CN109775666B

CN109775666B - 煤气化协同硫酸钙煅烧及炭热还原制备硫磺的装置及方法

Info

Publication number: CN109775666B
Application number: CN201910131852.7A
Authority: CN
Inventors: 马春元; 夏霄; 张立强; 崔琳; 赵希强; 李军; 冯太
Original assignee: Shandong University
Current assignee: Shandong University
Priority date: 2019-02-22
Filing date: 2019-02-22
Publication date: 2020-07-07
Anticipated expiration: 2039-02-22
Also published as: CN109775666A

Abstract

本发明涉及一种煤气化协同硫酸钙煅烧及炭热还原制备硫磺工艺及方法。针对硫酸钙高温下与碳材料及硫磺反应产生高浓度SO₂烟气和金属氧化钙，利用U型煤气化煅烧炉、炭热还原塔、硫磺回收装置以及各种换热器等，通过精确控制各反应条件，用难以处理的固废硫酸钙制备硫磺，同时副产氧化钙，副产物氧化钙可代替石灰石作为脱硫脱硝剂。

Description

煤气化协同硫酸钙煅烧及炭热还原制备硫磺的装置及方法

技术领域

本发明属于固废资源化利用领域，特别是涉及一种煤气化协同硫酸钙煅烧及炭热还原制备硫磺工艺及方法。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

随着我国高浓度磷肥和磷酸工业的快速发展，副产物磷石膏的产量急剧增加，磷石膏的主要成分为CaSO₄·2H₂O，同时也含有少量的其他金属离子硫酸盐。目前我国磷石膏年排放量近亿吨，累积堆积量近5亿吨。目前国内磷石膏虽然有一定的利用途径，但都存在的一定的问题，且处理量较小，无法缓解我国磷石膏的污染现状。磷石膏含有酸性及有害物质，必须专门堆放，既占地又浪费资源，且磷石膏长期堆放会污染地下水。

随着我国环保要求的不断提高，燃煤电厂、钢铁厂等排放的含硫烟气需要设置烟气脱硫装置，其中以石灰石-石膏法为主的湿法脱硫机组占总装机容量的85％左右，该项技术虽然具有脱硫效率高，运行稳定等优点，但是需要消耗大量的石灰石，石灰石过度开采，不仅破坏生态环境，而且脱硫副产物为低品质脱硫石膏，价值低，难以利用。目前我国脱硫石膏年产量约为一亿吨，脱硫石膏的成分与磷石膏相似，主要成分为CaSO₄·2H₂O。

硫磺在所有含硫产品中分子量最低，单位价值高；储存运输成本较低；且硫磺可作为大多数含硫产品的生产原料，用途广泛。我国又是硫磺资源短缺的国家，每年硫磺进口量及消耗量位居世界前列，对外依存度高，硫磺作为重要的化工原料之一，其市场价值和应用价值远远大于硫酸。

专利CN108640090A公开了一种炭热还原SO₂制备硫磺的装置及方法，属于硫磺回收技术领域，包括料仓、气固混合仓、炭热还原塔、高温气固分离器、灰斗、碳基还原剂缓冲罐，炭热还原塔由上到下为反应段和气固混合仓，料仓与气固混合仓的物料进口连接，反应段顶部设置还原气出口，还原气出口依次连接高温气固分离器、灰斗、碳基还原剂缓冲罐，碳基还原剂缓冲罐与气固混合仓的返料口连接，气固混合仓内部由上到下依次设置支架、分布板、补充气进口，反应气进管由气固混合仓的底部进入气固混合仓，所述支架位于物料进口和返料口的下侧，反应气进管的一端位于支架的上方，高浓度SO₂的烟气进行初步脱硫，回收硫磺，防止了物料的堆积造成的堵塞，充分利用了物料。

