CN111498811B - 一种石膏煅烧协同co耦合炭热还原的工艺及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种石膏煅烧协同CO耦合炭热还原的工艺及装置。循环乏气中含有高浓度CO₂，与焦炭反应生成CO，CO一部分用于还原石膏和SO₂，另一部分用于石膏还原煅烧过程补热；煅烧后烟气中含有高浓度SO₂；煅烧后的烟气在活性碳材料催化作用下，在600‑1000℃温度范围内反应生成单质硫蒸气。单质硫蒸气降温除尘后回收得到硫磺，回收硫磺后的还原乏气一部分进入烟气净化系统净化后排空，另一部分作为循环乏气返回系统，为系统提供高浓度CO₂。系统中循环乏气利用还原气降温过程进行预热，石膏还原煅烧过程补充的富氧经煅烧产物生石灰冷却放热进行预热，石膏经煅烧烟气干燥、预热，本系统实现了能量的梯级利用；为实现系统热量平衡，需要外加热源对系统进行补热。

Description

一种石膏煅烧协同CO耦合炭热还原的工艺及装置

技术领域

本发明属于固废资源化利用领域，特别是涉及一种石膏煅烧协同CO耦合炭热还原的工艺及装置。

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。

目前我国工业副产石膏产生量约1.18亿吨，综合利用率仅为38％。其中，脱硫石膏约4300万吨，综合利用率约56％；磷石膏约5000万吨，综合利用率约20％；其他副产石膏约2500万吨，综合利用率约40％。目前工业副产石膏累积堆存量已超过3亿吨，其中，脱硫石膏5000万吨以上，磷石膏2亿吨以上。工业副产石膏大量堆存，既占用土地，又浪费资源，含有的酸性及其他有害物质容易对周边环境造成污染，已经成为制约我国燃煤机组烟气脱硫和磷肥企业可持续发展的重要因素。

目前全球工业副产石膏利用总量较少，且90％处低端、低附加值利用。美国、欧洲磷石膏利用率普遍低于10％，绝大多数堆存。现全球磷石膏堆存量约60亿吨，且每年平均新增量达1.5亿吨。脱硫石膏利用率相对于磷石膏而言要大的多，欧洲和中国基本保持在50％左右，绝大多数用于石膏板等基础建材。虽日本在磷石膏和脱硫石膏方面的利用率均达90％以上(日本国内严重缺乏天然石膏源)，但量相对较少，且也是处在建材等低端低科技含量领域。

目前的烟气中SO₂排放(酸雨，PM2.5)对生态环境和人体健康带来严重影响，同时造成硫资源的严重浪费。控制SO₂污染、回收硫资源，具有重要的环境保护和经济现实意义。而回收SO₂生产硫磺是烟气硫资源化的主要方向。

发明内容

为了克服上述问题，本发明结合石膏还原煅烧工艺以及CO耦合炭热还原SO₂制备硫磺技术，提出一种石膏煅烧协同CO耦合炭热还原的工艺及装置。循环乏气中含有高浓度CO₂，与焦炭反应生成CO，CO一部分作为反应气用于还原石膏和SO₂，另一部分用于石膏还原煅烧过程补热(石膏还原煅烧是强吸热反应)，以维持系统反应温度；煅烧后烟气中含有高浓度SO₂，且控制烟气中CO：SO₂＝2：1；煅烧后的烟气在活性碳材料催化作用下，在600-1000℃温度范围内反应生成单质硫蒸气。单质硫蒸气降温除尘后回收得到硫磺，回收硫磺后的还原乏气一部分进入烟气净化系统净化后排空，另一部分作为循环乏气返回系统，为系统提供高浓度CO₂。系统中循环乏气利用还原气降温过程进行预热，石膏还原煅烧过程补充的富氧经煅烧产物生石灰冷却放热进行预热，石膏经煅烧烟气干燥、预热，本系统实现了能量的梯级利用；为实现系统热量平衡，需要外加热源对系统进行补热。

