高含硫量铁基物无害化处理的系统和方法与流程

本发明涉及一种对高含硫量铁基物进行无害化处理的系统和方法，尤其涉及一种废弃脱硫剂无害化处理系统和方法，并适用于冶金领域中的硫铁矿冶炼和硫渣处置技术，属于危废处置领域。

背景技术：

高含硫量铁基物，是以铁硫化物和活性硫为主的混合物，主要包括废脱硫剂、废硫磺渣等。

对石化、钢铁、焦化等行业所产煤气中h2s进行深度脱除的方法除湿式催化氧化法外，还有活性氧化铁法。活性氧化铁法所使用的脱硫剂接近或达到其饱和硫容时，即需再生直至更换。废脱硫剂属非特定行业危险废物，危废代码为hw06，湿式催化氧化法中产生的含硫残渣和脱硫废液的危废代码为hw11。

活性氧化铁法的废脱硫剂典型特性为直径4-5mm、长度约25mm的柱状体颗粒，自然堆积密度约为1.06×103kg/m3，其化学成分主要是cao、fe、s等成分，具体可参考表1所示：

表1.废脱硫剂的化学成分组成



其中，fe、s主要以fes、fe2s3、单质s等形式存在，也存在少量有机硫。废脱硫剂在空气中会发生自燃而不宜久贮。缓慢氧化和燃烧时产生so2和fe2o3，反应如下：

4fes+7o2＝2fe2o3+4so2↑

fe2s3+3/2o2＝fe2o3+3s↑

s+o2＝so2↑

产生的反应热还引起废脱硫剂中固体硫单质微粒以硫蒸汽形式挥发。

目前，对于该类废脱硫剂和湿式催化氧化法中产生的含硫残渣的处理措施，除了堆置深埋、焚烧外，还常见有两种资源化利用方式：(1)与硫铁矿掺烧，将其中硫元素转化生产硫酸；(2)与铁矿石掺混烧结为球团回收其中铁元素，掺烧时烧结装置作业情况恶化，烧结过程中所含硫元素几乎全部转化为so2混入烧结烟气中转移后续处置。

这两种利用方式都是将废脱硫剂掺入工业大装置的原料，将所含硫元素中转化为so2进行处理，对工业大装置依赖程度高、危废转运距离远、贮运限制条件多、硫元素利用途径单一。

硫铁矿主要成分为fes2，堆置时会随着时间推移缓慢氧化，对大气和土壤形成较严重污染。因而国内硫铁矿大多用来生产硫酸和氧化铁。同样存在上述不足。

迄今为止，尚无流程精小、成本低、本质环保的高含硫量铁基物无害化处理技术。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明旨在提供一种高含硫量铁基物无害化处理的系统及方法，用于解决高含硫量铁基物危废处理中存在的上述不足，根据本发明所述系统和方法，能够将高含硫量铁基物无害化处理为常温下没有自燃风险和污染风险的氧化铁混合物和硫磺，具有系统投资少、环境友好、产物资源化利用水平高、运行成本低的突出优点，大幅提高了高含硫量铁基物危险废物的处置技术水平。

本发明提供了一种高含硫量铁基物无害化处理系统，其包括：连续进料设备、反应与蒸发设备、除尘设备、冷却设备及槽类设备：

其中，

所述连续进料设备包括投料贮斗1、推料机构2和空气鼓风机4；所述投料贮斗1的下端与推料机构2相连，铁硫基原料a由于重力落入推料机构2中；所述推料机构2将所述铁硫基原料a连续送入所述反应与蒸发设备3的入口；所述空气鼓风机4将空气b送入所述反应与蒸发设备3；

所述反应与蒸发设备依据设备内固体物料流向水平微倾斜设置，其竖直的气体出口与除尘设备的气体进口相连，其热固体出口与中心同轴安装的铁渣冷却器5相连；所述反应与蒸发设备3带有加热器以提供反应开始进行的启始条件；

所述除尘设备为除尘器10，其除尘灰出口与所述铁渣冷却器5竖直相连，其气体出口与硫冷凝器9对接；

所述冷却设备包括铁渣冷却器5和硫冷凝器9；所述铁渣冷却器5内固体物料与移热介质间接换热，其固体物料进口有两处：一处与所述反应与蒸发设备3热固体物料出口中心同轴相连、一处与所述除尘器10除尘灰出口竖直相连，铁渣冷却器5的固体物料出口与淬冷水封槽6相连；所述硫冷凝器9中脱灰热气体与移热介质间接换热，热气体中所含硫磺蒸汽被冷凝成硫液滴后通过设备底部的接口排入硫液封槽8，硫冷凝器9排出气体含有so2，将所述含so2烟气送入其他装置消纳或就地洗净脱硫后排放；

所述槽类设备包括硫液封槽8、淬冷水封槽6和湿料贮斗7；所述硫液封槽8和淬冷水封槽6都具有液封功能，两者的进料管均插入槽内保持特定液位的液体中；硫液封槽8将硫冷凝器来的液硫c等量排出；所述淬冷水封槽6配有固体物料输送设施，将热固体物料淬冷润湿后转移至所述湿料贮斗7。