专利201710017333.9公开了一种从石膏制取氧化钙和硫磺的方法，包括如下步骤：(1)石膏预处理：将二水石膏干燥形成总水含量为2～10％的脱水石膏，脱水石膏磨成石膏粉；(2)石膏分解：将步骤(1)的石膏粉与含硫过程气接触，在700～1200℃进行反应，最终生成氧化钙和二氧化硫气体；(3)二氧化硫还原：将步骤(2)所制得的二氧化硫气与碳质还原剂接触，在600～1000℃反应，生成含硫过程气，含硫过程气分成两股，一股用于步骤(2)石膏分解反应，另一股则取出经冷凝、催化反应、造粒等过程，生产出硫磺；该方法的石膏转化率高，消耗石膏生产具有高附加值的氧化钙和硫磺。但发明人发现：该方法的原料利用率低、能耗有待提高。

发明内容

为了克服上述问题，本发明结合硫酸钙还原焙烧工艺以及SO₂炭热还原制备硫磺技术，提出一种煤气化协同硫酸钙煅烧及炭热还原制备硫磺工艺及方法，并设计与之相应的装置。硫酸钙在碳材料和还原性气体(CO、H₂、S₂等)添加剂协同作用下分解出高浓度SO₂烟气和固体氧化钙粉末，高浓度SO₂烟气可通过与碳材料在高温下反应直接还原为单质硫蒸气，然后依次经过除尘、降温、精除尘工艺后由硫磺回收装置回收得到硫磺；固体氧化钙粉末可代替石灰石作为湿法脱硫脱硝、半干法脱硫脱硝的脱硫脱硝剂，该工艺可实现硫酸钙的资源化多功能利用。

为实现上述技术目的，本发明采用的技术方案如下：

一种煤气化协同硫酸钙煅烧及炭热还原制备硫磺的装置，包括：U型炉、高温分离器Ⅰ、硫酸钙储仓、碳材料储仓Ⅰ、炭热还原塔、高温分离器Ⅱ、再热器、除尘装置、硫磺回收装置、硫磺储罐；所述U型炉分为左侧煅烧段、右侧煤气化段，所述左侧煅烧段与硫酸钙储仓、碳材料储仓Ⅰ相连，所述U型炉右侧煤气化段上部的出口与高温分离器Ⅰ进口相连，所述高温分离器Ⅰ的底部物料出口通过分流装置分别与U型炉右侧煤气化段、氧化钙冷却器相连，所述高温分离器Ⅰ顶部的气体出口与炭热还原塔顶部的物料入口相连，所述炭热还原塔侧壁的出口与高温分离器Ⅱ相连，所述高温分离器Ⅱ底部的物料出口与所述U型炉右侧煤气化段侧壁的进气口相连，所述高温分离器Ⅱ顶部的出气口与再热器、除尘装置、硫磺回收装置、硫磺储罐依次相连；

所述炭热还原塔顶部物料入口还与碳材料储仓Ⅱ相连。

目前由硫酸钙制取氧化钙、硫磺的装置普遍存在原料利用率不高、能耗过大的问题。为此，本发明利用U型炉实现了煤气化和硫酸钙分解的同步进行，而煤气化产生还原性气体又为硫酸钙分解提供了热量和还原性物质；另一方面，本发明还设置有炭热还原塔，其制备硫磺工艺的最佳温度700℃-1000℃，与硫酸钙在“煤气化产生的还原性气体”存在下的分解温度(800℃-1100℃)相吻合，因此，将二者联用，大大提高了硫磺产品的转化率，而炭热还原反应后的乏焦、还原气又可作原料用于煤气化反应或硫酸钙分解，乏气则主要作为惰性气体用于硫酸钙等物料和热量的运输，减少水分对各反应的影响。因此，本发明通过将煤气化和硫酸钙分解、炭热还原三者有机的结合，有效地提高了原料的利用率和运行的能耗。

为了充分利用含有硫蒸气的还原气热能，同时，使硫逐步沉积下来，在一些实施例中，本发明中再热器的冷却介质为炭热还原乏气，由于炭热还原乏气还作为预热后的硫酸钙的载气，因此，吸热后的炭热还原乏气更利于硫酸钙的分解和升温。