为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的第一个方面，提供了一种石膏煅烧协同CO耦合炭热还原的系统，包括：煅烧炉、石膏仓、石膏预热器、碳材料仓、再热器、高温过滤器、硫磺回收装置、生石灰储仓；所述煅烧炉由上到下依次分为SO₂还原段、石膏煅烧段、外热源、焦炭气化段和气体混合段；所述石膏煅烧段的进料口与石膏预热器、石膏仓依次相连，所述石膏煅烧段的出料口与生石灰储仓相连；所述SO₂还原段与碳材料仓相连，所述SO₂还原段还与高温分离器Ⅰ、再热器、高温过滤器、硫磺回收装置依次相连；所述再热器还与外热源的进气口相连，所述外热源的出气口与气体混合段的乏气进口相连；所述石膏煅烧段与高温分离器Ⅱ，所述高温分离器Ⅱ分别与气体混合段、石膏预热器相连，所述石膏预热器的出气口与SO₂还原段相连。

本发明提出了一种石膏煅烧协同CO耦合炭热还原的工艺及装置，不仅可以缓解我国工业石膏(主要是二水硫酸钙)难以处理的问题，同时还可以使其资源化利用，回收硫磺和氧化钙，缓解我国硫磺资源短缺的现状，降低硫磺资源的对外依存度。另外氧化钙可代替石灰石作为湿法脱硫的脱硫剂，减少对石灰石资源的开采，保护生态环境。

本发明的第二个方面，提供了一种石膏煅烧协同CO耦合炭热还原的工艺，包括：

石膏在低CO还原势气氛下反应生成氧化钙和SO₂烟气；

焦炭与CO₂反应可生成CO，并用于提供低CO还原势气氛；

烟气中的SO₂与CO在活性碳材料存在条件下，发生氧化还原反应生成单质硫蒸气，回收得到硫磺。

本发明的原理是：工业副产石膏的主要成分是硫酸钙，硫酸钙与碳材料、还原性气体(CO、H₂、S₂等)等还原性物质后，硫酸钙分解路径发生改变。石膏在700℃-1200℃低CO还原势气氛下

发生反应生成氧化钙和高浓度SO₂烟气

焦炭与CO₂在750℃以上反应可生成CO；烟气中的SO₂与CO在活性碳材料的催化作用下，在600-1000℃温度范围内发生氧化还原反应生成单质硫蒸气，单质硫蒸气通过除尘降温后回收得到硫磺。

本发明的有益效果在于：

本发明提出的一种石膏煅烧协同CO耦合炭热还原的工艺及装置。针对石膏高温下与CO反应产生高浓度SO₂烟气和生石灰，利用石膏煅烧段、外热源、SO₂还原段、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，用难以处理的固废工业石膏制备硫磺，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，硫磺作为重要的工业原料，均具有极高的市场价值。

该工艺的有益效果为：

1、利用CO作为还原剂在弱还原性气氛下煅烧石膏，极大的降低了石膏分解温度；

2、该系统在维持石膏煅烧段固定还原性气氛的前提下，实现了对石膏煅烧段强吸热反应的补热；

3、石膏煅烧段分上下两部分，通过溢流管实现上部物料向下部输送，增加了石膏在煅烧段的停留时间，提高了石膏分解率及生石灰产率；

4、利用焦炭气化产生的CO耦合活性碳材料还原SO₂制备硫磺，与炭热还原SO₂制备硫磺相比，经济性大大提高；

5、系统能量梯级利用，降低了工艺能耗，极大的提高了经济性；

该工艺不仅为目前难以处理的工业石膏提供了全新的可持续的无污染的处理方式，实现了石膏的资源化利用，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为一种石膏煅烧协同CO耦合炭热还原的工艺及装置系统图；其中，1-石膏仓、2-石膏预热器、3-SO₂还原段、4-石膏煅烧段、5-外热源、6-焦炭气化段、7-气体混合段、8-碳材料仓、9-高温分离器、10-再热器、11-高温过滤器、12-硫磺回收装置、13-硫磺储罐、14-生石灰储仓、15-制氧机。

