專利名稱：利用煤炭綜合處理硫鐵礦和脫硫石膏的方法和系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種利用煤炭綜合處理硫鐵礦和脫硫石膏的方法和系統，屬于固體廢 物處理技術領域。
背景技術：
以燃煤為主化石能源的大量利用帶來了嚴重的環境污染，如燃煤炭電站排放 SO2, NOx, CO2和重金屬等，引起了酸雨、全球氣候變化等一系列環境問題。目前，采用以價 廉易得的鈣基吸收劑(CaO、Ca(OH)2、CaCO3)為主的干法/濕法煙氣脫硫技術(Flue Gas Desulphurization)成為世界上大規模應用的主流脫硫技術。脫硫灰渣的主要成分有 CaS03、、CaO(OH)2、CaCO3、飛灰等，由于其成分復雜、波動太大，且含有磷、氟、重金屬等雜質， 大都采用“拋棄法”處理，由此也帶來了嚴重的固體廢物二次污染問題。從理論上講脫除1 噸SO2可以產生2. 7噸脫硫石膏(CaSO4 · 2H20)。隨著我國環保力度的加大，預計在未來的 2年內我國堆存的脫硫石膏產量將超過1億噸。如果不對脫硫石膏進行合理的利用，不僅占 用大量的土地資源，導致土壤和水源的嚴重污染，而且浪費了大量的硫、鈣資源。目前，脫硫石膏主要應用于建材、建筑和農業等領域，如水泥緩凝劑、建筑石膏粉、 石膏板、石膏砌塊以及土壤改良劑等。發達國家(如日本、德國)比較好地解決了脫硫石 膏運輸、干燥、改性、應用等技術性難題，其脫硫石膏品質穩定，平均利用率達到97. 5%以 上，主要用于生產半水石膏粉和水泥緩凝劑。在我國脫硫石膏產生的歷史較短，綜合利用 剛剛起步，工藝、技術遠未過關。專利CN1958498A公開了一種采用煙氣脫硫石膏生產硫 酸和水泥的方法，它是將脫硫石膏干燥后、與含有Fe203、A1203、SiO2和碳的物質混合，在 900-1450°C煅燒，得到SO2和水泥熟料，所得SO2用于制備工業硫酸。專利CN101314462A公 開了一種利用高硫煤炭作為還原劑使脫硫石膏還原分級回收硫資源聯產水泥熟料的方法， 是將高硫煤炭與干燥后的脫硫石膏以1 (7-20)的質量比加入800-1400°C還原爐內進行 分解，產出的氣體用于制取硫酸，固體渣料作為水泥原料進行水泥生產。專利CN101337684A 公開了一種脫硫石膏回收硫聯產碳酸鈣的方法，是以CO為還原劑制取硫化鈣，進一步生成 SO2作為生產硫酸的原料氣，脫硫后的產物CaCO3返回作為脫硫劑循環使用。盡管如此，目 前開發的脫硫石膏綜合處理技術仍然存在脫硫石膏處理工藝系統復雜、反應裝置溫度高、 處理固體廢物品質單一、處理時間長等缺陷。
發明內容
本發明的目的在于克服現有脫硫石膏綜合利用存在的工藝系統復雜、處理溫度 高、處理品質單一、反應時間長等問題，提供一種基于熱化學技術、利用煤炭綜合處理硫鐵 礦和脫硫石膏的方法和系統。本發明是利用含碳物質(煤炭)中碳及其生成的CO作為還原劑，在還原性氣氛下 將硫鐵礦(FeS2)還原成直接還原鐵Fe和單質硫S，將CaSO4分解成CaO和SO2氣體；生成的 CaO可以返回脫硫系統循環使用或作為鋼鐵企業的輔料，SO2用于制取硫酸或單質硫，Fe和單質硫S可以直接作為產品銷售，反應過程產生的co2作為流化床反應裝置的流化介質循 環使用，co2濃縮后作為工業產品銷售。