硫磺固体化成型物制备系统及其制备方法
硫磺固体化成型物制备系统及其制备方法
【专利摘要】本发明提出一种接收作为固体粉末的煤炭底灰与硫磺的混合物来形成所需要的成型形状的产品的硫磺固体化成型物制备系统及制备方法。本发明的硫磺固体化成型物制备系统包括：连续式混合单元，其用于对包含煤炭底灰和硫磺在内的原料进行混合，以及硫磺气体回收单元，其用于回收在上述连续式混合单元产生的硫磺气体，并向上述连续式混合单元输送；上述连续式混合单元包括热源部，该热源部用于将上述混合物所含的硫磺加热至熔融点以上。由此，将固体粉末的混合物作为原料，仅使混合物中特定原料熔融，来制备熔融混合物的同时，能够连续制备流动性混合物。
【专利说明】硫磺固体化成型物制备系统及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及硫磺固体化成型物制备系统及其方法(Sulfur Solidifed MoldingFabrication System and Method Thereby),更具体地,涉及用于借助热源装置利用作为固体粉末的煤炭底灰和硫磺的混合物来连续制备硫磺固体化成型物的硫磺固体化成型物制备系统及其方法。
【背景技术】
[0002]在火力及整体煤气化联合循环(IGCC,Integrated Gasification CombinedCycle)发电系统产生的煤炭灰中占约10%~15%的底灰作为在某种程度上具有骨料所需的硬度的多孔质的材料，具有密度低且粒度大的特性。
[0003]在所产生的煤炭灰中，飞灰最常被再利用为水泥原料与混凝土的混和剂，此外，再利用于硅钾肥、土壤改良材、轻量骨料制作、路基材料、填料以及轻量建筑材料等，底灰与飞灰相比，稳定性、粒度等与一般骨料(KS F2526)不存在差异，但是由于如低密度、高吸收率、相对高的未燃烧碳的含量等特性，难以将底灰用作一般骨料，因而当前大部分在填埋场进行填埋处理。
[0004]另一方面，随着耗电量的增加，作为工业废弃物的底灰的产生量每年都在增加，随着部分被用作混凝土的添加剂，或者大部分被进行填埋处理，部分发电厂的填埋场容量达到了极限，急需追加建设回收处理场，但因环境问题及发生民怨等，当前仍难以追加建设，因此可以说能够持续确保通过煤炭底灰的再利用、再运用来循环利用的技术成了经济增长的必要因素。
[0005]目前为止，有关运用底灰的技术，最常见的是将底灰用作如混凝土(再生循环骨料或人工轻量骨料的制备技术等)、砂衆(mortar)的土木建筑材料,此外,公知的技术还有底灰的生成特性上具有的有害物质的处理方法、利用MAR(Magaldi Ash Recycling,马卡的灰循环)系统的底灰的飞灰化方法等。
[0006]但是，就利用底灰的混凝土运用技术而言，必须具有用于解决由底灰的生成特性引发的问题的预处理技术。
[0007]第一、韩国国内的火力发电厂的底灰处理方式使用利用海水的湿式方法，因此盐化物含量高，若要作为混凝土添加物使用，需要进行通过清洗来除去盐化物的工序。并且，由于作为影响混凝土的施工性和强度表达的未燃碳量的烧失量在10%以上(KS基准为5%以下)，因而存在可能产生腐蚀现象的问题，所以需要除去/回收底灰所含的碳的技术。
[0008]通常，硫磺不溶于水，且在119 °C~159 °C的温度范围内熔融而成为低粘度(Ilcp~7cp)的液相,硫磺在常温下迅速固化而具有斜方晶系(orthorhombic system)的结晶形态，处于稳定的固体状态，具有高强度。
[0009] 持续尝试开发出利用硫磺的性质，即，超过119°C便溶解且在常温下为固体的性质，来将硫磺适用于土木及建设领域的技术。作为实例，曾作为包装材料(美国专利第4290816号，1981年)以及建筑材料用物材或者废弃物固化用物材等结合材料进行了使用。[0010]自2000年以后，提出了纯硫磺的易燃性和存在于海水或土壤中的硫磺氧化细菌引起硫酸离子的析出问题等，活跃进行了对于利用改性剂(二环戍二烯(dicyclopentadiene)等)的改性硫磺的研究。利用改性剂的硫磺的改性反应为聚合反应，存在如下问题:在反应结束后再熔融时也持续进行聚合反应，而引起粘度上升，带来作业难度，一旦温度下降，流动性随之降低而发生急速冷却固化的现象，随着熔融混合时间，材料的质量降低等。
[0011]作为用于弥补这种硫磺改性反应的缺点的技术，提出了投入其他添加剂(聚合反应抑制剂等)的技术，这种利用改性硫磺的技术不容易除去反应，随着除了硫磺以外和额外的添加物增多，存在加重经济、环境压力的缺点。
[0012]在此使用的低温熔融(low temp, melting)硫磺固化法中，通过利用硫磺的特性的极低温熔融固化法，来制备硫磺熔融固化物。
[0013]在160°C以上，硫磺中8环的硫磺结合开始分解，此时分解的自由基(radical)与重金属化合物的反应性非常高，从而促进无机类材料中的重金属化合物与硫磺的反应，使得重金属变为针对水的析出少的硫化物。借助利用这种特性来在水不溶状态下使重金属类固定化来封锁重金属的方式，能够有效地封锁包含于底灰的重金属类，来制备对环境无害的建材。
[0014]硫磺的含有比率为10wt%~70wt%，可以根据建筑材料的要求强度灵活改变硫磺的含有量，可以利用底灰的碱性来制备碱性硫磺熔融固化物，从而防止由存在于海水或者土壤等中的硫磺氧化细菌(瘤杆菌(Thiobacillus)属细菌)的作用引起的硫酸离子析出。
[0015]在这种制备法中所使用的硫磺可以使用在石油提炼工序的脱油工序中生成的硫磺(99%以上)，作为副材 ，可添加钢渣，以满足硫磺熔融固化物的要求比重。
[0016]利用这种煤炭底灰和硫磺的特性的硫磺固体化成型物的制备技术，其特征在于，使熔融硫磺渗透于煤炭底灰的空隙，来制备流动性混合物，并将该流动性混合物冷却成型成规定的形状。
[0017]所使用的底灰大部分被填埋于海水填埋场，因而水分含量高(50%以上)。如果作为固体原料使用的底灰具有高水分含量，就会影响在工序上制备的硫磺固化物的稳定化和固体化，因此期望的是，尽可能降低底灰的含水率。
[0018]并且，观察基于粒径分布的硫磺固化物基础实验结果可知，随着粒度增加，硫磺固化物的压缩强度降低。这是由于，因粒子间的间隔变大，即使在利用加固棒加固的过程中，也无法充分实现固体化。因此，鉴于粒径分布多样的底灰的特性可判断出，在硫磺熔融工序之前，需要进行使底灰的粒径分布均匀的粉碎工序。
[0019]若要连续制备硫磺固体化成型物，必然需要一种如下的连续式加温混合技术，根据该连续式加温混合技术，使固体粉末的硫磺熔融而变换为液相成分之后，与粒度小的固体成分的煤炭底灰进行混合，并倒入规定的成型模具进行成型，而这又需要一种如下的加温混合技术，根据该加温混合技术，用于连续地使持续供给的固体粉末的底灰与硫磺中具有低组成比(30wt%~10wt%)的硫磺熔融来进行液相化，并使其与占相对高组成比(70wt%~ 90wt%)的固体成分的煤炭底灰均匀混合，来连续生产出熔融混合物。
[0020]由于所要供给的煤炭底灰和硫磺混合物的热导率非常低，而难以加温，因此需要用于充分进行热传递的供热装置，并需要基于所要投入的原料内硫磺的组成比将固体粉末混合物制备成最佳的不均匀2成分类流动性混合物，并将所要供给的热能最小化的混合器的部分加温技术。
[0021]当前，利用改性硫磺制备的改性硫磺固化物的压缩强度未达到基准值，或者难以对在成型过程中产生的残次品进行再利用。但是，就在本发明中制备的硫磺固化物而言，由于原样维持硫磺的固有特性，从而具有可以再利用的优点。
[0022]因此，需要用于有效粉碎固体物的粉碎技术，以在混合过程中根据硫磺熔融程度产生残次品时，重新加温并在工序内再使用。
[0023]并且，在 混合器内通过加温使硫磺熔融时，将产生微量(约0.1%~0.3%)的硫磺气体，所产生的硫磺气体为有害气体，从而需要用于回收该硫磺气体的捕集和回收技术。
