将煤和石膏转化为有用气体和固体产物的煤气化联产方法技术

本发明专利技术涉及的方法可供生产一种可用作能源的可燃气体、可作为煤气化反应氧化剂来源的含ＳＯ－［２］的第二气流以及可用作硫酸生产原料的含ＳＯ－［２］的第三气流。该方法包括在煤气化段内，在含Ｏ－［２］及ＳＯ－［２］的气氛中将煤加热，以生产出一种半无烟碳和一种粗煤气；从煤气中除去含硫化合物并将其转变成元素硫；将半无烟碳与石膏在还原条件下加热，以生成含少量ＳＯ－［２］的第二气流（返回气化段用作氧化剂）和含大量ＳＯ－［２］的第三气流以及固体烧结产品。（*该技术在2010年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种可将价值较低的煤和石膏转化为有较高价值的气体和固体产物的方法，特别是涉及一种利用高硫含量的煤和磷石膏来生产元素硫、硫酸和固体填料的方法。天然磷酸盐岩，特别是矿物磷灰石（磷酸钙），是生产磷的一种主要工业原料。由磷酸盐岩生产磷酸的最普通的方法之一是酸法，或称湿法。该湿法流程包括把精选磷酸盐岩与硫酸反应以生产磷酸和一种被称为磷石膏的不纯硫酸钙。直到最近，磷石膏仍被认为是来自湿法流程中一种没有工业价值的废物。因此，大堆大堆的磷石膏积累在磷酸厂的周围。这些磷石膏堆引起了一个环境问题，这主要是由于雨水被酸化并因此使一些可溶性的化合物从磷石膏堆中流出来而引起的。授予加德纳（Gardner）等人的美国专利US    4，503，018公开了一种用于将磷石膏转化为有用产品的具有工业价值的方法（以下称“Gardner”法），此处将其整体地引述，以供参考。在Gardner法中，由于石膏的热分解而产生一种含硫的气体。较具体地说，Gardner法的步骤包括将含碳物料和石膏的粒状混合物装入一个转动炉篦反应器中，然后将此混合物烘干并烧结，以生产一种含二氧化硫和/或硫的气体。在这些粒料热分解以后，就留下一种石灰残渣，这些石灰可以出售或可用于一些常见的用途。美国专利US    4，744，969公开了另一种用于将磷石膏转化为有用产品的方法，此处将其整体引述，以供参考。所述的方法是将高硫-->含量而低热值的煤与石膏一起转化为一种无硫气体、一种富硫气体以及一种固体填料。在将煤进行气化处理时产生了煤和含硫气体，从该含硫气体中将硫分离出来后，就获得一种基本上无硫的气体，接着将所获的硫转化为固体的硫化合物。将这些硫化合物与碳和石膏一起装入一个脱硫反应器中。该脱硫反应器具有：预干燥、干燥、焙烧和冷却几个步骤，通过这些工艺步骤将所说的碳和石膏转化为所需的产品。在磷酸厂中，由于石膏以很快的速率生成并且现在已有了很大的贮存量，因此仍需要寻找一种更有效的石膏转化方法。假如应用现有的工艺来处理所有生成的磷石膏，那么将会导致生产出过多的硫酸。本专利技术涉及的方法能同时生产这样三股气流，第一股气流是可燃性的，基本上不含硫，可作能源使用，第二股气流含二氧化硫，可用作煤气化处理时的氧化剂，第三股气流也含二氧化硫，可用作生产硫酸的原料。该方法包括在气化段中使煤进行反应，反应气氛含有氧和二氧化硫，反应条件应使得煤发生部分地气化，以生产出一种半无烟碳及一种粗煤气。然后从粗煤气中分离出含硫化合物，这样就产生了可燃的第一股气流，另外在硫回收段中回收元素硫。将半无烟碳与石膏和其他配料一起掺合用作进料混合物。半无烟碳与石膏混合物中的非石膏部分具有足够的还原势，可以将石膏中的硫还原成氧化价态为+4或更低价态的气体硫化合物。将进料混合物加热，例如借助于燃烧可燃的第一股气流的一部分来加热，这样就可将混合物中的硫化合物还原成氧化价态为+4或更低价态的气体硫化合物，这样的硫化合物适于制造硫酸。半无烟碳与石膏于反应段中在还原条件下发生反应，首先生成含较稀SO2的第二股气流，将这股气流从反应段中排出。然后，在反应稍后的阶段，反应段中就生成了含浓SO2的第三股气流，-->将这股气流用来制造硫酸。