A水冷降温、B插板门、C锁气给料机、D螺旋给料机；

其中，9高温分离器共分为3个，位于SO₂还原段的，记为高温分离器Ⅰ，位于石膏煅烧段上部的，记为高温分离器Ⅱ，位于石膏煅烧段下部的，记为高温分离器Ⅲ。

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。

一种石膏煅烧协同CO耦合炭热还原的工艺及装置，主要包括：

石膏储存在石膏仓中，通过给料机精确控制给料量输送至石膏预热器进行预热、干燥，高温热源来自石膏煅烧段排出的煅烧烟气；预热干燥后的石膏温度为600-1050℃，首先进入石膏煅烧段上部，石膏煅烧段分上下两层，上次石膏煅烧过程中通过溢流管进入石膏煅烧段下部二次煅烧，保证充足的固体停留时间，以获得较高的生石灰产率，石膏煅烧段温度为700-1200℃；煅烧产生的生石灰产品冷却至20-50℃后储存在生石灰储仓；含有高浓度CO₂的循环乏气(CO2％＝60-80％)与石膏煅烧段排出的循环烟气在气体混合段混合后输送至焦炭气化段；在750℃以上的温度范围内，混合气中CO₂与焦炭发生反应生成CO，通过精确控制循环乏气量与循环烟气量以获得

的弱还原性气氛；由于C+CO₂—2CO的反应为吸热反应，焦炭气化段产生的CO烟气需进入外热源加热升温至700-1200℃，一部分直接进入石膏煅烧段参与反应，在700-1200℃温度范围内与石膏反应生成生石灰与高浓度SO₂烟气(SO2％＝2-10％)，另一部分作为燃料通过不同管道分别进入石膏煅烧段上部和石膏煅烧段下部，并在管道中补入O₂浓度为40-93％的富氧，通过CO与O₂的反应释放热量对石膏还原煅烧过程进行补热，富氧在进入管道前首先通过生石灰冷却放热进行预热。石膏煅烧段下部气体通过高温分离器除尘后输送至石膏煅烧段上部；石膏煅烧段上部烟气通过高温分离器除尘后，一部分作为循环烟气返回气体混合段，另一部分则进入石膏预热器对石膏进行干燥预热；降温后的煅烧烟气温度为600-1000℃进入SO₂还原段，在600-1000℃温度范围内SO₂在活性碳材料的催化作用下与CO反应生成单质硫蒸气；含有单质硫蒸气的还原气通过两级高温分离器对碳材料进行预热后输送至再热器降温，其中低温介质为循环乏气；降温后的还原气300-500℃进入高温过滤器进行精除尘，以保证硫磺品质；精除尘后的还原气进入硫磺回收装置回收得到高品质硫磺，并储存在硫磺储罐中；经回收硫磺后的炭热还原乏气降温至60-180℃，一部分进入烟气净化系统净化后排出，另一部分作为循环乏气经再热器预热后输送至外热源二次加热后进入气体混合段返回系统。

在一些实施例中，所述煅烧段包括：煅烧段上部和煅烧段下部，以使石膏具有足够的停留时间，充分燃烧，提高了生石灰产率。

在一些实施例中，所述煅烧炉还设置有制氧机。通过CO与O₂的反应释放热量对石膏还原煅烧过程进行补热，富氧在进入管道前首先通过生石灰冷却放热进行预热。

在一些实施例中，所述高温分离器Ⅰ还与气体混合段、石膏预热器分别相连。一部分作为循环烟气返回气体混合段，另一部分则进入石膏预热器对石膏进行干燥预热。

在一些实施例中，所述焦炭气化段与煅烧段之间设置有气体管道。进入管道的CO气体与富氧反应，对还原煅烧过程进行补热。在一些实施例中，所述气体管道与制氧机的出气管相连。在CO烟气管道中补入O₂浓度为40-93％的富氧，通过CO与O₂的反应释放热量对石膏还原煅烧过程进行补热。