[0024]并且，需要一种如下的螺杆设计(screw design)技术,根据该螺杆设计技术,在高组成比的固体成分随着螺杆(screw)的旋转在规定区间移动时,在圆筒(cyI inder )内调节固体粉末混合物的体积，以将螺杆马达(screw motor)的负荷最小化,或者,在原料投入部调节螺距(screw pitch),以使固体粉末混合物顺畅地移动。
[0025]因此，着实需要开发出如下的硫磺固体化成型物制备系统的技术:在为了制备硫磺固体化成型物而投入的固体粉末混合物的原料中使低组成比的硫磺熔融，来连续制备混合物，并具有用于回收在混合过程中产生的硫磺气体的捕集和回收功能。
【发明内容】
[0026]本发明是为了解决上述问题而提出的，提供如下的硫磺固体化成型物制备系统及其方法:对填埋于海水处理场的高含水率的底灰进行干燥，均匀地粉碎粒径分布多样的底灰，在持续供给的热导率低的固体粉末的煤炭底灰和硫磺混合物中使组成比相对低的硫磺熔融的同时渗透于高组成比的底灰的空隙，来连续制备流动性混合物，并回收在混合中产生的气体来再使用，并且能够进行用于在工序内再使用混合时产生的残次品的连续性混合、气体回收和粉碎作业。
[0027]为了解决上述问题，本发明的一方案提供一种硫磺固体化成型物制备系统，接收作为固体粉末的煤炭底灰与硫磺的混合物，来形成所需要的成型形状的产品，上述硫磺固体化成型物制备系统包括:连续式混合单元，用于对包含煤炭底灰与硫磺在内的原料进行混合，以及硫磺气体回收单元，用于回收在上述连续式混合单元产生的硫磺气体，并向上述连续式混合单元输送；上述连续式混合单元包括热源部，该热源部用于将上述混合物所含的硫磺加热至熔融点以上。
[0028]优选地，上述连续式混合单元还包括:供给部，其利用原料供给螺杆来接收上述原料；以及混合部，其利用混合器螺杆对从上述供给部供给的原料进行混合来生成混合物并排出该混合物。
[0029]优选地,上述供给部包括:原料供给漏斗(hopper),其从外部接收上述原料；以及螺杆调节马达，其设在上述原料供给漏斗与上述混合部之间，用于调节从上述原料供给漏斗供给的原料，以定量地连续投入上述原料。
[0030]优选地,借助上述螺杆调节马达调节成以5g/min~60g/min向上述混合部供给上述原料。
[0031]优选地，上述混合部呈圆筒形，上述混合器螺杆设在上述混合部的内部；上述混合器螺杆形成为，离上述供给部越远，螺槽越浅，以使所供给的原料被上述热源部加热且以受到压缩力的方式移动。
[0032]优选地，上述热源部包括用于调节温度的温度调节器。
[0033]优选地，上述硫磺气体回收单元包括:固定层反应器，其利用催化剂来捕集和回收气体；流量调节器，其用于调节向上述固定层反应器流入的气体的空间速度；以及分析器，其用于分析上述固定层反应器的内部的反应物和生成物。
[0034]优选地,上述固定层反应器为活塞流反应器(PFR, Plug Flow Reactor。
[0035]优选地，上述固定层反应器的反应温度在200°C~700°C的范围。
[0036]优选地，上述流量调节器对在上述连续式混合单元的内部产生的气体与用于还原上述气体的还原剂进行混合，来调节向上述固定层反应器投入的气体的空间速度。
[0037]优选地，上述空间速度可以是5000cm3/g-cat.h~30000cm3/g-cat.h。
[0038]优选地，上述硫磺固体化成型物制备系统还包括煤炭底灰干燥单元，在利用上述连续式混合单元来混合上述原料之前，上述煤炭底灰干燥单元以使熔融的硫磺混合到利用海水进行湿式处理而具有高含水率的上述煤炭底灰的空隙的方式对上述原料进行干燥。
[0039]优选地，上述硫磺固体化成型物制备系统还包括热回收单元，该热回收单元用于回收在上述连续式混合单元产生的热并向上述煤炭底灰干燥单元供给。
[0040]优选地，上述硫磺固体化成型物制备系统还包括煤炭底灰粉碎单元，在利用上述煤炭底灰干燥单元对上述原料进行干燥之后且在利用上述连续式混合单元来混合上述原料之前，上述煤炭底灰粉碎单元将上述煤炭底灰粉碎至规格粒径，以使要生成的硫磺固化物表现出所需要的压缩强度。
[0041]优选地，上述硫磺固体化成型物制备系统还包括再利用粉碎单元，该再利用粉碎单元用于在成型成不需要的残次品的情况下粉碎上述残次品来再利用。
[0042]为了解决上述问题，本发明一方案提供一种硫磺固体化成型物制备方法，接收作为固体粉末的煤炭底灰与硫磺的混合物，来形成所需要的成型形状的产品，其特征在于，包括以下步骤:对包含煤炭底灰和硫磺在内的原料进行混合的步骤；将上述混合物所含的硫磺加热至熔融点以上的步骤；以及对在上述将上述混合物所含的硫磺加热至熔融点以上的步骤中产生的硫磺气体进行回收，来将所回收的硫磺气体利用于上述对包含煤炭底灰和硫磺在内的原料进行混合的步骤。
[0043]优选地，上述硫磺固体化成型物制备方法还包括以使熔融的硫磺混合到利用海水进行湿式处理而具有高含水率的上述煤炭底灰的空隙的方式对原料进行干燥的步骤，这一步骤在上述对包 含煤炭底灰和硫磺在内的原料进行混合的步骤之前进行。
[0044]优选地，上述硫磺固体化成型物制备方法，还包括将上述煤炭底灰粉碎至规格粒径以使要生成的硫磺固化物表现出所需要的压缩强度的步骤，这一步骤在上述对包含煤炭底灰和硫磺在内的原料进行混合的步骤之前且在上述对原料进行干燥的步骤之后进行。
[0045]优选地，上述硫磺固体化成型物制备方法还包括在成型成不需要的残次品的情况下粉碎上述残次品并再利用的步骤。
[0046]本发明提供得以改善的硫磺固体化成型物制备系统及其制备方法，从而具有通过除去底灰内的水分而能够提高熔融固化物的制备工序的效率，并通过调整底灰的粒径而能够提高硫磺固化物的压缩强度的效果。
[0047]并且，本发明提供得以改善的硫磺固体化成型物制备系统及制备方法，从而具有能够连续制备将固体作为主成分的不均匀2成分类熔融混合物，并通过对热导率低的物质进行加温和压缩来制备最佳的熔融混合物的效果。
[0048]进而，本发明提供得以改善的硫磺固体化成型物制备系统及制备方法，从而具有将原料损失最小化并减少有害气体的流出的效果。
[0049]再进而，本发明提供得以改善的硫磺固体化成型物制备系统及制备方法，从而具有通过粉碎而能够在工序内再使用快硬性固体物的效果。
【专利附图】
【附图说明】
[0050]图1是用于说明本发明的一实施例的硫磺固体化成型物制备系统及制备方法的框图，在这里，在对煤炭底灰和硫磺进行干燥并粉碎来制备固体粉末的混合物之后，通过加温混合来制备流动性混合物。
[0051]图2是表示本发明的一实施例的用于利用固体粉末的煤炭底灰与硫磺混合物连续制备熔融硫磺流动性混合物的硫磺固体化成型物制备系统的结构的示意图。
[0052]图3a及图3b是图2的部分详细结构图。
[0053]图4是表示本发明的再一实施例的用于利用固体粉末的煤炭底灰与硫磺混合物连续制备熔融硫磺流动性混合物的硫磺固体化成型物制备系统的结构的示意图。
【具体实施方式】
[0054]下面，参照附图 ，对本发明的优选实施例进行说明。应该注意，附图及参照【专利附图】
【附图说明】的实施例只用于帮助所属【技术领域】的普通技术人员理解本发明。
[0055]本发明涉及如下技术:对填埋于海水处理场的高含水率的底灰进行干燥，均匀地粉碎粒径分布多样的底灰，在持续供给的热导率低的固体粉末的煤炭底灰和硫磺混合物中使组成比相对低的硫磺熔融的同时渗透于高组成比的底灰的空隙，来连续制备流动性混合物，并回收在混合中产生的气体来再使用，并且在工序内再使用混合时产生的残次品。
[0056]为此，本发明提供如下的硫磺固体化成型物制备系统及制备方法:对包含煤炭底灰与硫磺在内的原料进行混合，将混合物所含的硫磺加热至熔融点以上，并回收再使用在上述的过程中产生的磺气体。
[0057]图1是用于说明本发明的一实施例的硫磺固体化成型物制备系统及制备方法的框图，在这里，在对煤炭底灰和硫磺进行干燥并粉碎来制备固体粉末的混合物之后，通过加温混合来制备流动性混合物。
[0058]参照图1，硫磺固体化成型物制备系统接收作为固体粉末的煤炭底灰与硫磺的混合物，来形成所需要的成型形状的产品，该硫磺固体化成型物制备系统包括:连续式混合单元10，其用于对包含煤炭底灰和硫磺在内的原料进行混合，且连续式混合单元10包括热源部300，该热源部300用于将混合物所含的硫磺加热至熔融点以上；硫磺气体回收单元400，其用于回收在连续式混合单元10产生的硫磺气体，并向连续式混合单元10移送。