在一些实施例中，所述炭热还原塔底部与所述U型炉右侧煤气化段侧壁的进气口相连，从炭热还原塔底部排除的乏焦、与从高温分离器Ⅱ下部排出乏焦一起，通过部分还原气导入U型炉中作为煤气化反应的原料，既实现了乏焦的循环利用、消除了炭热还原过程中产生的固废(所述固废即乏焦)，同时，乏焦的热能和活性又促进了煤气化反应效率的提高。

在一些实施例中，所述除尘器底部的物料出口与U型炉右侧煤气化段相连，还原气体中的固体粉末经除尘器分离后，由于主要成分为C，因此，可作为煤气化反应的原料，提高煤气化反应的效率。

在一些实施例中，所述硫磺回收装置的气体出口还分别与烟气净化***、U型炉左侧煅烧段和再热器相连，回收硫磺后的乏气一部分作为输送气体将硫酸钙和固体碳材料催化剂输送至U型炉左侧煅烧段，一部分经再热器升温后，由120℃-250℃升温至500℃-800℃，返回炭热还原塔作为调温气体，最后一部分乏气进入烟气净化***后排出。

在一些实施例中，所述硫酸钙储仓与U型炉之间设置有预热器。通过预热将硫酸钙转换为无水硫酸钙，并将水汽排除，避免影响后续的分解反应，同时实现了***余热的梯级利用。

在一些实施例中，所述氧化钙冷却器与氧化钙储仓相连，氧化钙可代替石灰石作为脱硫脱硝剂，因此，利用氧化钙储仓将冷却后的氧化钙收集，备用。

在一些实施例中，所述硫酸钙储仓出口、碳材料储仓出口、炭热还原乏焦排出、高温分离器Ⅱ下部出口管道处设锁气给料机，以精确控制输料量，并保证***的密封性。

本发明还提供了一种煤气化协同硫酸钙煅烧及炭热还原制备硫磺的方法，包括：

将预热后的硫酸钙粉末、与固体碳材料、还原性气体在800℃-1100℃下接触反应，收集焙烧渣、高浓度SO₂气体以及部分过量的还原性气体；

将焙烧渣、高浓度SO₂气体以及部分过量的还原性气体气固分离，使SO₂气体以及部分过量的还原性气体在500℃-1000℃与碳材料反应，生成单质硫蒸气；

其中，还原性气体由炭热还原反应后的乏焦、还原气进行煤气化反应产生。

研究表明，硫酸钙的自身分解温度为1350℃-1400℃之间，但加入碳材料、还原性气体(CO、H₂、S₂等)等还原性物质后，硫酸钙分解温度大大降低，分解温度约为800℃-1100℃，温度的降低不仅减少了能耗，同时降低后的温度与炭热还原SO₂制备硫磺工艺的最佳温度700℃-1000℃相吻合，可以大大提高硫磺产品的转化率；硫酸钙还原焙烧产物主要成分为固体金属氧化钙和高浓度SO₂气体(气体中SO₂浓度5％-30％)，高浓度的SO₂气体可以直接进入炭热还原塔进行氧化还原反应制备硫磺，氧化钙可以作为脱硫剂循环利用；还原性气体协同碳材料还原SO₂，炭热还原温度由700℃--1000℃降低至500℃-800℃，减少能耗，提高经济性。

在一些实施例中，所述硫酸钙，粒径60μm-3mm，为湿法脱硫石膏、半干法脱硫石膏、天然石膏与磷石膏中的至少一种；

所述碳材料，粒径60μm-3mm，为煤粉、活性焦、活性半焦、活性炭、炭化料、石墨种的至少一种。

本发明提出的一种煤气化协同硫酸钙煅烧及炭热还原制备硫磺工艺及方法。针对硫酸钙高温下与碳材料及硫磺反应产生高浓度SO₂烟气和金属氧化钙，利用U型煤气化煅烧炉、炭热还原塔、硫磺回收装置以及各种换热器等，通过精确控制各反应条件，用难以处理的固废硫酸钙制备硫磺，同时副产氧化钙，副产物氧化钙可代替石灰石作为脱硫脱硝剂。