含二氧化硫的第二股气流最好再循环返回煤的气化段，在气化段中第二股气流可与适量的空气混合以使其含有适于煤的气化所需的等价量的氧。该方法还产生了一种有实用价值的固体烧结产物，例如一种可用于铺路混合物的填料。该方法特别适用于有效地将一些廉价原料，例如高硫而低热值的煤和磷石膏，转变成高价值的产品，包括硫酸、元素硫和高质量的填料物质，并且还获得净能量输出。该方法具有很突出的优点，因为从环境保护的观点来看，它利用了作为环境污染物的磷石膏，而从能源的观点来看，它可将一些质量相当低的煤转化为一种干净的可燃气体和一种可用于石膏脱硫反应器的碳源。与消耗石膏的其他工艺方法相比较，本专利技术的方法还具有一个很大的优点，这是因为它可消耗掉磷酸厂产生的所有磷石膏而不会产生过多的硫酸。与现有工艺不同的是，过多的硫被作为元素硫回收，这是一种具有较高价值的产品。图1是本专利技术方法基本特征的示意图，该方法用以共同生产可燃性的第一股气流，含有稀二氧化硫的第二股气流和含有浓二氧化硫的第三股气流。图2是本专利技术方法的一个实施方案的示意图，该方法用以共同生产一种可燃性的气体、含有稀二氧化硫的第二股气流和含有浓二氧化硫的第三股气流。图3是一种适用于本专利技术的转动炉篦反应器的实施方案的示意图。图1解释了本专利技术方法的基本特征。将煤加入一个煤气化器10，在此处，在符合于部分煤气化条件的贫氧气氛中将煤加热，以产生一种半无烟碳和一种粗煤气。将所获粗煤气送入硫回收段12中，在此-->处将含硫化合物从粗煤气中分离出来以产生一种可燃气体和元素硫。将来自煤气化器10的半无烟碳与石膏和其他的任选物料（例如黄铁矿和粘土/矿泥）一起加入石膏反应器14中。在石膏反应器的反应初期，生成一股含较稀二氧化硫的气流，而在石膏脱硫反应器的反应稍后的阶段，生成一股含浓二氧化硫的气流。在含较稀SO2的气流中，SO2的浓度最好低于约7%。其较佳浓度范围约在4%至5%之间。一种典型的含稀SO2的气流含有（按湿基摩尔百分数计）：CO2，7.5%;N2，69.1%;O2，9.7%;SO2，1-7%;H2O，13.0-7.0%。产生较稀SO2气流的早期阶段包括：点火、干燥和石膏脱硫过程的早期气化阶段。为了控制在较稀SO2的气流中的SO2含量，可以适当选择反应物料在初期阶段的停留时间或将较稀SO2气流由气室中引出的终点位置。浓SO2的气流中含有较高百分比的SO2，故可用作生产硫酸的原料。在这股气流中的SO2浓度最好大于8%。一种典型的含浓SO2的气流的成分如下（按干基摩尔百分数计）：CO2，10.7%;N2，73.4%;O2，7.2%;SO2，8.7%。正如上述，本专利技术方法的第一步包括将一种煤原料进行部分气化处理，以产生一种半无烟碳和一种粗煤气。在常规的煤的气化处理中，力图将煤中的碳组分基本上完全气化。与常规的方法不同，本专利技术的方法是将煤在符合部分气化的条件下加热，以使得其中相当大的一部分碳成为半无烟碳留下来。部分气化的条件主要是使煤在贫氧的气氛中和在温度低于常规的煤气化操作温度的条件下进行气化。所需的气化温度随着进入气化器的进料气体的流速和氧含量、煤的性质（即所含的BTU热值）以及煤在气化器中的停留时间而变化。部分气化的条件通常包括一种贫氧气氛和在约700℃至约1100℃-->之间的温度。过低的温度会使煤中的硫成分达不到合乎要求的气化或挥发，而过高的温度又会导致煤的过度气化或增加控制气化速率的难度。故煤的气化温度最好在约750℃至约1000℃的范围。此处所用的术语“贫氧气氛”是指，煤在气化器这段时间内，气氛中所含的氧或由含SO2的气流所提供的等价量的氧不足以使煤中可挥发的碳化合物基本上完全反应。这样，可通过改变进料气体的流速及其氧含量来控制燃烧的程度。最好是使进入气化器的氧含量正好足以使复杂的挥发性碳化合物转化为简单的可燃气体，例如一氧化碳、甲烷和氢。虽然贫氧气氛可用单独加入空气的方法来提供，但最好还是通过将空气与来自石膏脱硫反应最初阶段的较稀SO2的气流混合的方法来提供。