在一些实施例中，所述硫磺回收装置还与烟气净化系统相连，硫磺回收装置排出的乏气，一部分进入烟气净化系统后排出，一部分去再热器预热。

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

所述石膏，粒径60μm-3mm，含水率5％-20％，可以是湿法脱硫石膏、半干法脱硫灰、磷石膏、天然石膏等硫酸钙产品；

所述焦炭，可以为煤粉、活性焦、活性半焦、活性炭、炭化料、石墨、焦炭等多种类型的碳材料。

所述高浓度SO₂烟气，SO₂％2-10％，CO％4-20％，温度700℃-1200℃，主要成分为SO₂、CO、N₂、CO₂等；

所述循环烟气，SO₂％2-10％，CO％4-20％，温度700℃-1200℃，主要成分为SO₂、CO、N₂、CO₂等；

所述混合气，温度800℃-1200℃，主要成分为N₂、SO₂、CO、CO₂等；

所述还原气，温度600℃-1100℃，主要成分与流化风成分相同；

所述富氧，浓度为21-99％；

所述炭热还原乏气与循环乏气，主要成分为N₂、CO、CO₂等；

所述石膏预热器，可以为管壳式换热器、板壳式换热器、板式换热器等多种形式的气固换热器；

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；

所述外热源，其燃料可以为煤炭、天然气、柴油、煤气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；

所述高温过滤器，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；

所述焦炭气化段、石膏煅烧段与SO₂还原段，可以为移动床、固定床、湍动床、鼓泡床、微流化床、喷动床等多种形式；

上述气体输送过程由引风机或送风机提供输送动力；

还原气经过高温分离器分离与高温过滤器二级除尘后，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。

下面结合具体的实施例，对本发明做进一步的详细说明，应该指出，所述具体实施例是对本发明的解释而不是限定。

实施例1：

一种石膏煅烧协同CO耦合炭热还原的工艺及装置，主要包括：

石膏储存在石膏仓中，通过给料机精确控制给料量输送至石膏预热器进行预热、干燥，高温热源来自石膏煅烧段排出的煅烧烟气；预热干燥后的石膏温度为600-1050℃，首先进入石膏煅烧段上部，石膏煅烧段分上下两层，上次石膏煅烧过程中通过溢流管进入石膏煅烧段下部二次煅烧，保证充足的固体停留时间，以获得较高的生石灰产率，石膏煅烧段温度为700-1200℃；煅烧产生的生石灰产品冷却至20-50℃后储存在生石灰储仓；含有高浓度CO₂的循环乏气(CO2％＝60-80％)与石膏煅烧段排出的循环烟气在气体混合段混合后输送至焦炭气化段；在750℃以上的温度范围内，混合气中CO₂与焦炭发生反应生成CO，通过精确控制循环乏气量与循环烟气量以获得

的弱还原性气氛；由于C+CO₂—2CO的反应为吸热反应，焦炭气化段产生的CO烟气需进入外热源加热升温至700-1200℃，一部分直接进入石膏煅烧段参与反应，在700-1200℃温度范围内与石膏反应生成生石灰与高浓度SO₂烟气(SO2％＝2-10％)，另一部分作为燃料通过不同管道分别进入石膏煅烧段上部和石膏煅烧段下部，并在管道中补入O₂浓度为40-93％的富氧，通过CO与O₂的反应释放热量对石膏还原煅烧过程进行补热，富氧在进入管道前首先通过生石灰冷却放热进行预热。石膏煅烧段下部气体通过高温分离器除尘后输送至石膏煅烧段上部；石膏煅烧段上部烟气通过高温分离器除尘后，一部分作为循环烟气返回气体混合段，另一部分则进入石膏预热器对石膏进行干燥预热；降温后的煅烧烟气温度为600-1000℃进入SO₂还原段，在600-1000℃温度范围内SO₂在活性碳材料的催化作用下与CO反应生成单质硫蒸气；含有单质硫蒸气的还原气通过两级高温分离器对碳材料进行预热后输送至再热器降温，其中低温介质为循环乏气；降温后的还原气300-500℃进入高温过滤器进行精除尘，以保证硫磺品质；精除尘后的还原气进入硫磺回收装置回收得到高品质硫磺，并储存在硫磺储罐中；经回收硫磺后的炭热还原乏气降温至60-180℃，一部分进入烟气净化系统净化后排出，另一部分作为循环乏气经再热器预热后输送至外热源二次加热后进入气体混合段返回系统。

实施例2

一种石膏煅烧协同CO耦合炭热还原的系统，包括：煅烧炉、石膏仓1、石膏预热器2、碳材料仓8、再热器10、高温过滤器11、硫磺回收装置12、生石灰储仓14；所述煅烧炉由上到下依次分为SO₂还原段3、石膏煅烧段4、外热源5、焦炭气化段6和气体混合段7；所述石膏煅烧段4的进料口与石膏预热器2、石膏仓1依次相连，所述石膏煅烧段4的出料口与生石灰储仓14相连；所述SO₂还原段3与碳材料仓8相连，所述SO₂还原段3还与高温分离器Ⅰ、再热器10、高温过滤器11、硫磺回收装置12依次相连；所述再热器10还与外热源5的进气口相连，所述外热源5的出气口与气体混合段7的乏气进口相连；所述石膏煅烧段4与高温分离器Ⅱ，所述高温分离器Ⅱ分别与气体混合段7、石膏预热器2相连，所述石膏预热器2的出气口与SO₂还原段3相连。

