CN103818882B - 一种回收含尘热烟气中硫蒸气的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种回收含尘热烟气中硫蒸气的方法，所述硫蒸气回收方法包括以下步骤：将200℃~1200℃的高温烟气通入一段冷却器，在冷却器外部利用冷却介质将高温烟气冷却至120~200℃，进入二段冷却塔，同时收集冷却液化下来的液硫；冷却后的烟气通入二段冷却塔中，控制气体流速，保证其停留时间达到0.5s以上，二段冷却塔出口烟气温度保持在100~200℃，收集冷却液化下来的液硫；烟气进入捕集塔，捕集塔内部有喷洒液硫洗涤，控制烟气流速，停留时间在0.5s以上；烟气出口温度保持在100~200℃，同时收集冷却液化下来的液硫。本发明回收硫蒸气的效率高，同时绕过了在高温气态状态下的除尘问题，且能耗低，工艺简单。

Description

一种回收含尘热烟气中硫蒸气的方法

技术领域

本发明属于冷却回收气硫的技术领域，具体涉及一种回收含尘热烟气中硫蒸气的方法。

背景技术

回收含尘热烟气中高浓度硫蒸气的技术，是硫磺分解磷石膏制硫酸的关键技术，若能够有效的回收高温烟气中的硫蒸气，就可以大大提高硫磺的利用效率，降低整个工艺的生产成本，同时提高整个产品的市场竞争力。

2010年我国进口硫磺1049万吨，2011年我国进口硫磺952.3万吨。据中国化工矿业协会预测，2015年我国需硫1720万吨，2020年需硫2100万吨。国内现有硫铁矿和伴生硫保有储量的保证年限仅为16年。鉴于我国硫资源匮乏的现状，从循环经济的角度来审视磷石膏废渣问题，它就不再是一种污染废物，而是一种很好的资源，它的资源化利用已成为一种必然选择。而利用硫磺分解磷石膏制备硫酸可以让硫资源得到更好的利用，但如何回收含尘热烟气中的高浓度硫蒸气是整个硫磺分解磷石膏制备硫酸技术的关键技术之一。

申请号为200910065268.2的中国专利《一种硫磺回收工艺》公开了一种脱除含硫烟气中硫的方法。该方法的具体步骤为：（1）酸性气和高浓度的二氧化硫气体、配以次当量的风、进入燃烧炉燃烧，发生CLAUS反应，经过废热锅炉取热降温，冷却得到液硫；（2）气体加热至220~240℃，进入一级转化器反应，反应气体冷却得到液硫，未冷却气体加热至200~220℃，进入二级转化器反应，反应气体冷却得到液硫；（3）气体配入等当量的风，送至尾气焚烧炉焚烧成含SO₂的气体进入（4）；（4）含SO₂的气体直接或者与来自装置外的含SO₂气体混合，经急冷降温、洗涤除尘后，进行吸收、解吸，得到高浓度SO₂气体返回到步骤（1），吸收后的气体排空。该专利虽然能够有效地去除烟气中的酸性气体（H₂S、SO₂）、硫蒸气，但是还存在一些问题：1、对于含有高粉尘浓度的烟气该工艺不能实现有效的脱硫。2、如果既想得到SO₂，又要去除掉烟气中的硫蒸气或者升华硫以及粉尘，但又不能降低SO₂的浓度，上述工艺是不能做到的。3、无法有效的针对含硫单质的烟气进行有效除硫，要除去烟气中的高浓度的硫蒸气需要花费较大的经济代价。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的烟气中粉尘硫磺回收不完全的问题，提供一种回收含尘热烟气中高浓度硫蒸气的方法，该方法可回收循环利用硫蒸气且工艺简单，反应条件易于控制，可大规模生产，能更好的降低硫磺分解磷石膏技术的成本，同时起到更好的净化烟气的作用。实现了热烟气的高效除硫蒸气，且排出的尾气含硫蒸气量少、粉尘少，可以用CLAUS反应法除二氧化硫。

本发明公开的一种回收含尘热烟气中高浓度硫蒸气的方法，包括以下步骤：

（1）、将200℃~1200℃的含硫高温烟气通入第一段冷却器，冷却至120~200℃后，送入第二段冷却器；同时在第一段冷却器底部收集冷却液化下来的液硫；

（2）、烟气通入第二段冷却器，控制其流速在0.01m/s~30m/s之间，保证烟气在第二段冷却器中的停留时间达到0.5s以上，期间停留时间越长就越有利于在第一段冷却器中没有冷却下来的细小泡沫状液硫的长大聚拢，更加有利于液硫的回收，控制第二段冷却器的温度，保证第二段冷却器出口处的烟气温度为100~200℃；同时在第二段冷却器底部收集冷却液化下来的液硫；

