磷石膏产业化利用调研报告磷石膏制硫酸联产水泥或熟料调研报告范本.doc

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1、 .磷石膏产业化利用调研报告磷石膏制硫酸联产水泥（或熟料）调研报告目 录1 磷石膏制硫酸、水泥国外技术发展现状11.1 国外技术发展状况11.2 国技术发展状况22 磷石膏制硫酸、水泥“四六”工程的生产技术情况52.1 磷石膏制硫酸、水泥的反应原理52.2 “四六”工程工艺流程62.3 “四六”工程生产控制要点72.4 “四六”工程与国外同类装置相比的不同技术特点72.5 “四六”工程关键工艺设备选型82.6 磷石膏制硫酸、水泥对原料的要求92.7 “四六”工程生产运行考核情况132.8 “四六”工程回转窑生产水平与出窑气成份152.9 “四六”工程投资情况与主要技术经济指标172.10“四六

2、”工程生产技术的可靠性与来源183 磷石膏制硫酸联产水泥的技术经济分析223.1 磷石膏与石灰石分解制水泥过程的比较223.2 用磷石膏制硫酸与硫铁矿制硫酸的比较233.3 投资效益分析243.3 对“四六”工程的技术经济评价274 磷石膏制硫酸联产水泥（或熟料）的技术发展动态285 对国有关机构、单位的调研486 磷石膏制硫酸联产水泥项目对环境的影响557 磷石膏制硫酸联产水泥（或熟料）产业化技术方案的选择578 国家政策导向619 某集团发展磷石膏制硫酸、水泥产业面临的问题6210 结论和建议6310.1 结论6310.2 建议6811 参考文献6869 / 721 磷石膏制硫酸、水泥国外

3、技术发展现状1.1 国外技术发展状况在本世纪初，德国Muller最先提出以焦炭作还原剂，掺加粘土、铁粉在中空窑完成硫酸钙的分解和水泥熟料的煅烧。1954年奥地利林茨（LINZ）化学公司以此工艺建厂，开始用天然石膏为原料，从1966起完全用磷石膏为原料，1969年建成350t/d制酸装置;1972年南非建成同样规模的磷石膏制酸装置，工艺技术是成熟可靠的。后来德国伦兹化学公司与克虏伯公司联合开发O.S.W-Krupp流程，将中空窑改成立筒预热器回转窑工艺。在70年代，有5个国家(英、德、波兰、奥地利、南非)，10家工厂约l7套装置(包括23套中试装置)采用中空窑技术，总能力为年产600800kt硫

4、酸和10001200kt水泥。其中，用磷石膏为原料的工业生产装置仅有5套，最大装置的能力为年产80kt硫酸和120 kt水泥，采用立筒式预热器中空窑技术。进入80年代后，由于世界能源价格上升，硫磺价格下降与欧洲等地区水泥市场疲软，国外此类生产装置陆续关闭或转产。l994年，德国沃尔芬工厂为了解决硫酸来源，利用附近发电厂烟气脱硫副产的石膏，又恢复了原有天然石膏制硫酸和水泥装置的生产。尽管如此，国外仍有些公司在研究和开发新技术。如德国鲁奇公司1991年用流化床焙烧技术，在小试验装置上进行试验，井获得成功，但由于无大型装置的建设目标，因此未进行中试装置的建设和试验。美国迈阿密大学磷石膏利用协会对将磷

5、石膏烧渣加工成石块，用于公路垫石进行了研究。原美国戴维公司曾开展用园盘烧结机分解磷石膏制硫酸和石块的设计和研究。美国福陆公司和德国洪堡公也分别进行了用五级与三级旋风预热器窑分解磷石膏的设计和研究，但与工业化要求相比，还有一定距离。此外，1993年，美国加利福尼亚圣迭戈Science Venture公司经过5年的研究，开发出的FLAsc磷石膏综合利用工艺，该工艺以硫酸的形式从磷石膏中回收硫，并将回收的硫酸再返回到磷酸厂，产生的尾渣则用作铺路材料。该项已获得专利的技术可提高磷石膏综合利用的经济效益，并力图通过快速转换来降低工艺成本，Science Venture公司已经完成了FLASC工艺的实验室

6、和半工业性试验，该公司一直在寻找工业合作伙伴，到目前为止尚未有工业化的报道。1998年，美国人詹姆斯发明了一种处理由烟道气脱硫或其他来源产生的含硫物质的方法（简称詹氏新工艺），该方法用转窑还原石膏制硫化钙，用硫化氢浸取硫化钙可得20%硫氢化钙浓溶液，再将浓溶液碳化得到硫化氢和碳酸钙，最后按常规回收钙硫。这项新工艺目前正在我国巨化集团试验验证，据报道试验结果令人满意，但未进行中试，因而其经济可行性还不能证明。据了解巨化集团公司技术开中心在詹氏新工艺的基础上，开发了磷石膏制硫脲工艺（向硫氢化钙浓溶液中加入石灰氮），但未见工业化报道。1.2国技术发展状况2 磷石膏制硫酸、水泥“四六”工程的生产技术情