[0059]连续式混合单元10包括:供给部200，其利用原料供给螺杆201 (参照图2)来接收原料；混合部100，其利用混合器螺杆103 (参照图3a)对从供给部200供给的原料来生成混合物并排出混合物。进而，连续式混合单元10还包括成型部700，该成型部700用于制造具有所需要的成型形状的产品。[0060]供给部200包括:原料供给漏斗203 (参照图2)，其从外部接收原料；以及螺杆调节马达202，其设在原料供给漏斗203与混合部100之间，使得从原料供给漏斗203供给的原料定量地连续投入。例如，可借助螺杆调节马达202调节成以5g/min~60g/min向混合部供给原料。至于利用原料供给螺杆201且包括原料供给漏斗203和螺杆调节马达202的供给部200，之后将参照图2进行详细说明。
[0061]混合部100呈圆筒形，混合器螺杆103设在混合部100内。混合器螺杆103形成为，离供给部200越远，即，越靠近成型部700 —侧，螺槽越浅，以使所供给的原料被热源部300加热且以受到压缩力的方式移动。
[0062]热源部300包括用于供热的加热器302 (参照图3a)、温度计301以及用于调节温度的温度调节器303。
[0063]硫磺气体回收单元400包括:固定层反应器401 (参照图3b)，其利用催化剂来捕集及回收气体；流量调节器404，其用于调节向固定层反应器401流入的气体的空间速度；分析器402，其用于分析固定层反应器401内的反应物和生成物。固定层反应器401可以是活塞流反应器。固定层反应器401的反应温度可以在200°C~700°C的范围。流量调节器404对在连续式混合单元10内产生的气体与用于还原该气体的还原剂进行混合，来调节向固定层反应器401投入的气体的空间速度。在此的空间速度可以是5000cm3/g-cat.h~30000cm3/g-cat.h。
[0064]如图1所示，本发明的一实施例的硫磺固体化成型物制备系统还包括煤炭底灰干燥单元500，在利用连续式混合单元10来混合原料之前，煤炭底灰干燥单元500以使熔融的硫磺混合到利用海水进行湿式处理而具有高含水率的上述煤炭底灰的空隙的方式对上述原料进行干燥。
[0065]并且,上述硫磺固体化成型物制备系统还包括热回收单元800,该热回收单元800用于回收在连续式混合单元10产生的热并向煤炭底灰干燥单元500供给。
[0066]并且，上述硫磺固体化成型物制备系统还包括煤炭底灰粉碎单元600，在利用煤炭底灰干燥单元500对原料进行干燥之后且在利用连续式混合单元10来混合原料之前，煤炭底灰粉碎单元600将煤炭底灰粉碎至规格粒径，以使要生成的硫磺固化物表现出所需要的压缩强度。
[0067]并且，上述硫磺固体化成型物制备系统还包括再利用粉碎单元900，该再利用粉碎单元900用于在由成型部700成型成不需要的残次品的情况下粉碎上述残次品来再利用。
[0068]接着，图2是表示本发明的一实施例的用于利用固体粉末的煤炭底灰与硫磺混合物连续制备熔融硫磺流动性混合物的硫磺固体化成型物制备系统的结构的示意图，图3a及图3b是图2的部分详细结构图。尤其，图3a是图2的A部分的详细结构图，图3b是图2的B部分即硫磺气体回收单元400的详细结构图。
[0069]与图1 一同参照图2、图3a及图3b，在本发明的一实施例的硫磺固体化成型物制备系统中，混合部100呈圆筒形，在该混合部100内设置混合器螺杆103 (参照图3a)。混合器螺杆103形成为，离供给部200越远，即，越靠近成型部700 —侧，螺槽越浅，以使所供给的原料被热源部300加热且以受到压缩力的方式移动。混合器螺杆103可以利用单轴螺杆。
[0070] 供给部200用于供给固体粉末混合物的原料，包括原料供给螺杆201、螺杆调节马达202以及原料供给漏斗203。如上所述，热源部300包括用于测定温度的温度计301、用于供热的加热器302 (参照图3a)、用于调节温度的温度调节器303。
[0071]如上所述，图3b是表示用于捕集并回收硫磺气体的硫磺气体回收单元400的整体结构的图。
[0072]硫磺气体回收单元400包括:固定层反应器401，其利用催化剂来捕集和回收气体；流量调节器404，其用于调节向固定层反应器401流入的气体的空间速度；分析器402，其用于分析固定层反应器401内的反应物和生成物。并且，硫磺气体回收单元400还可以包括用于进行还原反应的还原剂405以及三通阀(3-way valve)403。其中，作为分析器402，例如可以利用气相色谱分析法。
[0073]更具体地，硫磺气体回收单元400被设置成利用两个固定层反应器401的二级式，以有效地回收微量的气体，能够同时捕集和回收气体。
[0074]针对从图3b的硫磺气体回收单元400向固定层反应器401投入的气体的流速，利用校正的流量调节器404基于还原剂405的比和催化剂的量进行调节。空间速度可被调节为 5000cm3/g_cat.h ~30000cm3/g_cat.h,更优选为 5000cm3/g_cat.h ~15000cm3/g_cat.h0
[0075]利用催化剂的固定层反应器401的反应温度为200°C~700°C，更优选为300°C~550°C，通过分析器402以在线(online)方式分析反应物和生成物。例如，上述分析器402可以是安装有热导检测器(TCD)气相色谱。
[0076]另一方面，本发明可以适用于如上所述的实施例，同时也可以适用于如图3a所示的实施例，即，混合器的加热器302由3个区间形成，按各个区间使运行温度范围不同。 [0077]就以往的硫磺混凝土制备法而言，会发生熔融硫磺在室温暴露时急速固化的问题，为了防止这种问题，本发明的一实施例的硫磺固体化成型物制备系统使用热源部300，以从熔融工序到成型部维持熔融硫磺固化物的温度。
[0078]在本发明中，针对熔融混合和向成型部一侧的挤压实现一元化及连续化，从而能够期待减少热源消耗费用、缩短制备工序期间的加温维持时间的效果。
[0079]下面，参照图1至图3b，从供给作为固体粉末的煤炭底灰与硫磺原料开始，说明硫磺固体化成型物制备系统的动作过程。
[0080]首先，作为预先对使用于本发明的原料的固体粉末的煤炭底灰和硫磺进行混合，并所设置的原料供给漏斗203投入规定量之后，为了根据固体物的硫磺熔融程度适当维持混合部100内的混合物的组成比，利用可定量地连续投入的原料供给螺杆201向混合部100投入。
[0081]原料供给螺杆201调节螺杆调节马达202以向混合部100供给固体混合物，针对常温的固体粉末混合物，以5g/min~170g/min的供给速度,更优选为以5g/min~60g/min的供给速度投入固体粉末混合物，所投入的固体粉末混合物随着混合器螺杆103的旋转在圆筒形的混合部100内部移动。
[0082]混合器螺杆103离要投入原料的部分越远，即从原料供给漏斗203 —侧向原料的移动方向，使螺槽逐渐变浅，从而通过固体粉末混合物的压缩使混合物的移动顺畅。
[0083]另一方面，如图3a所示，连续式混合单元10可区分为熔融区间105、混合区间106及计量区间107，分别在熔融区间105、混合区间106及计量区间107使混合物的体积不同，从而可以制备最佳的连续性熔融硫磺混合物。尤其，在投入原料的部分，为了使固体粉末混合物的投入与移动间的干扰最小化，而调节了混合器螺杆103的螺距。
[0084]并且，本发明的一实施例的硫磺固体化成型物制备系统中，将煤炭底灰残骨料作为对象物，此时，为了在利用单轴螺杆使固体粉末混合物移动的过程中将混合器螺杆马达的负荷最小化，而调节从原料投入部到排出部的螺杆轴的倾斜角，来消除对原料的移动的影响，同时也在投入原料的部分使混合物的移动顺畅。
[0085]优选地，混合部100可利用加热器302加热常温的固体粉末混合物而以119°C~200°C的温度范围运行，上述加热器302设在圆筒形的混合部100的外部。更优选地，上述温度的范围在150°C~200°C。
