利用水泥窑窑尾废气和磷石膏制备硫酸铵的方法及系统技术方案

利用水泥窑窑尾废气和磷石膏制备硫酸铵的方法及系统，首先将水泥窑窑尾废气降温至约50‑60℃后，利用浓度为4‑10％的氨水溶液进行洗涤，洗涤后得到碳酸铵溶液，控制洗涤后气体中CO2残留量为1‑3％，实现清洁排放，同时利用碳酸铵溶液与磷石膏中的硫酸钙反应生成硫酸铵溶液和固体废渣，进行固液分离后，去除硫酸铵溶液中残留的杂质，生成的固体残渣用作水泥原料使用，硫酸铵溶液可用于水泥窑窑尾废气的降温，最后蒸发后得到硫酸铵固体产品。经本发明专利技术处理后水泥窑窑尾废气达标排放，固体废渣全部进入水泥系统作为原料，大大节约了化石原料用量，反应过程中没有废水排放，真正实现了水泥行业的低碳减排，有利于环境保护。

【技术实现步骤摘要】
利用水泥窑窑尾废气和磷石膏制备硫酸铵的方法及系统
本专利技术属于环境保护、资源循环利用处理
，具体涉及利用水泥窑窑尾废气和磷石膏制备硫酸铵的方法及系统。
技术介绍
随着我国磷复肥工业的发展，工业废渣磷石膏的利用成为行业发展不容忽视的问题。每生产一吨磷酸(100％P2O5)产生磷石膏5-6t(干基)，实物量约7t。磷石膏中除含CaSO4外，还含有未分解的磷矿，未洗涤干净的磷酸、氟化钙、铁、铝化合物、酸不溶物、有机质等多种杂质，这些杂质在一定程度上影响着磷石膏的利用。据有关资料统计，我国磷石膏年产排量在5000-6000万吨，截止目前，磷石膏的累计堆存量已超过2亿吨。目前，磷石膏综合利用的途径主要有：一是磷石膏制建材产品，如：建筑石膏粉、建筑砌块等。二是磷石膏制化工原料，如：磷石膏制硫酸联产水泥、磷石膏制硫酸钾、硫酸铵、硫酸钾铵等。三是磷石膏制水泥缓凝剂。四是磷石膏做盐碱土壤的改良剂。五是磷石膏制硫酸钙晶须(纤维石膏)。磷石膏制硫酸联产水泥是磷石膏综合利用的重要方面。据资料报道，我国的硫资源对外的依存度高达60％以上，每年需要大量进口硫磺，磷石膏制硫酸联产水泥不仅能使磷石膏中的硫、钙等资源得到充分利用，而且可使我国的硫磺进口需求降至最低，有效平抑硫磺市场价格波动。因此，发展磷石膏制硫酸联产水泥，可以有效缓解我国硫资源短缺的状况。磷石膏制硫酸联产水泥主要有以下问题：(1)制酸和制水泥同步进行两系统互相干扰，由于煅烧窑况复杂，一方面烧制的水泥熟料质量难以实现稳定优质高产，另一方面窑气中SO2含量低，提纯制酸成本高；(2)磷石膏分解需要还原气氛，而水泥生产不能出现还原气氛，因此，一步法制酸联产水泥生产过程中存在无法解决的技术矛盾；(3)磷石膏制酸过程中为了提高窑气中SO2含量采用加硫磺等作为还原剂，但是硫磺的升华熔融容易造成管道堵塞，影响水泥窑安全运转。同时，气候变化已成为影响人类生存和发展的问题之一，而工业排放的二氧化碳被认为是导致气候变暖的主要原因，温室气体包括二氧化碳(CO2)、水蒸气(H2O)、甲烷(CH4)、氮氧化物(NOX)等，而二氧化碳是最主要的温室气体，其含量增加对增强温室效应的贡献大约为70％。作为我国经济建设的支柱型产业，水泥工业为经济的发展和社会的进步做出了巨大贡献，同时也消耗了大量的资源和能源。据统计分析，生产1吨水泥约排放0.9吨CO2，按2016年全国水泥产量预估23亿吨测算，共排放了20亿吨CO2，水泥工业约占全国工业CO2排放量的15％。目前，水泥行业脱硫脱硝技术虽已成熟，但碳捕捉技术仍在起步，水泥工业CO2减排任务将变得越来越艰巨。硫酸铵是一种优良的氮肥(俗称肥田粉)，适用于一般土壤和作物，能使枝叶生长旺盛，提高果实品质和产量，增强作物对灾害的抵抗能力，可作基肥、追肥和种肥。硫酸铵也是一种基础合格原料，能与食盐进行复分解反应制造氯化铵，与硫酸铝作用生成铵明矾，与硼酸等一起制造耐火材料，加入电镀液中能增加导电性，同时也是食品酱色的催化剂，鲜酵母生产中培养酵母菌的氮源，酸性染料染色助染剂，皮革脱灰剂。此外，还用于啤酒酿造，化学试剂和蓄电池生产及生物化学方面等。还有一个重要作用就是开采稀土，开采以硫酸铵作原料，采用离子交换形式把矿土中的稀土元素交换出来，再收集浸出液除杂、沉淀、压榨、灼烧后即成稀土原矿，每开采生产1吨稀土原矿约需5吨硫酸铵。近年来，我国硫酸铵的需求呈稳定增长态势。专利技术专利CN102303874A公布了一种聚晶法转化磷石膏制备硫酸铵的方法，属资源综合利用、化工
