磷石膏制硫酸联产水泥或熟料可行性研究报告(定)(编辑修改稿)

磷石膏制硫酸联产水泥或熟料可行性研究报告(定)(编辑修改稿)内容摘要：

要成分是 CaSO4和 CaSO4 1／ 2H2O， 50％ ～ 70％ 粉尘的粒径 5μ m．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 l／ 2H2O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 425号（现 ），由于前期强度普遍较低，还达不到 ，但后期强度较高，一般会超过 425号（现 ）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 1％ P2O5含量，C3S含量就会降低 ％ ， C2S 含量就会增加 l0． 9％。 国外资料介绍用作原料的石膏中 P2O5含量不能超过 ％，否则会影响水泥质量，而国内普遍以磷石膏 W(P2O5)≤ ％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 21 布的振兴质 量纲要，要求在 2020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，多用于一般小型民宅和道路建设，重点工程都不用。 （ 6） 水泥外观差 用磷石膏制的水泥熟料略带黄色，呈弱酸性。 水泥外观差，对产品的销售有影响（但青岛东方公司介绍，产品顔色可采用粉煤灰调整）。 （ 7）投资高 大部分“四六”工程的总投资为 1亿元左右，建设期约 2年，试生产期约 1年。 从 C厂的投资组成看，建设期及试生产期利息和试生产费用 占总投资的 25％左右，高投资和高利息，严重制约企业的发展，降低了产品在市场中的竞争力。 3 磷石膏制硫酸联产水泥的技术经济分析 磷石膏与石灰石分解制水泥过程的比较 磷石膏与石灰石分解制水泥过程的比较见表 31。 表 31 磷石膏与石灰石分解制水泥过程的比较 22 由表 31可以看出： (1)磷石膏的分解温度比石灰石矿高，而其混料共熔温度则低于石灰石。 由于分解温度和混料共熔温度此较接近，所以磷石膏在窑中的熔融和分解会交替发生或同时发生，熔融料不仅易使窑内壁结圈，而且会将磷石膏包裹起 来，导致分解反应不完全，烧成料质量难以控制。 因此入窑混料的配料必然要准确，对杂质含量和均化程度要求高。 (2)磷石膏的分解是还原反应，不仅要 加入还原剂，并使反应气相的控制呈还原性， 而且为了防止升华硫产生及 CO过多 ,窑尾排出气又要根据窑气制硫酸要求控制气相呈氧化性，同时还要防止气相带出粉尘过多 这就增加了窑操作的复杂性。 (3)磷石膏的分解时间较长 ,消耗的热量较多。 这就必然导致窑的生产强度低，设 备尺寸大。 用磷石膏制硫酸与硫铁矿制硫酸的比较 由于磷石膏分解后窑气中 SO2浓度 (6～ 10 %)比硫铁矿焙烧炉 气中 SO2浓度要低 1／ 2～ 1／ 3,含 SO2 及 O2量较少，含可燃性成份 (包括CO、煤、焦的挥发物质 )较多，加上气体夹带的粉尘粒度小 ,容重轻 (属高温处理后的生料混合物及燃煤后的灰分等 )，其物理化学性质与硫铁矿焙烧炉气中的粉尘明显不同，因此对其的净化、干燥、转化、吸 23 收制酸等过程比常规的硫铁矿制酸技术要复杂得多，而且随着气量和阻力的加大，设备尺寸也大，投资也高。 投资效益分析 投资比较 青岛东方化工厂“四六”工程总投资 9000万元，其中硫酸部分投资占 %，水泥部分占 %，公用工 程占 %。 把公用工程费用分摊到硫酸和水泥部分，硫酸部分投资为 （ /吨硫酸），水泥部分为 （ /吨水泥）。 项目生产能力能达到 6万吨硫酸 /年、 8万吨水泥 /年。 常规 10万吨 /年硫铁矿制酸装置总投资约 2500万元（ 250元 /吨）（不含矿山建设），常规 10万吨 /年硫磺制酸装置总投资约 1200万元（ 120元 /吨）。 