[0086]图4是表示本发明的再一实施例的用于利用固体粉末的煤炭底灰与硫磺混合物连续制备熔融硫磺流动性混合物的硫磺固体化成型物制备系统的结构的示意图。
[0087]在该实施例中，加热器302可以分为与熔融区间105、混合区间106、计量区间107这三个区间对应的三个区间来运行。例如，可以分别利用气体燃料、液体燃料、固体燃料来加温，也可以利用电加热器来加温。
[0088]例如，对于熔融区间105，作为用于熔融常温的硫磺的区间，可在150°C~200°C的温度范围，更优选为在160°C~180°C的温度范围运行。而且，对于混合区间106，可在150°C~200°C，优选为 在160°C~180°C的温度范围运行，对于计量区间107，可在150°C~200°C，更优选为在160°C~180°C的温度范围运行。
[0089]并且，在利用单轴的混合螺杆103和加热器302进行加温的过程中，可根据对象试料的热导率和滞留时间，来决定混合部100的长度和直径、加热器103的温度范围、螺杆的倾斜角、螺杆的螺距、反应物的投入速度等。
[0090]固体粉末混合物中的硫磺在加温状态的混合部100的内部移动的同时，产生微量的气体，所产生的气体由硫磺气体回收单元400捕集和回收。
[0091]即，在该实施例中，混合部100以不同温度运行三个区间，为了各区间的加温而设定温度调节器303的目标温度，根据向混合部100投入的原料内的硫磺的组成的变化，来使各区间的温度不同，来调节所要使用的热能供给，通过根据混合器螺杆103的转速来调节固体粉末混合物的滞留时间，能够制备最佳的不均匀2成分类硫磺混合物。
[0092]为了制成产品，将所制备的硫磺混合物注入到成型部700，在成型模具(未图示)内填充的硫磺混合物通过压缩及冷却生产为产品。熔融硫磺在室温暴露时急速固化，因而如本发明，需要一种持续性的加温单元。因此，需要在成型模具和硫磺固化物投入部设置热源部，所使用的热通过热回收单元800使用于前端的干燥工序，从而能够得到减少工序费用的效果。
[0093]最终，在所制备的硫磺固化物产品中产生残次品的情况下，通过再利用粉碎单元900重新投入到熔融混合工序并进行再利用。使用于本发明的硫磺维持固有的性质，因而可以再使用。
[0094]接着，对本发明的一实施例的接收作为固体粉末的煤炭底灰与硫磺的混合物来形成所需要的成型形状的产品的硫磺固体化成型物制备方法进行说明。
[0095]本发明的一实施例的硫磺固体化成型物制备方法包括如下步骤:对包含煤炭底灰和硫磺在内的原料进行混合的步骤；将上述混合物所含的硫磺加热至熔融点以上的步骤；以及对在上述将上述混合物所含的硫磺加热至熔融点以上的步骤中产生的硫磺气体进行回收，来将所回收的硫磺气体利用于上述对包含煤炭底灰和硫磺在内的原料进行混合的步骤。
[0096]参照图1至图4，对包含煤炭底灰和硫磺在内的原料进行混合的步骤可由连续式混合单元10执行，将混合物所含的硫磺加热至熔融点以上的步骤可由热源部300执行。
[0097]并且，上述硫磺固体化成型物制备方法还包括使熔融的硫磺混合到利用海水进行湿式处理而具有高含水率的上述煤炭底灰的空隙的方式对原料进行干燥的步骤，这一步骤借助煤炭底灰干燥单元500在对包含煤炭底灰和硫磺在内的原料进行混合的步骤之前进行。
[0098]并且，上述硫磺固体化成型物制备方法还包括将上述煤炭底灰粉碎至规格粒径以使要生成的硫磺固化物表现出所需要的压缩强度的步骤，这一步骤借助煤炭底灰粉碎单元600对上述包含煤炭底灰和硫磺在内的原料进行混合的步骤之前且在上述对原料进行干燥的步骤之后进行。
[0099]并且，上述硫磺固体化成型物制备方法还包括，在成型成不需要的残次品时，借助再利用粉碎单元900粉碎该残次品来再利用的步骤。
[0100]对于以上说明的本发明的多种实施例的硫磺固体化成型物制备系统及制备方法，只要是所属【技术领域】的普通技术人员就可以了解，在本发明的基本技术思想的范畴内，可以进行其他变形和应用 设计。
【权利要求】
1.一种硫磺固体化成型物制备系统，接收作为固体粉末的煤炭底灰与硫磺的混合物，来形成所需要的成型形状的产品，其特征在于， 包括: 连续式混合单元，其用于对包含煤炭底灰与硫磺在内的原料进行混合，以及 硫磺气体回收单元，其用于回收在上述连续式混合单元产生的硫磺气体，并向上述连续式混合单元输送； 上述连续式混合单元包括热源部，该热源部用于将上述混合物所含的硫磺加热至熔融点以上。
2.根据权利要求1所述的硫磺固体化成型物制备系统，其特征在于，上述连续式混合单元还包括: 供给部，其利用原料供给螺杆来接收上述原料；以及 混合部，其利用混合器螺杆对从上述供给部供给的原料进行混合，来生成混合物并排出该混合物。
3.根据权利要求2所述 的硫磺固体化成型物制备系统，其特征在于， 上述混合部呈圆筒形，上述混合器螺杆设在上述混合部的内部； 上述混合器螺杆形成为，离上述供给部越远，螺槽越浅，以使所供给的原料被上述热源部加热且以受到压缩力的方式移动。
4.根据权利要求1所述的硫磺固体化成型物制备系统，其特征在于， 上述硫磺气体回收单元还包括: 固定层反应器，其利用催化剂来捕集和回收气体； 流量调节器，其用于调节向上述固定层反应器流入的气体的空间速度；以及 分析器，其用于分析上述固定层反应器的内部的反应物和生成物。
5.根据权利要求4所述的硫磺固体化成型物制备系统，其特征在于，上述流量调节器对在上述连续式混合单元的内部产生的气体与用于还原上述气体的还原剂进行混合，来调节向上述固定层反应器投入的气体的空间速度。
6.根据权利要求5所述的硫磺固体化成型物制备系统，其特征在于，上述空间速度为5000cm3/g-cat.h ~30000cm3/g_cat.h。
7.根据权利要求1所述的硫磺固体化成型物制备系统，其特征在于，还包括煤炭底灰干燥单元，在利用上述连续式混合单元来混合上述原料之前，上述煤炭底灰干燥单元以使熔融的硫磺混合到利用海水进行湿式处理而具有高含水率的上述煤炭底灰的空隙的方式对上述原料进行干燥。
8.根据权利要求7所述的硫磺固体化成型物制备系统，其特征在于，还包括热回收单元，该热回收单元用于回收在上述连续式混合单元产生的热并向上述煤炭底灰干燥单元供5口 O
9.根据权利要求8所述的硫磺固体化成型物制备系统，其特征在于，还包括煤炭底灰粉碎单元，在利用上述煤炭底灰干燥单元对上述原料进行干燥之后且在利用上述连续式混合单元来混合上述原料之前，上述煤炭底灰粉碎单元将上述煤炭底灰粉碎至规格粒径，以使要生成的硫磺固化物表现出所需要的压缩强度。
10.一种硫磺固体化成型物制备方法，接收作为固体粉末的煤炭底灰与硫磺的混合物，来形成所需要的成型形状的产品，其特征在于， 包括以下步骤: 对包含煤炭底灰和硫横在内的原料进行混合的步骤； 将上述混合物所含的硫磺加热至熔融点以上的步骤；以及 对在上述将上述混合物所含的硫磺加热至熔融点以上的步骤中产生的硫磺气体进行回收，来将所回收的硫磺气体利用于上述对包含煤炭底灰和硫磺在内的原料进行混合的步骤。
11.根据权利要求10所述的硫磺固体化成型物制备方法，其特征在于，还包括以使熔融的硫磺混合到利用海水进行湿式处理而具有高含水率的上述煤炭底灰的空隙的方式对原料进行干燥的步骤，这一步骤在对包含煤炭底灰和硫磺在内的原料进行混合的步骤之前进行。
12.根据权利要求11所述的硫磺固体化成型物制备方法，其特征在于，还包括将上述煤炭底灰粉碎至规格粒径以使要生成的硫磺固化物表现出所需要的压缩强度的步骤，这一步骤在上述对包含煤炭底灰和硫磺在内的原料进行混合的步骤之前且在上述对原料进行干燥的步骤之 后进行。
【文档编号】C04B18/08GK104003688SQ201310056277
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2013年2月22日 优先权日:2013年2月22日
【发明者】全新成, 金柄权, 磪昌植, 洪范谊 申请人:聪明太华有限公司
