本发明属于煤炭清洁化技术领域，涉及一种煤炭脱硫并回收生产单质硫的系统及方法。
背景技术：
我国煤炭资源丰富，煤炭中硫含量平均为1.72％，其中高硫煤(s含量≥2.0％，包括高硫煤和中硫煤)探明储量约占煤炭总储量的1/3，占原煤生产的16.67％，具有巨大的潜在应用价值。
高硫煤中蕴藏着巨大的硫资源，2016年我国原煤产量共计33.64吨，按煤中s含量为2.0％计算，高硫煤所含的s含量在1121万吨；2016年我国硫磺产量仅为516万吨，进口硫磺为1196.1万吨，对外依存度超过50％，而我国目前高硫煤的使用及硫回收水平低，从煤中回收的硫磺数量很少。此外，高硫煤不经过任何处理直接进行燃烧会造成大量so2排放，对环境造成严重污染，因此急需开发一种经济可行的高硫煤脱硫及硫资源化回收的技术和方法。
利用微波脱硫是近年来高硫煤脱硫的新方法，微波是频率在0.3-300ghz，波长在1mm-100cm的电磁波，煤中的黄铁矿等无机硫在微波下分解，主要释放出h2s，h2s与少量的so2在煤表面生成单质硫，黄铁矿在高温的作用下转变为磁性黄铁矿，这种方法可以脱除煤中约50％的硫。us4076607最早提出了这一方法，cn206051972a(一种用于高硫煤脱硫的微波预处理装置)、cn102816623a(一种微波低温脱水及脱硫的煤炭提质装置)及cn105623775a(一种利用微波热解脱除煤矸石中汞、硫、氮的方法)等均采用了微波辐射对煤炭/煤矸石中的硫进行脱除，但上述方法只考虑了煤炭中硫的释放方法，普遍忽略了对反应后逸出气体的收集和硫的回收，受限于反应器类型，已有的专利或未能实现连续生产，或未考虑微波处理过程温度、微波泄漏等安全问题。
技术实现要素：
针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种煤炭脱硫并回收单质硫的系统及方法，该系统及方法能够同时对煤炭中的硫进行脱除和回收，使煤中总含硫量控制在2.0％以下，硫单质总回收率不低于40％，安全节能，适用于各种煤质高硫煤脱硫及硫的回收。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
本发明的目的之一在于提供一种煤炭脱硫并回收单质硫的系统，包括微波脱硫单元，还包括：
原煤烘干单元，用于含有so2的燃煤烟气对煤炭的烘干，得到干燥的煤炭并排出换热后的燃煤烟气；
废气收集单元，用于收集微波脱硫单元产生的含有h2s的气体；
单质硫反应单元，用于所述含有h2s的气体与所述换热后的燃煤烟气之间的反应，产生单质硫；
其中，所述原煤烘干单元的出料口与微波脱硫单元的进料口相连，所述废气收集单元设置于所述微波脱硫单元的出气口处，单质硫反应单元的进气口分别与原煤烘干单元的出气口和废气收集单元的出气口相连。
原煤烘干单元利用燃煤烟气(煤炭燃烧产生的高温烟气)的余热烘干的，一般情况下燃煤烟气的温度为160-340℃，利用其热量烘干原煤能够降低能耗，并且不消耗微波脱硫单元中微波的能耗，起到节能的作用。
所述煤炭脱硫并回收单质硫的系统不但能够将原煤中的硫脱除，还能够回收单质硫产品，并且能够同时对燃煤烟气脱硫。
所述系统还包括原煤破碎单元，所述原煤破碎单元与原煤烘干单元的进料口相连，或所述原煤烘干单元通过原煤破碎单元与微波脱硫单元相连。
优选地，所述原煤破碎单元包括破碎机，所述破碎机优选为环锤式破碎机和/或锤式破碎机。
优选地，所述原煤烘干单元包括烘干器。燃煤烟气可通过第一引风机引入所述烘干器中。
将原煤粉碎并烘干后再进行微波脱硫能够大大降低微波的能量损耗和原煤温度。
优选地，所述微波反应单元包括微波反应器，所述微波反应器内设置有与集中控制系统分别相连的红外测温探头、湿度传感器和压力传感器，以控制微波反应器中原煤的温度，防止煤在微波反应器中燃烧。
