CN103111187A

CN103111187A - 氧化镁脱硫副产物分解再生氧化镁和二氧化硫的系统和方法

Info

Publication number: CN103111187A
Application number: CN2013100480803A
Authority: CN
Inventors: 熊天渝
Original assignee: Sunic Energy & Environment Technologies (chongqing) Co Ltd
Current assignee: Sunic Energy & Environment Technologies (chongqing) Co Ltd
Priority date: 2013-02-06
Filing date: 2013-02-06
Publication date: 2013-05-22
Anticipated expiration: 2033-02-06
Also published as: CN103111187B

Abstract

本发明公开了一种氧化镁脱硫副产物分解再生氧化镁和二氧化硫的系统和方法，系统主要包括具有中间锥形段的立式圆筒形再生炉，利用高温炉气余热加热的空气预热器和副产物干燥机，和两级固粒分离器以及风机、连接管路和调节阀门；热空气从再生炉下部喷入，被干燥的脱硫副产物和燃料从炉膛喷入，在再生炉炉体空间中进行气、固两相反应，通过适当的工艺和系统设计以及控制副产物、燃料、空气的加入量和温度、过剩含氧量及停留时间，本发明在达到高生产率，低能耗条件下保证达到99.5%以上亚硫酸镁分解率，得到高活性氧化镁用于循环脱硫和高浓度二氧化硫气体产品，并对燃料和副产物特性有广泛适应能力，因而具有产业化应用的现实性、广泛性和经济性。

Description

氧化镁脱硫副产物分解再生氧化镁和二氧化硫的系统和方法

技术领域

本发明专利涉及一种废气脱硫副产物再生脱硫剂并回收硫资源的系统和方法，特别是涉及一种将氧化镁脱硫副产物亚硫酸镁和硫酸镁加热分解，再生出氧化镁循环用于脱硫同时生产二氧化硫的系统和方法。

背景技术

化石燃料，特别是煤和油中含有的硫经燃烧后产生二氧化硫气体，随燃烧产物废气排出，造成大气污染。为治理废气中二氧化硫对大气的污染而实施的各种烟气脱硫工艺都是以脱硫吸收剂吸收废气中二氧化硫气体，产生无害的脱硫副产物，达到净化废气的目的。

湿法烟气脱硫工艺具有脱硫效率高，对烟气和脱硫剂的适应性好，可适于大容量的烟气净化等优点，故而应用最广。其中钙基（采用氧化钙CaO，即石灰，或碳酸钙CaCO³，即石灰石）脱硫工艺因其脱硫剂原料资源丰富，价格低廉而得到最广泛应用，但其缺陷是运行电耗高，易于结垢，磨损甚至堵塞，从而降低了运行的可靠性,而且产生的石膏副产品的质量不好,难以有效利用。采用脱硫性能更好，运行电耗低的钠基（氢氧化钠NaOH，或碳酸钠Na₂CO₃，或碳酸氢钠NaHCO₃）或镁基（氧化镁MgO，或氢氧化镁Mg(OH)₂）脱硫剂有价格贵的不足。在所有这些传统的废气脱硫工艺中，脱硫剂在完成对二氧化硫气体的吸收产生无害的中性亚硫酸盐和硫酸盐后被一次性消耗掉，因而极大地提高了脱硫运行成本；而燃料中的硫资源在转化为脱硫副产物之后未得到回收，造成资源的极大浪费。随着大气污染控制标准更严，节能降耗要求更高，脱硫副产物的利用，特别是硫资源的回收成为节能减排的一个重要方向。

公告号为CN100560184C，名称为“循环使用氧化镁除去废气中二氧化硫使其成为产品的方法”的专利中，公开了采用性能优良的氧化镁为脱硫剂，在实现效率更高、经济性更好脱硫的同时，对脱硫副产物亚硫酸镁和硫酸镁进行分解处理，再生出氧化镁循环用于脱硫，最大程度减少了脱硫剂原料的消耗，显著降低了污染治理成本，还同时分解出二氧化硫气体，可以制硫酸,或者生产其它含硫产品，在治理大气污染同时完成资源回收利用，实现循环经济，因此，是显著优于前述传统脱硫工艺的创新技术。