该工艺的有益效果为：

1、碳材料、还原性气体协同分解硫酸钙以及SO₂的炭热还原，极大的降低了硫酸钙分解及炭热还原温度；

2、***能量梯级利用，降低了工艺能耗，提高了经济性；

3、将固废硫酸钙资源化利用生产高价值硫磺和氧化钙，氧化钙可代替石灰石作为脱硫脱硝剂，硫磺作为重要的工业原料，具有极高的利用价值；

4、利用炭热还原工艺排出的乏焦作为煤气化原料，不仅解决了炭热还原技术产生的固废难以处理的问题，同时节省了高品质碳材料的消耗，节约资源，提高了经济性。

该工艺不仅为目前难以处理的硫酸钙固废提供了全新的可持续的无污染的处理方式，实现了硫酸钙的资源化利用，同时可以缓解我国硫磺资源紧缺的现状，降低硫资源对外依存度，副产物氧化钙可以代替石灰石作为脱硫脱硝剂，减少了对石灰石的开采，保护了生态环境，因此，该工艺具有广阔的市场前景。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为实施例1的煤气化协同硫酸钙煅烧及炭热还原制备硫磺工艺及方法***图。

其中，1.硫酸钙储仓、2.硫酸钙预热器、3.碳材料储仓Ⅰ、4.U型炉、5.高温分离器Ⅰ、6.氧化钙冷却器、7.氧化钙储仓、8.碳材料储仓Ⅱ、9.炭热还原塔、10.高温分离器Ⅱ、11.再热器、12.精除尘装置、13硫磺回收装置、14.硫磺储罐、15.烟气净化***。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的，针对目前我国低品位石膏(主要是硫酸钙)难以处理，硫磺资源短缺的问题。因此，本发明提出一种煤气化协同硫酸钙煅烧及炭热还原制备硫磺工艺及方法，主要包括：

硫酸钙粉末首先通过给料机精确控制给料量输送至硫酸钙预热器进行预热，由常温加热至400℃-600℃，加热介质为惰性气体或空气，热量来自于反应固体产物氧化钙冷却放热量；预热后的硫酸钙由炭热还原乏气输送至U型炉左侧煅烧段；用于硫酸钙煅烧的固体碳材料通过给料机精确控制给料量，由炭热还原乏气输送至U型炉左侧煅烧段作为硫酸钙煅烧的固体催化剂；在炭热还原塔中参与炭热还原反应后的乏焦由还原气输送至U型炉右侧气化段进行煤气化反应，反应温度1100℃-1500℃，产生还原性气体同时提供硫酸钙煅烧所需热量，煤气化所需热量由燃烧器提供；还原性气体通过U型炉底部通道，由右侧气化段进入左侧煅烧段，在煅烧段中与固体碳材料以及硫酸钙接触发生反应，反应温度为800℃-1100℃，通过精确控制反应条件及反应过程，煅烧后的产物为焙烧渣、高浓度SO₂气体以及部分过量的还原性气体；煅烧后的气固产物首先进入高温分离器Ⅰ，气固分离后的焙烧渣根据渣中氧化钙的质量分数是否达标进行分流：如果氧化钙质量分数未达标，说明多数硫酸钙未煅烧完全，此时通过分流装置左侧L型返料阀将焙烧渣返回U型炉进行循环煅烧，以保证硫酸钙的煅烧率；如果氧化钙质量分数达标，说明硫酸钙煅烧较为完全，此时通过分流装置右侧L型返料阀进入氧化钙冷却器冷却，温度由900℃-1100℃冷却到20℃-80℃，氧化钙冷却放热量用于硫酸钙的预热，冷却后的焙烧渣储存在氧化钙储仓中；气固分离后的气体中含有浓度为3％-30％的SO₂以及3％-30％的还原性气体，从上部进入炭热还原塔，与炭热还原塔中的碳材料在500℃-1000℃温度范围内发生氧化还原反应，高浓度的SO₂被还原为单质硫蒸气，参与炭热还原的碳材料通过给料机精确控制给料量从炭热还原塔上方输入；炭热还原后的乏焦一部分直接从炭热还原塔底部排出，一部分由还原气携带进入高温分离器Ⅱ，从高温分离器Ⅱ下部排出，炭热还原塔排出的乏焦通过部分还原气输送至U型炉右侧气化段作为煤气化原料；高温分离器Ⅱ分离出的还原气进入再热器降温，还原气从500℃-1000℃降温至450℃-500℃，冷却介质为炭热还原乏气；降温后的还原气一部分作为输送气体携带乏焦送至U型炉右侧，一部分进入精除尘装置，除去还原气中粒径较小的固体粉末，分离下来的固体粉末返回U型炉右侧气化段作为原料；除尘后的还原气进入硫磺回收装置回收得到硫磺，收集下来的硫磺储存在硫磺储罐中，回收硫磺后的乏气一部分作为输送气体将硫酸钙和固体碳材料催化剂输送至U型炉左侧煅烧段，一部分经再热器升温后，由120℃-250℃升温至500℃-800℃，返回炭热还原塔作为调温气体，最后一部分乏气进入烟气净化***后排出。

