[其他]将煤和石膏转化为价值较高的产品的方法

说明书

本发明涉及将相对地低价值的煤和石膏经济地转化为较高价值的气体物流和固体产品的方法。特别是，本发明涉及一种同时生产可用作能源的可燃性气体物流和可用作硫酸生产原料的含硫气体物流的方法。本方法另一有用的副产品是一种烧结的固体无机产品，该产品可用作铺路材料的集料与及其他用途。

天然的磷酸盐岩，特别是矿物磷灰石（磷酸钙），是一种主要的工业磷源。其中最通常的一种从磷酸盐岩生产磷酸的方法是酸法或湿法。湿法包括用硫酸消化精制的磷酸盐岩以生产磷酸和含有杂质的硫酸钙，即所谓磷石膏。直至目前为止，磷石膏被认为是湿法生产中的一种没有工业价值的废产品。因此，大堆的磷石膏堆积在磷酸厂的附近和周围。主要因为流经磷石膏中可溶化合物出来的雨水被酸化，这些磷石膏堆引起了环境的污染问题。

在授予Gardner等人的美国专利4503018中公开了一种将磷石膏转化成有用产品的有工业价值的方法。（“Gardner”法）整个地被结合在本发明中作参考。Gardner法产生一种由石膏的热分解中型成的含硫气体物流。更具体地说，Gardner法包括将一种制成粒状的含碳物料和石膏的混合物装进一个转动炉篦中干燥和加热，产生一种含有二氧化硫和（或）硫的气体流出物。当该颗粒被热解以后，石灰残余物可以出售或作其他传统的用途。Gardner所提出的石膏脱硫方法总的来说是吸热的。因此，此方法应用一种外部的热源来热解石膏。在一个实施方案中，Gardner法利用一个使用高硫煤的煤气发生炉来生产一种热的低英热单位（low-BTU）原料气体。这样煤气发生炉就将加热了的气体供给转动炉篦反应器。虽然Gardner考虑过从产品气体中回收热量，但此方法并未能产生有意义的输出热量。

用于Gardner法中的可供选择的煤气发生炉是一种能基本上将在煤中所有的含碳和含流化合物转化成挥发性气体，并不必经过预处理即可直接输进转动炉篦反应器中。因此煤原料中的碳主要用作热源而并不主要地参与将在石膏中的流化合物还原的反应。在煤原料中很大一部分的硫是以流化氢的形式从煤气发生炉中流出。若将高-流化氢含量的气体直接输进转动炉篦反应器中会引起某些害处。例如，和将固体含硫原料输进反应器相比，当这些气体直接燃烧时，它们会导致在气体产物中的具有较高的水含量和较低的SO含量。

Gardner法是将磷石膏转化成可用产品的一个有价值的方法，有关专业人员正在继续努力以寻求一些改进石膏脱硫效率和提高该方法产品质量的方法。

本发明涉及同时生产可用作能源的可燃性的第一气体物流和一种可用作硫酸生产原料的含硫第二气体物流。本方法包括在一种贫氧的气氛中，在煤部分气化的条件下将煤加热，产生一种固体的碳焦和一种原煤气物流。将含流化合物从粗煤气物流分开，产生一种可燃性的第一气体物流。将含流化合物转化成固体含硫物料并与固体的碳焦石膏结合形成一种原料混合物。该原料混合物的非石膏部分具有足够的还原电位来将石膏中的硫还原成为+4或较低氧化态的气体硫化合物。将原料混合物在还原条件下加热产生一种含硫的第二气体物流。本方法还生产一种具有铺路混合料的集料价值的固体烧结产品。

本方法特别适用于有效地将低价值的产品如高-硫，低英热单位的煤和磷石膏转化成较高价值的产品，其中包括硫酸和一种优质的集料，并且有净能量输出。从保护环境的观点来看，此方法是有很大优点的，因为它利用了一种环境污染物磷石膏，而从能源观点来看，则因为能将较劣质的煤转化成一种干净的可热气体和一种供给石膏脱硫反应器用的碳源。

图1为本发明同时生产一种可燃性第一气体物流和含硫第二气体物流的方法的主要特征简图。

图2为同时生产一种可燃气体和含硫第二气体物流的方法的一个实施方案简图。

图3为应用流化床煤气化器同时生产一种可燃气体和含硫第二气体物流的方法的一个实施方案简图。

图4为一个适用于本发明的转动炉篦反应器的一个实施方案简图。

本发明方法的第一步包括将煤气原料部分气化生产一种固体的碳焦和粗煤气物流。不同于传统的煤气化操作，该操作是要求将煤中的碳成份基本上全部气化，但在本方法中将煤在部分气化的条件下加热使得剩下很大一部分碳作为固体的碳焦。部分气化条件主要是通过将气化在一种缺氧的气氛下和在一个低于传统的煤气化操作温度的温度下进行达到的。气化的温度和输进气化器的气体流速和氧含量，煤的性质（即，英热单位含量）和煤在气化器内的停留时间有关。