磷石膏制硫酸联产水泥或熟料可行性建议书1定Word文档格式.docx

1、焦炭粉则在较低温度下烘干， 使水分含量降低到0.5%以下, 经过干燥的物料， 分别在球磨机中进行研磨， 然后储存于各自的料仓中。生产流程示于图1。经过烘干和磨碎的原料、各种辅助材料， 按照配比的工艺要求， 混合均化， 制得符合要术的生料。图1 磷石膏制硫酸装置示意流程图1干燥窑2料斗3球磨机4回转窑5冷却滚筒生料从窑头进入周转窑，依次经过脱水预热，还原分解和熟料烧成等几个阶段，制成水泥熟料。煤粉和空气自窑尾喷入燃烧，以便使窑内达到烧成和分解所需的温度。制成的熟料从窑尾排出，在冷却滚筒中冷却后送去储存，作为制造水泥的原料。从冷却滚筒出来的热空气进入回转窑， 回收其热量。燃烧气体与石膏分解产生的二

2、氧化硫一起，从窑头排出， 经除尘后送去生产硫酸。硫酸生产装置采用水洗净化，一转一吸的接触法生产工艺。2.3 “四六”工程生产控制要点磷石膏在回转窑中需要依次完成脱水预热、还原分解和烧成三个阶段，既要制得二氧化硫含量较高、符合生产硫酸要求的窑气，又要制成符台要求的熟料，用于生产水泥。因此， 回转窑的操作是整个生产过程的关键。需要严格控制配料比例和窑内的气氛。根据石膏被碳还原生成二氧化硫的还原反应方程式，C与CaS04的化学计量摩尔比应为O.5。在实际生产条件下，有部分焦炭被气体中的氧所氧化,也有部分焦粉被气流夹带出去，所以在配料中碳的实际含量要高于理论值。如果生料中CSO3值降低,或者窑气中O2

3、含量偏高，会使硫酸钙的还原分解率降低，物料中残余CaSO4含量增高。这不但会使硫的回收率降低，而且CaSO4极易与CaO形成低熔点物质，使物料饶结，造成回转窑结圈。反之，生料中CSO3值升高，或者窑气中02含量偏低,将形成还原气氛，产生元素硫磺。元素硫磺会使硫酸生产设备堵塞。为了保证回转窑在适当的气氛下正常操作，在窑气出口处装有氧自动分析仪， 随时监控窑气中氧含量的变化 在通常情况下，从回转窑排出的窑气，氧台量控制在0.6 %1.0%。2.4 “四六”工程与国外同类装置相比的不同技术特点转窑法用磷石膏制硫酸同时生产水泥，与文献资料上报道国外的其它生产工艺比较，“四六”工程装置具有以下特点。（1

4、）采用半水石膏工艺，即入回转窑生料中，水分含量为56， 相当于半水硫酸钙。这种工艺的优点是可以简化石膏干燥设备，降低能源消耗。半水石膏的煅烧温度是18020O，比僵烧石膏的煅烧温度（35O）低得多。同时，半水石膏在回转窑内进一步煅烧，还可回收窑气余热，降低窑气出口温度。实践表明，采用这种工艺， 回转窑的操作没有任何困难。（2）磷石膏中P205 含量可以达到1根据文献资料报道，用作原料的磷石膏中，P2O5含量不能超过0.5 %，否则会影响水泥质量并引起回转窑操作困难，国外往往采用再浆洗涤以除去磷石膏中的水溶性P2O5。“四六”工程使用的磷石膏中P2O5 含量可以达到l%,没有引起操作困难，水泥质

5、量也符合国家标准。将磷石膏中P205允许含量指标提高到1 ，可以大大简化磷酸生产工艺。经调查鲁北化工厂对P205的控制要求可放宽到1.5% 。我国“四六”工程所用磷石膏原料，均不洗涤。2.5 “四六”工程关键工艺设备选型银山厂及什邡厂“四六”工程主要工艺设备选型见表2-1。青岛东方化工厂“四六”工程主要工艺设备规格及操作条件见表2-2。表2-1 银山厂及什邡厂“四六”工程主要工艺设备选型表2-2 青岛东方“四六”工程主要设备规格及操作条件2.6 磷石膏制硫酸、水泥对原料的要求2.6.1 对生产原料成分的控制要求磷石膏制硫酸、水泥“四六”工程装置使用的主要原料是磷酸工业副产的磷石膏和焦炭。辅助原

