磷石膏资源化利用 -- 制酸联产水泥新工艺

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磷石膏资源化利用 -- 制酸联产水泥新工艺

刘少文

武汉工程大学化工与制药学院黄冈师范学院化工学院

2012.11. 2贵阳


磷石膏流态化最新研究成果2

磷石膏制酸流程水泥新工艺3

工业实验装置4

报告内容

结论与展望5

磷石膏产生、危害与资源化利用1


一、磷石膏——成为制约磷肥企业发展的瓶颈

地方政府的压力

征地；财政支出；环境问题企业的负担

征地费用；运输与维护费用；关于环境问题的社会责任与义务


磷矿萃取 H3PO4

磷石膏

H2SO4

磷肥

水泥

石膏 CaO

磷石膏资源化利用有效途径之一：

磷石膏制酸联产水泥

磷石膏资源化利用有效途径之一：

磷石膏制酸联产水泥


传统磷石膏制酸联产水泥工艺现状


预热分解烧成

焦炭沙土磷石膏

生料配料

硫酸车间

SO2

熟料粉煤灰石膏

水泥配料均化水泥磨成品

水泥回转窑

幻灯

片11


预热分解烧成生料配料

SO2

熟料特点：水泥产品质量问题过程能耗高气体 SO2 浓度低

新工艺：窑外分解？


二、磷石膏流态化分解最新研究成果

实验装置实验装置

V-1 V-2

I -1

GC

1

2

3

4 5

67

1. 振动装置 2. 加热器 3. 反应管 4. 空气 5. 氮气 6. 流量计 7. 气相色谱图 1 磷石膏流态化分解示意流程图

1. 振动装置 2. 加热器 3. 反应管 4. 空气 5. 氮气 6. 流量计 7. 气相色谱图 1 磷石膏流态化分解示意流程图


计算公式计算公式

%100CaSO

CaSO)(Ψ

4

4

总量试样中

量相当于分解率

CaSCaO

%100CaSO

CaSO1

4

4

量试样中量残留

%100CaSO

CaSOSΦ

4

4 总量试样中

量量相当于脱出的脱硫率

%100CaSO

CaSOS1

4

4

量试样中量量）相当于（固体中残留的

==

= =


焦炭流态化还原分解磷石膏焦炭流态化还原分解磷石膏

900 920 940 960 980 1000 1020

20

30

40

50

60

/%单位

/ ℃温度

分解率脱硫率

0 20 40 60 80 100

0

5

10

15

20

SO2

/%浓度

/ mi n时间

900℃ 980℃ 950℃ 1000℃ 1020℃

图 2 温度对分解率和脱硫率的影响图 2 温度对分解率和脱硫率的影响图 3 温度对 SO2 浓度的影响图 3 温度对 SO2 浓度的影响



0 20 40 60 80 100

0

5

10

15

20

SO2

/%浓度

/ mi n时间

0. 5炭硫摩尔比炭硫 0. 7摩尔比炭硫 0. 6摩尔比炭硫 0. 8摩尔比炭硫 0. 9摩尔比

0.5 0.6 0.7 0.8 0.9

30

40

50

60

/%单位

炭硫摩尔比

分解率脱硫率

图 4 炭硫比对分解率和脱硫率的影响图 4 炭硫比对分解率和脱硫率的影响图 5 炭硫比对 SO2 浓度的影响图 5 炭硫比对 SO2 浓度的影响



80 120 160 200 240 280

40

44

48

52

/%

单位

/ ml / mi n气体流量

脱硫率分解率

0 20 40 60 80 100

0

4

8

12

16

20

SO 2

/%

浓度

/ mi n时间

80ml / mi n 145ml / mi n 200ml / mi n 250ml / mi n

图 6 气体流量对分解率和脱硫率的影响图 6 气体流量对分解率和脱硫率的影响图 7 气体流量对 SO2 浓度的影响图 7 气体流量对 SO2 浓度的影响



0 50 100 150 20025

30

35

40

45

50

55

/%单位

/ mm床层高度

分解率脱硫率

0 20 40 60 80 100

0

5

10

15

20

SO2

/%浓度

/ mi n时间

10mm 50mm 150mm 100mm 200mm

图 8 床层高度对分解率和脱硫率的影响图 8 床层高度对分解率和脱硫率的影响图 9 床层高度对 SO2 浓度的影响图 9 床层高度对 SO2 浓度的影响