【专利摘要】本发明提出一种接收作为固体粉末的煤炭底灰与硫磺的混合物来形成所需要的成型形状的产品的硫磺固体化成型物制备系统及制备方法。本发明的硫磺固体化成型物制备系统包括：连续式混合单元，其用于对包含煤炭底灰和硫磺在内的原料进行混合，以及硫磺气体回收单元，其用于回收在上述连续式混合单元产生的硫磺气体，并向上述连续式混合单元输送；上述连续式混合单元包括热源部，该热源部用于将上述混合物所含的硫磺加热至熔融点以上。由此，将固体粉末的混合物作为原料，仅使混合物中特定原料熔融，来制备熔融混合物的同时，能够连续制备流动性混合物。
【专利说明】硫磺固体化成型物制备系统及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及硫磺固体化成型物制备系统及其方法(Sulfur Solidifed MoldingFabrication System and Method Thereby),更具体地,涉及用于借助热源装置利用作为固体粉末的煤炭底灰和硫磺的混合物来连续制备硫磺固体化成型物的硫磺固体化成型物制备系统及其方法。
【背景技术】
[0002]在火力及整体煤气化联合循环(IGCC,Integrated Gasification CombinedCycle)发电系统产生的煤炭灰中占约10%~15%的底灰作为在某种程度上具有骨料所需的硬度的多孔质的材料，具有密度低且粒度大的特性。
[0003]在所产生的煤炭灰中，飞灰最常被再利用为水泥原料与混凝土的混和剂，此外，再利用于硅钾肥、土壤改良材、轻量骨料制作、路基材料、填料以及轻量建筑材料等，底灰与飞灰相比，稳定性、粒度等与一般骨料(KS F2526)不存在差异，但是由于如低密度、高吸收率、相对高的未燃烧碳的含量等特性，难以将底灰用作一般骨料，因而当前大部分在填埋场进行填埋处理。
[0004]另一方面，随着耗电量的增加，作为工业废弃物的底灰的产生量每年都在增加，随着部分被用作混凝土的添加剂，或者大部分被进行填埋处理，部分发电厂的填埋场容量达到了极限，急需追加建设回收处理场，但因环境问题及发生民怨等，当前仍难以追加建设，因此可以说能够持续确保通过煤炭底灰的再利用、再运用来循环利用的技术成了经济增长的必要因素。
[0005]目前为止，有关运用底灰的技术，最常见的是将底灰用作如混凝土(再生循环骨料或人工轻量骨料的制备技术等)、砂衆(mortar)的土木建筑材料,此外,公知的技术还有底灰的生成特性上具有的有害物质的处理方法、利用MAR(Magaldi Ash Recycling,马卡的灰循环)系统的底灰的飞灰化方法等。
[0006]但是，就利用底灰的混凝土运用技术而言，必须具有用于解决由底灰的生成特性引发的问题的预处理技术。
[0007]第一、韩国国内的火力发电厂的底灰处理方式使用利用海水的湿式方法，因此盐化物含量高，若要作为混凝土添加物使用，需要进行通过清洗来除去盐化物的工序。并且，由于作为影响混凝土的施工性和强度表达的未燃碳量的烧失量在10%以上(KS基准为5%以下)，因而存在可能产生腐蚀现象的问题，所以需要除去/回收底灰所含的碳的技术。
[0008]通常，硫磺不溶于水，且在119 °C~159 °C的温度范围内熔融而成为低粘度(Ilcp~7cp)的液相,硫磺在常温下迅速固化而具有斜方晶系(orthorhombic system)的结晶形态，处于稳定的固体状态，具有高强度。
[0009] 持续尝试开发出利用硫磺的性质，即，超过119°C便溶解且在常温下为固体的性质，来将硫磺适用于土木及建设领域的技术。作为实例，曾作为包装材料(美国专利第4290816号，1981年)以及建筑材料用物材或者废弃物固化用物材等结合材料进行了使用。[0010]自2000年以后，提出了纯硫磺的易燃性和存在于海水或土壤中的硫磺氧化细菌引起硫酸离子的析出问题等，活跃进行了对于利用改性剂(二环戍二烯(dicyclopentadiene)等)的改性硫磺的研究。利用改性剂的硫磺的改性反应为聚合反应，存在如下问题:在反应结束后再熔融时也持续进行聚合反应，而引起粘度上升，带来作业难度，一旦温度下降，流动性随之降低而发生急速冷却固化的现象，随着熔融混合时间，材料的质量降低等。
[0011]作为用于弥补这种硫磺改性反应的缺点的技术，提出了投入其他添加剂(聚合反应抑制剂等)的技术，这种利用改性硫磺的技术不容易除去反应，随着除了硫磺以外和额外的添加物增多，存在加重经济、环境压力的缺点。
[0012]在此使用的低温熔融(low temp, melting)硫磺固化法中，通过利用硫磺的特性的极低温熔融固化法，来制备硫磺熔融固化物。
[0013]在160°C以上，硫磺中8环的硫磺结合开始分解，此时分解的自由基(radical)与重金属化合物的反应性非常高，从而促进无机类材料中的重金属化合物与硫磺的反应，使得重金属变为针对水的析出少的硫化物。借助利用这种特性来在水不溶状态下使重金属类固定化来封锁重金属的方式，能够有效地封锁包含于底灰的重金属类，来制备对环境无害的建材。
[0014]硫磺的含有比率为10wt%~70wt%，可以根据建筑材料的要求强度灵活改变硫磺的含有量，可以利用底灰的碱性来制备碱性硫磺熔融固化物，从而防止由存在于海水或者土壤等中的硫磺氧化细菌(瘤杆菌(Thiobacillus)属细菌)的作用引起的硫酸离子析出。
[0015]在这种制备法中所使用的硫磺可以使用在石油提炼工序的脱油工序中生成的硫磺(99%以上)，作为副材 ，可添加钢渣，以满足硫磺熔融固化物的要求比重。
[0016]利用这种煤炭底灰和硫磺的特性的硫磺固体化成型物的制备技术，其特征在于，使熔融硫磺渗透于煤炭底灰的空隙，来制备流动性混合物，并将该流动性混合物冷却成型成规定的形状。
[0017]所使用的底灰大部分被填埋于海水填埋场，因而水分含量高(50%以上)。如果作为固体原料使用的底灰具有高水分含量，就会影响在工序上制备的硫磺固化物的稳定化和固体化，因此期望的是，尽可能降低底灰的含水率。
[0018]并且，观察基于粒径分布的硫磺固化物基础实验结果可知，随着粒度增加，硫磺固化物的压缩强度降低。这是由于，因粒子间的间隔变大，即使在利用加固棒加固的过程中，也无法充分实现固体化。因此，鉴于粒径分布多样的底灰的特性可判断出，在硫磺熔融工序之前，需要进行使底灰的粒径分布均匀的粉碎工序。
[0019]若要连续制备硫磺固体化成型物，必然需要一种如下的连续式加温混合技术，根据该连续式加温混合技术，使固体粉末的硫磺熔融而变换为液相成分之后，与粒度小的固体成分的煤炭底灰进行混合，并倒入规定的成型模具进行成型，而这又需要一种如下的加温混合技术，根据该加温混合技术，用于连续地使持续供给的固体粉末的底灰与硫磺中具有低组成比(30wt%~10wt%)的硫磺熔融来进行液相化，并使其与占相对高组成比(70wt%~ 90wt%)的固体成分的煤炭底灰均匀混合，来连续生产出熔融混合物。
[0020]由于所要供给的煤炭底灰和硫磺混合物的热导率非常低，而难以加温，因此需要用于充分进行热传递的供热装置，并需要基于所要投入的原料内硫磺的组成比将固体粉末混合物制备成最佳的不均匀2成分类流动性混合物，并将所要供给的热能最小化的混合器的部分加温技术。
[0021]当前，利用改性硫磺制备的改性硫磺固化物的压缩强度未达到基准值，或者难以对在成型过程中产生的残次品进行再利用。但是，就在本发明中制备的硫磺固化物而言，由于原样维持硫磺的固有特性，从而具有可以再利用的优点。
[0022]因此，需要用于有效粉碎固体物的粉碎技术，以在混合过程中根据硫磺熔融程度产生残次品时，重新加温并在工序内再使用。
[0023]并且，在 混合器内通过加温使硫磺熔融时，将产生微量(约0.1%~0.3%)的硫磺气体，所产生的硫磺气体为有害气体，从而需要用于回收该硫磺气体的捕集和回收技术。
[0024]并且，需要一种如下的螺杆设计(screw design)技术,根据该螺杆设计技术,在高组成比的固体成分随着螺杆(screw)的旋转在规定区间移动时,在圆筒(cyI inder )内调节固体粉末混合物的体积，以将螺杆马达(screw motor)的负荷最小化,或者,在原料投入部调节螺距(screw pitch),以使固体粉末混合物顺畅地移动。