使前述发明的技术方法得以实际产业化应用的关键是：1）保证脱硫副产物具有极高的分解率，使再生得到的氧化镁保持脱硫剂原有的成分，从而能循环用于脱硫；2）保证再生氧化镁能循环用于脱硫的品质，特别是高反应活性，3）保证再生炉气中二氧化硫气体足够高的浓度，以能够生产硫酸或其它硫产品；4）再生过程的高效率和低能耗，使脱硫副产物的再生具有实际工业应用价值，以及5）对再生用的燃料和脱硫副产物的广泛适应性。实现这五项目标的关键在于再生工艺和再生系统的总体设计，再生炉结构，和运行控制方法。

因此本发明开发了一种再生氧化镁品质高、二氧化硫浓度高，再生反应效率高且能耗低，并具有适应多种燃料和不同氧化镁脱硫副产物性质的将脱硫副产物分解再生氧化镁和二氧化硫的系统设备和方法。

发明内容

有鉴于现有废气脱硫技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种再生氧化镁品质高、二氧化硫浓度高，高效率且能耗低的将氧化镁脱硫副产物分解再生氧化镁和二氧化硫的系统设备和方法。

为实现上述目的，本发明提供了一种氧化镁脱硫副产物分解再生氧化镁和二氧化硫的系统，包括至少一个再生炉和至少一个固粒分离机；所述再生炉上设置有副产物进料口、燃料喷口和空气喷口；所述副产物进料口与副产物供料管连接；所述燃料喷口与燃料输送管连接；所述空气喷口与进气管连接；所述再生炉的顶部设置有排气管；

所述副产物供料管与干燥机连接；所述干燥机与副产物输送机连接；

所述排气管与空气预热器连接；所述空气预热器一端与冷风管连接，另一端与所述进气管连接；

所述空气预热器在所述排气管的相对侧设置有炉气连接管；所述炉气连接管与至少一个一级固粒分离器连接；各所述一级固粒分离器的顶部连接有净化炉气管；各所述净化炉气管与所述干燥机连接；

所述干燥机相对所述净化炉气管的另一端连接有炉气乏气管；所述炉气乏气管的另一端与至少一个二级固粒分离器连接；各所述二级固粒分离器连接有炉气排出管；所述炉气排出管的管路上设置有风机。

为进一步提高脱硫副产物的分解率，保证分解后氧化镁和二氧化硫的品质以及高再生效率，所述再生炉是从上至下依次包括首尾相连的圆柱形筒体、圆锥段、圆筒形炉膛和圆筒形进气室的立式反应炉；所述炉膛与进气室之间设置有布气板；所述布气板上设置有若干通气孔；所述副产物进料口、燃料喷口和空气喷口均在所述炉膛的圆周上均布；且所述副产物进料口位于所述燃料喷口的上方；所述空气喷口位于所述进气室处；所述炉膛设置有所述除渣口。

为进一步提高脱硫副产物的分解率，保证分解后氧化镁和二氧化硫的品质以及高再生效率，和对不同燃料的良好适应性，连接所述空气预热器的冷风管与所述进气管之间连接有空气旁路管，在所述空气旁路管上设置有空气流量调节阀，控制达到最佳再生反应状态的预热空气温度。

为进一步提高脱硫副产物的分解率，保证分解后氧化镁和二氧化硫的品质以及高再生效率，和对脱硫副产物的适应性，所述净化炉气管与炉气乏气管之间连接有干燥温控管；所述干燥温控管的管路上连接有炉气流量调节阀。

为进一步提高脱硫副产物的分解率，保证分解后氧化镁和二氧化硫的品质以及高再生效率，和对不同燃料的良好适应性，所述炉膛与进气室之间设置有布气板；所述布气板上设置有若干气孔。