所述硫酸钙，粒径60μm-3mm，可以是湿法脱硫石膏、半干法脱硫石膏、天然石膏与磷石膏等多种硫酸钙产品；

所述碳材料，粒径60μm-3mm，可以为煤粉、活性焦、活性半焦、活性炭、炭化料、石墨等多种类型的碳材料；

所述惰性气体，包括氮气、氩气、氦气等多种惰性气体以及它们的混合物；

所述焙烧渣，粒径60μm-3mm，主要成分为固体氧化钙粉末、未煅烧完全的硫酸钙粉末及少量杂质；

所述U型炉，可以为气流床、流化床、沸腾床、鼓泡床、喷动床、沉降床等多种炉型；更具体的，所述U型炉为USC-80U型炉。

所述还原性气体，温度1200℃-1500℃，主要成分为N₂、CO、H₂、CH₄、CO₂等；

所述还原气，温度800℃-1100℃，主要成分为N₂、S蒸汽(浓度5％-35％)、CO、CO₂等；

所述乏气，主要成分为N₂、CO、CO₂等；

所述乏焦，主要成分为C，炭热还原反应后的物质；

所述给料机，可以为螺旋给料机、锁气给料机等多种给料形式；

所述燃烧器，其燃料可以为煤粉、天然气、柴油等多种燃料形式的燃烧器；

所述高温分离器，可以为高温旋风分离器、高温轴流分离器等多种形式的分离器；

所述精除尘装置，可以为金属网过滤器、陶瓷过滤器等多种形式的精除尘过滤器；

所述炭热还原塔，可以为气流床、鼓泡床、微流化床、喷动床及流化床等多种形式；

上述气体输送过程由引风机或送风机提供输送动力；

硫酸钙储仓出口、碳材料储仓出口、炭热还原乏焦排出、高温分离器Ⅱ下部出口管道处设锁气给料机，精确控制输料量的同时保证***的密封性；

还原气经过高温分离器分离出粉状焙烧渣后，再经再热器降温后进入精除尘装置进行二次除尘，由硫磺冷凝器冷凝回收硫磺。回收硫磺纯度达到99.7％以上，符合工业硫磺一等品标准。