磷石膏制酸的投资高于硫铁矿制酸二倍以上，高于硫磺制酸四倍以上。 “四六”工程按水泥产量可达到 8万吨计，以生产能力计的投资为： /吨水泥。 现国家大力推广的新型干法水泥生产线投资均在 300元 /吨水泥以下。 磷石膏制水泥的投资要高于干法水泥生产线的二倍以上。 制硫酸及水泥的成本比较 （ 1）制硫酸成本比较 “四六”工程磷石膏制硫酸的车间成本测算见表 33。 表 33 “四六”工程磷石膏制硫酸的车间成本（元 /吨） 序号 项目 规格 单位 消耗定额 单价 (元 ) 单位成本 24 1 原料及辅料 磷石膏烟气 SO2＞ 7% Nm3 3293 钒触媒 工业 kg 35 液氨 99% kg 石灰 二级 kg 24 轻柴油 一级 kg 4 硫酸 93% kg 2 燃料动力 直流水 自来水 t 12 1 12 循环水 合格 t 107 电 380伏 kwh 84 仪表空气 Nm3 10 1 3 工资和福利 /人年 元 7 4 制造费用 85 5 副产品回收 硫酸铵 二级 kg 6 车间成本 368 （注：以 6万 t/a硫酸，投资 ） 从表 33可见，“四六”工程磷石膏制硫酸的车间成本达到近 370元 /吨。 对其它方法制硫酸的生产成本调查结果如下： 三环公司： 60万吨 /年硫磺制酸装置，硫磺到厂价为 900元 /吨时，抵扣副产蒸气价值，硫磺制硫酸的生产成本为 350元 /吨； 罗平锌电公司 6万吨 /年 冶炼尾气制硫酸装置，制硫酸成本： 230元 /吨； 大理漾濞跃进化工有限公司 12万吨 /年硫铁矿制酸装置，当硫铁矿到厂价 280元 /吨（干重含硫 42%）时，抵扣铁渣出售后，硫铁矿制 25 酸成本约 330元 /吨。 比较上述不同制酸方法，可见磷石膏制硫酸的成本是最高的。 成本高的原因是窑气成本高、制造费用高和能耗高。 （ 2） 制水泥成本比较 “四六”工程磷石膏制水泥的车间成本测算见表 34。 表 34 “四六”工程磷石膏制水泥的车间成本 序号 项目 规格 单位 消耗定额 单价 (元 ) 单位成本 1 原料及辅料 磷石膏 SO3＞ 40% 吨 5 页岩 合格 吨 20 砂岩 合格 吨 18 硫铁矿渣 合格 吨 10 焦炭 合格 吨 600 72 天然石膏 二级 吨 150 钢球 合格 吨 4500 9 耐火材料 合格 吨 2020 3 2 燃料动力 直流水 自来水 t 1 电 380伏 kwh 123 燃料煤 标煤 吨 450 3 工资和福利 /人年 元 22 4 制造费用 70 5 副产品回收 含硫窑气 SO2＞ 7% Nm3 3293 6 车间成本 （注：以 8万 t/a水泥，投资 ） 从表 34可见，“四六”工程磷石 膏制水泥的车间成本要达到 330 26 元 /吨以上。 我国水泥工业的发展目标，到 2020年，新型干法水泥生产要达到水泥总量的 70%以上，限制发展新建设 2020t/d以下的新型干法水泥生产线。 2020年上半年我省新型干法水泥线 为 200元 /吨左右。 立窑生产线的生产成本在 230元 /吨左右。 由比较可见“四六”工程磷石膏制水泥的生产成本比现行其它方法水泥生产成本高。 成本高的原因是焦炭、煤成本高、投资高和能耗高。 对“四六”工程的技术经济评价 （ 1） 磷石膏由于含有结晶水及自由水较大， CaSO4的分解温度又较高， 与石灰石的分解、烧成过程相比具有显著的差异，磷石膏需要的分解温度更高、时间更长，需要先还原后氧化的气氛环境，控制更复杂。 用磷石膏生产水泥所消耗的燃料是石灰石制水泥的 ，其燃料费用约占水泥生产成本的 52%，而石灰石制水泥的燃料 费用则仅占水泥生产成本的 15%左右。 因 此．燃料价格的高低．对磷石膏方案的生产成本影响很大。 (2) 由于 CaSO4分解产生大量的 S02和 C02，理论料耗一般在 ，比通常生产水泥的生料理论料耗 ，因而单位熟料所需的生料量很大，设备的生产效 率较低。 （ 3）“四六”工程的硫酸及水泥设备生产效率比其它生产方法低，加之生产规模小，造成投资高； 27 （ 4）回转中空窑分解、烧成技术成熟，但能耗高，硫酸及水泥生产成本高； （ 5）在目前国内大力发展大硫酸、新型干法水泥的情况下，按“四六”工程的技术水平及投资情况，项目投资无利可图。 4 磷石膏制硫酸联产水泥（或熟料）的技术发展动态 现在世界上利用磷石膏制硫酸、水泥的工业装置多为早期的林茨法（ 我国“四六”工程亦是如此），该工艺采用中空窑，这种工艺由于 CaSO4分解在窑内进行，因而窑的规格一般很大，操作上要求在窑内 保证合理的还原氧化状态，这一过程是较难控制的，熟料质量也不易稳定，而且窑的单位容积产量较低。 主要缺点有：①窑气中 SO2浓度偏低，体积浓度一般仅在 79%；②回转窑热利用率低，单位熟料热耗高达 10600KJ/kg,且单位容积产量低；③回转窑热工制度难以稳定，因为分解带要求微还原气氛，而氧化带要求微氧化气氛，调节难度大，操作不易控制。 ④联产水泥的标号低，质量不易保证。 将磷石膏的分解过程从回转窑内分离出来，使之在流化床内分解，分别得到回转窑废 气和流化床富气 (富含 SO2 )两列气体，组成 磷石膏窑外分解系统，是近五 十年来国内外努力的方向，这一技术道理上可以大幅度提高 产量，降低热耗，稳定操作，而且可相应提高 SO2气浓度 (达 14 ～ 16 %)，因而受到国内外普遍的重视。 世界上一些国家对磷石膏分解制硫酸联产水泥（或熟料）技术的改进和研究进展情况如下。 （ 1）伦兹化学公司与克虏伯公司联合开发了 ，将干 28 法中空窑改进成立筒预热器回转窑工艺，采用悬浮预热器技术以缩小回转窑规格，降低尾气温度，以使烧成热耗下降。 据分析，干法立筒预热器窑可比干法中空窑热耗下降 10%15%。 奥地利林茨化学公司1972年在回转窑 窑尾加装生料预热器获得成功，使熟料热耗降低了15%20%，出窑气温由 800℃降至 425430℃，生料由常温预热到 600℃入窑。 该公司带四钵立筒预热器的磷石膏窑规格为φ 70m，熟料产量 240t/d（原中空回转窑规格φ 90m）。 由于经济原因状况不佳，该公司的磷石膏制酸、水泥生产在上世纪 80年代中期已停产。 德国沃尔芬公司生产上所采用的是三级悬浮预热器回转窑烧成工艺，其特点如下：①采用三级预热器回转窑的生产工艺，因而热耗降低。 CaSO4的分解是在窑尾部进行，由于进第三级预热器的尾气温度降到了 700℃左右，配用三级预热器后，出第一级预热器的废气温度降到 360℃左右，因此德国的研究认为，有三级预热器就可以满足工艺要求。 ②该工艺仍采用干法生产，但限于 CaSO4仍还有一部分在窑内分解，故窑的规格比常规生产水泥熟料的窑长，单位产量投资大。 ③根据 CaSO4分解特点，窑内需要有还原 氧化的分级反应，而这一反应需要控制入窑的空气过剩系数，因而操作上较难掌握。 ④由于窑内进行了 CaSO4的分解和熟料烧成两个过程，因此通过窑内的空气量较大，这样 SO2的浓度相对较低，这对后续的制酸工艺不利。 ⑤ 磷石膏的干燥脱水采用气流 雾化干燥器， 含水的细颗粒石膏仓是一种专用的旋转仓。 （ 2） 1954年，美国 Iowa州立大学 ，根据磷石膏分解 29 特点，提出用流化床分解炉实现磷石膏的分解，并提出划分为还原区和氧化区的双气氛流化床设想。 这是磷石膏流化床分解技术研究的萌芽。 （ 3） 1968年美国衣阿华州立大学和 KEET FEEDS公司联合研究开发了磷石膏流化床分解的新工艺，提出的流化床分解炉结构如 图 41所示。 图 41 美国衣阿华州立大学双层分解炉 该流化床分解炉分成上下两个床层，均以低速流态化操作，下层流化床 进行燃烧及分解反应，上层流化床则用于预热物料。 物料加入上层流化床经层间物料溢流管流入下层流化床，分解之后物料经下层溢流管排出。 以天然气为燃料，提供不足量的空气燃烧产生还原气氛。 分解流化床温度控制在 1200。