根据本发明所述高含硫量铁基物无害化处理系统，其中所述推料机构2选自旋转密封阀、螺旋给料机或电动液压柱塞中的一种。

根据本发明所述高含硫量铁基物无害化处理系统，其中所述反应与蒸发设备3所带的加热器以电加热器或以供热介质用夹套方式供热。

根据本发明所述高含硫量铁基物无害化处理系统，其中所述除尘器10选自重力除尘器或电除尘器中的一种。

根据本发明所述高含硫量铁基物无害化处理系统，其中所述硫冷凝器9依据设备内脱灰热气体流向水平微倾斜或竖直设置。

根据本发明所述高含硫量铁基物无害化处理系统，其中所述移热介质可依据本发明系统的外部公辅条件选自常温空气b、锅炉供水d、循环冷却水或导热油中的一种或几种。

进一步地，所述移热介质可以在所述系统的组成设备中开路使用，也可以在所述系统的组成设备间串联起来梯级使用。

根据本发明所述高含硫量铁基物无害化处理系统，其中所述淬冷水封槽6还配有固体物料输送机械。

进一步地，所述固体物料输送机械选自链板机、抓斗或旋转密封阀中的一种。

根据本发明所述高含硫量铁基物无害化处理系统，其中连续进料设备还包括循环气体抽吸器11。

进一步地，所述循环气体抽吸器11选自鼓风机或文氏管中的一种。

另一方面，本发明还提供了一种高含硫量铁基物无害化处理的方法，其采用上述系统进行高含硫量铁基物无害化处理，所述方法包括：

1)在连续进料设备中连续加入高含硫量铁基物原料a、氧气和惰性气体；

2)上述三种物质在反应与蒸发设备3中混合后发生氧化，所释放的能量持续提供原料分解、蒸发所需的驱动力，将原料自有以及生成的单质硫蒸发为硫蒸汽；其中供氧量低于“将原料完全生成铁氧化物及so2所需的供氧量”，介于“将原料完全生成铁氧化物所需供氧量”至“完全生成铁氧化物及so2所需供氧量”之间；通过调节惰性气体量和供氧量来控制反应生成物系的温度；生成的热的气固混合物不断前移排出所述反应与蒸发设备3；

3)在除尘器10中对所述热的气固混合物中的气体物系进行除尘；

4)冷凝器9连续地间接冷却除尘后的气体物系，将气体物系中所含硫蒸汽进行冷凝冷却；并连续地排出含so2的惰性气体；

5)连续地排出反应生成物系中包括除尘灰的固体物系并直接冷却，氧化铁混合物的固体产出物在润湿状态下转运和贮存。

进一步地，所述方法的具体步骤为：

s1.铁硫基原料a从投料贮斗1因重力落入推料机构2中，推料机构2将所述铁硫基原料a连续送入反应与蒸发设备3的入口端并在其入口端形成一段常温的致密料层并在该位置始终保持；随着推料机构2的往复推料动作，致密料层前移；空气鼓风机4将空气b送入反应与蒸发设备3；

s2.进入反应与蒸发设备3的致密料层，前移经过设在本设备前部的空气吹管时，即被吹管本身及其喷吹出的气流所碎化和分散；疏松料层与空气b接触时，发生氧化自燃；所放出的反应热将原料自有以及生成的单质硫蒸发为硫蒸汽；为将铁硫化物充分氧化为铁氧化物，加入空气量必需略大于生成铁氧化物所需的供氧量；过剩的氧与单质硫蒸汽反应生成so2，也释放出热量；热的气固混合物不断前移排出所述反应与蒸发设备3；气体与固体分别通过竖直的气体出口排入除尘器10、热固体排入铁渣冷却器5；

s3.由所述反应与蒸发设备3排出的气体进入除尘器10去除固体飞灰后再进入所述硫冷凝器9；

s4.脱灰热气体与移热介质间接换热后冷却到100～270℃，所述脱灰热气体中硫磺蒸汽同时冷凝成硫液滴，硫液滴通过硫冷凝器9底部的接口排入硫液封槽8后以液硫状态排出本系统；去除硫液滴的气体送入其他装置消纳或就地洗净脱硫后排放；

s5.除尘器10排出的固体飞灰通过与铁渣冷却器5竖直相连的接口排入铁渣冷却器5；铁渣冷却器5排出的固体物料落入淬冷水封槽6；所述淬冷水封槽6将热固体物料淬冷，槽内蒸发损失的水连续补充，同时使固体物料颗粒保持疏松孔隙易于润湿。

根据本发明所述的高含硫量铁基物无害化处理的方法，s1-s5均在较低绝压压强下进行，范围在0.01～0.2mpa之间。

优选地，所述绝压压强为0.05～0.15mpa。

根据本发明所述的高含硫量铁基物无害化处理的方法，s1的空气加入量与加入的固体原料量及成份有关，视处置产物对铁硫化物残留的允许值，可以由本领域技术人员根据具体情况而确定。

优选地，s1还包括：所述空气鼓风机4将空气b与循环气体抽吸器11抽吸的硫冷凝器9排出的部分烟气混合后，再送入反应与蒸发设备3。

根据本发明所述的高含硫量铁基物无害化处理的方法，在s2中在反应与蒸发设备3中所产生的反应热使料层由常温迅速达到反应温度t，其中100℃<t<1200℃。

优选地，140℃<t<445℃。

更优选地，240℃<t<350℃。

根据本发明所述的高含硫量铁基物无害化处理的方法，在s3中排出所述反应与蒸发设备3的气体含有固体飞灰、硫蒸汽、so2，其余为n2、co2等不具有反应性的惰性气体。

根据本发明所述的高含硫量铁基物无害化处理的方法，s4还包括：从所述硫冷凝器9排出的烟气部分被循环气体抽吸器11抽吸到系统前端与空气b混合，其余烟气送入其他装置消纳或就地洗净脱硫后排放。

