Результат интеллектуальной деятельности: Способ совместного получения цементного клинкера и сернистого газа

Предлагаемое изобретение относится к технологии совместного производства портландцемента и серной кислоты путем использования в качестве карбонатных сульфатсодержащих компонентов природного ангидрита или отходов производства фосфорной (фосфогипс) и борной (борогипс) кислоты.

Известен способ получения цементного клинкера с одновременным получением сернистого газа, включающий раздельную сушку и измельчение сульфатсодержащего материала - фосфогипса (CaSO₄⋅2H₂O) с дальнейшим смешением сульфатсодержащего компонента (фосфогипса) с алюмосиликатным компонентом и коксиком, совместным подогревом в противоточном циклонном теплообменнике и обжигом мелкодисперсного материала во вращающейся печи [«Фосфогипс и его использование». С.Д. Эвенчик, А.Л. Новиков, Москва, «Химия», 1990 г., стр. 146-149, рис. 4-2.]

Недостатком известного способа является то, что фосфогипс, алюмосиликатные компоненты в виде золы бурого угля и песка смешиваются с восстановителем - металлургическим коксом (коксиком) и далее подвергаются тепловой обработке в дисперсном подогревателе в виде циклонного многоступенчатого теплообменника, в котором смесь подогревается до 800-850°С.При этом при относительно низких температурах отходящих газов из вращающейся печи (не более 950-1000°С), лишь часть сульфата кальция (CaSO₄) восстановится до сульфида кальция (CaS), а остальной процесс проходит уже во вращающейся печи. При подогреве смеси в подогревателе присутствие легкоплавких компонентов, например, Fe₂O₃, способствует образованию настылей, которые необходимо периодически удалять, останавливая тепловой агрегат.

Недостатками известного способа, кроме недостатков аналога, описанных выше, являются то, что, несмотря на раздельную сушку фосфогипса и других компонентов, их независимый подогрев и сброс SO₂-содержащих газов из десульфуризатора-кальцинатора по отдельным газоходам через сушилку в электрофильтр, смешение компонентов проводят до ввода на десульфуризацию-декарбонизацию, которые проводят совместно. То есть SO₂-содержащие газы «загрязняются» продуктами распада алюмосиликатных компонентов и добавок. Ввод коксика не обеспечивает необходимую восстановительную среду в сжигаемом при десульфуризации газе и коксике. Содержание серы незначительно, что не может обеспечить необходимое ее количество для достижения концентрации SO₂ в отходящих газах (на уровне 10-12%), подаваемых в производство серной кислоты.

Целью предлагаемого изобретения является интенсификация процесса десульфуризации с увеличением процентного выхода сернистого газа и его чистоты, повышение качества цементного клинкера и стабилизация работы десульфуризатора и вращающейся печи.

Поставленная цель достигается тем, что в способе совместного получения портландцементного клинкера и сернистого газа, включающем сушку кальций- и сульфатсодержащего материала в виде природного ангидрита, или отходов производства фосфорной (фосфогипс) или борной (борогипс) кислоты, алюмосиликатных и железосодержащих компонентов и восстановителя в виде кокса с дальнейшим их смешением, предварительным их подогревом и обезвоживанием при противоточном движении мелкодисперсных продуктов и отходящих газов из вращающейся печи и десульфуризацией при дополнительном сжигании топлива, служащим одновременно подогревателем и восстановителем в процессе десульфуризации, согласно изобретению всю подготовку сульфатсодержащих материалов до ввода продуктов их распада в печь проводят отдельно, причем сушку и измельчение сульфатсодержащих материалов проводят одновременно, подогрев до температуры 870-900°С проводят при противоточном движении отходящими газами десульфуризатора, а десульфуризацию осуществляют в псевдоожиженном слое, в который в качестве топлива и восстановителя вводят нефтекокс с содержанием серы от 4 до 8% в пересчете на сухое вещество, алюмосиликатные и железосодержащие компоненты совместно сушат, измельчают и подогревают при противоточном движении газа и материалов до температуры 850-950°С, продукт десульфуризации сульфатсодержащего компонента в виде оксида кальция с температурой 950-1000°С смешивают с алюмосиликатными и железосодержащими компонентами клинкерной шихты непосредственно при вводе во вращающуюся печь, а сернистый газ после процесса десульфуризации совместно с продуктами сжигания нефтекокса после подогрева, обезвоживания и сушки сульфатсодержащего материала подают в производство серной кислоты.

Способ по предлагаемому изобретению осуществляется следующим образом, упрощенная схема которого изображена на фигуре.

Рассматривается пример использования фосфогипса (CaSO₄⋅2H₂O). Схема состоит из трех контуров. Контур первый состоит из транспортера подачи дробленого фосфогипса 1 в мельницу-сушилку 2, в которой проводится одновременная сушка и измельчение, из которой по каналу 3 высушенный и частично обезвоженный фосфогипс дисперсностью 70-80 мкм и температурой 150-200°С поступает на дальнейшую сушку и полное обезвоживание в противоток с отходящими газами из десульфуризатора, в шахтный противоточный дисперсный теплообменник 4, в котором материал нагревается до 850-920°С. Процесс десульфуризации проводят в псевдоожиженном слое десульфуризатора 5, связанного выходным каналом 6 с циклоном-осадителем 7, а последний выходным каналом по газам 8 связан с нижней частью шахтного теплообменника 4. Шахтный теплообменник 4 по подогретому материалу связан с десульфуризатором 5 каналом-течкой 9, в который вводится серосодержащее топливо и восстановитель - нефтекокс по каналу 10. Шахтный теплообменник 4 газоходом 11 связан с мельницей-сушилкой 2, а последняя имеет канал 12 для подачи SO₂-содержащих газов на производство серной кислоты.

