专利名称：等离子分解石膏的方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种石膏分解制硫酸和石灰的工艺方法，属于化工、建材行业的生产技术及工业副产石膏废渣资源综合利用和环境保护治理领域。
背景技术：
石膏分解技术的研究始于20世纪初。1916年，德国的缪勒和阔纳(Muller Kuhne) 开发天然石膏生料在回转窑内分解并制造硫酸和水泥技术取得了成功，建立了中试装置； 其后，英国、德国、波兰、奥地利、南非等相继建成了以天然石膏、硬石膏和磷石膏为原料生产硫酸和水泥装置，由于分解SO2浓度低投资大、热耗高、运转率低、经济效益差的原因，在上世纪70年代先后停产。1968年美国IowA大学开发了双层流化床分解石膏工艺，其上层床控制还原气氛， 在较低温度下将CaSO4分解为CaS和；分解的CaS进入下层流化床，下层床控制氧化气氛将CaS氧化成CaO和S02。分解的CaO可煅烧成水泥，也可做熟石灰使用气体浓度较高，用于制造硫酸。上世纪70—80年代前苏联推出了在同一流化床控制还原、氧化两种气氛的工艺，其原理与IowA大学相似，在一定高度的流化床内下部加入石膏并控制还原气氛在较低温度下将CaSO4分解为CaS和；在流化床上部控制氧化气氛将CaS氧化成CaO和 S02。以上两种方法是在流态化进行的，分解SO2浓度高、热耗低、投资少，使用前景好，但未工业化生产。1985年德国Lurgi公司推出了循环流化床工艺，完成了日处理10 t石膏的中间试验，取得了丰富的试验数据。在此基础上美国科学探险公司与上世纪90年代开发了闪速流化床工艺，其主要参数流化速度高，设备规格小。1991年美国联合矿物公司公布了采用流化床分解磷石膏建设年产250万t硫酸的大型工厂，但至今未见进展报道。近几年，印度、摩洛哥、突尼斯等国的技术人员在此领域也有新的研究成果，但无很大突破。我国在总结国内外技术的基础上，取得在回转窑内利用盐石膏、磷石膏、天然石膏、脱硫石膏分解制造硫酸与水泥的成功，并在上世纪末建设8套生产装置，最大的达到年产磷石膏制20万吨硫酸联产30万吨水泥的规模。但是各装置都存在投资高、热耗大、动力消耗大、经济效益差的缺点，所以有的已停产。在上世纪90年代进行“循环流化床分解磷石膏制硫酸联产水泥”国家“八五”重大科技攻关项目。1990年完成了理论研究，1991年建成了冷态模型试验装置并进行了试验。1992年建成了处理能力为Mt/d的循环流化床分解磷石膏热态试验装置。1993年初在热模试验的基础上建成了 150t/d硫酸的工业试验装置。试烧一年多，消耗了大量的人力和财力取得了一定的数据，证明了石膏生料在旋风预热器使用的可行性。运转周期很不理想，未出合格产品而停止。我国目前仅工业石膏年排放量已超过9000万吨，并逐年增长。由于工业副产石膏中含有有害物质，任意排放会造成严重的环境污染；设置堆场，不仅占地多、投资大、堆渣费用高，而且对堆场的地质条件要求高，长期堆积会引起地表水及地下水的污染。如果将石膏分解出石灰和SO2,其用途更广泛，效益更高。专利号200810068831的发明虽然能改变上述问题，但是由于高温分解易结疤堵塞、分解率低、运转率低、能耗高，也未能应用。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种等离子分解石膏的方法，采用等离子技术进行石膏的脱硫处理，具有原料取材广泛，能耗低，投资少、运转率高、分解率高的优点。为实现以上的技术目的，本发明将采取以下的技术方案