优选地，所述微波脱硫单元还包括微波泄漏抑制装置，所述微波泄漏抑制装置设置于微波脱硫单元的底部和/或两侧；所述微波泄漏抑制装置设置在微波脱硫单元的微波可泄漏位置，防止微波的泄漏。
优选地，所述微波泄漏抑制装置由石墨和/或合金制成。所述微波泄漏抑制装置也可由其它的吸波材料制成，只要其能够防止微波脱硫单元中微波的泄漏即可。
所述系统还包括除尘单元，所述废气收集单元的出气口通过所述除尘单元与单质硫反应单元的进气口相连；所述除尘单元能够将集气罩收集的含有h2s的气体中的粉尘去除70-90％。
优选地，所述除尘单元包括旋风除尘器、静电除尘器或布袋式除尘器中的任意一种或至少两种的组合。典型但非限制性的组合如旋风除尘器与静电除尘器，静电除尘器与布袋除尘器等。
优选地，所述废气收集单元包括集气罩，所述集气罩顶部设置流量调节阀和气体组分传感器。
优选地，所述集气罩为密闭式集气罩或半密闭式集气罩，通过侧吸或者顶吸的方式对逸散的气体进行收集，为避免气流对进出料的影响，所述集气罩与微波脱硫单元的连接处设置活动侧挡板，侧挡板底部设计有斜气流分布孔，利于气流的向上抬升。
优选地，所述单质硫反应单元包括硫反应器，所述硫反应器中设置催化剂层，所述催化剂层包括经过预处理的al2o3基触媒催化剂和/或经过预处理的tio2基触媒催化剂，预处理方法包括氧化还原处理和/或焙烧处理，预处理时间为1-5h，如1.5h、2h、2.5h、3h、3.5h、4h或4.5h等，预处理温度为300-600℃，如320℃、330℃、350℃、380℃、400℃、420℃、450℃、500℃、550℃或580℃等，以提高催化剂的孔隙度和催化活性。所述氧化还原处理只要能够使得所述催化剂发生氧化还原反应即可。
所述含有h2s的气体与燃煤烟气在触媒的作用下，烟气中so2和h2s发生克劳斯反应(so2+2h2s→3s+2h2o+615kj/mol)，生成单质硫蒸气，单质硫蒸气经过多级冷凝最后形成硫磺副产品，实现单质硫的高效回收。
优选地，所述单质硫反应单元还包括预热装置，所述废气收集单元的出气口和原煤烘干单元的出气口通过所述预热装置与硫反应器的进气口相连；所述预热单元用于加热反应气体，使其温度达到反应温度。所述含有h2s的气体与燃煤烟气中的so2进行反应的温度为200-400℃。
优选地，所述预热装置包括换热器。
所述系统还包括冷凝单元，所述冷凝单元的进料口与单质硫反应单元的出料口相连；所述冷凝单元用于将单质硫反应单元生产的硫单质冷却，便于储存。
优选地，所述冷凝单元包括多级增效冷凝器，冷凝器管路内设置尖刺螺纹结构，促进低浓度硫蒸气冷凝；
优选地，所述系统还包括引风单元，所述引风单元连接于所述单质硫反应单元的出气口处；所述引风单元能够将单质硫反应单元中的剩余气体引出，排入大气或通过烟囱排入大气。
优选地，所述引风单元包括第二引风机。
本发明的目的之二在于提供一种煤炭脱硫并回收单质硫的方法，所述方法包括如下步骤：
(1)采用含有so2的燃煤烟气将原煤烘干，得到干燥的原煤和换热后的燃煤烟气；干燥的原煤进行微波脱硫，得到含有h2s的气体；
(2)含有h2s的气体与换热后的燃煤烟气进行反应，生成单质硫。
步骤(1)所述原煤经破碎后再进行烘干或烘干后先破碎再进行微波脱硫。
优选地，破碎后的原煤的粒径为0.1-50cm，如0.5cm、1cm、5cm、10cm、20cm、30cm、35cm、40cm或45cm等。
优选地，步骤(1)所述干燥的原煤中水的质量百分含量为5％以下，如1％、2％、3％、4％或4.5％等。
将原煤破碎及烘干后再进行微波脱硫能够大大降低微波的能量损失。
优选地，步骤(1)所述微波脱硫使用的微波频率为2500-2600mhz，如2510mhz、2530mhz、2560mhz、2570mhz或2590mhz等，微波功率为300-500w，如320w、350w、380w、400w、430w、450w或480w等，微波脱硫时间为1-5min，如2min、3min、4min或4.5min等。