根据本发明所述的高含硫量铁基物无害化处理的方法，在s4中所述脱灰热气体与移热介质间接换热后优选冷却到132～150℃。

根据本发明所述的高含硫量铁基物无害化处理的方法，在s4中所述去除硫液滴的气体含有so2、n2、co2等成份。

相比于现有技术，本发明所述高含硫量铁基物无害化处理系统和方法具有以下优点：本发明所述高含硫量铁基物无害化处理系统运行温度明显降低，so2产生量大幅减少，封闭的连续处置方式避免了烟尘逸散，固体产出物润湿转运和贮存，实现处置过程的本质清洁；所产硫磺便于贮运且用途广泛；固体产出物和硫磺的贮运本质安全；系统的物、能消耗和人工作业强度明显降低；工艺简短。本发明所述高含硫量铁基物无害化处理系统和方法大幅提升了诸如废脱硫剂、硫铁矿、废硫渣等高含硫量铁基物的资源化利用水平，具有极高的经济价值和环保价值。

附图说明

图1为本发明实施例1～2的系统流程图。

图2为本发明实施例3～5的系统流程图。

主要设备、部件和介质的符号说明：

投料贮斗1，推料机构2，反应与蒸发设备3，空气鼓风机4，铁渣冷却器5，淬冷水封槽6，湿料贮斗7，硫液封槽8，硫冷凝器9，除尘器10，循环气体抽吸器11。

铁硫基原料a，空气b，液体硫磺c，锅炉供水d，含so2烟气e，蒸汽f，内循环烟气g。

具体实施方式

下文将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明，本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明，而非限制本发明。

在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。

除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。

本发明提供了一种高含硫量铁基物无害化处理系统，其包括：连续进料设备、反应与蒸发设备、除尘设备、冷却设备及槽类设备：

其中，

所述连续进料设备包括投料贮斗1、推料机构2和空气鼓风机4；所述投料贮斗1的下端与推料机构2相连，铁硫基原料a由于重力落入推料机构2中；所述推料机构2将所述铁硫基原料a连续送入所述反应与蒸发设备3的入口；所述空气鼓风机4将空气b送入所述反应与蒸发设备3；

所述反应与蒸发设备依据设备内固体物料流向水平微倾斜设置，其竖直的气体出口与除尘设备的气体进口相连，其热固体出口与中心同轴安装的铁渣冷却器5相连；所述反应与蒸发设备3带有加热器以提供反应开始进行的启始条件；

所述除尘设备为除尘器10，其除尘灰出口与所述铁渣冷却器5竖直相连，其气体出口与硫冷凝器9对接。

所述冷却设备包括铁渣冷却器5和硫冷凝器9；所述铁渣冷却器5内固体物料与移热介质间接换热，其固体物料进口有两处：一处与所述反应与蒸发设备3热固体物料出口中心同轴相连、一处与所述除尘器10除尘灰出口竖直相连，铁渣冷却器5的固体物料出口与淬冷水封槽6相连；所述硫冷凝器9中脱灰热气体与移热介质间接换热，热气体中所含硫磺蒸汽被冷凝成硫液滴后通过设备底部的接口排入硫液封槽8，硫冷凝器9排出气体含有so2，将所述含so2烟气送入其他装置消纳或就地洗净脱硫后排放；

所述槽类设备包括硫液封槽8、淬冷水封槽6和湿料贮斗7；所述硫液封槽8和淬冷水封槽6都具有液封功能，两者的进料管均插入槽内保持特定液位的液体中；硫液封槽8将硫冷凝器来的液硫c等量排出；所述淬冷水封槽6配有固体物料输送设施，将热固体物料淬冷润湿后转移至所述湿料贮斗7。

根据本发明所述高含硫量铁基物无害化处理系统，所述循环气体抽吸器11根据原料中铁硫含量高低，可以不采用或采用不同输送能力的抽吸器；一般来说，高活性硫含量的原料采用大流量的抽吸器，以降低硫的表面蒸汽分压，使原料反应时易于硫的蒸发，相应降低了反应温度。

根据本发明所述高含硫量铁基物无害化处理系统，其中所述推料机构2选自旋转密封阀、螺旋给料机或电动液压柱塞中的一种。

根据本发明所述高含硫量铁基物无害化处理系统，其中所述反应与蒸发设备3依据设备内固体物料流向水平微倾斜设置，当所述设备水平向下微倾斜，可利用自身重力克服部分移动摩擦力；当所述设备水平向上微倾斜，可利用推料机构来提供克服全部自身重力及移动摩擦力的动力。

根据本发明所述高含硫量铁基物无害化处理系统，其中所述反应与蒸发设备3所带的加热器以电加热器或以供热介质用夹套方式供热。

根据本发明所述高含硫量铁基物无害化处理系统，其中所述除尘器10将所述反应与蒸发设备3排出的气体在此除去夹带的飞灰，除尘灰出口与铁渣冷却器5竖直相连，脱灰的热气体送入硫冷凝器9，所述除尘器10选自重力除尘器或电除尘器中的一种。

根据本发明所述高含硫量铁基物无害化处理系统，其中所述硫冷凝器9依据设备内脱灰热气体流向水平微倾斜或竖直设置。

根据本发明所述高含硫量铁基物无害化处理系统，其中所述冷却设备中铁渣冷却器和硫冷凝器所使用的移热介质可依据本发明系统的外部公辅条件来采用常温空气b、锅炉供水d、循环冷却水或导热油中的一种或几种。所述移热介质可以在所述系统的组成设备中开路使用，如：锅炉供水送入硫冷凝器产生蒸汽或热水；等等。移热介质也可以在所述系统的组成设备间串联起来梯级使用，如：常温空气在铁渣冷却器及/或硫冷凝器被加热后送入反应与蒸发设备；锅炉供水在铁渣冷却器加热后送入硫冷凝器；等等。

根据本发明所述高含硫量铁基物无害化处理系统，其中所述淬冷水封槽6将热固体物料淬冷，使固体物料保持疏松易于润湿，槽内连续补充淬冷蒸发的水，所述淬冷水封槽6还配有固体物料输送机械。