[0025]因此，着实需要开发出如下的硫磺固体化成型物制备系统的技术:在为了制备硫磺固体化成型物而投入的固体粉末混合物的原料中使低组成比的硫磺熔融，来连续制备混合物，并具有用于回收在混合过程中产生的硫磺气体的捕集和回收功能。
【发明内容】
[0026]本发明是为了解决上述问题而提出的，提供如下的硫磺固体化成型物制备系统及其方法:对填埋于海水处理场的高含水率的底灰进行干燥，均匀地粉碎粒径分布多样的底灰，在持续供给的热导率低的固体粉末的煤炭底灰和硫磺混合物中使组成比相对低的硫磺熔融的同时渗透于高组成比的底灰的空隙，来连续制备流动性混合物，并回收在混合中产生的气体来再使用，并且能够进行用于在工序内再使用混合时产生的残次品的连续性混合、气体回收和粉碎作业。
[0027]为了解决上述问题，本发明的一方案提供一种硫磺固体化成型物制备系统，接收作为固体粉末的煤炭底灰与硫磺的混合物，来形成所需要的成型形状的产品，上述硫磺固体化成型物制备系统包括:连续式混合单元，用于对包含煤炭底灰与硫磺在内的原料进行混合，以及硫磺气体回收单元，用于回收在上述连续式混合单元产生的硫磺气体，并向上述连续式混合单元输送；上述连续式混合单元包括热源部，该热源部用于将上述混合物所含的硫磺加热至熔融点以上。
[0028]优选地，上述连续式混合单元还包括:供给部，其利用原料供给螺杆来接收上述原料；以及混合部，其利用混合器螺杆对从上述供给部供给的原料进行混合来生成混合物并排出该混合物。
[0029]优选地,上述供给部包括:原料供给漏斗(hopper),其从外部接收上述原料；以及螺杆调节马达，其设在上述原料供给漏斗与上述混合部之间，用于调节从上述原料供给漏斗供给的原料，以定量地连续投入上述原料。
[0030]优选地,借助上述螺杆调节马达调节成以5g/min~60g/min向上述混合部供给上述原料。
[0031]优选地，上述混合部呈圆筒形，上述混合器螺杆设在上述混合部的内部；上述混合器螺杆形成为，离上述供给部越远，螺槽越浅，以使所供给的原料被上述热源部加热且以受到压缩力的方式移动。
[0032]优选地，上述热源部包括用于调节温度的温度调节器。
[0033]优选地，上述硫磺气体回收单元包括:固定层反应器，其利用催化剂来捕集和回收气体；流量调节器，其用于调节向上述固定层反应器流入的气体的空间速度；以及分析器，其用于分析上述固定层反应器的内部的反应物和生成物。
[0034]优选地,上述固定层反应器为活塞流反应器(PFR, Plug Flow Reactor。
[0035]优选地，上述固定层反应器的反应温度在200°C~700°C的范围。
[0036]优选地，上述流量调节器对在上述连续式混合单元的内部产生的气体与用于还原上述气体的还原剂进行混合，来调节向上述固定层反应器投入的气体的空间速度。
[0037]优选地，上述空间速度可以是5000cm3/g-cat.h~30000cm3/g-cat.h。
[0038]优选地，上述硫磺固体化成型物制备系统还包括煤炭底灰干燥单元，在利用上述连续式混合单元来混合上述原料之前，上述煤炭底灰干燥单元以使熔融的硫磺混合到利用海水进行湿式处理而具有高含水率的上述煤炭底灰的空隙的方式对上述原料进行干燥。
[0039]优选地，上述硫磺固体化成型物制备系统还包括热回收单元，该热回收单元用于回收在上述连续式混合单元产生的热并向上述煤炭底灰干燥单元供给。
[0040]优选地，上述硫磺固体化成型物制备系统还包括煤炭底灰粉碎单元，在利用上述煤炭底灰干燥单元对上述原料进行干燥之后且在利用上述连续式混合单元来混合上述原料之前，上述煤炭底灰粉碎单元将上述煤炭底灰粉碎至规格粒径，以使要生成的硫磺固化物表现出所需要的压缩强度。
[0041]优选地，上述硫磺固体化成型物制备系统还包括再利用粉碎单元，该再利用粉碎单元用于在成型成不需要的残次品的情况下粉碎上述残次品来再利用。
[0042]为了解决上述问题，本发明一方案提供一种硫磺固体化成型物制备方法，接收作为固体粉末的煤炭底灰与硫磺的混合物，来形成所需要的成型形状的产品，其特征在于，包括以下步骤:对包含煤炭底灰和硫磺在内的原料进行混合的步骤；将上述混合物所含的硫磺加热至熔融点以上的步骤；以及对在上述将上述混合物所含的硫磺加热至熔融点以上的步骤中产生的硫磺气体进行回收，来将所回收的硫磺气体利用于上述对包含煤炭底灰和硫磺在内的原料进行混合的步骤。
[0043]优选地，上述硫磺固体化成型物制备方法还包括以使熔融的硫磺混合到利用海水进行湿式处理而具有高含水率的上述煤炭底灰的空隙的方式对原料进行干燥的步骤，这一步骤在上述对包 含煤炭底灰和硫磺在内的原料进行混合的步骤之前进行。
[0044]优选地，上述硫磺固体化成型物制备方法，还包括将上述煤炭底灰粉碎至规格粒径以使要生成的硫磺固化物表现出所需要的压缩强度的步骤，这一步骤在上述对包含煤炭底灰和硫磺在内的原料进行混合的步骤之前且在上述对原料进行干燥的步骤之后进行。
[0045]优选地，上述硫磺固体化成型物制备方法还包括在成型成不需要的残次品的情况下粉碎上述残次品并再利用的步骤。
[0046]本发明提供得以改善的硫磺固体化成型物制备系统及其制备方法，从而具有通过除去底灰内的水分而能够提高熔融固化物的制备工序的效率，并通过调整底灰的粒径而能够提高硫磺固化物的压缩强度的效果。
[0047]并且，本发明提供得以改善的硫磺固体化成型物制备系统及制备方法，从而具有能够连续制备将固体作为主成分的不均匀2成分类熔融混合物，并通过对热导率低的物质进行加温和压缩来制备最佳的熔融混合物的效果。
[0048]进而，本发明提供得以改善的硫磺固体化成型物制备系统及制备方法，从而具有将原料损失最小化并减少有害气体的流出的效果。
[0049]再进而，本发明提供得以改善的硫磺固体化成型物制备系统及制备方法，从而具有通过粉碎而能够在工序内再使用快硬性固体物的效果。
【专利附图】
【附图说明】
[0050]图1是用于说明本发明的一实施例的硫磺固体化成型物制备系统及制备方法的框图，在这里，在对煤炭底灰和硫磺进行干燥并粉碎来制备固体粉末的混合物之后，通过加温混合来制备流动性混合物。
[0051]图2是表示本发明的一实施例的用于利用固体粉末的煤炭底灰与硫磺混合物连续制备熔融硫磺流动性混合物的硫磺固体化成型物制备系统的结构的示意图。
[0052]图3a及图3b是图2的部分详细结构图。
[0053]图4是表示本发明的再一实施例的用于利用固体粉末的煤炭底灰与硫磺混合物连续制备熔融硫磺流动性混合物的硫磺固体化成型物制备系统的结构的示意图。
【具体实施方式】
[0054]下面，参照附图 ，对本发明的优选实施例进行说明。应该注意，附图及参照【专利附图】
【附图说明】的实施例只用于帮助所属【技术领域】的普通技术人员理解本发明。
[0055]本发明涉及如下技术:对填埋于海水处理场的高含水率的底灰进行干燥，均匀地粉碎粒径分布多样的底灰，在持续供给的热导率低的固体粉末的煤炭底灰和硫磺混合物中使组成比相对低的硫磺熔融的同时渗透于高组成比的底灰的空隙，来连续制备流动性混合物，并回收在混合中产生的气体来再使用，并且在工序内再使用混合时产生的残次品。
[0056]为此，本发明提供如下的硫磺固体化成型物制备系统及制备方法:对包含煤炭底灰与硫磺在内的原料进行混合，将混合物所含的硫磺加热至熔融点以上，并回收再使用在上述的过程中产生的磺气体。
[0057]图1是用于说明本发明的一实施例的硫磺固体化成型物制备系统及制备方法的框图，在这里，在对煤炭底灰和硫磺进行干燥并粉碎来制备固体粉末的混合物之后，通过加温混合来制备流动性混合物。
[0058]参照图1，硫磺固体化成型物制备系统接收作为固体粉末的煤炭底灰与硫磺的混合物，来形成所需要的成型形状的产品，该硫磺固体化成型物制备系统包括:连续式混合单元10，其用于对包含煤炭底灰和硫磺在内的原料进行混合，且连续式混合单元10包括热源部300，该热源部300用于将混合物所含的硫磺加热至熔融点以上；硫磺气体回收单元400，其用于回收在连续式混合单元10产生的硫磺气体，并向连续式混合单元10移送。