与现有的石膏生产氧化钙和硫磺的方法相比，本申请具有以下优势：

1、该工艺实现了***能量的梯级利用，更加节能；

2、将炭热还原产生的固废资源化利用进行煤气化反应，为煅烧提供还原性气氛及能量，资源化利用程度更高；

3、该工艺结合高温分离器及返料装置，可以实现硫酸钙的循环煅烧；

4、多还原性物质协同煅烧硫酸钙，降低了煅烧温度，提高了煅烧烟气中SO₂浓度，提高了煅烧率；

5、该工艺流程结合相对完整的装置和设备，更具有可行性；

6、该工艺硫磺回收经过了两级除尘过滤，硫磺品质更高；

7、该工艺中硫酸钙煅烧和炭热还原均为流化态的反应，气固接触更好，反应效率更高。

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，实施所用原料均采用市售产品。

实施例1：

一种煤气化协同硫酸钙煅烧及炭热还原制备硫磺的装置，包括：U型炉4、高温分离器Ⅰ(5)、硫酸钙储仓1、碳材料储仓Ⅰ(3)、炭热还原塔9、高温分离器Ⅱ(10)、再热器11、除尘装置12、硫磺回收装置13、硫磺储罐14；所述U型炉4分为左侧煅烧段、右侧煤气化段，所述左侧煅烧段与硫酸钙储仓1、碳材料储仓Ⅰ(3)相连，所述U型炉4右侧煤气化段上部的出口与高温分离器Ⅰ(5)进口相连，所述高温分离器Ⅰ(5)的底部物料出口通过分流装置分别与U型炉4右侧煤气化段、氧化钙冷却器6相连，所述高温分离器Ⅰ(5)顶部的气体出口与炭热还原塔9顶部的物料入口相连，所述炭热还原塔9侧壁的出口与高温分离器Ⅱ(10)相连，所述高温分离器Ⅱ(10)底部的物料出口与所述U型炉4右侧煤气化段侧壁的进气口相连，所述高温分离器Ⅱ(10)顶部的出气口与再热器11、精除尘装置12、硫磺回收装置13、硫磺储罐14依次相连；

所述炭热还原塔9顶部物料入口还与碳材料储仓Ⅱ相连。

上述装置的运行方法如下：

硫酸钙粉末首先通过给料机精确控制给料量输送至硫酸钙预热器2进行预热，由常温加热至400℃-600℃，加热介质为惰性气体或空气，热量来自于反应固体产物氧化钙冷却放热量；预热后的硫酸钙由炭热还原乏气输送至U型炉4左侧煅烧段；用于硫酸钙煅烧的固体碳材料通过给料机精确控制给料量，由炭热还原乏气输送至U型炉4左侧煅烧段作为硫酸钙煅烧的固体催化剂；在炭热还原塔9中参与炭热还原反应后的乏焦由还原气输送至U型炉4右侧气化段进行煤气化反应，反应温度1100℃-1500℃，产生还原性气体同时提供硫酸钙煅烧所需热量，煤气化所需热量由燃烧器提供；还原性气体通过U型炉4底部通道，由右侧气化段进入左侧煅烧段，在煅烧段中与固体碳材料以及硫酸钙接触发生反应，反应温度为800℃-1100℃，通过精确控制反应条件及反应过程，煅烧后的产物为焙烧渣、高浓度SO2气体以及部分过量的还原性气体；煅烧后的气固产物首先进入高温分离器Ⅰ(5)，气固分离后的焙烧渣根据渣中氧化钙的质量分数是否达标进行分流：如果氧化钙质量分数未达标，说明多数硫酸钙未煅烧完全，此时通过分流装置左侧L返料阀将焙烧渣返回U型炉4进行循环煅烧，以保证硫酸钙的煅烧率；如果氧化钙质量分数达标，说明硫酸钙煅烧较为完全，此时通过分流装置右侧L返料阀进入氧化钙冷却器6冷却，温度由900℃-1100℃冷却到20℃-80℃，氧化钙冷却放热量用于硫酸钙的预热，冷却后的焙烧渣储存在氧化钙储仓7中；气固分离后的气体中含有浓度为3％-30％的SO₂以及3％-30％的还原性气体，从上部进入炭热还原塔9，与炭热还原塔9中的碳材料在500℃-1000℃温度范围内发生氧化还原反应，高浓度的SO₂被还原为单质硫蒸气，参与炭热还原的碳材料通过给料机精确控制给料量从炭热还原塔9上方输入；炭热还原后的乏焦一部分直接从炭热还原塔9底部排出，一部分由还原气携带进入高温分离器Ⅱ(10)，从高温分离器Ⅱ(10)下部排出，炭热还原塔9排出的乏焦通过部分还原气输送至U型炉4右侧气化段作为煤气化原料；高温分离器Ⅱ(10)分离出的还原气进入再热器11降温，还原气从500℃-1000℃降温至450℃-500℃，冷却介质为炭热还原乏气；降温后的还原气一部分作为输送气体携带乏焦送至U型炉4右侧，一部分进入精除尘装置12，除去还原气中粒径较小的固体粉末，分离下来的固体粉末返回U型炉4右侧气化段作为原料；除尘后的还原气进入硫磺回收装置13回收得到硫磺，收集下来的硫磺储存在硫磺储罐14中，回收硫磺后的乏气一部分作为输送气体将硫酸钙和固体碳材料催化剂输送至U型炉4左侧煅烧段，一部分经再热器升温后，由120℃-250℃升温至500℃-800℃，返回炭热还原塔9作为调温气体，最后一部分乏气进入烟气净化***15后排出。