进一步地，所述固体物料输送机械选自链板机、抓斗或旋转密封阀中的一种，将润湿物料转移至湿料贮斗7，转移过程没有扬尘。

在本发明所述高含硫量铁基物无害化处理系统的组成设备中，除了连续进料设备中投料贮斗、推料机构和空气鼓风机以及槽类设备中的淬冷水封槽和湿料贮斗之外，其余均有保温绝热的措施。

根据本发明所述高含硫量铁基物无害化处理系统，其中连续进料设备还包括循环气体抽吸器11。

进一步地，所述循环气体抽吸器11选自鼓风机或文氏管中的一种，抽吸硫冷凝器排出的部分烟气混入空气鼓风机送来的空气中。

根据本发明所述高含硫量铁基物无害化处理系统，其组成设备/部件/移热介质均可以依据介质流向顺序和工艺功能对接的方式来组合成几件集成化部件/设备或一套集成化设备。据此进行的组合和修饰，均应理解为在本次申请内容及其等同技术的范围之内。

本发明还提供了一种高含硫量铁基物无害化处理的方法，其采用上述系统进行高含硫量铁基物无害化处理，所述方法包括：

1)在连续进料设备中连续加入高含硫量铁基物原料a、氧气和惰性气体；

2)上述三种物质在反应与蒸发设备3中混合后发生氧化，所释放的能量持续提供原料分解、蒸发所需的驱动力。其中供氧量“低于将原料完全生成铁氧化物及so2所需的供氧量”；视处置产物对铁硫化物残留的允许值，可低于“将原料完全生成铁氧化物所需的供氧量”；一般介于“将原料完全生成铁氧化物所需供氧量”至“完全生成铁氧化物及so2所需供氧量”之间。氧化放热使原料自有以及生成的单质硫蒸发为硫蒸汽；为将铁硫化物充分氧化为铁氧化物，加入空气量必需略大于生成铁氧化物所需的供氧量；过剩的氧与单质硫蒸汽反应生成so2，也释放出热量；以调节惰性气体量和供氧量来控制反应生成物系的温度；生成的热的气固混合物不断前移排出所述反应与蒸发设备3；

3)在除尘器10中对所述热的气固混合物中的气体物系进行除尘；

4)冷凝器9连续地间接冷却除尘后的气体物系，将气体物系中所含硫蒸汽进行冷凝冷却；并连续地排出含so2的惰性气体；

5)连续地排出反应生成物系中包括除尘灰的固体物系并直接冷却，氧化铁混合物的固体产出物在润湿状态下转运和贮存。

进一步地，所述方法的具体步骤为：

s1.铁硫基原料a从投料贮斗1因重力落入推料机构2中，推料机构2将所述铁硫基原料a连续送入反应与蒸发设备3的入口端并在其入口端形成一段常温的致密料层并在该位置始终保持；随着推料机构2的往复推料动作，致密料层前移；空气鼓风机4将空气b送入反应与蒸发设备3；

s2.进入反应与蒸发设备3的致密料层，前移经过设在所述反应与蒸发设备3前部的空气吹管时，即被吹管本身及其喷吹出的气流所碎化和分散；疏松料层与空气b接触时，发生氧化自燃；所放出的反应热将原料自有以及生成的单质硫蒸发为硫蒸汽；为将铁硫化物充分氧化为铁氧化物，加入空气量必需略大于生成铁氧化物所需的供氧量；过剩的氧与单质硫蒸汽反应生成so2，也释放出热量；热的气固混合物不断前移排出所述反应与蒸发设备3；气体与固体分别通过竖直的气体出口排入除尘器10、热固体排入铁渣冷却器5；

s3.由所述反应与蒸发设备3排出的气体进入除尘器10去除固体飞灰后再进入所述硫冷凝器9；

s4.与脱灰热气体移热介质间接换热后冷却到100～270℃，所述脱灰热气体中硫磺蒸汽同时冷凝成硫液滴，硫液滴通过硫冷凝器9底部的接口排入硫液封槽8后以液硫状态排出本系统；去除硫液滴的气体送入其他装置消纳或就地洗净脱硫后排放；

s5.除尘器10排出的固体飞灰通过与铁渣冷却器5竖直相连的接口排入铁渣冷却器5；铁渣冷却器5排出的固体物料落入淬冷水封槽6；所述淬冷水封槽6将热固体物料淬冷，槽内蒸发损失的水连续补充，同时使固体物料颗粒保持疏松孔隙易于润湿。

根据本发明所述的高含硫量铁基物无害化处理的方法，s1-s5均在较低绝压压强下进行，范围在0.01～0.2mpa之间。

优选地，所述绝压压强为0.05～0.15mpa。

根据本发明所述的高含硫量铁基物无害化处理的方法，s1的空气加入量与加入的固体原料量及成份有关，可以由本领域技术人员根据具体情况而确定，其中供氧量低于“将原料完全生成铁氧化物及so2所需的供氧量”；视处置产物对铁硫化物残留的允许值，可低于“将原料完全生成铁氧化物所需的供氧量”；一般介于“将原料完全生成铁氧化物所需供氧量”至“完全生成铁氧化物及so2所需供氧量”之间。

在高含硫量铁基物氧化反应时加入惰性气体，降低反应生成物系的温度；同时也降低了生成物气体物系中硫蒸汽的分压，易于硫在低于其沸点温度下蒸发。所述惰性气体是指n2、co2等不具有反应性的气体。

优选地，s1还包括：所述空气鼓风机4将空气b与循环气体抽吸器11抽吸的硫冷凝器9排出的部分烟气混合后，再送入反应与蒸发设备3。

根据本发明所述的高含硫量铁基物无害化处理的方法，当所述反应与蒸发设备排出的反应生成物系的温度偏离控制温度范围时，通过调节惰性气体量和供氧量来控制反应生成物系的温度t，提升了对原料组成的适应性。

