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

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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

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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

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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

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传统磷石膏制酸联产水泥工艺现状

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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

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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？

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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

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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

==

= =

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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

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焦炭流态化还原分解磷石膏 焦炭流态化还原分解磷石膏

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

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焦炭流态化还原分解磷石膏 焦炭流态化还原分解磷石膏

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

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焦炭流态化还原分解磷石膏 焦炭流态化还原分解磷石膏

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

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焦炭流态化还原分解磷石膏 焦炭流态化还原分解磷石膏

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

气体流量145ml/min

最佳条件最佳条件

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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

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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

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

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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

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

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焦炭流态化还原分解磷石膏 焦炭流态化还原分解磷石膏

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℃

气体流量145ml/min

气体流量145ml/min

最佳条件最佳条件

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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

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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

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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)

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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。

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四、新工艺中试装置工艺流程 工艺流程

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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

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谢 谢！

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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