7、况2.1磷石膏制硫酸、水泥的反应原理在焦炭的还原作用下，硫酸钙于90O1200的温度下分两步分解，生成氧化钙、二氧化硫以与二氧化碳：9001000CaSO4 +2 C CaS+2CO2 100012003CaSO4 +CaS 4 CaO+4SO2将两式合并可写出综合反应式如下：90012002CaSO4 + C 2CaO +CO2十 2SO2生成的CaO再与配料中的Si02、Al2O3 、Fe203等形成水泥熟料。水泥熟料是由C3 S、C 2S，C4AF和C3A 等成分构成的。在石膏的分解过程中，如果控制不当，还会产生有害的副反应。3CaS+CaS044CaO+2S2CaS+H20 Ca0+H

8、2S石膏还原产生的二氧化硫气体，送入接触法硫酸生产装置制成硫酸,水泥熟料则与一定数量的混合材、缓凝剂等原料配合，经过研磨制成水泥。2.2“四六”工程工艺流程磷石膏制硫酸、水泥“四六”工程装置使用湿法磷酸生产过程中排出的二水石膏为原料。潮湿的二水石膏首先在干燥窑烘干并脱水，成为半水石膏。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

9、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

10、配料比例和窑的气氛。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

11、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）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

12、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与什邡厂“四六”工程主要工艺设备选型见表2-1。化工厂“四六”工程主要工艺设备规格与操作条件见表2-2。表2-1 银山厂与什邡厂

13、“四六”工程主要工艺设备选型表2-2“四六”工程主要设备规格与操作条件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。辅助原料为粘土，燃料为煤粉。对各种物料的主要要求如下(以化工厂提供为主)：（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

14、(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SO3CaOSiO

15、2P2O5MgOFe2O3Al2O3甲厂48354.011.20.50.40.6乙厂47325.511.00.31.31.6丙厂48.7235.324.681.00.250.611.42 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一样。(2) 焦炭作为还原剂的焦炭，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

16、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）化工厂“四六”工程对原、燃料主要成分的要求表2-5 化工厂原、燃料主要成分要求(质量分数)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%）（化工公司提供）烧失量14SiO2 = 9.O10.0SO3 40Fe2O3 0.8Al2O3 2.0P2O5 1C =

17、4.8 0.4表2-6 厂入窑生料全分析（年平均值）2.6.4 生料配料“三率一比”（1）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 0.3 碳硫比N(C)/n(SO3)=0.650.72表（2） 国部分厂表2-7 生料的配比厂名W(SO3)%KHNPC/S甲厂401.00.34.00.32.30.30.690.04乙厂401.050.053.00.32.50.30.710.03丙厂42.361.173.142.690.672.6.5 水泥熟料成份与率值（化工公司提供）（1） 水泥熟料成份（W%） SiO2 = 21.523.5Fe2O3

18、= 1.6 2.0Al2O3 = 3.5 4.5CaO = 65 67表2-8 厂出窑熟料化学分析（年平均值）(2) 水泥熟料率值（化工公司提供）KH = 0.850.02H = 3.20.2P = 2.30.32.7 “四六”工程生产运行考核情况（1）“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

19、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气浓度高于设计指标（建材工业提供）。据调查，国七套“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“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

20、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”装置生产时原料与燃料动力消耗情况化工厂提供的其2002年七月正常生产时的生产考核结果如下： 生产水泥产品（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 0.451 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与出窑气成份不同石膏或磷石膏制

21、硫酸联产水泥装置回转窑的生产指标比较见表2-3。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（t/h）单位容积产量kg/m3h单位表面积产量kg/m2h单位截面积产量kg/m2h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4.69019.620.818.4318.431658僵烧磷石膏德国沃尔芬厂3.27021.95.2138.76909僵烧石膏南非phala

22、bara4.210725.4814.612.0410.351404.13僵烧磷石膏英爱脱海汶3.47020.66.9414.111.69980僵烧石膏英国汶尼斯3.811028.99.389.68.231100僵烧石膏“四六”工程3.08829.3612.858.151131半水磷石膏磷肥厂3.512034.2910-1112.128.971454.1僵烧磷石膏表2-6 化工公司窑尾出口窑气成份成 份W%SO27.09.0SO30.040.08CO0.5CO21719O20.51.5N272.5NOX0.00920.014CnHm微F50-100g/Nm3尘200g/Nm3注：窑气量：3213