为进一步提高脱硫副产物的分解率，所述副产物进料口、燃料喷口和空气喷口均在所述炉膛的圆周上均布；所述炉膛上设置有除渣口。

较佳的，为便于收集从再生炉炉气中分离出的氧化镁固粒，所述空气预热器的底部设置有第一卸料阀；各所述一级固粒分离器的底部设置有第二卸料阀；各所述二级固粒分离器的底部设置有第三卸料阀；所述第一卸料阀、第二卸料阀和第三卸料阀均并联至送料管；所述送料管一端与输料风机连接，另一端连接至产品储仓。

为进一步提高脱硫副产物的分解率，保证分解后氧化镁和二氧化硫的品质以及高再生效率，和对燃料及脱硫副产物的适应性，本发明还公开了一种氧化镁脱硫副产物分解再生氧化镁和二氧化硫的方法，依次包括以下步骤：

（1）加热脱硫副产物至100-350℃，从而脱去脱硫副产物的表面水和亚硫酸镁和硫酸镁中的结晶水；

（2）将空气预热至300-700℃；

（3）将碳氢化合物的气态或液态燃料以及经预热的空气在立式再生炉中混合后燃烧，加热喷入的脱硫副产物；通过控制脱硫副产物、燃料和空气的加入量及其比例，将反应温度控制在800-1100℃，从而将副产物中的硫酸镁和亚硫酸镁分解为氧化镁和二氧化硫，含在炉气中排出；

（4）用多级固粒分离从再生炉气中分离出氧化镁回收，同时得到经除尘的含二氧化硫的成品气。

为降低能源的消耗，步骤（4）中，包括以下步骤：

（4a）利用立式炉中排除的高温炉气，对即将喷入炉体内的空气进行预热，并将预热器中沉积的固粒分离出来，经过冷却，获得部分氧化镁；

（4b）对预热空气后的炉气进行一级固粒分离，从而获得部分氧化镁；

（4c）利用一级固粒分离后的炉气余热完成步骤（1）所述的脱硫副产物的干燥脱水过程；

（4d）对加热脱硫副产物后的炉气乏气进行二级固粒分离，从而进一步获得氧化镁，使炉气中全部固粒的99.5%以上被分离出来，从而获得含二氧化硫的净化成品气。

为提高炉气中二氧化硫的含量，防止二氧化硫被进一步氧化成三氧化硫，步骤（3）中，通过控制喷入再生炉的脱硫副产物、燃料和热空气量，从而控制再生炉炉气中的含氧量不超过4%，以重量计；将反应温度控制在800-1100℃，控制炉气在再生炉中的停留时间为5—10秒。

较佳的，步骤（1）中，脱硫副产物被加热至200-250℃；步骤（2）中，空气被预热至500-650℃。

较佳的，该方法采用前述系统实现。

本发明的有益效果是：

（1）生产率高：采用喷射流反应的再生炉具有极高的生产率，再生炉内的反应时间小于10秒钟，使再生炉及其系统体积小，产量大，反应快，适应性好。

（2）分解率高：可使亚硫酸镁的分解率超过99.5%，硫酸镁的分解率超过90%，因而保证了再生氧化镁能达到脱硫剂要求的成分。

（3）保证再生产品的质量：再生炉所采用的喷射流反应结构和反应参数控制，以及采用高温预热空气燃烧和预干燥副产物的技术方法进行的再生反应，不仅可以达到脱硫副产物极高的分解率，而且获得高活性的再生氧化镁，利于循环用于脱硫，以及含高浓度的二氧化硫炉气，利于生产高浓度硫酸和其它硫产品。

（4）燃料的适应性：作为再生系统主设备的再生炉可以使用各种碳氢化合物气体燃料或液体燃料，使再生系统不受燃料供应的限制，采用低价燃料，能更广泛、更经济用于废气脱硫治理，发挥再生式氧化镁脱硫的循环经济效益，因而具有产业化应用的广泛性。

（5）低能耗、高效益：采用炉气的余热梯级利用，预热燃烧空气和干燥副产物原料，充分利用了反应炉的燃烧余热，最大程度降低再生系统能耗，使本发明的再生技术能获得显著经济效益，具有产业化优势。