本發明的方法技術方案如下利用煤炭綜合處理硫鐵礦和脫硫石膏的方法，包括下列步驟1)將電站制粉系統拋棄物和采礦工程的尾礦收集與分選，獲得硫鐵礦FeS2固體廢 棄物；2)將FeS2、CaO和煤炭送入溫度為650 950°C的流化床硫鐵礦分解裝置內進行 分解反應，得到直接還原Fe、CaS、硫磺蒸汽和CO ；含有硫磺蒸汽和CO的氣體通過冷凝裝置 回收單質硫，CO燃燒生成的C02存儲在儲罐中，直接還原Fe和CaS則通過高溫非機械閥進 入流化床脫硫石膏分解裝置；3)經過干燥的脫硫石膏送入溫度為800-1050°C流化床脫硫石膏分解裝置；在該 裝置內，CaS和CaS04反應生成石灰CaO和S02，含有C02和S02氣體經過分離后，S02用于制 取硫酸，C02經過壓縮機儲存于C02儲罐中；含有Fe、CaO的固體物料經過冷卻后，分離出其 中的直接還原Fe，CaO則進入儲倉罐，部分CaO被輸送到流化床硫鐵礦分解裝置，其余CaO 回收后返回脫硫系統循環使用或作為鋼鐵企業的輔料使用。本發明所涉及的在流化床硫鐵礦分解裝置中反應的可用反應(1)和反應(2)描 述，在流化床脫硫石膏分解裝置中的反應可用反應(3)描述，總反應可用反應(4)描述。FeS2 = FeS+S(1)FeS+C+Ca0 = Fe+CaS+C0(2)CaS+3CaS04 = 4Ca0+4S02(3)FeS2+3CaS04+C+l/202 = Fe+3Ca0+4S02+S+C02(4)作為本發明方法的進一步改進，所述步驟2)中C0燃燒生成的C02，作為流化床脫 硫石膏分解裝置的補充熱源。作為本發明方法的進一步改進，所述C02儲罐中的C02經過管道增壓后作為流化床 硫鐵礦分解裝置、流化床脫硫石膏分解裝置和灰渣冷卻裝置的流化動力。作為本發明方法的進一步改進，所述0)2儲罐中的C02的一部分作為冷卻介質經冷 凝裝置加熱后，作為干燥脫硫石膏的干燥劑。本發明系統的技術方案是利用煤炭綜合處理硫鐵礦和脫硫石膏的系統，由流化 床硫鐵礦分解裝置、流化床脫硫石膏反應裝置及其相應的輔助系統組成，主要包括流化床 硫鐵礦分解裝置、流化床脫硫石膏反應裝置、硫鐵礦給料裝置、煤炭給料裝置、C0快速冷卻 裝置、高溫非機械閥、脫硫石膏干燥及給料裝置、灰渣冷卻裝置、Fe和CaO收集與分選裝置、 CaO返料裝置、啟動燃燒室、C0燃燒裝置、C02/S02冷卻與分離裝置、C02儲罐、S02制硫酸裝 置、風機及管道；煤炭經過磨煤機粉磨后貯存于煤粉倉，再通過輸料裝置將煤粉送入流化 床硫鐵礦分解裝置；FeS2經過硫鐵礦粉磨機粉磨后貯存于硫鐵礦倉中，再通過輸料裝置將 FeS2粉送入流化床硫鐵礦分解裝置；在流化床硫鐵礦分解裝置底部風室處分別設置啟動燃 燒室、高溫非機械閥和排渣裝置；煤炭、FeS2、以及來自CaO儲罐的CaO在流化床硫鐵礦分解 裝置中進行還原反應，反應產生的氣態產物經高溫除塵器、C0燃盡裝置和煙氣冷凝裝置冷 卻后，回收的單質硫儲存于硫儲存倉中；冷卻后的煙氣經壓縮機儲存于C02儲罐中；流化床 硫鐵礦分解裝置中還原反應后的固體物料經過高溫非機械閥進入流化床脫硫石膏分解裝置，同時脫硫石膏經脫硫石膏干燥與給料裝置送入流化床脫硫石膏分解裝置，與由高溫非 機械閥送入的固體物料Fe、CaS進行還原反應生成Fe、石灰CaO和SO2 ；反應產物經過旋風 分離器分離，其中氣態產物經C02/S02冷卻與制硫酸裝置制取硫酸，并儲存于硫酸罐，CO2經 壓縮機儲存于CO2儲罐；分離后的固態混合物分別經過灰渣冷卻裝置和磁選分離裝置得到 的直接還原鐵Fe和CaO，分別儲存于鐵儲存倉和CaO儲罐中，CaO儲罐中的部分CaO回送至 流化床硫鐵礦分解裝置。