具体地，在s2中在反应与蒸发设备3中所产生的反应热使料层由常温迅速达到反应温度t，其中100℃<t<1200℃。

优选地，140℃<t<445℃。

更优选地，240℃<t<350℃。

根据本发明所述的高含硫量铁基物无害化处理的方法，排出所述反应与蒸发设备3的气体进入除尘器10去除固体飞灰后再进入所述硫冷凝器9，硫蒸汽冷凝冷却前，设置除尘设备对生成物气体物系进行除尘，以减少对液硫产物的污染。在s3中排出所述反应与蒸发设备3的气体含有固体飞灰、硫蒸汽、so2、其余为n2、co2等不具有反应性的惰性气体。

根据本发明所述的高含硫量铁基物无害化处理的方法，s4还包括：从所述硫冷凝器9排出的烟气部分被循环气体抽吸器11抽吸到系统前端与空气b混合，其余烟气送入其他装置消纳或就地洗净脱硫后排放。

根据本发明所述的高含硫量铁基物无害化处理的方法，在s4中所述除尘器10排出的脱灰热气体与移热介质(锅炉供水d)间接换热后优选冷却到132～150℃。

根据本发明所述的高含硫量铁基物无害化处理的方法，在s4中所述去除硫液滴的气体含有so2、n2、co2等成份。所述脱灰热气体中硫磺蒸汽同时冷凝成硫液滴；去除硫液滴的气体含有so2、n2、co2等成份，含so2烟气e排出本系统。

根据本发明所述的高含硫量铁基物无害化处理的方法，在s5中除尘器10排出的固体飞灰通过与铁渣冷却器5竖直相连的接口排入铁渣冷却器5；反应与蒸发设备3排出的热固体在铁渣冷却器5内冷却的同时，固体的孔隙结构中气体收缩，对除尘器10由重力作用排出的固体飞灰也产生吸附集聚作用；铁渣冷却器5排出的固体物料落入淬冷水封槽6。

根据本发明所述的高含硫量铁基物无害化处理的方法，大宗的处置产物是常温下没有自燃风险和污染风险的氧化铁混合物和硫磺；少量处置产物是含so2烟气。

根据本发明所述的高含硫量铁基物无害化处理的方法，所述淬冷水封槽6将热固体物料淬冷，槽内蒸发损失的水连续补充，同时使固体物料颗粒保持疏松孔隙易于润湿，淬冷水封槽还配有固体物料输送机械如：链板机、抓斗、旋转密封阀等，将润湿物料转移至湿料贮斗，转移过程没有扬尘。

综上所诉，本发明所述高含硫量铁基物无害化处理的系统和方法的主要特点在于：1)由物料自身氧化所释放的能量提供了系统运行所需的反应、蒸发等驱动力；并能副产蒸汽或热水；2)通过原料空气携入的惰性气体以及内循环的惰性气体，使硫蒸汽的分压降低，系统工作温度介于硫磺的升华温度和汽化温度之间；3)通过调节加入的空气量以及惰性气体的风量来控制系统工作温度；提升了对原料组成变化的适应性；4)系统因进料端的致密料层和出料端的液封结构，保持了整体的严密性；5)所设置的除尘设备减少了对液硫产物的污染；6)用于固体物料进料的推料机构仅需提供固体物料通过系统所需克服摩擦力的做功；7)连续地进料与出料，避免了对环境的逸散，也使系统的能耗及人工作业强度明显降低；8)固体产出物润湿转运和贮存，避免扬尘；9)设备/部件常规、流程精小、工艺简化。

实施例1

本实施例提供了一种对高含硫量铁基物—废脱硫剂的无害化处理的系统，其包括：连续进料设备、反应与蒸发设备、除尘设备、冷却设备及槽类设备，如图1所示。

所述连续进料设备包括投料贮斗1、推料机构2和空气鼓风机4；所述投料贮斗1的下端与所述推料机构2相连，铁硫基原料a由于重力落入所述推料机构2中；所述推料机构2将铁硫基原料a连续送入所述反应与蒸发设备3的入口端并在其入口端形成一段致密料层；所述空气鼓风机4将空气b通过所述铁渣冷却器5加热后再送入所述反应与蒸发设备3入口端的致密料层后侧。

加入所述反应与蒸发设备3的铁硫基原料a在本设备内氧化蒸发，并将产生的铁氧化物、硫蒸汽和含so2气体的混合物排出；所述反应与蒸发设备3依据设备内固体物料流向水平微倾斜设置，其热固体出口与中心同轴安装的铁渣冷却器5对接，其竖直的气体出口与除尘器10的气体进口相连；所述反应与蒸发设备3带有加热器以提供反应开始进行的启始条件。

所述除尘设备为除尘器10，其除尘灰出口与所述铁渣冷却器5竖直相连，其气体出口与所述硫冷凝器9对接，所述反应与蒸发设备3排出的气体在此除去夹带的飞灰。

所述冷却设备包括铁渣冷却器5和硫冷凝器9；所述铁渣冷却器5内固体物料与空气b间接换热，其固体物料进口有两处：一处与所述反应与蒸发设备3热固体物料出口中心同轴相连、一处与所述除尘器10的除尘灰出口竖直相连，所述铁渣冷却器5的固体物料出口与淬冷水封槽6相连；所述硫冷凝器9依据设备内脱灰热气体流向水平微倾斜或竖直设置，脱灰热气体与系统外供应的锅炉供水d间接换热排出本系统，热气体中所含硫磺蒸汽被冷凝成硫液滴后通过设备底部的接口排入所述硫液封槽8，含so2烟气e排出本系统；所述硫冷凝器9将锅炉供水d加热产生蒸汽f排出本系统。

