料器在分解爐的1/4高度處均勻分布；同時(shí)每個(gè)分解爐配備2-4個(gè)等離子發(fā)生器，各等離子發(fā)生器在分解爐的3/4高度處均勻分布。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述實(shí)現(xiàn)等離子分解石膏方法的裝置，其特征在于，所述分解爐靠近分解爐進(jìn)風(fēng)口處安裝布風(fēng)板。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種等離子分解石膏的方法及其裝置，該方法以石膏粉與煤粉為原料配制生料粉，且煤粉在生料粉中的質(zhì)量比重不超過30%；接著，對(duì)風(fēng)吹輸送的生料粉依次進(jìn)行一次等離子體裂解、二次等離子體裂解以及旋風(fēng)分離器的氣固分離處理，使得旋風(fēng)分離器出氣口輸出的氣體中SO2體積分?jǐn)?shù)不低于15%；該裝置包括等離子加料器、第二等離子發(fā)生器、分解爐、旋風(fēng)分離器以及冷卻器；因此，本發(fā)明采用等離子技術(shù)進(jìn)行石膏的脫硫處理，具有原料取材廣泛，能耗低，投資少、運(yùn)轉(zhuǎn)率高、分解率高的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)C01B17/74GK102367168SQ201110301279
公開日2012年3月7日 申請(qǐng)日期2011年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月28日
發(fā)明者劉飛, 呂天寶 申請(qǐng)人:南京創(chuàng)能電力科技開發(fā)有限公司