一种等离子分解石膏的方法，包括以下步骤首先，以石膏粉与煤粉为原料配制生料粉，且煤粉在生料粉中的质量比重不超过30%;接着，对风吹输送的生料粉依次进行一次等离子体裂解、二次等离子体裂解以及旋风分离器的气固分离处理，使得旋风分离器出气口输出的气体中SA体积分数不低于15%。所述的一次等离子体裂解为采用等离子发生器产生的等离子体将风吹过来的生料粉电离、热裂化分解，以获得一次裂解初产物，该一次裂解初产物包括未裂解的生料粉以及裂解产物SO2、石灰；所述的二次等离子体裂解为先采用风吹步骤(2)获得的一次裂解初产物，以将未裂解的生料粉以及裂解产物SO2、石灰初步分离，使得生料粉呈悬浮状态，而裂解产物石灰沉降收集，接着再次采用等离子发生器产生的等离子体将风吹至悬浮状态的生料粉进行二次等离子体裂解，获得二次裂解产物，该二次裂解产物包括未裂解的生料粉以及裂解产物SO2、石灰，且二次等离子体裂解温度介于1100°C -1200°C;所述的旋风分离器将二次裂解产物作气固分离处理，该旋风分离器出料口输出的粉末状固体经风吹冷却分离后，将粗颗粒收集，而将细颗粒再次经过二次等离子体裂解处理。所述生料粉的颗粒大小介于20-100um ；所述石膏粉选自天然石膏、工业副产石膏或者游离水<5%的二水、半水或无水的粉状石膏；所述煤粉为工业用烟煤或无烟煤，且煤粉的热值大于16000 KJ/Kg。本发明的另一个技术目的是提供一种实现上述等离子分解石膏方法的装置，包括等离子加料器、第二等离子发生器、分解炉、旋风分离器以及冷却器；所述分解炉呈立式设置，且分解炉的底部设置分解炉进风口，同时分解炉进风口与一次风输送管道连接；所述等离子加料器的出料口、冷却器的进料口、旋风分离器的进料口、旋风分离器的出料口以及第二等离子发生器的等离子体出口均与分解炉贯通连接，且旋风分离器的出料口与分解炉之间的输料管道上安装锁风阀；所述冷却器的进风口与二次风输送管道连接，而冷却器的出风口则分别通过两连接管道与等离子加料器、第二等离子发生器连接，且冷却器与等离子加料器、第二等离子发生器之间的连接管道上均安装调节阀；所述第二等离子发生器与分解炉的连接位点高于等离子加料器与分解炉的连接位点，冷却器与分解炉的连接位点低于等离子加料器与分解炉的连接位点，旋风分离器的进料口与分解炉的连接位点高于第二等离子发生器与分解炉的连接位点，而旋风分离器的出料口与分解炉的连接位点低于等离子加料器与分解炉的连接位点。所述分解炉的上部呈圆柱状，而下部则呈倒锥状设置；且分解炉的圆柱状部分和倒锥状部分的高度相等。所述等离子加料器包括加料器以及第一等离子发生器，所述第一等离子发生器的等离子喷口靠近加料器的出料口设置，且第一等离子发生器的等离子喷口的轴线与加料器的出料口轴线垂直。每个分解炉配备2-4个等离子加料器，各等离子加料器在分解炉的1/4高度处均勻分布；同时每个分解炉配备2-4个等离子发生器，各等离子发生器在分解炉的3/4高度处均勻分布。所述分解炉靠近分解炉进风口处安装布风板。根据以上的技术方案，可以实现以下的有益效果
1、石膏采用等离子分解技术，使分解率达到98%以上，气体Sh浓度达到15%以上，比目前分解技术提高了 50%之多。2.生料分解后生成石灰，用途更广泛，比在回转窑内分解制水泥热耗降低 30-40%ο3.此方法工艺简单，投资低，不结疤堵塞，操作简单。
图1是本发明所述的为等离子分解石膏方法流程示意图中分解炉ι ；旋风分离器2 ；锁风阀3 ；冷却器4 ；等离子加料器5 ；第二等第二离子发生器6;调节阀7。
具体实施例方式附图非限制性地公开了本发明所涉及优选实施例的结构示意图；以下将结合附图详细地说明本发明的技术方案。如图1所示，其提供了一种实现本发明所述等离子分解石膏方法的装置，包括等离子加料器、第二等离子发生器、分解炉、旋风分离器以及冷却器；所述分解炉呈立式设置， 且分解炉的底部设置分解炉进风口，同时分解炉进风口与一次风输送管道连接；所述等离子加料器的出料口、冷却器的进料口、旋风分离器的进料口、旋风分离器的出料口以及第二等离子发生器的等离子体出口均与分解炉贯通连接，且旋风分离器的出料口与分解炉之间的输料管道上安装锁风阀；所述冷却器的进风口与二次风输送管道连接，而冷却器的出风口则分别通过两连接管道与等离子加料器、第二等离子发生器连接，且冷却器与等离子加料器、第二等离子发生器之间的连接管道上均安装调节阀；所述第二等离子发生器与分解炉的连接位点高于等离子加料器与分解炉的连接位点，冷却器与分解炉的连接位点低于等离子加料器与分解炉的连接位点，旋风分离器的进料口与分解炉的连接位点高于第二等离子发生器与分解炉的连接位点，而旋风分离器的出料口与分解炉的连接位点低于等离子加料器与分解炉的连接位点。