（6）优化配置：按照炉气温度分布和系统中设备的性能特点，优化布置各个设备和进行炉气固粒的两级分离，能达到99.9%以上的炉气除尘效率，最大程度回收氧化镁产物，以及产生高品质的二氧化硫气体，保证了再生系统产品的质量。

附图说明

图1是本发明一具体实施方式的结构示意图。

图2是副产物进料口在再生炉上的分布结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

如图1和图2所示，一种氧化镁脱硫副产物分解再生氧化镁和二氧化硫的系统，包括再生炉2，再生炉2上设置有副产物进料口10、燃料喷口13和空气喷口18，副产物进料口10与副产物供料管9连接，燃料喷口13与燃料输送管12连接，燃料输送管12与燃料输送机11连接，空气喷口18与进气管17连接。再生炉2的顶部设置有排气管19。

副产物供料管9与干燥机8连接，干燥机8与副产物输送机7连接。干燥机8可以是热炉气与固体物料的直接接触式干燥机，也可以是热炉气与固体物料非接触式干燥机。

排气管19与空气预热器16连接，空气预热器16一端与冷风管15连接，另一端与进气管17连接。空气预热器16是热炉气与空气非接触式换热器，在冷风管15与进气管17之间连接有空气旁路管37，在空气旁路管37上设置有空气流量调节阀34。

空气预热器16在排气管19的相对侧设置有炉气连接管20，炉气连接管20与一级固粒分离器21连接，一级固粒分离器21的顶部连接有净化炉气管22，净化炉气管22与干燥机8连接。一级固粒分离器21为惯性式气－固分离器。

在其他具体实施方式中，炉气连接管20的末端也可并联或串联多个一级固粒分离器21，且各一级固粒分离器21的净化炉气管22均连接至干燥机8，以达到基本相同的技术效果。

干燥机8相对净化炉气管22的另一端连接有炉气乏气管23，净化炉气管22与炉气乏气管23之间连接有干燥温控管35，干燥温控管35的管路上连接有炉气流量调节阀36，炉气乏气管23的另一端与二级固粒分离器24连接，二级固粒分离器24连接有炉气排出管25，炉气排出管25的管路上设置有风机26。二级固粒分离器24可以是布袋式除尘器，也可以是静电除尘器。

在其他具体实施方式中，炉气乏气管23的末端也可并列或串联多个二级固粒分离器24，以达到基本相同的技术效果。

再生炉2从上至下依次包括首尾相连的圆柱形筒体1、圆锥段3、圆筒形炉膛4和圆筒形进气室5。副产物进料口10和燃料喷口13均位于炉膛4处，且副产物进料口10位于燃料喷口13的上方，空气喷口18位于进气室5处。副产物进料口10、燃料喷口13和空气喷口18均在炉膛4的圆周上均布，如图2所示。炉膛4上设置有除渣口33。

炉膛4与进气室5之间设置有布气板6，布气板6上设置有若干气孔。

空气预热器16的底部设置有第一卸料阀27，一级固粒分离器21的底部设置有第二卸料阀28，二级固粒分离器24的底部设置有第三卸料阀29，第一卸料阀27、第二卸料阀28和第三卸料阀29均并联至送料管31，送料管31一端与输料风机30连接，另一端连接至产品储仓32。第一卸料阀27和第二卸料阀28均为水冷式卸料阀。

利用以上再生系统，可实现一种氧化镁脱硫副产物分解再生氧化镁和二氧化硫的方法，依次包括以下步骤：

（1）脱硫副产物脱水：利用副产物输送机7将脱硫副产物输送至干燥机8，可通过控制脱硫副产物的输送量和控制炉气流量控制阀36，使干燥机8接受来自一级固粒分离器21排除的炉气余热，从而将脱硫副产物加热至100-300℃，优选的，加热至200-250℃，以脱去脱硫副产物的表面水和亚硫酸镁和硫酸镁中的结晶水；

（2）预热空气：再生炉的排气管19将高温炉气通入空气预热器16，加热从冷风管15进入空气预热器的空气，热空气经进气管17进入再生炉2的进气室5；空气预热器16是热炉气与空气非接触式换热器，通过空气旁路管37上设置的空气流量调节阀34可以控制空气加热温度在300-700℃，优选温度为500-650℃；