实施例3

一种石膏煅烧协同CO耦合炭热还原的系统，包括：煅烧炉、石膏仓1、石膏预热器2、碳材料仓8、再热器10、高温过滤器11、硫磺回收装置12、生石灰储仓14；所述煅烧炉由上到下依次分为SO₂还原段3、石膏煅烧段4、外热源5、焦炭气化段6和气体混合段7；所述石膏煅烧段4的进料口与石膏预热器2、石膏仓1依次相连，所述石膏煅烧段4的出料口与生石灰储仓14相连；所述SO₂还原段3与碳材料仓8相连，所述SO₂还原段3还与高温分离器Ⅰ、再热器10、高温过滤器11、硫磺回收装置12依次相连；所述再热器10还与外热源5的进气口相连，所述外热源5的出气口与气体混合段7的乏气进口相连；所述石膏煅烧段4与高温分离器Ⅱ，所述高温分离器Ⅱ分别与气体混合段7、石膏预热器2相连，所述石膏预热器2的出气口与SO₂还原段3相连。

所述石膏煅烧段4包括：煅烧段上部和煅烧段下部。

实施例4

一种石膏煅烧协同CO耦合炭热还原的系统，包括：煅烧炉、石膏仓1、石膏预热器2、碳材料仓8、再热器10、高温过滤器11、硫磺回收装置12、生石灰储仓14；所述煅烧炉由上到下依次分为SO₂还原段3、石膏煅烧段4、外热源5、焦炭气化段6和气体混合段7；所述石膏煅烧段4的进料口与石膏预热器2、石膏仓1依次相连，所述石膏煅烧段4的出料口与生石灰储仓14相连；所述SO₂还原段3与碳材料仓8相连，所述SO₂还原段3还与高温分离器Ⅰ、再热器10、高温过滤器11、硫磺回收装置12依次相连；所述再热器10还与外热源5的进气口相连，所述外热源5的出气口与气体混合段7的乏气进口相连；所述石膏煅烧段4与高温分离器Ⅱ，所述高温分离器Ⅱ分别与气体混合段7、石膏预热器2相连，所述石膏预热器2的出气口与SO₂还原段3相连。

所述石膏煅烧炉4还设置有制氧机15。

实施例5

一种石膏煅烧协同CO耦合炭热还原的系统，包括：煅烧炉、石膏仓1、石膏预热器2、碳材料仓8、再热器10、高温过滤器11、硫磺回收装置12、生石灰储仓14；所述煅烧炉由上到下依次分为SO₂还原段3、石膏煅烧段4、外热源5、焦炭气化段6和气体混合段7；所述石膏煅烧段4的进料口与石膏预热器2、石膏仓1依次相连，所述石膏煅烧段4的出料口与生石灰储仓14相连；所述SO₂还原段3与碳材料仓8相连，所述SO₂还原段3还与高温分离器Ⅰ、再热器10、高温过滤器11、硫磺回收装置12依次相连；所述再热器10还与外热源5的进气口相连，所述外热源5的出气口与气体混合段7的乏气进口相连；所述石膏煅烧段4与高温分离器Ⅱ，所述高温分离器Ⅱ分别与气体混合段7、石膏预热器2相连，所述石膏预热器2的出气口与SO₂还原段3相连。

SO₂还原段3还与焦炭气化段6相连，SO₂还原产生的乏焦通过下降管输送到焦炭气化段6参与反应。

实施例6

一种石膏煅烧协同CO耦合炭热还原的系统，包括：煅烧炉、石膏仓1、石膏预热器2、碳材料仓8、再热器10、高温过滤器11、硫磺回收装置12、生石灰储仓14；所述煅烧炉由上到下依次分为SO₂还原段3、石膏煅烧段4、外热源5、焦炭气化段6和气体混合段7；所述石膏煅烧段4的进料口与石膏预热器2、石膏仓1依次相连，所述石膏煅烧段4的出料口与生石灰储仓14相连；所述SO₂还原段3与碳材料仓8相连，所述SO₂还原段3还与高温分离器Ⅰ、再热器10、高温过滤器11、硫磺回收装置12依次相连；所述再热器10还与外热源5的进气口相连，所述外热源5的出气口与气体混合段7的乏气进口相连；所述石膏煅烧段4与高温分离器Ⅱ，所述高温分离器Ⅱ分别与气体混合段7、石膏预热器2相连，所述石膏预热器2的出气口与SO₂还原段3相连。