所述分解炉的上部呈圆柱状，而下部则呈倒锥状设置；且分解炉的圆柱状部分和倒锥状部分的高度相等。所述等离子加料器包括加料器以及第一等离子发生器，所述第一等离子发生器的等离子喷口靠近加料器的出料口设置，且第一等离子发生器的等离子喷口的轴线与加料器的出料口轴线垂直。每个分解炉配备2-4个等离子加料器，各等离子加料器在分解炉的1/4高度处均勻分布；同时每个分解炉配备2-4个等离子发生器，各等离子发生器在分解炉的3/4高度处均勻分布。所述分解炉靠近分解炉进风口处安装布风板。由此可知，上述实现等离子分解石膏方法的装置的工作原理是
等离子加料器5上的等离子发生器拉弧成功并产生低温等离子体后，等离子发生器出口处的等离子体温度达到4000 5000°C，在加料器末端形成高温活化区。二次风携带石膏和煤制成的生料粉进入等离子加料器5，经过高温活化区在等离子体的物理化学作用下迅速电离，热裂化分解，煤粉被气化获得更多的可燃气体燃烧，促进生料分解，混合高温气流(80(TC )进入分解炉1下部，在一次风吹动下悬浮上升并保持一定温度，到达上部遇到等第二离子发生器6产生的等离子体，未分解的生料继续分解，使分解炉顶部温度达到 Iioo0C -1200°c，生料被充分分解，生成高浓度SO2和石灰，分解产物随热气流(900°C )流出分解炉进入旋风分离器2中，高速旋流将石灰颗粒与高浓度SA进行气固分离，含>15%的高体积浓度SO2气体随热气体(550°C)由分离器顶部进入制造硫酸系统，分离的石灰返回分解炉1底部，分解物颗粒密度增大，进入冷却器4后经二次风降温后排出，未分解的细颗粒进入分解炉1上部再分解，使分解率达到98%以上。调节阀7是调节分解炉上下温度和分解效果用。锁风阀3保证分离器底部不漏风。由此可知本发明采用的原料为石膏和煤，且生料粉末(石膏和煤)颗粒大小都在 20-100um ；所述的石膏可为天然石膏或工业副产石膏，含游离水<5%的二水、半水或无水的粉状石膏；煤在生料的含量为0-30%。煤为工业用烟煤或无烟煤，热值大于16000 KJ/Kg。 二次风将石膏与煤配制的生料粉经过等离子加料器5的等离子体高温活化区迅速电离、热裂化分解，进入分解炉1内，在一次风作用下呈悬浮状态上升遇到等离子发生器6产生的等离子体，继续热裂化分解，使分解炉上部温度达到1100°C -1200°C，生料充分分解为SO2* 石灰，且分解炉的截面气速上部为6-8m/s，下部为7-lOm/s。含高浓度的气体和分解物石灰通过旋风分离器2分离，气体可以制造硫酸；分解物经锁风阀3返回分解炉经冷却器4 排除，分解物石灰CaO含量高，可做工业石灰使用。采用等离子分解技术，石膏来源广泛，可为天然石膏或工业副产石膏，游离水含量小于5%的二水、半水或无水的粉状石膏，使用的煤为工业用烟煤或无烟煤，热值大于16000 KJ/Kg即可。所述的等离子加料器是在普通加料器末端径向布置一至两台大功率等离子发生器(300KW)，当等离子发生器拉弧成功并产生低温等离子体后，等离子发生器出口处的等离子体温度达到4000 5000°C，在加料器末端形成高温活化区。二次风携带生料粉末经过高温活化区进入分解炉1并产生热裂化反应，同时伴有化学反应和物理反应，煤粉被气化获得更多的可燃气体燃烧，促进生料分解。所述等离子体内含有大量化学活性的粒子，如原子(C、H、0)、原子团(OH、H2, 02)、 离子(O2 一、H2 一、OH 一、0 一、H + )和电子等，可加速热化学转换，促进生料粉末燃烧分解。所述的一次风使分解炉内物料在悬浮状态，二次风冷却分解物后分别进入等离子加料器和等离子发生器。
权利要求
1.一种等离子分解石膏的方法，其特征在于，包括以下步骤首先，以石膏粉与煤粉为原料配制生料粉，且煤粉在生料粉中的质量比重不超过30% ；接着，对风吹输送的生料粉依次进行一次等离子体裂解、二次等离子体裂解以及旋风分离器的气固分离处理，使得旋风分离器出气口输出的气体中SA体积分数不低于15%。