步骤(2)所述含有h2s的气体先除尘再与换热后的燃煤烟气进行反应。
优选地，所述除尘效率不低于95％，如96％、97％、98％或99％等。
步骤(2)所述反应的温度为200-400℃，如220℃、250℃、280℃、300℃、320℃、350℃或380℃等。
优选地，步骤(2)所述反应在经过预处理的al2o3基触媒催化剂和/或经过预处理的tio2基触媒催化剂的催化下进行，预处理方法包括氧化还原处理和/或焙烧处理，预处理时间为1-5h，如1.5h、2h、2.5h、3h、3.5h、4h或4.5h等，预处理的温度为300-600℃，如320℃、330℃、350℃、380℃、400℃、420℃、450℃、500℃、550℃或580℃等，以提高催化剂的孔隙度和催化活性。所述氧化还原处理只要能够使得所述催化剂发生氧化还原反应即可。
作为优优选的技术方案，所述煤炭脱硫并回收单质硫的方法包括如下步骤：
(1)将原煤破碎至0.1-50cm后，利用含有so2的燃煤烟气与破碎后的原煤换热，得到水的质量百分含量为5％以下的干燥原煤和换热后的燃煤烟气；干燥原煤进行微波脱硫，微波的频率为2500-2600mhz，微波功率为300-500w，微波脱硫时间为1-5min，得到含有h2s的气体；
(2)换热后的燃煤烟气与含有h2s的气体在200-400℃条件下进行催化反应，催化剂为经过预处理的al2o3基触媒催化剂和/或经过预处理的tio2基触媒催化剂，预处理方法包括氧化还原处理和/或焙烧处理，预处理时间为1-5h，预处理温度为300-600℃，得到单质硫产品。
本发明提供的煤脱硫并生产单质硫的方法，不但节约能耗，而且能够同时处理煤脱硫产生的废气和燃煤烟气，其具有广阔的工业应用前景。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、本发明提供的煤炭脱硫并回收单质硫的系统及方法，工艺设计合理，可操作性性强，适用范围广，系统安全稳定，能同时对煤炭中硫进行脱除和回收，处理后的煤炭总含硫量在2.0％以下，硫单质总回收率不低于40％。
2、本发明提供的煤炭脱硫并回收单质硫的系统及方法，工艺流程紧凑，占地面积小，可适用于燃煤电厂燃烧前煤炭脱硫，利用燃煤锅炉烟气余热对原煤中水分进行预脱除，降低了水分对微波能量的消耗，实现全系统的优化和节能。
3、本发明提供的煤炭脱硫并回收单质硫的系统及方法，通过触媒催化高硫煤热解释放的h2s和燃煤烟气中的so2，省去了传统硫回收工艺中h2s的部分氧化燃烧工序，生成的硫单质经过提纯后可作为副产品出售，具有良好的环境经济效益。
4、本发明提供的煤炭脱硫并回收单质硫的系统及方法微波脱硫过程采用红外测温，安装微波泄漏抑制装置，保障系统运行的安全，微波反应器在负压下操作，避免污染物逸散。
附图说明
图1为实施例1提供的煤炭脱硫并回收单质硫的系统的结构示意图。
其中，1-破碎机；2-烘干器；3-第一引风机；4-红外测温探头；5-微波反应器；6-微波泄漏抑制装置；7-集气罩；8-除尘器；9-换热器；10-硫反应器；11-冷凝器；12-第二引风机；13-烟囱。
另外，图1中的实线表示物料流向，虚线表示气体流向。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
实施例1
一种高硫煤炭脱硫并回收单质硫的系统，如图1所示，所述系统包括：
原煤破碎单元，用于破碎原煤，包括破碎机1，所述破碎机1优选为环锤式破碎机1和/或锤式破碎机1；
原煤烘干单元，用于烘干原煤，包括烘干器2；
微波脱硫单元，用于煤的微波脱硫，包括微波反应器5，所述微波反应器5内设置有与控制系统相连的红外测温探头4、湿度传感器和压力传感器；所述微波脱硫单元还包括微波泄漏抑制装置6，所述微波泄漏抑制装置6由石墨和/或合金制成，所述微波泄漏抑制装置6设置于微波脱硫单元的底部和/或两侧；