所述焦炭气化段6与石膏煅烧段4之间设置有气体管道。

实施例7

一种石膏煅烧协同CO耦合炭热还原的系统，包括：煅烧炉、石膏仓1、石膏预热器2、碳材料仓8、再热器10、高温过滤器11、硫磺回收装置12、生石灰储仓14；所述煅烧炉由上到下依次分为SO₂还原段3、石膏煅烧段4、外热源5、焦炭气化段6和气体混合段7；所述石膏煅烧段4的进料口与石膏预热器2、石膏仓1依次相连，所述石膏煅烧段4的出料口与生石灰储仓14相连；所述SO₂还原段3与碳材料仓8相连，所述SO₂还原段3还与高温分离器Ⅰ、再热器10、高温过滤器11、硫磺回收装置12依次相连；所述再热器10还与外热源5的进气口相连，所述外热源5的出气口与气体混合段7的乏气进口相连；所述石膏煅烧段4与高温分离器Ⅱ，所述高温分离器Ⅱ分别与气体混合段7、石膏预热器2相连，所述石膏预热器2的出气口与SO₂还原段3相连。

所述气体管道与制氧机15的出气管相连。

实施例8

一种石膏煅烧协同CO耦合炭热还原的系统，包括：煅烧炉、石膏仓1、石膏预热器2、碳材料仓8、再热器10、高温过滤器11、硫磺回收装置12、生石灰储仓14；所述煅烧炉由上到下依次分为SO₂还原段3、石膏煅烧段4、外热源5、焦炭气化段6和气体混合段7；所述石膏煅烧段4的进料口与石膏预热器2、石膏仓1依次相连，所述石膏煅烧段4的出料口与生石灰储仓14相连；所述SO₂还原段3与碳材料仓8相连，所述SO₂还原段3还与高温分离器Ⅰ、再热器10、高温过滤器11、硫磺回收装置12依次相连；所述再热器10还与外热源5的进气口相连，所述外热源5的出气口与气体混合段7的乏气进口相连；所述石膏煅烧段4与高温分离器Ⅱ，所述高温分离器Ⅱ分别与气体混合段7、石膏预热器2相连，所述石膏预热器2的出气口与SO₂还原段3相连。

所述硫磺回收装置12还与烟气净化系统相连。

实施例9

一种石膏煅烧协同CO耦合炭热还原的系统，包括：煅烧炉、石膏仓1、石膏预热器2、碳材料仓8、再热器10、高温过滤器11、硫磺回收装置12、生石灰储仓14；所述煅烧炉由上到下依次分为SO₂还原段3、石膏煅烧段4、外热源5、焦炭气化段6和气体混合段7；所述石膏煅烧段4的进料口与石膏预热器2、石膏仓1依次相连，所述石膏煅烧段4的出料口与生石灰储仓14相连；所述SO₂还原段3与碳材料仓8相连，所述SO₂还原段3还与高温分离器Ⅰ、再热器10、高温过滤器11、硫磺回收装置12依次相连；所述再热器10还与外热源5的进气口相连，所述外热源5的出气口与气体混合段7的乏气进口相连；所述石膏煅烧段4与高温分离器Ⅱ，所述高温分离器Ⅱ分别与气体混合段7、石膏预热器2相连，所述石膏预热器2的出气口与SO₂还原段3相连。