Благодаря тому, что в десульфуризаторе 5 сжигается высокореакционный и высококалорийный нефтекокс с содержанием серы от 4 до 8% в пересчете на сухое вещество, в десульфуризаторе 5 не образуются продукты термического разложения алюмосиликатных компонентов, создается сильная восстановительная среда и температура до 1200°С, позволяющая проводить интенсивно процесс десульфуризации с полным его завершением и получением СаО и с выделением SO₂ до 10-12% от всего объема газов от сжигания нефтекокса.

Отходящие газы из десульфуризатора 5 по каналу 6 с температурой 1100-1250°С вводят в циклон-осадитель 7, из которого газы с температурой 1100-1120°С вводят тангенциально в нижнюю часть шахтного теплообменника 4, где последние при противоточном движении с мелкодисперсным фосфогипсом охлаждаются до температуры 350-400°С и далее поступают по каналу 11 в мельницу-сушилку 2, а из нее по каналу 12 - на производство серной кислоты.

Из циклона-осадителя 7 СаО подают по каналу-течке 13 в общий канал-течку 14 и далее - во вращающуюся печь 15 или непосредственно в лоток подачи материалов в печь (на фигуре не показан). При этом температура СаО при вводе во вращающуюся печь 15 составляет 1000-1050°С.

Контур второй служит для тепловой обработки алюмосиликатных и железосодержащих компонентов и возможных добавок. Эти материалы в дробленом виде подают транспортером 16 в мельницу сушилку 17, где высушиваются и измельчаются до фракции от 0,06 до 0,08 мм. Для сушки материала в мельницу подают отходящие газы из вращающейся печи 15, прошедшие шахтный теплообменник 18 и дополнительную топку 19. Из мельницы-сушилки 17 мелкодисперсный материал по каналу 20 подают в верхнюю часть шахтного дисперсного теплообменника 18, аналогичного теплообменнику 4 в контуре первом. Опускаясь вниз по шахте, материал нагревается от 100-200°С до 800-850°С. В теплообменнике 18 второго контура температуру поддерживают ниже температуры теплообменника первого контура во избежание настылеобразования, так как алюмосиликатные и железосодержащие компоненты относительно легкоплавки.

Из шахтного теплообменника 18 материал непосредственно по каналу-течке 21 с температурой 790-840°С подают в общий для сырьевой смеси канал-течку 14 или непосредственно на входной лоток печи 15.

При этом СаО, Al₂O₃, Fe₂O₃, SiO₂ и другие возможные компоненты, обработанные в контуре два, тщательно перемешиваются в канале-течке 14 или на входе во вращающуюся печь 15. Для тщательного перемешивания на входе в печь устанавливается кольцевой элеватор (на фигуре не показан), поднимающий смесь в поток отходящих газов.

Отходящие газы из теплообменника 18 подаются на подогрев в дополнительную топку 19 и далее по каналу 22 в мельницу-сушилку 17, а из нее в промежуточный дымосос 23, электрофильтр 24 и конечный дымосос 25 в дымовую трубу 26. Отходящие газы из второго контура практически лишены SO₂, так как процесс десульфуризации прошел в контуре первом.

Печь 15 желательно отапливать природным газом, расход которого будет значительно ниже, чем в существующих печах из-за полной десульфуризации CaSO₄, на которую тратится значительное количество тепла. Вследствие этого снижается количество NOx, выбрасываемых в атмосферу с отходящими газами. Отсутствие лишнего SO₂ (печь работает лишь на то количество SO₃, которое содержится в алюмосиликатном сырье) способствует высокой стабильности работы печи, отсутствию настылей и колец.

Последнее способствует повышению производительности печи и снижению, как следствие, удельного расхода тепла на получение цементного клинкера. Высокий подогрев воздуха из холодильника клинкера, подаваемого в десульфуризатор, обеспечивает снижение расхода топлива.

Состав смеси, подаваемой из теплообменника 18, тщательно анализируется и корректируется по СаО.

Контур три представляет собой вращающуюся печь 15 с каналом 27, колосниковый холодильник 28 переталкивающего типа, из которого возможен отбор третичного горячего воздуха по каналу 29, необходимого для эффективной работы десульфуризатора 5. По газоходу 30 газы из печи 15 направляются в теплообменник 18. По каналу 31 выводят готовый клинкер.

Сумма расхода тепла на производство клинкера по предлагаемой технологии снижается практически вдвое, а из одной тонны отхода, например, фосфогипса и примерно 130 кг глины, можно получить 630 кг цемента и 720 кг серной кислоты.

В связи с использованием недорогого высокосернистого нефтекокса и отходов в виде боро- или фосфогипса себестоимость выходящих продуктов будет примерно в полтора-два раза ниже, чем из природных сырьевых материалов и топлива. Окупаемость строящихся заводов будет практически в полтора раза ниже заводов по традиционной технологии.