[0059]连续式混合单元10包括:供给部200，其利用原料供给螺杆201 (参照图2)来接收原料；混合部100，其利用混合器螺杆103 (参照图3a)对从供给部200供给的原料来生成混合物并排出混合物。进而，连续式混合单元10还包括成型部700，该成型部700用于制造具有所需要的成型形状的产品。[0060]供给部200包括:原料供给漏斗203 (参照图2)，其从外部接收原料；以及螺杆调节马达202，其设在原料供给漏斗203与混合部100之间，使得从原料供给漏斗203供给的原料定量地连续投入。例如，可借助螺杆调节马达202调节成以5g/min~60g/min向混合部供给原料。至于利用原料供给螺杆201且包括原料供给漏斗203和螺杆调节马达202的供给部200，之后将参照图2进行详细说明。
[0061]混合部100呈圆筒形，混合器螺杆103设在混合部100内。混合器螺杆103形成为，离供给部200越远，即，越靠近成型部700 —侧，螺槽越浅，以使所供给的原料被热源部300加热且以受到压缩力的方式移动。
[0062]热源部300包括用于供热的加热器302 (参照图3a)、温度计301以及用于调节温度的温度调节器303。
[0063]硫磺气体回收单元400包括:固定层反应器401 (参照图3b)，其利用催化剂来捕集及回收气体；流量调节器404，其用于调节向固定层反应器401流入的气体的空间速度；分析器402，其用于分析固定层反应器401内的反应物和生成物。固定层反应器401可以是活塞流反应器。固定层反应器401的反应温度可以在200°C~700°C的范围。流量调节器404对在连续式混合单元10内产生的气体与用于还原该气体的还原剂进行混合，来调节向固定层反应器401投入的气体的空间速度。在此的空间速度可以是5000cm3/g-cat.h~30000cm3/g-cat.h。
[0064]如图1所示，本发明的一实施例的硫磺固体化成型物制备系统还包括煤炭底灰干燥单元500，在利用连续式混合单元10来混合原料之前，煤炭底灰干燥单元500以使熔融的硫磺混合到利用海水进行湿式处理而具有高含水率的上述煤炭底灰的空隙的方式对上述原料进行干燥。
[0065]并且,上述硫磺固体化成型物制备系统还包括热回收单元800,该热回收单元800用于回收在连续式混合单元10产生的热并向煤炭底灰干燥单元500供给。
[0066]并且，上述硫磺固体化成型物制备系统还包括煤炭底灰粉碎单元600，在利用煤炭底灰干燥单元500对原料进行干燥之后且在利用连续式混合单元10来混合原料之前，煤炭底灰粉碎单元600将煤炭底灰粉碎至规格粒径，以使要生成的硫磺固化物表现出所需要的压缩强度。
[0067]并且，上述硫磺固体化成型物制备系统还包括再利用粉碎单元900，该再利用粉碎单元900用于在由成型部700成型成不需要的残次品的情况下粉碎上述残次品来再利用。
[0068]接着，图2是表示本发明的一实施例的用于利用固体粉末的煤炭底灰与硫磺混合物连续制备熔融硫磺流动性混合物的硫磺固体化成型物制备系统的结构的示意图，图3a及图3b是图2的部分详细结构图。尤其，图3a是图2的A部分的详细结构图，图3b是图2的B部分即硫磺气体回收单元400的详细结构图。
[0069]与图1 一同参照图2、图3a及图3b，在本发明的一实施例的硫磺固体化成型物制备系统中，混合部100呈圆筒形，在该混合部100内设置混合器螺杆103 (参照图3a)。混合器螺杆103形成为，离供给部200越远，即，越靠近成型部700 —侧，螺槽越浅，以使所供给的原料被热源部300加热且以受到压缩力的方式移动。混合器螺杆103可以利用单轴螺杆。
[0070] 供给部200用于供给固体粉末混合物的原料，包括原料供给螺杆201、螺杆调节马达202以及原料供给漏斗203。如上所述，热源部300包括用于测定温度的温度计301、用于供热的加热器302 (参照图3a)、用于调节温度的温度调节器303。
[0071]如上所述，图3b是表示用于捕集并回收硫磺气体的硫磺气体回收单元400的整体结构的图。
[0072]硫磺气体回收单元400包括:固定层反应器401，其利用催化剂来捕集和回收气体；流量调节器404，其用于调节向固定层反应器401流入的气体的空间速度；分析器402，其用于分析固定层反应器401内的反应物和生成物。并且，硫磺气体回收单元400还可以包括用于进行还原反应的还原剂405以及三通阀(3-way valve)403。其中，作为分析器402，例如可以利用气相色谱分析法。
[0073]更具体地，硫磺气体回收单元400被设置成利用两个固定层反应器401的二级式，以有效地回收微量的气体，能够同时捕集和回收气体。
[0074]针对从图3b的硫磺气体回收单元400向固定层反应器401投入的气体的流速，利用校正的流量调节器404基于还原剂405的比和催化剂的量进行调节。空间速度可被调节为 5000cm3/g_cat.h ~30000cm3/g_cat.h,更优选为 5000cm3/g_cat.h ~15000cm3/g_cat.h0
[0075]利用催化剂的固定层反应器401的反应温度为200°C~700°C，更优选为300°C~550°C，通过分析器402以在线(online)方式分析反应物和生成物。例如，上述分析器402可以是安装有热导检测器(TCD)气相色谱。
[0076]另一方面，本发明可以适用于如上所述的实施例，同时也可以适用于如图3a所示的实施例，即，混合器的加热器302由3个区间形成，按各个区间使运行温度范围不同。 [0077]就以往的硫磺混凝土制备法而言，会发生熔融硫磺在室温暴露时急速固化的问题，为了防止这种问题，本发明的一实施例的硫磺固体化成型物制备系统使用热源部300，以从熔融工序到成型部维持熔融硫磺固化物的温度。
[0078]在本发明中，针对熔融混合和向成型部一侧的挤压实现一元化及连续化，从而能够期待减少热源消耗费用、缩短制备工序期间的加温维持时间的效果。
[0079]下面，参照图1至图3b，从供给作为固体粉末的煤炭底灰与硫磺原料开始，说明硫磺固体化成型物制备系统的动作过程。
[0080]首先，作为预先对使用于本发明的原料的固体粉末的煤炭底灰和硫磺进行混合，并所设置的原料供给漏斗203投入规定量之后，为了根据固体物的硫磺熔融程度适当维持混合部100内的混合物的组成比，利用可定量地连续投入的原料供给螺杆201向混合部100投入。
[0081]原料供给螺杆201调节螺杆调节马达202以向混合部100供给固体混合物，针对常温的固体粉末混合物，以5g/min~170g/min的供给速度,更优选为以5g/min~60g/min的供给速度投入固体粉末混合物，所投入的固体粉末混合物随着混合器螺杆103的旋转在圆筒形的混合部100内部移动。
[0082]混合器螺杆103离要投入原料的部分越远，即从原料供给漏斗203 —侧向原料的移动方向，使螺槽逐渐变浅，从而通过固体粉末混合物的压缩使混合物的移动顺畅。
[0083]另一方面，如图3a所示，连续式混合单元10可区分为熔融区间105、混合区间106及计量区间107，分别在熔融区间105、混合区间106及计量区间107使混合物的体积不同，从而可以制备最佳的连续性熔融硫磺混合物。尤其，在投入原料的部分，为了使固体粉末混合物的投入与移动间的干扰最小化，而调节了混合器螺杆103的螺距。
[0084]并且，本发明的一实施例的硫磺固体化成型物制备系统中，将煤炭底灰残骨料作为对象物，此时，为了在利用单轴螺杆使固体粉末混合物移动的过程中将混合器螺杆马达的负荷最小化，而调节从原料投入部到排出部的螺杆轴的倾斜角，来消除对原料的移动的影响，同时也在投入原料的部分使混合物的移动顺畅。
[0085]优选地，混合部100可利用加热器302加热常温的固体粉末混合物而以119°C~200°C的温度范围运行，上述加热器302设在圆筒形的混合部100的外部。更优选地，上述温度的范围在150°C~200°C。