作為本發明系統的進一步改進，在所述煙氣冷凝裝置出氣口和流化床脫硫石膏分 解裝置入口之間設有低熱值CO燃燒器，冷卻后的煙氣或者經過管道輸送至低熱值CO燃燒 器燃燒，作為流化床脫硫石膏分解裝置的補充熱源。作為本發明系統的進一步改進，在所述煙氣冷凝裝置進氣口和高溫除塵器之間設 有CO燃盡裝置，進入煙氣冷凝裝置的煙氣預先在CO燃盡裝置燃燒完全后再儲存于CO2儲 罐中。
作為本發明系統的進一步改進，所述CO2儲罐的出口和所述煙氣冷凝裝置的冷卻 介質入口連接，CO2儲罐中的CO2作為所述煙氣冷凝裝置的冷卻介質。作為本發明系統的進一步改進，所述CO2儲罐的出口還經過管道、增壓風機和流化 床硫鐵礦分解裝置、流化床脫硫石膏分解裝置和灰渣冷卻裝置進氣口連接，所述CO2儲罐中 的CO2經過管道增壓后作為流化床硫鐵礦分解裝置、流化床脫硫石膏分解裝置和灰渣冷卻 裝置的流化動力。本發明的特點1)利用了燃煤電站現有資源，不僅綜合處理了脫硫石膏和硫鐵礦廢棄物，而且回 收了硫、鐵和鈣等資源，實現了固廢資源的綜合利用；2)使用煤炭，特別是劣質煤炭作為還原劑，使電站資源得到有效利用，同時也為劣 質煤炭資源的綜合利用提供了一條途徑；3)脫硫石膏的分解率彡95%，脫硫率彡90% ；Fe回收率彡90% ；4)該方法基于流態化技術，并集成了固體催化技術，具有結構簡單、運行操作溫度 低、處理時間短、運行操作穩定、能耗低、處理量大的特點；5)系統主體采用流化床反應裝置，以CO2作為流化風，實現了 CO2的富集和濃縮， 有利于CO2的減排與利用。5)本發明應用范圍廣，不僅適用于燃煤電站產生的脫硫石膏的綜合處理，也適用 于鋼鐵冶金等行業的煙氣脫硫石膏處理和固廢資源的綜合利用。
圖1本發明實施例1的系統結構和工藝流程示意圖。 實施例下面結合附圖及實施例對本發明作進一步的描述。實施例1本實施例由流化床硫鐵礦分解裝置、流化床脫硫石膏反應裝置2個還原反應分解 裝置及其相應的輔助系統組成。圖1給出了本實施例的系統結構和工藝流程示意圖。
煤炭經過磨煤機1粉磨后貯存于煤粉倉2，再通過輸料裝置201將煤粉送入流化床 硫鐵礦分解裝置5 ；FeS2經過硫鐵礦粉磨機3粉磨后貯存于硫鐵礦倉4中，再通過輸料裝置 401將FeS2粉送入流化床硫鐵礦分解裝置5。在流化床硫鐵礦分解裝置底部風室處分別設 置啟動燃燒室6 (用于流化床的啟動)、高溫非機械閥7 (用于輸送高溫固體物料)和排渣 裝置8 (用于排出固體灰渣)。煤炭、FeS2,以及來自CaO儲罐30的CaO在流化床硫鐵礦分 解裝置5中進行還原反應，其反應溫度控制在650-950°C。反應產生的氣態產物(CO、CO2, S)經高溫除塵器9、CO燃盡裝置和煙氣冷凝裝置10 (其冷卻介質為來自CO2儲罐13中的 CO2)冷卻后回收單質硫，儲存于硫儲存倉11中；冷卻后的煙氣或者經過管道輸送至低熱值 CO燃燒器21燃燒，作為流化床脫硫石膏分解裝置20的補充熱源，或者預先在CO燃盡裝置 16燃燒完全后經壓縮機12儲存于CO2儲罐13中；還原反應后的固體物料經過高溫非機械 閥7進入流化床脫硫石膏分解裝置20。