废气收集单元，用于收集微波脱硫单元产生的含有h2s的气体，包括集气罩7，所述集气罩7顶部设置流量调节阀和气体组分传感器，所述集气罩7为密闭式集气罩或半密闭式集气罩；所述集气罩7与微波反应器5的连接处设置活动侧挡板，侧挡板底部设置有斜气流分布孔；
除尘单元，用于对含有h2s的气体除尘，包括旋风除尘器8、静电除尘器8或布袋式除尘器8中的任意一种或至少两种的组合；
单质硫反应单元，用于所述含有h2s的气体与所述含有so2的燃煤烟气之间的反应，产生单质硫，包括硫反应器10和换热器9，所述硫反应器10中设置催化剂层，所述催化剂层包括经过预处理的al2o3基触媒催化剂和/或经过预处理的tio2基触媒催化剂，预处理方法包括氧化还原处理和/或焙烧处理，预处理时间为1-5h，如1.5h、2h、2.5h、3h、3.5h、4h或4.5h等，预处理温度为300-600℃，如320℃、330℃、350℃、380℃、400℃、420℃、450℃、500℃、550℃或580℃等；
冷凝单元，用于冷凝硫单质硫反应单元产生的高温单质硫，包括冷凝器11，所述冷凝器11为多级冷凝器，如2级冷凝器、3级冷凝器、5级冷凝器或10级冷凝器等，冷凝器管路内设置尖刺螺纹结构；
引风单元，用于将单质硫反应单元中未反应的气体引出，包括第二引风机12；
所述燃煤烟气通过第一引风机3引入所述烘干器2中；
其中，破碎机1、烘干器2和微波反应器5依次相连，集气罩7设置于所述微波反应器5的出气口处，集气罩7的出气口通过除尘器8和换热器9与硫反应器10的进气口相连，燃煤炉的出气口通过烘干器2和换热器9与硫反应器10的进气口相连，冷凝器11的进料口与硫反应器10的出料口相连；第二引风机12设置于硫反应器10和烟囱13之间。
一种高硫煤脱硫并生产单质硫的工艺流程如下：由储煤仓输送过来的原煤进入破碎机1，将原煤破碎为0.1-50cm的粒径，破碎后的原煤进入烘干器2由热燃煤烟气烘干脱水，使原煤中水分降低至5％以下，烘干后的原煤由连续输送带输送至微波反应器5，在2500-2600mhz，功率300-500w的微波中辐照1-5min，脱硫后的原煤去磨煤机磨粉后喷入锅炉燃烧；
原煤经微波热解生成的含尘、h2s、so2烟气被集气罩7收集后进入除尘器8，除尘器8将粉尘捕集下来，粉尘捕集效率不低于95％，所捕集下来的除尘灰输送至煤粉仓回用；除尘后的烟气与经烘干器2后的热烟气混合，经过换热器9升温后进入硫反应器10，在触媒的催化作用下生成硫单质蒸气，反应温度在200-400℃，单质硫蒸气经过多级冷凝最后形成硫磺副产品，实现单质硫的高效回收。
实施例2
利用实施例1所述系统，采用实施例1的高硫煤脱硫并生产单质硫的方法，进行高硫煤脱硫试验。具体如下：在1000mw燃煤电厂，耗煤量为360t/h，高硫原煤中硫份含量为3.56％，水分含量为6.11％，经过破碎机破碎为20-35cm的粒径，引风机将240℃锅炉烟气引入烘干机前端，烟气中so2含量为2000mg/nm3，o2含量为6％，烟气流量为15×104nm3/h，烘干后的原煤水分含量降低为4.23％，出口烟气温度降至180℃，烘干后的原煤进入输送带，输送带输送量为50t/h，原煤进入微波反应器，在2540mhz，功率300w的微波中辐照3min，脱硫后煤中硫份降至1.44％，总脱硫效率(本发明如无特殊说明所述总脱硫效率是指硫分前后降低的比值)为59.5％。
微波辐照及原煤输送过程产生的粉尘、h2s等污染物由集气罩收集，集气罩气体流速为8m/s，气体流量为15×104m3/h，o2含量为20％，h2s浓度为708mg/m3，气体温度为120℃，该烟气与锅炉烟气混合经过换热后升温至340℃，在催化剂的作用下发生反应，硫单质转化率为95％，总硫回收率为56.5％，生成硫单质2.85t/h。
实施例3