（3）分解反应：副产物输送机7不断将脱硫副产物送至干燥机8内，并将干燥后的脱硫副产物送入副产物供料管9，并在重力或者气力的作用下通过在炉膛4上均布的副产物进料口10进入炉膛4内；同时，燃料输送机11将液态或气态的碳氢化合物燃料，如天然气、煤制气等从副产物进料口10的下方在炉膛4上均布的燃料喷口13喷入炉膛4；被预热至300-700℃的空气通过空气喷口18喷入进气室5，空气进入进气室5后被稳压，从而使空气能较为均匀地从布气板6的气孔进入炉膛4内，首先与燃料混合燃烧，继而与脱硫副产物混合，进行分解反应；

（4）回收氧化镁：回收含在再生炉炉气中的脱硫副产物分解所得的氧化镁和二氧化硫，具体包括以下步骤：

（4a）再生炉2中排除的炉气，进入空气预热器16，对即将喷入炉体内的空气进行预热，同时被降温；炉气在空气预热器16内，将有部分含氧化镁的固粒在空气预热器16的下部沉积，可通过打开第一卸料阀27收集；

（4b）预热空气后被降温的炉气进入一级固粒分离器21，从而获得部分氧化镁，可通过打开第二卸料阀28收集；

（4c）经一级固粒分离后的炉气进入干燥机8内，利用其余热完成步骤（1）所述的脱硫副产物脱水工艺，炉气进一步降温；

（4d）对加热脱硫副产物后的炉气进行二级固粒分离，以更高效率完成固粒分离和炉气的净化，从而进一步获得氧化镁，可通过打开第三卸料阀29收集；同时，含二氧化硫的炉气被彻底净化后作为成品气经排出管25输出。

以上步骤中，可通过控制脱硫副产物、燃料和空气的加入比例，从而将分解反应温度控制在800-1100℃，炉气含氧量不高于4%，以使脱硫副产物中的硫酸镁和亚硫酸镁分解为氧化镁和二氧化硫，并保证从再生炉2排除的炉气具有足够的余热，使其能将空气预热至300-700℃进入再生炉，并将脱硫副产物加热至100-300℃后进入再生炉。

步骤（3）中，进入炉膛4内的脱硫副产物在炉气的作用下处于悬浮状态，被高温分解产生氧化镁和二氧化硫，与燃料燃烧产生的二氧化碳（CO₂），水蒸气（H₂O）以及燃烧空气中未反应的氧气（O₂）和氮气（N₂），构成反应炉炉气的主要成分。进入再生炉2的圆锥段3的固粒由于气流速度呈下高上低的变化，被自然形成下粗上细的分布，被气流强烈扰动，加强了气、固两相之间的传热、传质和化学反应，延长了固粒的实际停留时间，保证了粗颗粒副产物的彻底分解，因而能达到极高的分解率；而在强烈的气流作用下的两相反应使分解产生的氧化镁呈多孔状，具有良好的化学活性。

再生炉工作一段时间后，可通过除渣口33去除其内所堆积的杂质。

采用上述系统和方法，氧化镁脱硫副产物分解产物主要性能指标如下表所示：

表中，再生氧化镁的活性度按照冶金行业标准“轻烧氧化镁活性测定方法（YB/T4019-2006）”测定。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims

1.一种氧化镁脱硫副产物分解再生氧化镁和二氧化硫的系统，包括至少一个再生炉（2）和至少一个固粒分离机；所述再生炉（2）上设置有副产物进料口（10）、燃料喷口（13）和空气喷口（18）；所述副产物进料口（10）与副产物供料管（9）连接；所述燃料喷口（13）与燃料输送管（12）连接；所述空气喷口（18）与进气管（17）连接；所述再生炉（2）的顶部设置有排气管（19），下部设置有除渣口（33）；其特征是：