6、料为粘土，燃料为煤粉。对各种物料的主要要求如下（以青岛东方化工厂提供为主）：（1） 磷石膏为使转窑窑气中二氧化硫达到一定浓度，保证硫酸装置的正常生产，磷石膏中w（S03）不应低于40% （以二水基计）。经了解，鲁北化工总厂在硫量不够时，采用盐场副产的盐石膏作为补充原料。 P2O5的存在，会使熟料中C3S含量降低，影响水泥的早期强度。磷石膏中w（P2O5）应1 %。（鲁北化工厂对w（P2O5）的要求已放宽到1.5%。少量的氟可降低P2O5 的有害影响并使烧成温度降低。然而，氟含量过高，会破坏转窑的衬里并影响熟料的性能。磷石膏中w（F）应O.3% 。SiO2 含量过高，会使饶成过程发生困难并影响水

7、泥质量。磷石膏中w（SiO2）应8.鲁北化工总厂磷石膏的主要化学成分见表2-3。表2-3 鲁北化工总厂磷石膏的主要化学成分（二水基）成分SO3CaOSiO2P2O5FMgOFe2O3Al2O3W%42.6530.325.840.820.130.490.410.60 国内部分厂对入窑半水磷石膏化学成分的要求见表2-4。表2-4 对半水石膏主要化学成分的控制要求（W%）厂名甲厂48354.011.20.50.40.6乙厂47325.51.00.31.31.6丙厂48.7235.324.680.250.611.42 由表2-4可见，各企业对入窑半水磷石原料的组成要求不尽相同。（2） 焦炭作为还原剂的

8、焦炭，挥发分含量不能超过5 。这是因为，大部分挥发分将随窑气进入硫酸生产设备，它们将在转化器中燃烧，生成水蒸汽。这会造成设备的腐蚀，并使尾气中酸雾含量升高。焦炭中固定碳含量应不低于7O 。还原过程需要使用焦粉，可利用冶金工业筛余的废料，做到综合利用。（3） 燃料在当地条件下，与其它燃料比较，煤的来源充足， 价格低廉， 可用煤作燃料。煤的质量对窑气浓度和熟料的机械强度都有很大影响，所以需要选用质量较好的煤。一般要求挥发分25% ，灰分20 ，热值250OOkJkg（6OO0kcalkg）。（4）青岛东方化工厂“四六”工程对原、燃料主要成分的要求表2-5 青岛东方化工厂原、燃料主要成分要求（质量分

9、数）2.6.2 对生料的粉碎要求磷石膏具有较高的细度，小于80m的颗粒占80%以上，可不经粉磨与其它辅料的粉磨产品混合均化制得合格生料。对其它辅料的粉磨细度要求为：80m颗粒过筛率达90%以上。2.6.3 生料成分主要技术指标（W%）（青岛东方化工公司提供）烧失量14SiO2 = 9.O10.0SO3 40Fe2O3 0.8Al2O3 2.0P2O5 1C = 4.8 0.4表2-6 青岛东方厂入窑生料全分析（年平均值）2.6.4 生料配料“三率一比”（1）青岛东方化工公司 饱和系数KH = 1.0 0.03 硅酸率N = 4.0 0.3 铝氧率P = 2.3 碳硫比N（C）/n（SO3）=0

10、.650.72表（2） 国内部分厂 表2-7 生料的配比W（SO3）%KHNPC/S401.00.32.30.690.041.050.053.02.50.710.0342.361.173.142.690.672.6.5 水泥熟料成份与率值（青岛东方化工公司提供）（1） 水泥熟料成份（W%） SiO2 = 21.523.5Fe2O3 = 1.6 2.0Al2O3 = 3.5 4.5CaO = 65 67表2-8 青岛东方厂出窑熟料化学分析（年平均值）（2） 水泥熟料率值（青岛东方化工公司提供）KH = 0.850.02H = 3.20.2P = 2.32.7 “四六”工程生产运行考核情况（1）“

11、四六”工程装置的72小时连续运行考核银山、什邡两套首批“四六”工程装置经过一年的试生产和调整后，生产转入正常。95年12月四川化工厅组织了对银山、会邡两套“四六”工程装置的72小时连续运行考核。考核结果表明，两套“四六 装置生产能力已达到和超过设计能力，产品质量、主要工艺技术指标、消耗定额和技术经济指标达到了设计要求，工程设计是成功的，工艺技术是成熟的、可靠的。72小时生产技术考核结果和设计指标列于表2-9。表2-9 水泥装置72小时生产技术考楼结果从表2-9可以看出，银山厂回转窑72小时考核水泥熟料平均产量5.088th，什邡厂为6.45th,匀超过了设计能力。出窑窑气中SO2气浓度高于设计

12、指标（山东建材工业设计院提供）。据调查，国内七套“四六”工程装置都通过了生产考核，装置能够长期运行，正常生产。当时各厂水泥产品质量均为425号（相当于现在的32.5号），鲁北称可达到525号（相当于现在的42.5号），但未见产品。从无棣县建筑工地上找到鲁北化工总厂出品的水泥，标号为32.5号。国内“四六”工程出口窑气SO2浓度一般为7-9%，经配气后进转化器的窑气SO2浓度为4-5.5%，可以实现系统的自热平衡，SO2转化率为93-95%。硫酸产品有93%酸和98%酸两种。（2）“四六”装置生产时原料及燃料动力消耗情况青岛东方化工厂提供的其2002年七月正常生产时的生产考核结果如下：1 生产水