，涉及一种以(硫酸法)湿法磷酸行业副产磷石膏为主要原料，采用聚晶法转化磷石膏生产硫酸铵的方法。本专利技术生产工艺包括以下步骤：(1)采用湿法磷酸工业排放的磷石膏为原料，经预处理后得到净制磷石膏；(2)以水洗涤过滤工序碳酸钙滤饼产生的含硫铵一洗液在碳化塔中吸收氨和二氧化碳，制得硫碳铵溶液；(3)以碳酸钙聚晶核发生器与带搅拌的多釜或者带搅拌的多分区槽式反应器串联组成转化结晶器；(4)对转化结晶器连续排出的反应料浆进行过滤，得到滤饼及含硫酸铵w％38-40的滤液；(5)对步骤⑷得到的滤饼用清水进行二次逆流洗涤，将得到的含硫铵一洗液送至碳化塔吸收气氨和二氧化碳制取硫碳铵液；(6)采用硫酸对(4)步骤得到的含硫酸铵滤液进行中和脱碳然后离心分离得到含湿硫酸铵结晶，分离母液循环浓缩；对含湿硫酸铵结晶进行干燥得到成品硫酸铵，但对处理后的大量残渣没有处理方法。
技术实现思路
为了克服现有技术中的问题，本专利技术提供一种利用水泥窑窑尾废气和磷石膏制备硫酸铵的方法及系统，将水泥窑窑尾废气降温后，将废气中的CO2利用氨水进行洗涤生成碳酸铵溶液，同时利用碳酸铵溶液与磷石膏中的硫酸钙反应生成硫酸铵溶液和固体废渣，使水泥窑废气达标排放的同时，处理过程中没有废水排放，固体废渣全部进入水泥系统作为原料，大大节约了化石原料用量，真正实现了水泥行业的低碳减排，有利于环境保护。为了实现上述目的，本专利技术通过以下技术方案实现：本专利技术第一方面提供了一种利用水泥窑窑尾废气和磷石膏制备硫酸铵的方法，包括以下步骤：步骤1、将温度为100-200℃的含有CO2的水泥窑窑尾废气进行降温处理得到温度≤60℃的水泥窑窑尾废气；步骤2、将步骤1中得到的温度≤60℃的水泥窑窑尾废气利用浓度为4-10％的氨水溶液进行洗涤，氨水用量为废气中CO2摩尔质量的1.5-2倍，反应得到溶液A，控制反应后气体中CO2残留量为1-3％，实现清洁排放；步骤3、将步骤2中得到的溶液A与磷石膏混合后进行磨浸转化，其中溶液A和磷石膏中硫酸钙摩尔质量之比为2-2.5：1，反应后进行固液分离后得到溶液B和固体残渣，其中固体残渣用作水泥原料使用；步骤4、步骤3中得到的溶液B加入石灰质后进行静置沉淀得到上部清液和下部泥浆，其中上部清液用于对步骤1中的温度为100-200℃的水泥窑窑尾废气进行降温，下部泥浆继续进行步骤3中的固液分离。在一个优选的实施方案中，首次生产时，步骤1中温度为100-200℃的水泥窑窑尾废气通过蒸发水溶液进行降温，蒸发过程在蒸发降温塔中进行，将水溶液喷入蒸发降温塔中，将温度为100-200℃的水泥窑窑尾废气通入蒸发降温塔中，降温后的废气从蒸发降温塔顶部排出，剩余水溶液从蒸发降温塔底部排出。在一个优选的实施方案中，生产过程中，步骤1中温度为100-200℃的水泥窑窑尾废气通过蒸发硫酸铵溶液进行降温，蒸发过程在蒸发降温塔中进行，将硫酸铵溶液喷入蒸发降温塔中，将温度为100-200℃的水泥窑窑尾废气通入蒸发降温塔中，降温后的废气从蒸发降温塔顶部排出，剩余硫酸铵溶液从蒸发降温塔底部排出，其中用于降温的硫酸铵溶液为步骤4中得到的上部清液。在一个优选的实施方案中，步骤1中温度为100-200℃的水泥窑窑尾废气进入蒸发降温塔之前先经过干燥塔处理，干燥塔中对废气进行降温的溶液为蒸发降温塔排出的剩余硫酸铵溶液，经过干燥塔降温后的废气从顶部排出后进入蒸发降温塔内，降温后得到的硫酸铵固体从干燥塔底部排出。在一个优选的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.利用水泥窑窑尾废气和磷石膏制备硫酸铵的方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1、将温度为100-200℃的含有CO