利用实施例1所述系统，采用实施例1的高硫煤脱硫并生产单质硫的方法，进行高硫煤脱硫试验。具体如下：在500mw燃煤电厂，耗煤量为200t/h，高硫原煤中硫份含量为6.24％，水分含量为7.21％，经过破碎机破碎为15-30cm的粒径，引风机将280℃锅炉烟气引入烘干机前端，烟气中so2含量为4000mg/nm3，o2含量为6％，烟气流量为10×104nm3/h，烘干后的原煤水分含量降低为4.61％，出口烟气温度降至160℃，烘干后的原煤进入输送带，输送带输送量为30t/h，原煤进入微波反应器，在2540mhz，功率500w的微波中辐照5min，脱硫后煤中硫份降至1.52％，总脱硫效率为75.6％。
微波辐照及原煤输送过程产生的粉尘、h2s等污染物由集气罩收集，集气罩气体流速为10m/s，气体流量为8×104m3/h，o2含量为18％，h2s浓度为17708mg/m3，气体温度为130℃，该烟气与锅炉烟气混合经过换热后升温至400℃，在催化剂的作用下发生反应，硫单质转化率为96％，总硫回收率为72.6％，生成硫单质3.84t/h。
实施例4
利用实施例1所述系统，采用实施例1的高硫煤脱硫并生产单质硫的方法，进行高硫煤脱硫试验。具体如下：在300mw燃煤电厂，耗煤量为150t/h，高硫原煤中硫份含量为3.15％，水分含量为5.12％，经过破碎机破碎为40-50cm的粒径，引风机将260℃锅炉烟气引入烘干机前端，烟气中so2含量为1500mg/nm3，o2含量为6％，烟气流量为5×104nm3/h，烘干后的原煤水分含量降低为2.58％，出口烟气温度降至160℃，烘干后的原煤进入输送带，输送带输送量为30t/h，原煤进入微波反应器，在2500mhz，功率300w的微波中辐照2min，脱硫后煤中硫份降至1.38％，总脱硫效率为56.2％。
微波辐照及原煤输送过程产生的粉尘、h2s等污染物由集气罩收集，集气罩气体流速为10m/s，气体流量为5×104m3/h，o2含量为18％，h2s浓度为5312mg/m3，气体温度为140℃，该烟气与锅炉烟气混合经过换热后升温至200℃，在催化剂的作用下发生反应，硫单质转化率为92％，总硫回收率为51.7％，生成硫单质0.69t/h。
实施例5
利用实施例1所述系统，采用实施例1的高硫煤脱硫并生产单质硫的方法，进行高硫煤脱硫试验。具体如下：在600mw燃煤电厂，耗煤量为250t/h，高硫原煤中硫份含量为2.65％，水分含量为5.17％，经过破碎机破碎为10-50mm的粒径，引风机将300℃锅炉烟气引入烘干机前端，烟气中so2含量为1000mg/nm3，o2含量为6％，烟气流量为8×104nm3/h，烘干后的原煤水分含量降低为2.80％，出口烟气温度降至150℃，烘干后的原煤进入输送带，输送带输送量为30t/h，原煤进入微波反应器，在2600mhz，功率400w的微波中辐照2min，脱硫后煤中硫份降至1.51％，总脱硫效率为43.0％。
微波辐照及原煤输送过程产生的粉尘、h2s等污染物由集气罩收集，集气罩气体流速为10m/s，气体流量为5×104m3/h，o2含量为18％，h2s浓度为5666mg/m3，气体温度为120℃，该烟气与锅炉烟气混合经过换热后升温至300℃，在催化剂的作用下发生反应，硫单质转化率为95％，总硫回收率为40.85％，生成硫单质0.76t/h。
实施例2-5中的催化剂选自经过预处理的al2o3基触媒催化剂，所述预处理为焙烧处理，焙烧时间为3h，焙烧温度为500℃。
实施例2-5中的催化剂还可选自上述催化剂之外的经过预处理的al2o3基触媒催化剂和/或经过预处理的tio2基触媒催化剂，预处理方法包括氧化还原处理和/或焙烧处理，预处理时间为1-5h，如1.5h、2h、2.5h、3.5h、4h或4.5h等，预处理的温度为300-600℃，如320℃、330℃、350℃、380℃、400℃、420℃、450℃、550℃或580℃等。
申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。