13、泥产品（32.5号）消耗定额（吨/吨水泥）磷石膏（半水） 2.002烘干煤 0.231无烟煤 0.11黄砂 0.191烧成煤 0.245天然石膏 0.04混合材 0.07耗电 129.98（KWH）耗水 0.4512 生产硫酸产品（100%）消耗定额（吨/吨硫酸）耗电 101.39 （KWH）耗水 1.727 2.8 “四六”工程回转窑生产水平及出窑气成份不同石膏或磷石膏制硫酸联产水泥装置回转窑的生产指标比较见表2-3。青岛东方化工公司窑尾出口窑气成份见表2-4。不同石膏原料窑尾出口窑气SO2、O2浓度的比较见表2-5。表2-5 煅烧石膏生料的回转窑生产指标生产厂规格（m）长径比（L/D）产量

14、（t/h）单位容积产量kg/m3h单位表面积产量kg/m2单位截面积产量入窑原料波兰维佐夫厂3.385.425.97.1614.239.741216僵烧磷石膏德国考斯维希厂3.28025817.511.81398硬石膏奥地利林茨厂4.69019.620.818.431658德国沃尔芬厂7021.95.2138.76909僵烧石膏南非phalabara4.210725.4814.612.0410.351404.13英国华爱脱海汶3.420.66.9414.111.69980英国汶尼斯3.811028.99.389.68.231100“四六”工程3.08829.3612.858.151131半水磷

15、石膏云南磷肥厂3.512034.2910-1112.128.971454.1表2-6 青岛东方化工公司窑尾出口窑气成份成 份SO27.09.00.040.08CO0.5CO21719O20.51.5N272.5NOX0.00920.014CnHm微50-100g/Nm3尘200g/Nm3注：窑气量：3213743251Nm3/h（干）表2-7 不同石膏原料窑尾出口窑气SO2、O2浓度原料（W）%窑尾出口窑气SO2浓度W%O2浓度硬石膏SO347.58-91.0硬石膏SO357.079-100.56僵烧磷石膏SO3 5590.5鲁北化工总厂磷石膏和盐石膏SO3 43.28.45枣庄磷肥厂天然石膏

16、SO3 40.237-80.5-1.0青岛东方化工厂磷石膏SO3 41.497-90.5-1.5由表2-6可见，我国“四六”工程煅烧回转窑（鲁北）的单台产能与各国相比偏小；中空窑单位容积产量与国外水平基本一致。由表2-7可见，石膏原料中SO3的含量对窑尾出口窑气SO2浓度影响极大。我国“四六”工程采用磷石膏为原料，w（SO3%）43，窑尾出口窑气（SO2）%只能达到7-9，由此决定了只能采用一转一吸的制酸工艺。2.9 “四六”工程投资情况及主要技术经济指标对银山、什邡两厂“四六”工程正常投产后进行核算和工程造价决算，主要技术经济指标见表2-8。表2-8 工程投资主要技术经济指标 注：山东建材工

17、业设计院提供由表2-8可见两厂“四六”工程竣工造价都接近1亿元人民币。青岛东方化工厂项目主要技术负责人介绍该厂“四六”工程的固定资产投资约为9000万元。2.10“四六”工程生产技术的可靠性及来源 我国在20世纪90年代中后期共建成投产七套“四六”工程装置，均是以磷石膏为原料。经调查，七套装置均能达产达标，正常生产，生产技术是成熟可靠的。在投产后一定时期内，有4套（鲁北、鲁西、青岛东方、河北遵化）取得良好社会效益和经济效益，另外3套经济益较差。投资情况及经济效益很大程度上受地域环境的影响。 全国第一套鲁北化工总厂“三四六”工程装置中水泥部分设计由山东建材工业设计院承担；硫酸部分设计由南化公司设

18、计院承担。其余六套的水泥部分均由山东建材工业设计院设计，硫酸部分分别由南化公司设计院、山东化工规划设计院、四川化工设计院（1套）承担。“四六”工程技术的核心在于生料的转化、培烧，即水泥部分，硫酸部分的一转一吸或二转两吸工艺是成熟技术。项目的集成设计主要由山东建材设计院承担。经了解，承担“四六”工程水泥部分设计的几个主要工艺负责人已退休，但仍在做相关技术工作，在这次调研中，与他们建立了联系。“四六”工程的集成设计可选山东建材工业设计院或由原主要工艺设计负责人领办的工程公司承担，硫酸部分设计可选南化公司设计院承担。青岛东方化工公司“四六”工程运行情况是较好的之一，98年全国“四六”工程增效节能现场