分解率 51.98%脱硫率 46.76%SO2 浓度 9.5%

分解率 51.98%脱硫率 46.76%SO2 浓度 9.5%

床层高度200mm

床层高度200mm

炭硫比0.7

炭硫比0.7

温度1020℃

温度1020℃

气体流量145ml/min


最佳条件最佳条件


磷石膏分解反应热量耦合研究磷石膏分解反应热量耦合研究

900 930 960 990 1020

15

30

45

60

75

90

/%

单位

/ ℃温度

脱硫率分解率

0 20 40 60 80 100

0

5

10

15

20

25

SO 2

/%

浓度

/ mi n时间

1020℃ 1000℃ 980℃ 950℃ 900℃

图 10 耦合温度对分解率和脱硫率的影响图 10 耦合温度对分解率和脱硫率的影响图 11 耦合温度对 SO2 浓度的影响图 11 耦合温度对 SO2 浓度的影响



0.6 0.7 0.8 0.9 1.0

55

60

65

70

75

80

/%

单位

炭硫摩尔比

分解率脱硫率

0 20 40 60 80 100

0

5

10

15

20

25

SO 2

/%

浓度

/ mi n时间

0. 8炭硫摩尔比 0. 7炭硫摩尔比 0. 6炭硫摩尔比 0. 9炭硫摩尔比 1. 0炭硫摩尔比

图 12 耦合炭硫比对分解率和脱硫率的影响图 12 耦合炭硫比对分解率和脱硫率的影响图 13 耦合炭硫比对 SO2 浓度的影响图 13 耦合炭硫比对 SO2 浓度的影响



80 120 160 200 240 28050

55

60

65

70

75

80

/%

单位

ml / mi n气体流量

脱硫率分解率

0 20 40 60 80 100

0

4

8

12

16

20

24

SO 2

/%

浓度

/ mi n时间

80ml / mi n 145ml / mi n 200ml / mi n 250ml / mi n

图 14 空气流量对分解率和脱硫率的影响图 14 空气流量对分解率和脱硫率的影响图 15 空气流量对 SO2 浓度的影响图 15 空气流量对 SO2 浓度的影响



分解率 80.94%脱硫率 75.96%

SO2 浓度 13.54%

分解率 80.94%脱硫率 75.96%

SO2 浓度 13.54%

床层高度200mm

床层高度200mm

炭硫比0.8

炭硫比0.8

温度1020℃

温度1020℃



最佳条件最佳条件


磷石膏制酸联产水泥新工艺流程图

磷石膏制酸联产水泥新工艺流程图

三、磷石膏窑外分解新工艺


新工艺参数标定新工艺参数标定

传统磷石膏制酸联产水泥工艺传统磷石膏制酸联产水泥工艺

新型干法水泥工艺新型干法水泥工艺

磷石膏振动流态化分解实验结果磷石膏振动流态化分解实验结果


新工艺系统热平衡示意图新工艺系统热平衡示意图

回转窑(1400~1700K)

分解炉(1100~1400K)

篦式冷却机

出冷却机熟料显热(450K)

入冷却机空气显热(300K)

冷却机排风显热(450k)

一次风与送煤风(300k)煤燃料

出口废气显热(600K)

三次风(1000k)

生料显热(300K)

熟料形成热系统表面散热

燃料燃烧热

蒸发生料中水分耗热

(450K)

出口飞灰显热(600K)

预热器

二次风(1100k)


新工艺系统热平衡示意图新工艺系统热平衡示意图

新工艺热耗： 5840.7080kJ/kg 熟料降低 17.94～ 22.50% 。

新工艺热耗： 5840.7080kJ/kg 熟料降低 17.94～ 22.50% 。

传统工艺热耗：

7118～ 7536 kJ/kg 熟料。

传统工艺热耗：

7118～ 7536 kJ/kg 熟料。


四、新工艺中试装置工艺流程工艺流程


工艺设备工艺设备

旋风筒参数旋风筒参数

投资估算投资估算

合作方式合作方式


谢谢！


五、结论与展望产品路线是成熟的

窑外分解技术在水泥行业已成功应用

水泥产品质量有望提高

过程能耗较传统过程降低 20% 以上

气体 SO2 浓度可调，可控制在 10% 以上，较好满足硫酸生产要求

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