所述槽类设备包括硫液封槽8、淬冷水封槽6和湿料贮斗7；所述硫液封槽8和淬冷水封槽6都具有液封功能，两者的进料管均插入槽内保持特定液位的液体中；所述硫液封槽8将液硫c排出本系统；所述淬冷水封槽6配有固体物料输送设施，将热固体物料淬冷润湿后转移至所述湿料贮斗7。

在上述的系统中，所述推料机构2是电动液压柱塞。

所述反应与蒸发设备3带有加热器，所附加热器是电加热器。

所述除尘器10是重力除尘器。

所述淬冷水封槽6配有的固体物料输送机械是链板机。

实施例2

本实施例采用实施例1的系统对废脱硫剂进行无害化处理。所述废脱硫剂处理负荷为1t/h，以重量百分比计，其组成为：fe2o321.57％、s28.46％、其余为不可氧化的ca、mg、al、k、na的氧化物。

将上述废脱硫剂从所述投料贮斗1中由于重力落入所述推料机构2中；所述推料机构2将所述废脱硫剂连续送入所述反应与蒸发设备3的入口端并在其入口端形成一段常温的致密料层并在该位置始终保持；随着推料机构的往复推料动作，致密料层前移；所述空气鼓风机4将空气b通过所述铁渣冷却器5加热后再送入所述反应与蒸发设备3，空气b的流量略大于将铁硫基原料a完全生成铁氧化物所需供氧量的对应空气量；

进入所述反应与蒸发设备3的致密料层，前移经过设在本设备前部的空气吹管时，即被吹管本身及其喷吹出的气流所碎化和分散；疏松料层与空气接触时，发生氧化自燃；所放出的反应热将原料自有以及生成的单质硫蒸发为硫蒸汽；铁硫化物充分氧化为铁氧化物后，过剩的氧与单质硫蒸汽反应生成so2，也释放出热量；通过调节空气b的流量，使反应热使料层由常温迅速达到431℃；

热的气固混合物不断前移排出所述反应与蒸发设备3时，气固分离；含有固体飞灰、硫蒸汽、so2、其余为n2、co2等惰性气体的气体物系通过竖直的气体出口排入所述除尘器10去除其中的固体飞灰；热固体则排入所述铁渣冷却器5。所述除尘器采用重力除尘器，气体流速为0.2m/s。

由所述除尘器10排出的热气体进入所述硫冷凝器9中与移热介质—锅炉供水d间接换热后冷却到132℃，脱灰热气体中硫磺蒸汽同时冷凝成硫液滴；去除硫液滴的气体含有so2、n2、co2等成份，含so2烟气e排出本系统；同时，在所述硫冷凝器中，锅炉供水d与介质气体间接换热后产生蒸汽f排出本系统；所述硫冷凝器9内冷凝得到硫液滴通过其底部的接口排入所述硫液封槽8后以液硫c排出本系统，系统中硫液封槽和淬冷水封槽的液封高度依据系统排出烟气压力25kpa(表压)设定。

所述除尘器10排出的固体飞灰排入所述铁渣冷却器5；所述反应与蒸发设备3排出的热固体在所述铁渣冷却器5内冷却的同时，固体的孔隙结构中气体收缩，对所述除尘器10由重力作用排出的固体飞灰也产生吸附集聚作用；所述铁渣冷却器5排出的固体物料落入所述淬冷水封槽6；所述淬冷水封槽6将热固体物料淬冷润湿，槽内蒸发损失的水连续补充，并用所配的链板机将湿物料转移至所述湿料贮斗7，转移过程没有扬尘。

废脱硫剂加入量为1t/h时，加入247m3/h空气，此流量略大于将废脱硫剂原料完全生成铁氧化物所需供氧量的对应空气量；鼓风机将空气通过铁渣冷却器加热后送入反应与蒸发设备；废脱硫剂与空气在反应与蒸发设备内发生氧化自燃，料层温度达到431℃；废脱硫剂中铁硫化物被氧化为铁氧化物的同时，其中活性硫也分解、蒸发；热的气固混合物不断前移排出反应与蒸发设备，热气体与固体分别进入除尘器和铁渣冷却器；393m3/h(标态)、431℃的热气体在除尘器去除固体飞灰后，其中硫蒸汽约48.1v％，再进入硫冷凝器中与锅炉供水间接换热后冷却到138℃，冷凝得到的液硫和降温的烟气排出系统。系统排出含so2烟气的流量约为204m3/h(标态)，成份约为(v％)：s0.5％、so23.9％、n294.4％；得到硫磺约271kg/h，对于原料的全硫分收率约为95.1％；硫冷凝器产生0.4mpa的蒸汽约107kg/h排出本系统；得到的铁氧化物含硫小于0.2wt％。

保持废脱硫剂加入量为1t/h，将空气量减少到238m3/h，各处数据变化如下：反应与蒸发设备排出热气体386m3/h(标态)、389℃，其中硫蒸汽约49.5v％；系统排出含so2烟气的流量约为195m3/h(标态)，成份约为(v％)：s0.5％、so23.1％、n295.2％；得到硫磺约273kg/h，对于原料的全硫分收率约为96.0％；硫冷凝器产生0.4mpa的蒸汽约104kg/h排出本系统；得到的铁氧化物含硫小于0.2wt％。

实施例3

本实施例提供了一种对高含硫量铁基物—废脱硫剂的无害化处理的系统，其包括：连续进料设备、反应与蒸发设备、除尘设备、冷却设备及槽类设备。与实施例1相比，在系统的连续进料设备中增加了循环气体抽吸器11，如图2所示。

