悬浮流化床释压气氛调控的铝土矿连续脱硫方法及装置

本发明属于矿物加工与氧化铝生产，具体涉及一种高硫铝土矿的脱硫方法，尤其是一种在悬浮流化床反应器中，利用周期性或局部压力快速变化来调控反应气氛、实现铝土矿连续脱硫的方法及其专用装置。

背景技术：

1、高硫铝土矿中的硫主要以黄铁矿形式存在，在拜耳法生产中会带来严重危害。悬浮流化床技术因其气固接触效率高、床层温度均匀、固体停留时间可调等优点，在矿物焙烧领域应用广泛。然而，传统铝土矿流化床脱硫多在恒定压力或微负压下运行，反应界面更新依赖于气泡破碎和颗粒运动，缺乏主动的、强制的“压力波动”来强化传质。若能向流化床中引入周期性释压扰动，有望突破扩散限制，实现高效、选择性脱硫，但目前尚无相关技术公开。

技术实现思路

1、本发明旨在提供一种基于悬浮流化床释压气氛调控的铝土矿连续脱硫方法及装置，以解决现有流化床脱硫技术中气固界面更新效率不足、硫化物氧化受限于扩散层的问题。通过在流化床反应器中动态制造压力骤降区域或周期性释压循环，强化黄铁矿颗粒表面的微环境扰动，提高脱硫率并保护含铝矿物。

2、一种悬浮流化床释压气氛调控的铝土矿连续脱硫方法，其特征在于：将铝土矿粉料置于流化床反应器中，以加压的氧化性气氛作为流化介质，在流化床运行过程中，通过周期性改变床层压力或通过分布板/内构件的节流作用，使床层内颗粒经历一次或多次快速压力下降过程，利用该释压效应强化铝土矿的氧化脱硫反应。

3、如上所述悬浮流化床释压气氛调控的铝土矿连续脱硫方法，其特征在于：

4、具体实施步骤如下：

5、（1） 物料准备：将高硫铝土矿破碎、粉磨至-30目～-400目，其中细度为-200目要占70%以上，以利于流态化；

6、（2） 流化床加料与气氛建立：将粉料连续加入到悬浮流化床反应器中，同时从底部通入加压至0.1-1.5 mpa的氧化性气氛，包括空气、富氧空气或氧气-惰气混合气；控制表观气速为0.5-5.0 m/s，确保高于最小流化速度，形成稳定的流化床层，床层温度维持在400-650℃；

7、（3） 释压调控强化脱硫；

8、（4） 连续排料与气固分离：脱硫后的铝土矿通过溢流管或底部排料阀连续排出；夹带细粉的气体经旋风分离器回收固体返回床层，气体则经净化、部分循环利用。

9、进一步地，步骤（2）所述氧化性气氛中氧气体积分数为21%-100%，总压0.1-1.5mpa。

10、进一步地，步骤（3）所述释压调控强化脱硫的“释压”效应分为三种；

11、方式i、周期性总压波动：利用进气系统上的快速压力调节阀，使床层压力在高值ph0.5-1.5 mpa保持10-120秒，然后快速泄压至低值pl0.1-0.3 mpa，泄压时间≤5秒，保持10-60秒后再次升压，如此循环；每次泄压时，床层内颗粒表面吸附的气体急剧膨胀，剥离反应产物膜。

12、方式ii、分布板节流释压：采用带文丘里型风帽的分布板，气流通过风帽喉部时速度骤增、压力骤降：δp≥0.05 mpa，在风帽出口周围形成微区释压，持续更新颗粒界面；可通过多排风帽串联实现多次微释压。

13、方式iii、床层内局部释压：在流化床内部设置带节流孔的水平多孔板内构件，将床层分隔为上下两区，气流通过孔板时产生压力降，颗粒穿过孔板时经历压力突变。

14、进一步地，步骤（3）所述方式i中，压力循环频率为0.5-5次/分钟，总释压次数根据脱硫率要求以平均停留时间计，设定为1-20次。

15、进一步地，步骤（3）所述通过分布板节流作用的方式为：采用文丘里型或喷嘴型风帽，气流通过风帽喉部时产生≥0.05 mpa的局部压力降。

16、一种如上所述方法所用的连续脱硫装置，其特征在于：包括：

17、（1）流化床反应器本体：具有床层段和扩大段，内部设置气体分布板；

18、（2）气固分离与循环系统：包括旋风分离器、返料阀，用于将扬析的细粉返回床层，实现连续操作；

19、（3）加压气氛供给系统：包括气体压缩机、稳压罐、快速压力调节阀，用于提供可快速改变压力的氧化性气体；

20、（4）释压调控单元。

21、进一步地，所述流化床反应器内设有1～3个节流孔板作为内构件，将床层分成多个压力区，颗粒通过孔板时经历释压；所述流化床的床层高度与直径比为1:1～5:1，扩大段气速降低至0.1-0.5 m/s以利于细粉沉降。