所述石膏预热器2为管壳式换热器、板壳式换热器或板式换热器；

给料机为螺旋给料机或锁气给料机；

所述外热源5的燃烧器的燃料为煤炭、天然气、柴油或煤气；

所述高温分离器9为高温旋风分离器或高温轴流分离器；

所述高温过滤器11为金属网过滤器或陶瓷过滤器；

所述焦炭气化段6、石膏煅烧段4与SO₂还原段3为移动床、固定床、湍动床、鼓泡床、微流化床或喷动床；

气体输送过程由引风机或送风机提供输送动力。

实施例10

一种石膏煅烧协同CO耦合炭热还原的工艺，包括：

石膏在低CO还原势气氛下反应生成氧化钙和SO₂烟气；

焦炭与CO₂反应可生成CO，并用于提供低CO还原势气氛；

烟气中的SO₂与CO在活性碳材料存在条件下，发生氧化还原反应生成单质硫蒸气，回收得到硫磺。

所述活性碳材料，粒径60μm-3mm，为煤粉、活性焦、活性半焦、活性炭、炭化料、石墨或焦炭；

所述石膏，粒径60μm-3mm，含水率5％-20％，为湿法脱硫石膏、半干法脱硫灰、磷石膏或天然石膏；

所述焦炭为煤粉、活性焦、活性半焦、活性炭、炭化料、石墨或焦炭；

所述高浓度SO₂烟气，SO₂％＝2-10％，CO％4-20％，温度700℃-1200℃，主要成分包括SO₂、CO、N₂、CO₂；

所述循环烟气，SO₂％＝2-10％，CO％4-20％，温度700℃-1200℃，主要成分包括SO₂、CO、N₂、CO₂；

所述混合气，温度800℃-1200℃，主要成分包括N₂、SO₂、CO、CO₂；

所述还原气，温度600℃-1100℃，主要成分与流化风成分相同；

所述富氧，浓度为21-99％；

所述炭热还原乏气与循环乏气，主要成分包括N₂、CO、CO₂。

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 (9)

1.一种石膏煅烧协同CO耦合炭热还原的系统，其特征在于，包括：煅烧炉、石膏仓、石膏预热器、碳材料仓、再热器、高温过滤器、硫磺回收装置、生石灰储仓；所述煅烧炉由上到下依次分为SO₂还原段、石膏煅烧段、外热源、焦炭气化段和气体混合段；所述石膏煅烧段的进料口与石膏预热器、石膏仓依次相连，所述石膏煅烧段的出料口与生石灰储仓相连；所述SO₂还原段与碳材料仓相连，所述SO₂还原段还与高温分离器Ⅰ、再热器、高温过滤器、硫磺回收装置依次相连；所述再热器还与外热源的进气口相连，所述外热源的出气口与气体混合段的乏气进口相连；所述石膏煅烧段与高温分离器Ⅱ，所述高温分离器Ⅱ分别与气体混合段、石膏预热器相连，所述石膏预热器的出气口与SO₂还原段相连。

2.如权利要求1所述的石膏煅烧协同CO耦合炭热还原的系统，其特征在于，所述石膏煅烧段包括：煅烧段上部和煅烧段下部。

3.如权利要求1所述的石膏煅烧协同CO耦合炭热还原的系统，其特征在于，所述石膏煅烧炉还设置有制氧机。

4.如权利要求1所述的石膏煅烧协同CO耦合炭热还原的系统，其特征在于，所述SO₂还原段还与焦炭气化段相连。

5.如权利要求1所述的石膏煅烧协同CO耦合炭热还原的系统，其特征在于，所述焦炭气化段与石膏煅烧段之间设置有气体管道。

6.如权利要求5所述的石膏煅烧协同CO耦合炭热还原的系统，其特征在于，所述气体管道与制氧机的出气管相连。

7.如权利要求5所述的石膏煅烧协同CO耦合炭热还原的系统，其特征在于，所述硫磺回收装置还与烟气净化系统相连。

8.如权利要求1所述的石膏煅烧协同CO耦合炭热还原的系统，其特征在于，所述石膏预热器为管壳式换热器、板壳式换热器或板式换热器；

所述外热源的燃烧器的燃料为煤炭、天然气、柴油或煤气；

所述高温分离器为高温旋风分离器或高温轴流分离器；

所述高温过滤器为金属网过滤器或陶瓷过滤器；

所述焦炭气化段、石膏煅烧段与SO₂还原段为移动床、固定床、湍动床、鼓泡床、微流化床或喷动床；

气体输送过程由引风机或送风机提供输送动力。

9.一种石膏煅烧协同CO耦合炭热还原的工艺，其特征在于，采用权利要求1-8任一项所述的石膏煅烧协同CO耦合炭热还原的系统，包括：

石膏在低CO还原势气氛下反应生成氧化钙和SO₂烟气；

焦炭与CO₂反应生成CO，并用于提供低CO还原势气氛；

烟气中的SO₂与CO在活性碳材料存在条件下，发生氧化还原反应生成单质硫蒸气，回收得到硫磺。

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