这本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可共同生产三股气流的方法，其中第一股气流是可燃的，可作能源使用，第二股气流含ＳＯ↓［２］，可用作煤气化反应的氧化剂源，第三股气流也含ＳＯ↓［２］，可用作生产硫酸的原料，该方法包含如下步骤：（ａ）在有氧化剂存在时，于部分煤气化条件下使 煤在煤气化段中反应，以产生半无烟碳和一种粗煤气；（ｂ）在硫回收段内从粗煤气流中分离出含硫化合物，以生产出可燃的第一股气流和元素硫；（ｃ）在反应段中使所说的半无烟碳与石膏反应，这两种物质的比例应能使得在半无烟碳与石膏混合物中的非石膏部 分含有足够的还原势，以便在还原条件下将石膏中的硫还原成氧化价态为＋４或更低价态的气态化合物，这亲就首先生产出含较稀的ＳＯ↓［２］的气流，这就是第二股气流，该气流在反应段的反应初期生成并从反应段排出，接着生产出含ＳＯ↓［２］的第三股气流，其中含有浓的ＳＯ↓［２］，这股气流在反应段的反应稍后阶段被回收。

【技术特征摘要】
US 1989-5-24 356,7521、一种可共同生产三股气流的方法，其中第一股气流是可燃的，可作能源使用，第二股气流含SO2，可用作煤气化反应的氧化剂源，第三股气流也含SO2，可用作生产硫酸的原料，该方法包含如下步骤：(a)在有氧化剂存在时，于部分煤气化条件下使煤在煤气化段中反应，以产生半无烟碳和一种粗煤气；(b)在硫回收段内从粗煤气流中分离出含硫化合物，以生产出可燃的第一股气流和元素硫；(c)在反应段中使所说的半无烟碳与石膏反应，这两种物质的比例应能使得在半无烟碳与石膏混合物中的非石膏部分含有足够的还原势，以便在还原条件下将石膏中的硫还原成氧化价态为+4或更低价态的气态化合物，这亲就首先生产出含较稀的SO2的气流，这就是第二股气流，该气流在反应段的反应初期生成并从反应段排出，接着生产出含SO2的第三股气流，其中含有浓的SO2，这股气流在反应段的反应稍后阶段被回收。2、如权利要求1的方法，其中的步骤（a）包括在有氧化剂存在的条件下加热煤，所说的氧化剂中含有约达50%（体积）的水蒸气，其中氧的含量和氧化剂的进料速率都被加以控制，以使温度维持在约700℃至约1100℃之间。3、如权利要求2的方法，其中的氧化剂的进料速率被加以控制，以使温度维持在约700℃至约1000℃之间。4、如权利要求3的方法，其中的部分煤气化条件包括压力范围约为1.5至20大气压的压力条件。5、如权利要求1的方法，其中步骤（a）中的部分煤气化条件被加以控制，以使得在所生成的半无烟碳中，碳的含量范围约为40%-80%（重量）。6、如权利要求1的方法，其中步骤（c）中的半无烟碳与石膏被掺合在一起，以形成一种进料混合物。7、如权利要求6的方法，其中的进料混合物在被送往所说的反应段进行所说的反应之前，首先被制成丸粒状。8、如权利要求1的方法，其中的黄铁矿物料与半无烟碳及石膏掺合在一起。9、如权利要求8的方法，其中的黄铁矿物料是指黄铁矿、金属铁、元素硫、氧化铁或硫化亚铁。10、如权利要求9的方法，其中的黄铁矿物料是黄铁矿，这种黄铁矿被加入进料混合物中以使黄铁矿在进料混合物中的含量达到约0-约20%（重量）。11、如权利要求1、4或8的方法，其中步骤（c）中的半无烟碳与石膏的混合物中含有约50-约80%（重量）的石膏;另外含有足够量的半无烟碳以保证在半无烟碳与石膏混合物中的碳含量达到约3-约11%（重量）;以及含有约0-约20%（重量）的黄铁矿物料。12、如权利要求11的方法，其中的半无烟碳、石膏和黄铁矿物料被掺合在一起，以形成一种进料混合物。13、如权利要求12的方法，其中步骤（c）的进料混合物被制成一种平均直径约为1英寸或更小的丸粒。14...

【专利技术属性】
技术研发人员：杰罗姆H马滕，
申请(专利权)人：佛罗里达磷酸盐研究院，
类型：发明
国别省市：US[美国]