【技术特征摘要】
1.利用水泥窑窑尾废气和磷石膏制备硫酸铵的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、将温度为100-200℃的含有CO2的水泥窑窑尾废气进行降温处理得到温度≤60℃的水泥窑窑尾废气；
步骤2、将步骤1中得到的温度≤60℃的水泥窑窑尾废气利用浓度为4-10％的氨水溶液进行洗涤，氨水用量为废气中CO2摩尔质量的1.5-2倍，反应得到溶液A，控制反应后气体中CO2残留量为1-3％，实现清洁排放；
步骤3、将步骤2中得到的溶液A与磷石膏混合后进行磨浸转化，其中溶液A和磷石膏中硫酸钙摩尔质量之比为2-2.5：1，反应后进行固液分离后得到溶液B和固体残渣，其中固体残渣用作水泥原料使用；
步骤4、步骤3中得到的溶液B加入石灰质后进行静置沉淀得到上部清液和下部泥浆，其中上部清液用于对步骤1中的温度为100-200℃的水泥窑窑尾废气进行降温，下部泥浆继续进行步骤3中的固液分离。


2.根据权利要求1所述的利用水泥窑窑尾废气和磷石膏制备硫酸铵的方法，其特征在于，
首次生产时，步骤1中温度为100-200℃的水泥窑窑尾废气通过蒸发水溶液进行降温，蒸发过程在蒸发降温塔中进行，将水溶液喷入蒸发降温塔中，将温度为100-200℃的水泥窑窑尾废气通入蒸发降温塔中，降温后的废气从蒸发降温塔顶部排出，剩余水溶液从蒸发降温塔底部排出。


3.根据权利要求1所述的利用水泥窑窑尾废气和磷石膏制备硫酸铵的方法，其特征在于，
生产过程中，步骤1中温度为100-200℃的水泥窑窑尾废气通过蒸发硫酸铵溶液进行降温，蒸发过程在蒸发降温塔中进行，将硫酸铵溶液喷入蒸发降温塔中，将温度为100-200℃的水泥窑窑尾废气通入蒸发降温塔中，降温后的废气从蒸发降温塔顶部排出，剩余硫酸铵溶液从蒸发降温塔底部排出，其中用于降温的硫酸铵溶液为步骤4中得到的上部清液。


4.根据权利要求3所述的利用水泥窑窑尾废气和磷石膏制备硫酸铵的方法，其特征在于，
步骤1中温度为100-200℃的水泥窑窑尾废气进入蒸发降温塔之前先经过干燥塔处理，干燥塔中对废气进行降温的溶液为蒸发降温塔排出的剩余硫酸铵溶液，经过干燥塔降温后的废气从顶部排出后进入蒸发降温塔内，降温后得到的硫酸铵固体从干燥塔底部排出。


5.根据权利要求2-3任一所述的利用水泥窑窑尾废气和磷石膏制备硫酸铵的方法，其特征在于，
步骤1中包括至少两级蒸发降温塔，其中后一级蒸发降温塔排出的溶液做为前一级蒸发降温塔的蒸发降温溶液使用。


6.根据权利要求1所述的利用水泥窑窑尾废气和磷石...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖喜才，
申请(专利权)人：长沙中硅环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43