2.根据权利要求1所述等离子分解石膏的方法，其特征在于，所述的一次等离子体裂解为采用等离子发生器产生的等离子体将风吹过来的生料粉电离、热裂化分解，以获得一次裂解初产物，该一次裂解初产物包括未裂解的生料粉以及裂解产物SO2、石灰；所述的二次等离子体裂解为先采用风吹步骤(2)获得的一次裂解初产物，以将未裂解的生料粉以及裂解产物SO2、石灰初步分离，使得生料粉呈悬浮状态，而裂解产物石灰沉降收集，接着再次采用等离子发生器产生的等离子体将风吹至悬浮状态的生料粉进行二次等离子体裂解， 获得二次裂解产物，该二次裂解产物包括未裂解的生料粉以及裂解产物SO2、石灰，且二次等离子体裂解温度介于1100°C -1200°C ；所述的旋风分离器将二次裂解产物作气固分离处理，该旋风分离器出料口输出的粉末状固体经风吹冷却分离后，将粗颗粒收集，而将细颗粒再次经过二次等离子体裂解处理。
3.根据权利要求1所述等离子分解石膏的方法，其特征在于，所述生料粉的颗粒大小介于20-100um ；所述石膏粉选自天然石膏、工业副产石膏或者游离水<5%的二水、半水或无水的粉状石膏；所述煤粉为工业用烟煤或无烟煤，且煤粉的热值大于16000 KJ/Kg。
4.一种实现权利要求1所述等离子分解石膏方法的装置，其特征在于，包括等离子加料器、第二等离子发生器、分解炉、旋风分离器以及冷却器；所述分解炉呈立式设置，且分解炉的底部设置分解炉进风口，同时分解炉进风口与一次风输送管道连接；所述等离子加料器的出料口、冷却器的进料口、旋风分离器的进料口、旋风分离器的出料口以及第二等离子发生器的等离子体出口均与分解炉贯通连接，且旋风分离器的出料口与分解炉之间的输料管道上安装锁风阀；所述冷却器的进风口与二次风输送管道连接，而冷却器的出风口则分别通过两连接管道与等离子加料器、第二等离子发生器连接，且冷却器与等离子加料器、第二等离子发生器之间的连接管道上均安装调节阀；所述第二等离子发生器与分解炉的连接位点高于等离子加料器与分解炉的连接位点，冷却器与分解炉的连接位点低于等离子加料器与分解炉的连接位点，旋风分离器的进料口与分解炉的连接位点高于第二等离子发生器与分解炉的连接位点，而旋风分离器的出料口与分解炉的连接位点低于等离子加料器与分解炉的连接位点。
5.根据权利要求4所述实现等离子分解石膏方法的装置，其特征在于，所述分解炉的上部呈圆柱状，而下部则呈倒锥状设置；且分解炉的圆柱状部分和倒锥状部分的高度相等。
6.根据权利要求4所述实现等离子分解石膏方法的装置，其特征在于，所述等离子加料器包括加料器以及第一等离子发生器，所述第一等离子发生器的等离子喷口靠近加料器的出料口设置，且第一等离子发生器的等离子喷口的轴线与加料器的出料口轴线垂直。
7.根据权利要求4所述实现等离子分解石膏方法的装置，其特征在于，每个分解炉配备2-4个等离子加料器，各等离子加料器在分解炉的1/4高度处均勻分布；同时每个分解炉配备2-4个等离子发生器，各等离子发生器在分解炉的3/4高度处均勻分布。
8.根据权利要求4所述实现等离子分解石膏方法的装置，其特征在于，所述分解炉靠近分解炉进风口处安装布风板。
全文摘要
本发明公开了一种等离子分解石膏的方法及其装置，该方法以石膏粉与煤粉为原料配制生料粉，且煤粉在生料粉中的质量比重不超过30%；接着，对风吹输送的生料粉依次进行一次等离子体裂解、二次等离子体裂解以及旋风分离器的气固分离处理，使得旋风分离器出气口输出的气体中SO2体积分数不低于15%；该装置包括等离子加料器、第二等离子发生器、分解炉、旋风分离器以及冷却器；因此，本发明采用等离子技术进行石膏的脱硫处理，具有原料取材广泛，能耗低，投资少、运转率高、分解率高的优点。
文档编号C01B17/74GK102367168SQ201110301279
公开日2012年3月7日 申请日期2011年9月28日 优先权日2011年9月28日
发明者刘飞, 吕天宝 申请人:南京创能电力科技开发有限公司