19、会在该公司召开。该公司自1996年投产，到2004年停产，共连续运行了八年。该公司“四六”工程主要技术负责人（现公司化建厂厂长）具有较丰富的开车经验，他表示可提供开车技术服务。湖南拟建的两个硬石膏制硫酸、水泥工程，均请他为生产技术顾问。2.11 “四六”工程在运行中存在的一些问题 （1）由于石膏的脱水、分解、烧成在一个回转窑中进行，窑内操作气氛控制十分困难。如控制不当，将会影响水泥熟料的质量和产生升华硫，降低运转率。（2）热利用率不理想，能耗高，窑的生产强度低，既增加基建投资，又影响经济效益。 燃料煤的消耗占水泥车间成本30以上。磷石膏生料煅烧制备水泥熟料的理论热耗为71007600 kJ/k

20、g熟料。在实际生产过程中，热耗高达8380 kJkg熟料。根据磷石膏制硫酸联产水泥烧成工艺与热耗分析，回转窑窑体散热占烧成热耗的21 ,窑气显热占烧成热耗的27，回转窑的热效率仅为4245。热耗增加不仅燃料消耗大增加水泥成本，而且还因窑气量增加，致使窑气中S02浓度降低，增加了硫酸生产系统的建设投资，增大了动力消耗 增加了硫酸生产成本。（3） 窑气含SO2浓度低，使得硫酸装置投资增大，并只能采用一转一吸流程，转化率低，尾气排放量大，不能符合环保要求。 用磷石膏窑气制酸时，SO2的转化率普遍偏低。原因是:进转化系统制酸气的02SO2值较低 ；窑气中的CO会降低SO2的转化率。此外，因窑气的SO2

21、浓度低，一般采用一次转化工艺，磷石膏制硫酸的转化器结构只能按低浓度SO2转化的特点进行设计，与硫铁矿和硫磺制硫酸的二次转化工艺相比，在规模相同时，磷石膏制硫酸窑气量要增大60 100。由于窑气中含CO、CnHm 及NOX ，既可能影响SO2的转化，还会影响SO3 的吸收操作，使吸收率下降，产品酸质量变差，酸雾生成量增高。目前，国内磷石膏制硫酸装置均采用一次转化并增设氨吸收尾气的工艺，上述因素对氨法吸收尾气SO2也有不良影响，导致排放尾气雾量大，环境条件差。而SO3也会影响氨法吸收操作和亚硫酸铵的质量。（4） 出窑气除尘效率低。目前，国内多数采用“文一泡一复一电”水洗净化窑气，由于窑气中粉尘的主

22、要成分是CaSO4和CaSO412H2O，50 70 粉尘的粒径 5m且CaSO4有较强的吸水性，尘的密度较小，文氏管洗涤器和泡沫塔对这种粉尘的净化效果不理想，普遍反映除尘效率较低。如：C厂因大量粉尘进入电除雾器，CaSO4和CaSO4 l2H2O吸水生成CaSO 2H20具有一定的粘性，粘在电极上较难自行脱落。电除雾器极线积尘严重，有时3天就需冲洗一次。为了提高除尘效率，只得加大净化水量。水量的增加，降低了净化出水的温度，即使增大脱吸塔气量，仍难保证SO2的脱吸率，既降低了进转化器气浓度，又增加了硫的损失和污水的处理量。（5） 水泥产品标号低、前期强度低“四六”工程用磷石膏制得的水泥标号多为

23、425号（现32.5号），由于前期强度普遍较低，还达不到32.5号硅酸盐水泥的标准，但后期强度较高，一般会超过 425号（现32.5号）水泥的标准。产生这种情况的原因是熟料中C3S（硅酸三钙）含量少、C2S（硅酸二钙）含量高。C3S水化作用快，几小时就能凝结硬化，强度的绝对值和增进率均很高。而C2S的早期强度低，后期强度增进率高。以磷石膏为原料生产的水泥熟料，磷石膏中含有一定量的P205，P205与CaO生成共熔体，占用了一定量的CaO，使C3S含量降低。据分析，生料中每增加1P2O5含量，C3S含量就会降低9.9 ，C2S 含量就会增加l09。国外资料介绍用作原料的石膏中P2O5含量不能超过0.5，否则会影响水泥质量，而国内普遍以磷石膏W（P2O5）1.0为指标。目前我国国际交往日益增多，水泥产品的质量标准及检验方法与国际接轨势在必行。国务院发布的振兴质量纲要，要求在2010年前我国产品85%要采用国际标准。提高磷石膏制水泥熟料的早期强度，不仅是为了满足当前市场需求的问题，而且是将来与国际标准接轨的大事。据了解，我国磷石膏制水泥由于早期强度差，多用