23、743251Nm3/h(干)表2-7 不同石膏原料窑尾出口窑气SO2、O2浓度生产厂原料（W）%窑尾出口窑气SO2浓度W%O2浓度W%波兰维佐夫厂硬石膏SO347.58-91.0德国考斯维希厂硬石膏SO357.079-100.56奥地利林茨厂僵烧磷石膏SO3 5590.5鲁北化工总厂磷石膏和盐石膏SO3 43.28.450.5枣庄磷肥厂天然石膏SO3 40.237-80.5-1.0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

24、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”工程投资情况与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：建材工业提供由表2-8可见两厂“四六”工程竣工造价都接近1亿元人民币。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与来源 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

25、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，有4套（鲁北、鲁西、遵化）取得良好社会效益和经济效益，另外3套经济益较差。投资情况与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建材工业承担；硫酸部分设计由南化公司承担。其余六套的水泥部分均由建材工业设计，硫酸部分分别由南化公司、化工规划、化工（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建材承担。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，

26、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建材工业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承担。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。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

27、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/kg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

28、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，在规模一样时，磷石膏制硫酸窑气量要增大60100。由于窑气中含CO、CnHm与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

29、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要成分是CaSO4和CaSO412H2O，5070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CaSO4l2H2O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

30、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

31、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与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，多用于一般小型民宅和道路建设，重点工程都不用。（6） 水泥外观

32、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，建设期与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3.1 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3-1。表3-1 磷石膏与石灰石分解制水泥过程的比较由表3-1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

33、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与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。3.2 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(610

34、 %)比硫铁矿焙烧炉气中SO2浓度要低12 13,含SO2与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与燃煤后的灰分等)，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。3.3投资效益分析3.3.1投资比较化工厂“四六”工程总投资9000万元，其中硫酸部分投资占33.62%，水泥部分占54.5%，公用工程占11.88%。把公用工程费用分摊到硫酸和水泥部分，硫酸部分投资为3433.73万元（572

35、.3元/吨硫酸），水泥部分为5566.27万元（695.8元/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：685.8元/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。3.2制硫酸与水泥的成本比较（1）制硫酸成本比较“四六”工程磷石膏制硫

36、酸的车间成本测算见表3-3。表3-3 “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1原料与辅料174.291.1磷石膏烟气SO27%Nm332930.04131.721.2钒触媒工业kg0.1353.51.3液氨99%kg10.332.525.831.4石灰二级kg240.12.41.5轻柴油一级kg0.5342.121.6硫酸93%kg24.90.358.722燃料动力72.22.1直流水自来水t121122.2循环水合格t1070.221.42.3电380伏kwh840.4537.82.4仪表空气0.6MPaNm3100.113工资和福利1.5万/

37、人年元74制造费用855副产品回收5.1硫酸铵二级kg117.50.6-70.56车间成本368（注：以6万t/a硫酸，投资3433.73万元计） 从表3-3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；漾濞跃进化工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，硫铁矿制酸成本约330元/吨。比较上述不同制酸方法，

38、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3-4。表3-4 “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原料与辅料107.491.1磷石膏SO340%吨2.43512.151.2页岩合格吨0.11202.21.3砂岩合格吨0.088181.581.4硫铁矿渣合格吨0.006100.061.5焦炭合格吨0.12600721.6天然石膏二级吨0.051507.51.7钢球合格吨0.002450091.8耐火材料合格吨0.0015200032燃料动力268.252.1

39、直流水自来水t1.411.42.2电380伏kwh1230.4555.352.4燃料煤标煤吨0.47450211.53工资和福利1.5万/人年元224制造费用705副产品回收5.1含硫窑气SO27%Nm332930.04-131.726车间成本336.02（注：以8万t/a水泥，投资5566.27万元计）从表3-4可见，“四六”工程磷石膏制水泥的车间成本要达到330元/吨以上。我国水泥工业的发展目标，到2010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2000t/d以下的新型干法水泥生产线。2006年上半年我省新型干法水泥线32.5号水泥的平均生产成本为200元/吨左右。立

40、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。3.3对“四六”工程的技术经济评价（1）磷石膏由于含有结晶水与自由水较大，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1.75倍，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

41、分解产生大量的S02和C02，理论料耗一般在2.0左右，比通常生产水泥的生料理论料耗1.48大出很多，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”工程的硫酸与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；（4）回转中空窑分解、烧成技术成熟，但能耗高，硫酸与水泥生产成本高；（5）在目前国大力发展大硫酸、新型干法水泥的情况下，按“四六”工程的技术水平与投资情况，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分解在窑进

42、行，因而窑的规格一般很大，操作上要求在窑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：窑气中SO2浓度偏低，体积浓度一般仅在7-9%；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；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。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分离出来，使之在流化床分解，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

43、耗，稳定操作，而且可相应提高SO2气浓度(达14 16 %)，因而受到国外普遍的重视。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O.S.W-Krupp流程，将干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425-430，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3.570m，熟料产量240t/d（原中空回转窑规格4.690m）。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