22、进一步地，所述流化床反应器中还设有侧向补气口，用于注入水蒸气或co2以调节氧化选择性。

23、进一步地，所述释压调控单元：包括以下至少一种结构：

24、（a）设置于气体分布板下方的脉冲释压阀组，能周期性快速释放床层底部压力；

25、（b）设置于分布板上的节流式喷嘴或文丘里型风帽，使进入床层的气流产生局部压力降；

26、（c）旁路快排系统：连接反应器上部或中部，通过快速开关阀周期性地排出部分气体，造成床层压力瞬时下降。

27、本发明所述装置的具体使用方法为：

28、（1）装置启动与流化床建立

29、启动气体压缩机，将氧化性气氛（空气、富氧空气或氧气-惰气混合气）加压至0.1-1.5 mpa，经稳压罐缓冲后，通过气体分布板连续通入流化床反应器。同时启动反应器加热系统，将床层温度提升并稳定在400-650℃。待床层温度达到设定值后，通过螺旋给料机或气力输送装置，将预先粉磨至-30目～-400目（其中-200目占70%以上）的高硫铝土矿粉料从反应器侧壁进料口连续加入。

30、调节进气流量，使床层表观气速控制在0.5-5.0 m/s（高于物料的最小流化速度），物料在反应器内形成稳定的流化床层。床层高度与直径比维持在1:1～5:1之间。此时，氧化性气氛与铝土矿颗粒充分接触，黄铁矿开始发生氧化脱硫反应。

31、（2）释压调控强化脱硫

32、在流化床稳定运行期间，根据矿石特性和脱硫目标，选择以下三种释压调控方式中的一种或多种组合，对床层内颗粒施加周期性或局部性压力快速下降（释压）处理：

33、方式i（周期性总压波动）：通过控制器按预设时序驱动快速压力调节阀。具体为：关闭排气阀，维持床层压力在高值p_h（0.5-1.5 mpa）并保持10-120秒；随后快速开启排气阀，在≤5秒内将床层压力泄放至低值p_l（0.1-0.3 mpa），保持10-60秒后关闭排气阀，系统重新升压。如此循环，循环频率为0.5-5次/分钟，总释压次数根据目标脱硫率设定为1-20次（以物料平均停留时间计）。每次泄压时，颗粒表面吸附气体急剧膨胀，剥离反应产物膜。

34、方式ii（分布板节流释压）：采用文丘里型或喷嘴型风帽分布板，气流通过风帽喉部时速度骤增、静压力显著下降（δp≥0.05 mpa），在风帽出口周围形成微区释压环境。颗粒在穿过该微区时界面得到持续更新。如需多级强化，可设置多排风帽串联，使颗粒经历多次微释压。

35、方式iii（床层内局部释压）：在流化床内部设置1-3层带节流孔的水平多孔板作为内构件，将床层沿高度分为多个压力区。气固两相流在穿过孔板时，气流因节流作用产生压力降（δp≥0.05 mpa），颗粒在穿过孔板时经历压力突变，实现局部释压强化。

36、在释压调控过程中，可根据需要通过侧向补气口向床层中上部或扩大段注入水蒸气或co2，以调控反应选择性或吸收部分so2。

37、（3）气固分离与固体连续排出

38、反应后的气固混合物上升至反应器上部扩大段，因气速降低（降至0.1-0.5 m/s），部分粗颗粒自然沉降返回床层。夹带细粉的气体离开反应器后进入旋风分离器，回收的细粉通过返料阀返回床层继续参与反应，净化后的气体一部分排入后续尾气处理系统，另一部分通过循环风机加压后与新鲜氧化性气氛混合，返回反应器底部循环利用。

39、脱硫后的铝土矿精矿通过床层底部的溢流管或底部排料阀连续排出，经冷却后送入拜耳法溶出工序。

40、（4）系统控制与参数调节

41、整个装置的进气压力、流量、温度、释压周期及排料速率均由控制系统（plc或dcs）自动监控与调节，确保反应器在设定工况下稳定连续运行。操作人员可根据实时脱硫率、床层压降和产品硫含量等反馈信号，在线调整释压频率、压力幅值及停留时间等关键参数，以实现不同高硫铝土矿的优化脱硫处理。

42、本发明有益效果

43、1、反应效率高：流化床本身具有优良的气固接触，再加上释压扰动，进一步破坏黄铁矿表面的硫酸盐钝化层，脱硫率可达88%以上。

44、2、连续稳定生产：避免了间歇式反应釜的频繁装卸料，适合大规模工业化；固体停留时间可独立调控（通过床层高度和排料速率），与气速解耦。

45、3、铝损失小：释压过程以物理扰动为主，不显著提高局部温度或氧化强度，一水硬铝石的物相保持完好，铝回收率损失小于3%。

46、4、气氛可循环：部分反应后气体经脱硫处理后加压回用，降低氧气消耗和尾气处理成本。