[发明专利]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

说明书

本发明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。

本发明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，本发明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是本发明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是本发明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是一种适用于本发明的转动炉篦反应器的实施方案的示意图。