所述副产物供料管（9）与干燥机（8）连接；所述干燥机（8）与副产物输送机（7）连接；

所述排气管（19）与空气预热器（16）连接；所述空气预热器（16）一端与冷风管（15）连接，另一端与所述进气管（17）连接；

所述空气预热器（16）在所述排气管（19）的相对侧设置有炉气连接管（20）；所述炉气连接管（20）与至少一个一级固粒分离器（21）连接；各所述一级固粒分离器（21）的顶部连接有净化炉气管（22）；各所述净化炉气管（22）与所述干燥机（8）连接；

所述干燥机（8）相对所述净化炉气管（22）的另一端连接有炉气乏气管（23）；所述炉气乏气管（23）的另一端与至少一个二级固粒分离器（24）连接；各所述二级固粒分离器（24）连接有炉气排出管（25）；所述炉气排出管（25）的管路上设置有风机（26）。

2.如权利要求1所述的氧化镁脱硫副产物分解再生氧化镁和二氧化硫的系统，其特征是：所述再生炉（2）是从上至下依次包括首尾相连的圆柱形筒体（1）、圆锥段（3）、圆筒形炉膛（4）和圆筒形进气室（5）的立式反应炉；所述炉膛（4）与进气室（5）之间设置有布气板（6）；所述布气板（6）上设置有若干通气孔；所述副产物进料口（10）、燃料喷口（13）和空气喷口（18）均在所述炉膛（4）的圆周上均布；且所述副产物进料口（10）位于所述燃料喷口（13）的上方；所述空气喷口（18）位于所述进气室（5）处；所述炉膛（4）上设置有所述除渣口（33）。

3.如权利要求1所述的氧化镁脱硫副产物分解再生氧化镁和二氧化硫的系统，其特征是：连接所述空气预热器（16）的冷风管（15）与所述进气管（17）之间连接有空气旁路管（37），在所述空气旁路管（37）上设置有空气流量调节阀（34）。

4.如权利要求1所述的氧化镁脱硫副产物分解再生氧化镁和二氧化硫的系统，其特征是：所述净化炉气管（22）与炉气乏气管（23）之间连接有干燥温控管（35）；所述干燥温控管（35）的管路上连接有炉气流量调节阀（36）。

5.如权利要求1至4任一所述的氧化镁脱硫副产物分解再生氧化镁和二氧化硫的系统，其特征是：所述空气预热器（16）的底部设置有第一卸料阀（27）；各所述一级固粒分离器（21）的底部设置有第二卸料阀（28）；各所述二级固粒分离器（24）的底部设置有第三卸料阀（29）；所述第一卸料阀（27）、第二卸料阀（28）和第三卸料阀（29）均并联至送料管（31）；所述送料管（31）一端与输料风机（30）连接，另一端连接至产品储仓（32）。

6.一种氧化镁脱硫副产物分解再生氧化镁和二氧化硫的方法，其特征是：依次包括以下步骤：

（2）将空气预热至300-700℃；

7.如权利要求6所述的氧化镁脱硫副产物分解再生氧化镁和二氧化硫的方法，其特征是：步骤（4）中，包括以下步骤：

8.如权利要求6所述的氧化镁脱硫副产物分解再生氧化镁和二氧化硫的方法，其特征是：步骤（3）中，通过控制喷入再生炉的脱硫副产物、燃料和热空气的量，从而控制再生炉炉气中的含氧量不超过4%，以重量计；将反应温度控制在800-1100℃，控制炉气在再生炉中的停留时间为5—10秒。

9.如权利要求6所述的氧化镁脱硫副产物分解再生氧化镁和二氧化硫的方法，其特征是：步骤（1）中，通过脱硫副产物与高温炉气的直接接触或非直接接触，并用高温炉气的流量调节，控制脱硫副产物被加热至200-250℃；步骤（2）中，通过高温炉气对空气预热器受热管的传热，并用空气流量调节阀控制空气被预热至500-650℃。

10.如权利要求6至9任一所述的氧化镁脱硫副产物分解再生氧化镁和二氧化硫的方法，其特征是：该方法采用如权利要求1至5任一所述的系统实现。