（3）、从第二段冷却器出来的烟气进入捕集塔，在捕集塔内喷洒液硫对烟气进行喷淋洗涤，烟气流速为0.01m/s~30m/s，保证其在捕集塔中的停留时间在0.5s以上，优选的捕集塔上设有夹套，通过夹套调整捕集塔的温度，控制烟气出口温度保持在100~200℃，同时在捕集塔底部收集冷却液化下来的液硫。该方法的收硫率可以达到99.5%以上，收尘率达到99.5%以上。

进一步，作为本发明的优选方案，可以在第二段冷却器外部设置夹套用于保温或降温，控制第二冷却器的温度；或者是，在第二段冷却器内部布置通有蒸汽的管道，调节蒸汽的量，控制第二冷却器出口处的烟气温度。夹套控温或布置蒸汽管道控温的方法可以单独使用也可以联合应用。采用夹套或蒸汽管道的作用是以传热介质或蒸汽作为冷却介质对烟气进行冷却，在不使温度大幅度下降的前题下有效控制待处理尾气的温度，尤其是第二冷却器内部布置蒸汽管道，可以使烟气的降温更加均匀，而用夹套只能在冷却器内壁起保温作用，烟气的更不易受到环境中低温空气的降温作用，保证了通过第二冷却器的尾气的温度控制更稳定，整体温度更均匀。当然，考虑到设置的维护，也可以只使用蒸汽管而不用夹套。

进一步，作为本发明的优选方案，同时捕集塔出口处设置丝网进行除沫，减少从捕集塔中排出的液硫沫。喷淋液硫除去未凝结的硫蒸气、粉尘或其他可溶于液硫的气体，除去率高，不引入杂质，烟气的用途不受喷淋处理的影响。

进一步，作为本发明的优选方案，将第一段冷却器和第二段冷却器底部收集到的液硫用于捕集塔中喷淋除硫。第一段冷却器、第二段冷却器收集到的液硫温度适宜，黏度适中可以很好的吸附捕集塔中的液硫，而不会严重降低捕集塔出口的烟气温度。

上述回收含尘热烟气中高浓度硫蒸气的方法，该方法中所述的高温烟气的组成为硫蒸气，以及不与硫剧烈反应的气体。所述不与硫剧烈反应的气体是氮气、二氧化碳、二氧化硫和水蒸气中的一种或几种。

上述回收含尘热烟气中高浓度硫蒸气的方法，其特征在于，该方法中所述烟气中含有的粉尘是固体粉尘，尤其是不溶于液硫的固体粉尘，含尘量范围在0.01g/Nm³~25g/Nm³。Nm³是指标准状态下一立方米的气体，该标准状态为：一个标准大气压，温度0°C，相对湿度0%。

上述回收含尘热烟气中高浓度硫蒸气的方法，其特征在于，该方法中烟气中所含硫蒸气的分压占烟气总压的比例为0.1%~99.999%。优选，5%-80%，采用本发明方法处理硫蒸气，气体中的硫含量为5%-80%时，处理效果最佳，硫蒸气被有效的除去，传质效率高，且设备的腐蚀情况小，返修的周期长，具有良好的经济效益。而且，采用本发明方法处理时，回收后的液硫直接用于除尘，除尘率达到99.5%以上，不必额外再设置除尘装置。

与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明工艺适合于大规模的生产，具有工艺简单、成熟，运行成本低，易于控制，收硫率可以达到99.5%以上，收尘率达到99.5%以上，便于推广等优点。

附图说明：

图1为本发明的硫蒸气回收设备示意简略。

图中标记为：1-高温烟气&含硫烟气，2-第一冷却器，3-第一冷却器上的液硫收集口，4，6－管道，5-第二冷却器中的冷凝管道，7-第二冷却器上的液硫收集口，8-第二冷却器，9-液硫输送管道，10-液硫收集口，11-系统尾气出口，12-丝网，13-捕集塔。

具体实施方式

下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。在本发明中含尘热烟气尤其是指200~1000℃的热烟气，更尤其是硫蒸气浓度高过10%分压以上的热烟气，更尤其是硫蒸气分压大于20%的热烟气。