实施例2：

一种煤气化协同硫酸钙煅烧及炭热还原制备硫磺的装置，包括：U型炉4、高温分离器Ⅰ(5)、硫酸钙储仓1、碳材料储仓Ⅰ(3)、炭热还原塔9、高温分离器Ⅱ(10)、再热器11、除尘装置12、硫磺回收装置13、硫磺储罐14；所述U型炉4分为左侧煅烧段、右侧煤气化段，所述左侧煅烧段与硫酸钙储仓1、碳材料储仓Ⅰ(3)相连，所述U型炉4右侧煤气化段上部的出口与高温分离器Ⅰ(5)进口相连，所述高温分离器Ⅰ(5)的底部物料出口通过分流装置分别与U型炉4右侧煤气化段、氧化钙冷却器6相连，所述高温分离器Ⅰ(5)顶部的气体出口与炭热还原塔9顶部的物料入口相连，所述炭热还原塔9侧壁的出口与高温分离器Ⅱ(10)相连，所述高温分离器Ⅱ(10)底部的物料出口与所述U型炉4右侧煤气化段侧壁的进气口相连，所述高温分离器Ⅱ(10)顶部的出气口与再热器11、除尘装置12、硫磺回收装置13、硫磺储罐14依次相连；

所述炭热还原塔9顶部物料入口还与碳材料储仓Ⅱ相连。

为了充分利用硫蒸气的热能，同时，使硫逐步沉积下来，在本实施例中，本发明中再热器11的冷却介质为炭热还原乏气，由于炭热还原乏气还作为预热后的硫酸钙的载气，因此，吸热后的炭热还原乏气更利于硫酸钙的分解和升温。

实施例3：

所述炭热还原塔9顶部物料入口还与碳材料储仓Ⅱ相连。

在本实施例中，所述炭热还原塔9底部与所述U型炉4右侧煤气化段侧壁的进气口相连，从炭热还原塔9底部排除的乏焦、与从高温分离器Ⅱ(10)下部排出乏焦一起，通过部分还原气导入U型炉4中作为煤气化反应的原料，既实现了乏焦的循环利用，同时，乏焦的热能和活性又促进了煤气化反应效率的提高。

实施例4：

所述炭热还原塔9顶部物料入口还与碳材料储仓Ⅱ相连。

在本实施例中，所述除尘器12底部的物料出口与U型炉4右侧煤气化段相连，还原气体中的固体粉末经除尘器12分离后，由于主要成分为C，因此，可作为煤气化反应的原料，提高煤气化反应的效率。

实施例4：

所述炭热还原塔9顶部物料入口还与碳材料储仓Ⅱ相连。

在本实施例中，所述硫磺回收装置13的烟气出口还分别与烟气净化***15、U型炉4左侧煅烧段和再热器11相连，回收硫磺后的乏气一部分作为输送气体将硫酸钙和固体碳材料催化剂输送至U型炉4左侧煅烧段，一部分经再热器11升温后，由120℃-250℃升温至500℃-800℃，返回炭热还原塔9作为调温气体，最后一部分乏气进入烟气净化***15后排出。