脫離石膏經脫硫石膏干燥與給料裝置19 送入流化床脫硫石膏分解裝置20，與由 高溫非機械閥7送入的固體物料Fe、CaS在溫度為800-1050°C的條件下進行還原反應生成 Fe、石灰CaO和S02。反應產物經過旋風分離器22分離，其中氣態產物經C02/S02冷卻與制 硫酸裝置23制取硫酸，并儲存于硫酸罐24，CO2經壓縮機28儲存于CO2儲罐13 ；分離后的 固態混合物分別經過灰渣冷卻裝置25和磁選分離裝置26得到的直接還原鐵Fe和CaO，分 別儲存于鐵儲存倉27和CaO儲罐30中，CaO儲罐中的部分CaO回送至流化床硫鐵礦分解 裝置5，其余的可以返回脫硫系統循環使用或作為鋼鐵企業的輔料使用。本系統的CO2儲罐13承擔接受和輸配CO2的任務，首先來源于流化床硫鐵礦分解 裝置5和流化床脫硫石膏分解裝置20經過壓縮儲存于CO2儲罐13中；儲罐中的CO2 —部分 作為流化動力經增壓風機18分別輸送至流化床硫鐵礦分解裝置5、流化床脫硫石膏分解裝 置20和灰渣冷卻裝置25，另一部分作為冷卻介質經冷凝裝置10加熱后，作為干燥脫硫石膏 的干燥劑進入脫硫石膏干燥與給料裝置19。本發明還可以有其它實施方式，凡采用同等替換或等效變換形成的技術方案，均 落在本發明要求保護的范圍之內。
權利要求
利用煤炭綜合處理硫鐵礦和脫硫石膏的方法，其特征是，該方法包括下列步驟1)將電站制粉系統拋棄物和采礦工程的尾礦收集與分選，獲得硫鐵礦FeS2固體廢棄物；2)將FeS2、CaO和煤炭送入溫度為650～950℃的流化床硫鐵礦分解裝置內進行分解反應，得到直接還原Fe、CaS、硫磺蒸汽和CO；含有硫磺蒸汽和CO的氣體通過冷凝裝置回收單質硫，CO燃燒生成的CO2存儲在儲罐中，直接還原Fe和CaS則通過高溫非機械閥進入流化床脫硫石膏分解裝置；3)經過干燥的脫硫石膏送入溫度為800-1050℃流化床脫硫石膏分解裝置；在該裝置內，CaS和CaSO4反應生成石灰CaO和SO2，含有CO2和SO2氣體經過分離后，SO2用于制取硫酸，CO2經過壓縮機儲存于CO2儲罐中；含有Fe、CaO的固體物料經過冷卻后，分離出其中的直接還原Fe，CaO則進入儲倉罐，部分CaO被輸送到流化床硫鐵礦分解裝置，其余CaO回收后返回脫硫系統循環使用或作為鋼鐵企業的輔料使用。
2 .根據權利要求1所述的利用煤炭綜合處理硫鐵礦和脫硫石膏的方法，其特征是，所 述步驟2)中CO燃燒生成的CO2,作為流化床脫硫石膏分解裝置的補充熱源。
3.根據權利要求1所述的利用煤炭綜合處理硫鐵礦和脫硫石膏的方法，其特征是，所 述CO2儲罐中的CO2經過管道增壓后作為流化床硫鐵礦分解裝置、流化床脫硫石膏分解裝置 和灰渣冷卻裝置的流化動力。
4.根據權利要求1所述的利用煤炭綜合處理硫鐵礦和脫硫石膏的方法，其特征是，所 述CO2儲罐中的CO2的一部分作為冷卻介質經冷凝裝置加熱后，作為干燥脫硫石膏的干燥 劑。