所述连续进料设备包括投料贮斗1、推料机构2、空气鼓风机4和循环气体抽吸器11；所述投料贮斗1、推料机构2和空气鼓风机4的功能及配置与实施例1相同；所述循环气体抽吸器11将所述硫冷凝器9排出的部分烟气混入空气鼓风机4送来的、通过所述铁渣冷却器5加热后的空气b中；其余的反应与蒸发设备、除尘设备、冷却设备及槽类设备的功能及配置皆与实施例1相同。

在上述的系统中，所述循环气体抽吸器11是文氏管引射器，在上述的系统中，所述循环气体抽吸器根据原料中铁硫含量高低，可以采用不同输送能力的抽吸器。

实施例4

本实施例提供了一种对废脱硫剂的无害化处理的方法，其为采用实施例3的系统所述废脱硫剂的进行无害化处理的方法，该方法包括以下步骤：

所述空气鼓风机4将空气b通过所述铁渣冷却器5加热后、与所述循环气体抽吸器11抽吸的硫冷凝器9排出的部分烟气混合后，再送入所述反应与蒸发设备3，空气b的流量略大于将所述废脱硫剂完全生成铁氧化物所需供氧量的对应空气量；所述废脱硫剂从所述投料贮斗1中由于重力落入所述推料机构2中；所述推料机构2将上述废脱硫剂连续送入所述反应与蒸发设备3的入口端并在其入口端形成一段常温的致密料层并在该位置始终保持；随着推料机构的往复推料动作，致密料层前移。所述循环气体抽吸器采用文氏管引射器，吸气能力为120m3/h。

进入所述反应与蒸发设备3的致密料层，前移经过设在本设备前部的空气吹管时，即被吹管本身及其喷吹出的气流所碎化和分散；疏松料层与空气接触时，发生氧化自燃；所放出的反应热将原料自有以及生成的单质硫蒸发为硫蒸汽；铁硫化物充分氧化为铁氧化物后，过剩的氧与单质硫蒸汽反应生成so2，也释放出热量；通过调节空气b的流量，使反应热使料层由常温迅速达到373℃；

热的气固混合物不断前移排出所述反应与蒸发设备3时，气固分离；含有固体飞灰、硫蒸汽、so2、其余为n2、co2等惰性气体的气体物系通过竖直的气体出口排入所述除尘器10去除其中的固体飞灰；热固体则排入所述铁渣冷却器5。所述除尘器采用重力除尘器，气体流速为0.2m/s。

由所述除尘器10排出的热气体进入所述硫冷凝器9中与锅炉供水d间接换热后冷却到138℃，介质气体中硫磺蒸汽同时冷凝成硫液滴；去除硫液滴的气体含有so2、n2、co2等成份，从所述硫冷凝器9排出的烟气部分被循环气体抽吸器11抽吸到系统前端，其余的含so2烟气e排出本系统；同时，在所述硫冷凝器中，锅炉供水d与介质气体间接换热后产生蒸汽f排出本系统；所述硫冷凝器9内冷凝得到硫液滴通过其底部的接口排入所述硫液封槽8后以液硫c排出本系统。

所述除尘器10排出的固体飞灰排入所述铁渣冷却器5；所述反应与蒸发设备3排出的热固体在所述铁渣冷却器5内冷却的同时，固体的孔隙结构中气体收缩，对所述除尘器10由重力作用排出的固体飞灰也产生吸附集聚作用；所述铁渣冷却器5排出的固体物料落入所述淬冷水封槽6；所述淬冷水封槽6将热固体物料淬冷润湿，槽内蒸发损失的水连续补充，并用所配的固体物料输送机械将湿物料转移至所述湿料贮斗7，转移过程没有扬尘。

废脱硫剂加入量为1t/h时，加入247m3/h空气，此流量略大于将废脱硫剂原料完全生成铁氧化物所需供氧量的对应空气量；鼓风机将空气通过铁渣冷却器后、与循环气体抽吸器抽吸的硫冷凝器排出的部分烟气混合后，再送入反应与蒸发设备；废脱硫剂与空气在反应与蒸发设备内发生氧化自燃，料层温度达到373℃；废脱硫剂中铁硫化物被氧化为铁氧化物的同时，其中活性硫也分解、蒸发；热的气固混合物不断前移排出反应与蒸发设备，热气体与固体分别进入除尘器和铁渣冷却器；513m3/h(标态)、373℃的热气体在除尘器去除固体飞灰后，其中硫蒸汽约36.8v％，再进入硫冷凝器中与锅炉供水间接换热后冷却到150℃，冷凝得到的液硫和降温的烟气排出系统。硫冷凝器排出含so2烟气的流量约为324m3/h(标态)；系统排出含so2烟气的流量约为204m3/h(标态)，成份约为(v％)：s0.5％、so23.9％、n294.4％；得到硫磺约271kg/h，对于原料的全硫分收率约为95.2％；硫冷凝器产生0.4mpa的蒸汽约107kg/h排出本系统；得到的铁氧化物含硫小于0.17wt％。

实施例5

本实施例提供了一种对含硫残渣的无害化处理的方法，其为采用实施例3的系统所述含硫残渣的进行无害化处理的方法，该方法包括以下步骤：

所述空气鼓风机4将空气b通过所述铁渣冷却器5加热后、与所述循环气体抽吸器11抽吸的硫冷凝器9排出的部分烟气混合后，再送入所述反应与蒸发设备3，空气b的流量略大于将所述含硫残渣a完全生成铁氧化物所需供氧量的对应空气量；所述含硫残渣a从所述投料贮斗1中由于重力落入所述推料机构2中；所述推料机构2将上述含硫残渣a连续送入所述反应与蒸发设备3的入口端并在其入口端形成一段常温的致密料层并在该位置始终保持；随着推料机构的往复推料动作，致密料层前移。所述循环气体抽吸器采用风机，吸气能力为800m3/h。