实施例5：

所述炭热还原塔9顶部物料入口还与碳材料储仓Ⅱ相连。

在本实施例中，所述硫酸钙储仓1与U型炉4之间设置有硫酸钙预热器2。通过预热将硫酸钙转换为无水硫酸钙，并将水汽排除，避免影响后续的分解反应。

实施例6：

所述炭热还原塔9顶部物料入口还与碳材料储仓Ⅱ相连。

在本实施例中，所述氧化钙冷却器6与氧化钙储仓7相连，氧化钙可代替石灰石作为脱硫脱硝剂，因此，利用氧化钙储仓7将冷却后的氧化钙收集，备用。

1.硫酸钙储仓、2.硫酸钙预热器、3.碳材料储仓Ⅰ、4.U型炉、5.高温分离器Ⅰ、6.氧化钙冷却器、7.氧化钙储仓、8.碳材料储仓Ⅱ、9.炭热还原塔、10.高温分离器Ⅱ、11.再热器、12.精除尘装置、13硫磺回收装置、14.硫磺储罐、15.烟气净化***

实施例7：

所述炭热还原塔9顶部物料入口还与碳材料储仓Ⅱ相连。

在本实施例中，所述硫酸钙储仓1出口、碳材料储仓Ⅰ、Ⅱ(3、8)出口、炭热还原乏焦排出、高温分离器Ⅱ(10)下部出口管道处设锁气给料机，以精确控制输料量，并保证***的密封性。

实施例8：

一种煤气化协同硫酸钙煅烧及炭热还原制备硫磺的方法，包括：

最后应该说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims

1.一种煤气化协同硫酸钙煅烧及炭热还原制备硫磺的装置，其特征在于，包括：U型炉、高温分离器Ⅰ、硫酸钙储仓、碳材料储仓Ⅰ、炭热还原塔、高温分离器Ⅱ、再热器、除尘装置、硫磺回收装置、硫磺储罐；所述U型炉分为左侧煅烧段、右侧煤气化段，所述左侧煅烧段与硫酸钙储仓、碳材料储仓Ⅰ相连，所述U型炉右侧煤气化段上部的出口与高温分离器Ⅰ进口相连，所述高温分离器Ⅰ的底部物料出口通过分流装置分别与U型炉右侧煤气化段、氧化钙冷却器相连，所述高温分离器Ⅰ顶部的气体出口与炭热还原塔顶部的物料入口相连，所述炭热还原塔侧壁的出口与高温分离器Ⅱ相连，所述高温分离器Ⅱ底部的物料出口与所述U型炉右侧煤气化段侧壁的进气口相连，所述高温分离器Ⅱ顶部的出气口与再热器、除尘装置、硫磺回收装置、硫磺储罐依次相连；

所述炭热还原塔顶部物料入口还与碳材料储仓Ⅱ相连。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述再热器的冷却介质为炭热还原乏气。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述炭热还原塔底部与所述U型炉右侧煤气化段侧壁的进气口相连。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述除尘装置底部的物料出口与U型炉右侧煤气化段相连。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述硫磺回收装置的气体出口还分别与烟气净化***、U型炉左侧煅烧段和再热器相连。

6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述硫酸钙储仓与U型炉直接设置有预热器。

7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述氧化钙冷却器与氧化钙储仓相连。

8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述硫酸钙储仓出口、碳材料储仓Ⅰ、Ⅱ出口、炭热还原乏焦排出、高温分离器Ⅱ下部出口管道处设锁气给料机。

9.一种煤气化协同硫酸钙煅烧及炭热还原制备硫磺的方法，其特征在于，利用如权利要求1所述的装置，包括：

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述硫酸钙，粒径60µm-3mm，为湿法脱硫石膏、半干法脱硫石膏、天然石膏与磷石膏中的至少一种；

所述碳材料，粒径60µm-3mm，为煤粉、活性焦、活性半焦、活性炭、炭化料、石墨种的至少一种。