5.利用煤炭綜合處理硫鐵礦和脫硫石膏的系統，由流化床硫鐵礦分解裝置、流化床脫 硫石膏反應裝置及其相應的輔助系統組成，主要包括流化床硫鐵礦分解裝置、流化床脫硫 石膏反應裝置、硫鐵礦給料裝置、煤炭給料裝置、CO快速冷卻裝置、高溫非機械閥、脫硫石 膏干燥及給料裝置、灰渣冷卻裝置、Fe和CaO收集與分選裝置、CaO返料裝置、啟動燃燒室、 CO燃燒裝置、co2/so2冷卻與分離裝置、CO2儲罐、SO2制硫酸裝置、風機及管道；煤炭經過磨 煤機粉磨后貯存于煤粉倉，再通過輸料裝置將煤粉送入流化床硫鐵礦分解裝置；FeS2經過 硫鐵礦粉磨機粉磨后貯存于硫鐵礦倉中，再通過輸料裝置將FeS2粉送入流化床硫鐵礦分解 裝置；在流化床硫鐵礦分解裝置底部風室處分別設置啟動燃燒室、高溫非機械閥和排渣裝 置；煤炭、FeS2、以及來自CaO儲罐的CaO在流化床硫鐵礦分解裝置中進行還原反應，反應 產生的氣態產物經高溫除塵器、CO燃盡裝置和煙氣冷凝裝置冷卻后，回收的單質硫儲存于 硫儲存倉中；冷卻后的煙氣經壓縮機儲存于CO2儲罐中；流化床硫鐵礦分解裝置中還原反 應后的固體物料經過高溫非機械閥進入流化床脫硫石膏分解裝置，同時脫硫石膏經脫硫石 膏干燥與給料裝置送入流化床脫硫石膏分解裝置，與由高溫非機械閥送入的固體物料Fe、 CaS進行還原反應生成Fe、石灰CaO和SO2 ；反應產物經過旋風分離器分離，其中氣態產物經 C02/S02冷卻與制硫酸裝置制取硫酸，并儲存于硫酸罐，CO2經壓縮機儲存于CO2儲罐 ’分離 后的固態混合物分別經過灰渣冷卻裝置和磁選分離裝置得到的直接還原鐵Fe和CaO，分別 儲存于鐵儲存倉和CaO儲罐中，CaO儲罐中的部分CaO回送至流化床硫鐵礦分解裝置。
6.根據權利要求5所述的利用煤炭綜合處理硫鐵礦和脫硫石膏的系統，其特征是，在 所述煙氣冷凝裝置出氣口和流化床脫硫石膏分解裝置入口之間設有低熱值CO燃燒器，冷卻后的煙氣或者經過管道輸送至低熱值CO燃燒器燃燒，作為流化床脫硫石膏分解裝置的 補充熱源。
7.根據權利要求5所述的利用煤炭綜合處理硫鐵礦和脫硫石膏的系統，其特征是，在 所述煙氣冷凝裝置進氣口和高溫除塵器之間設有CO燃盡裝置，進入煙氣冷凝裝置的煙氣 預先在CO燃盡裝置燃燒完全后再儲存于CO2儲罐中。
8.根據權利要求5所述的利用煤炭綜合處理硫鐵礦和脫硫石膏的系統，其特征是，所 述CO2儲罐的出口和所述煙氣冷凝裝置的冷卻介質入口連接，CO2儲罐中的CO2作為所述煙 氣冷凝裝置的冷卻介質。
9.根據權利要求5所述的利用煤炭綜合處理硫鐵礦和脫硫石膏的系統，其特征是，所 述CO2儲罐的出口還經過管道、增壓風機和流化床硫鐵礦分解裝置、流化床脫硫石膏分解裝 置和灰渣冷卻裝置進氣口連接，所述CO2儲罐中的CO2經過管道增壓后作為流化床硫鐵礦分 解裝置、流化床脫硫石膏分解裝置和灰渣冷卻裝置的流化動力。
全文摘要
本發明公開了一種利用煤炭綜合處理黃鐵礦和脫硫石膏的方法和系統，以煤炭及其產生的CO為還原劑，將硫鐵礦還原成直接還原鐵Fe和單質硫S，脫硫石膏還原分解為石灰CaO和SO2，SO2用于制取硫酸或單質硫，石灰CaO可返回脫硫系統作為脫硫劑或鋼鐵冶金輔料使用，進而回收硫、鐵資源。該系統由流化床硫鐵礦分解裝置、流化床脫硫石膏反應裝置、硫鐵礦給料裝置、煤炭給料裝置、CO快速冷卻裝置、高溫非機械閥、脫硫石膏干燥及給料裝置、灰渣冷卻裝置、Fe/CaO收集與分選裝置、CaO返料裝置、啟動燃燒室、CO燃燒裝置、CO2/SO2冷卻與制硫酸裝置、CO2儲罐、風機及管道等組成。
文檔編號C01B17/50GK101870493SQ20101014766
公開日2010年10月27日 申請日期2010年4月15日 優先權日2010年4月15日
發明者盧平, 曹乾, 朱婷, 杭程, 王習欽, 王寬, 王曉楠 申請人:南京師范大學