进入所述反应与蒸发设备3的致密料层，前移经过设在本设备前部的空气吹管时，即被吹管本身及其喷吹出的气流所碎化和分散；疏松料层与空气接触时，发生氧化自燃；所放出的反应热将原料自有以及生成的单质硫蒸发为硫蒸汽；铁硫化物充分氧化为铁氧化物后，过剩的氧与单质硫蒸汽反应生成so2，也释放出热量；通过调节空气b的流量，使反应热使料层由常温迅速达到270℃；

热的气固混合物不断前移排出所述反应与蒸发设备3时，气固分离；含有固体飞灰、硫蒸汽、so2、其余为n2、co2等惰性气体的气体物系通过竖直的气体出口排入所述除尘器10去除其中的固体飞灰；热固体则排入所述铁渣冷却器5。所述除尘器采用重力除尘器，气体流速为0.2m/s。

由所述除尘器10排出的热气体进入所述硫冷凝器9中与锅炉供水d间接换热后冷却到138℃，介质气体中硫磺蒸汽同时冷凝成硫液滴；去除硫液滴的气体含有so2、n2、co2等成份，从所述硫冷凝器9排出的烟气部分被循环气体抽吸器11抽吸到系统前端，其余的含so2烟气e排出本系统；同时，在所述硫冷凝器9中，锅炉供水d与介质气体间接换热后产生蒸汽f排出本系统；所述硫冷凝器9内冷凝得到硫液滴通过其底部的接口排入所述硫液封槽8后以液硫c排出本系统。

所述除尘器10排出的固体飞灰排入所述铁渣冷却器5；所述反应与蒸发设备3排出的热固体在所述铁渣冷却器5内冷却的同时，固体的孔隙结构中气体收缩，对所述除尘器10由重力作用排出的固体飞灰也产生吸附集聚作用；所述铁渣冷却器5排出的固体物料落入所述淬冷水封槽6；所述淬冷水封槽6将热固体物料淬冷润湿，槽内蒸发损失的水连续补充，并用所配的固体物料输送机械将湿物料转移至所述湿料贮斗7，转移过程没有扬尘。

含硫残渣a(s含量约95％、其余为feso4、铵盐和焦油)加入量为580kg/h时，加入73.3m3/h空气，此流量略大于将含硫残渣原料完全生成铁氧化物和co2所需供氧量的对应空气量；鼓风机将空气通过铁渣冷却器后、与循环气体抽吸器抽吸的硫冷凝器排出的部分烟气(800m3/h、标态)混合后，再送入反应与蒸发设备；含硫残渣a与氧气在反应与蒸发设备内发生氧化自燃，料层温度达到270℃；含硫残渣a中单质硫同时蒸发；热的气固混合物不断前移排出反应与蒸发设备，热气体与固体分别进入除尘器和铁渣冷却器；1381.5m3/h(标态)、270℃的热气体在除尘器去除固体飞灰后，其中硫蒸汽约26.8v％，再进入硫冷凝器9中与锅炉供水间接换热后冷却到138℃，冷凝得到的液硫和降温的烟气排出系统。除尘器的工作压强是14kpa(绝压)。硫冷凝器排出含so2烟气的流量约为1011.2m3/h(标态)；系统排出含so2烟气的流量约为211.2m3/h(标态)，成份约为(v％)：s0.4％、so272.6％、n226.5％、co20.5％；得到硫磺(纯度99.9％)约528kg/h，对于原料的全硫分收率约为95.8％。

由上述实施例可以看出，本发明提供的一种对高含硫量铁基物无害化处理的方法和系统，通过控制供氧量降低了系统运行温度和so2的产生量；再进一步通过加入惰性气体降低系统运行温度和提升硫磺蒸发的驱动力。

本发明所述对高含硫量铁基物无害化处理的系统和方法与常见的处置方式——制酸法或烧结法中掺烧相比，具有如下特点：

(1)工况温度显著降低，制酸的工况温度在750～950℃、烧结的工况温度～1000℃，降低了设备材质的要求；

(2)硫元素的部分氧化使排出烟气量明显减少，由全氧化～1100m3/h降至～204m3/h，大幅降低了后续衔接本发明系统的烟气消纳或净化系统的处理能力要求；降低了对特定的大工业消纳装置的依赖；

(3)大宗处置产物的资源化利用水平以及环境友好程度提升，氧化铁粉和硫磺便于贮存和多途径利用；

(4)由物料自身部分氧化所释放的能量提供了系统运行所需的反应、蒸发等驱动力；并能副产蒸汽；

(5)通过结合物料性质和不同部位的差异化密封设计，实现物料装入——卸出的过程清洁；因此，本发明具有系统投资少、环境友好、产物资源化利用水平高、运行成本低的突出优点。本发明大幅提高了高含硫量铁基物危险废物的处置技术水平，并可应用于硫铁矿等高含硫量铁基物的资源化利用领域，具有极高的经济价值和环保价值。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

技术特征：

技术总结

本发明公开了一种对高含硫量铁基物进行无害化处理的系统和方法，所述系统包括：连续进料设备、反应与蒸发设备、除尘设备、冷却设备及槽类设备，用于解决高含硫量铁基物危废处理中存在的不足。根据本发明所述系统和方法，能够将高含硫量铁基物无害化处理为常温下没有自燃风险和污染风险的氧化铁混合物和硫磺，具有系统投资少、环境友好、产物资源化利用水平高、运行成本低的突出优点，大幅提高了高含硫量铁基物危险废物的处置技术水平。

技术研发人员：沈齐晖;高美琴

受保护的技术使用者：沈齐晖

技术研发日：2019.05.15

技术公布日：2019.08.20