[0086]图4是表示本发明的再一实施例的用于利用固体粉末的煤炭底灰与硫磺混合物连续制备熔融硫磺流动性混合物的硫磺固体化成型物制备系统的结构的示意图。
[0087]在该实施例中，加热器302可以分为与熔融区间105、混合区间106、计量区间107这三个区间对应的三个区间来运行。例如，可以分别利用气体燃料、液体燃料、固体燃料来加温，也可以利用电加热器来加温。
[0088]例如，对于熔融区间105，作为用于熔融常温的硫磺的区间，可在150°C~200°C的温度范围，更优选为在160°C~180°C的温度范围运行。而且，对于混合区间106，可在150°C~200°C，优选为 在160°C~180°C的温度范围运行，对于计量区间107，可在150°C~200°C，更优选为在160°C~180°C的温度范围运行。
[0089]并且，在利用单轴的混合螺杆103和加热器302进行加温的过程中，可根据对象试料的热导率和滞留时间，来决定混合部100的长度和直径、加热器103的温度范围、螺杆的倾斜角、螺杆的螺距、反应物的投入速度等。
[0090]固体粉末混合物中的硫磺在加温状态的混合部100的内部移动的同时，产生微量的气体，所产生的气体由硫磺气体回收单元400捕集和回收。
[0091]即，在该实施例中，混合部100以不同温度运行三个区间，为了各区间的加温而设定温度调节器303的目标温度，根据向混合部100投入的原料内的硫磺的组成的变化，来使各区间的温度不同，来调节所要使用的热能供给，通过根据混合器螺杆103的转速来调节固体粉末混合物的滞留时间，能够制备最佳的不均匀2成分类硫磺混合物。
[0092]为了制成产品，将所制备的硫磺混合物注入到成型部700，在成型模具(未图示)内填充的硫磺混合物通过压缩及冷却生产为产品。熔融硫磺在室温暴露时急速固化，因而如本发明，需要一种持续性的加温单元。因此，需要在成型模具和硫磺固化物投入部设置热源部，所使用的热通过热回收单元800使用于前端的干燥工序，从而能够得到减少工序费用的效果。
[0093]最终，在所制备的硫磺固化物产品中产生残次品的情况下，通过再利用粉碎单元900重新投入到熔融混合工序并进行再利用。使用于本发明的硫磺维持固有的性质，因而可以再使用。
[0094]接着，对本发明的一实施例的接收作为固体粉末的煤炭底灰与硫磺的混合物来形成所需要的成型形状的产品的硫磺固体化成型物制备方法进行说明。
[0095]本发明的一实施例的硫磺固体化成型物制备方法包括如下步骤:对包含煤炭底灰和硫磺在内的原料进行混合的步骤；将上述混合物所含的硫磺加热至熔融点以上的步骤；以及对在上述将上述混合物所含的硫磺加热至熔融点以上的步骤中产生的硫磺气体进行回收，来将所回收的硫磺气体利用于上述对包含煤炭底灰和硫磺在内的原料进行混合的步骤。
[0096]参照图1至图4，对包含煤炭底灰和硫磺在内的原料进行混合的步骤可由连续式混合单元10执行，将混合物所含的硫磺加热至熔融点以上的步骤可由热源部300执行。
[0097]并且，上述硫磺固体化成型物制备方法还包括使熔融的硫磺混合到利用海水进行湿式处理而具有高含水率的上述煤炭底灰的空隙的方式对原料进行干燥的步骤，这一步骤借助煤炭底灰干燥单元500在对包含煤炭底灰和硫磺在内的原料进行混合的步骤之前进行。
[0098]并且，上述硫磺固体化成型物制备方法还包括将上述煤炭底灰粉碎至规格粒径以使要生成的硫磺固化物表现出所需要的压缩强度的步骤，这一步骤借助煤炭底灰粉碎单元600对上述包含煤炭底灰和硫磺在内的原料进行混合的步骤之前且在上述对原料进行干燥的步骤之后进行。
[0099]并且，上述硫磺固体化成型物制备方法还包括，在成型成不需要的残次品时，借助再利用粉碎单元900粉碎该残次品来再利用的步骤。
[0100]对于以上说明的本发明的多种实施例的硫磺固体化成型物制备系统及制备方法，只要是所属【技术领域】的普通技术人员就可以了解，在本发明的基本技术思想的范畴内，可以进行其他变形和应用 设计。
【权利要求】
1.一种硫磺固体化成型物制备系统，接收作为固体粉末的煤炭底灰与硫磺的混合物，来形成所需要的成型形状的产品，其特征在于， 包括: 连续式混合单元，其用于对包含煤炭底灰与硫磺在内的原料进行混合，以及 硫磺气体回收单元，其用于回收在上述连续式混合单元产生的硫磺气体，并向上述连续式混合单元输送； 上述连续式混合单元包括热源部，该热源部用于将上述混合物所含的硫磺加热至熔融点以上。
2.根据权利要求1所述的硫磺固体化成型物制备系统，其特征在于，上述连续式混合单元还包括: 供给部，其利用原料供给螺杆来接收上述原料；以及 混合部，其利用混合器螺杆对从上述供给部供给的原料进行混合，来生成混合物并排出该混合物。
3.根据权利要求2所述 的硫磺固体化成型物制备系统，其特征在于， 上述混合部呈圆筒形，上述混合器螺杆设在上述混合部的内部； 上述混合器螺杆形成为，离上述供给部越远，螺槽越浅，以使所供给的原料被上述热源部加热且以受到压缩力的方式移动。
4.根据权利要求1所述的硫磺固体化成型物制备系统，其特征在于， 上述硫磺气体回收单元还包括: 固定层反应器，其利用催化剂来捕集和回收气体； 流量调节器，其用于调节向上述固定层反应器流入的气体的空间速度；以及 分析器，其用于分析上述固定层反应器的内部的反应物和生成物。
5.根据权利要求4所述的硫磺固体化成型物制备系统，其特征在于，上述流量调节器对在上述连续式混合单元的内部产生的气体与用于还原上述气体的还原剂进行混合，来调节向上述固定层反应器投入的气体的空间速度。
6.根据权利要求5所述的硫磺固体化成型物制备系统，其特征在于，上述空间速度为5000cm3/g-cat.h ~30000cm3/g_cat.h。
7.根据权利要求1所述的硫磺固体化成型物制备系统，其特征在于，还包括煤炭底灰干燥单元，在利用上述连续式混合单元来混合上述原料之前，上述煤炭底灰干燥单元以使熔融的硫磺混合到利用海水进行湿式处理而具有高含水率的上述煤炭底灰的空隙的方式对上述原料进行干燥。
8.根据权利要求7所述的硫磺固体化成型物制备系统，其特征在于，还包括热回收单元，该热回收单元用于回收在上述连续式混合单元产生的热并向上述煤炭底灰干燥单元供5口 O
9.根据权利要求8所述的硫磺固体化成型物制备系统，其特征在于，还包括煤炭底灰粉碎单元，在利用上述煤炭底灰干燥单元对上述原料进行干燥之后且在利用上述连续式混合单元来混合上述原料之前，上述煤炭底灰粉碎单元将上述煤炭底灰粉碎至规格粒径，以使要生成的硫磺固化物表现出所需要的压缩强度。
10.一种硫磺固体化成型物制备方法，接收作为固体粉末的煤炭底灰与硫磺的混合物，来形成所需要的成型形状的产品，其特征在于， 包括以下步骤: 对包含煤炭底灰和硫横在内的原料进行混合的步骤； 将上述混合物所含的硫磺加热至熔融点以上的步骤；以及 对在上述将上述混合物所含的硫磺加热至熔融点以上的步骤中产生的硫磺气体进行回收，来将所回收的硫磺气体利用于上述对包含煤炭底灰和硫磺在内的原料进行混合的步骤。
11.根据权利要求10所述的硫磺固体化成型物制备方法，其特征在于，还包括以使熔融的硫磺混合到利用海水进行湿式处理而具有高含水率的上述煤炭底灰的空隙的方式对原料进行干燥的步骤，这一步骤在对包含煤炭底灰和硫磺在内的原料进行混合的步骤之前进行。
12.根据权利要求11所述的硫磺固体化成型物制备方法，其特征在于，还包括将上述煤炭底灰粉碎至规格粒径以使要生成的硫磺固化物表现出所需要的压缩强度的步骤，这一步骤在上述对包含煤炭底灰和硫磺在内的原料进行混合的步骤之前且在上述对原料进行干燥的步骤之 后进行。
【文档编号】C04B18/08GK104003688SQ201310056277
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2013年2月22日 优先权日:2013年2月22日
【发明者】全新成, 金柄权, 磪昌植, 洪范谊 申请人:聪明太华有限公司
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