实施例1

采用附图1所述装置回收热烟气中的硫蒸气。将700℃，72.37Nm³/h的高温烟气通入冷却器2，烟气组成为N₂：51.35 Nm³/h，CO₂：4.5 Nm³/h，H₂O：9 Nm³/h，SO₂：7.52 Nm³/h，29kg/h的硫蒸气，含磷石膏粉尘5g/Nm³，利用25℃的水将高温烟气冷却至140℃，收集冷却液化下来的液硫，同时将冷却后的烟气通入保温的空塔中，控制其气速在0.1m/s，停留时间为40s，空塔（即第二冷却器8）内部布置通有蒸汽的管道，调节蒸汽的量，保证出空塔烟气温度保持在125℃，再将烟气通入捕集塔13，在捕集塔内部用液硫对烟气进行喷淋洗涤，烟气气速为2m/s，保证其停留时间在2s以上，同时捕集塔出口布置丝网12，控制烟气出口温度保持在120℃。收硫率达到99.7%以上，收尘率达到99.5%以上。

实施例2

采用与实施例1相同的结构装置处理热烟气。将600℃，60Nm³/h的高温烟气通入冷却器，烟气组成为N₂：42.57 Nm³/h， CO₂：3.73 Nm³/h，H₂O：7.46 Nm³/h ，SO₂：6.24 Nm³/h，30kg/h的硫蒸气，含磷石膏粉尘8g/Nm³，利用25℃的水将高温烟气冷却至130℃，收集冷却液化下来的液硫，同时将冷却后的烟气通入保温的空塔中，控制其平均气速在0.2m/s，停留时间为20s，空塔内部布置通有蒸汽的管道，调节蒸汽的量，保证出空塔烟气温度保持在125℃，再将烟气通入捕集塔，在捕集塔内部用液硫对烟气进行喷淋洗涤，烟气气速为2.5m/s，保证其停留时间在2s以上，同时捕集塔出口布置丝网，控制烟气出口温度保持在120℃。收硫率达到99.6%以上，收尘率达到99.6%以上。

实施例3

采用与实施例1相同的结构装置处理热烟气。将200℃，100Nm³/h的高温烟气通入冷却器，烟气组成为N₂：70.95Nm³/h， CO₂：6.22Nm³/h，H₂O：12.43 Nm³/h ，SO₂：10.40Nm³/h，2kg/h的硫蒸气，含磷石膏粉尘20g/Nm³，利用25℃的水将高温烟气冷却至130℃，收集冷却液化下来的液硫，同时将冷却后的烟气通入保温的空塔中，控制其平均气速在0.2m/s，停留时间为20s，空塔内部布置通有蒸汽的管道，调节蒸汽的量，保证出空塔烟气温度保持在125℃，再将烟气通入捕集塔，在捕集塔内部用液硫对烟气进行喷淋洗涤，烟气气速为2m/s，保证其停留时间在2.5s以上，同时捕集塔出口布置丝网，控制烟气出口温度保持在120℃。收硫率达到99.5%以上，收尘率达到99.5%以上。

实施例4

采用与实施例1相同的结构装置处理热烟气。将1200℃，30Nm³/h的高温烟气通入冷却器，烟气组成为N₂：21.29Nm³/h，CO₂：1.86Nm³/h，H₂O：3.73 Nm³/h ，SO₂：3.12Nm³/h，40kg/h的硫蒸气，含磷石膏粉尘25g/Nm³，利用25℃的水将高温烟气冷却至120℃，收集冷却液化下来的液硫，同时将冷却后的烟气通入保温的空塔中，控制其平均气速在0.4m/s，停留时间为10s，空塔内部布置通有蒸汽的管道，调节蒸汽的量，保证出空塔烟气温度保持在110℃，再将烟气通入捕集塔，在捕集塔内部用液硫对烟气进行喷淋洗涤，烟气气速为1m/s，保证其停留时间在5以上，同时捕集塔出口布置丝网，控制烟气出口温度保持在105℃。收硫率达到99.8%以上，收尘率达到99.7%以上。

实施例5

采用与实施例1相同的结构装置处理热烟气。将800℃，90Nm³/h的高温烟气通入冷却器，烟气组成为N₂：40Nm³/h， CO₂：40Nm³/h，H₂O：10 Nm³/h，25kg/h的硫蒸气，含磷石膏粉尘2g/Nm³，利用25℃的水将高温烟气冷却至120℃，收集冷却液化下来的液硫，同时将冷却后的烟气通入保温的空塔中，控制其平均气速在0.4m/s，停留时间为10s，空塔内部布置通有蒸汽的管道，调节蒸汽的量，保证出空塔烟气温度保持在110℃，再将烟气通入捕集塔，在捕集塔内部用液硫对烟气进行喷淋洗涤，烟气气速为1m/s，保证其停留时间在5以上，同时捕集塔出口布置丝网，控制烟气出口温度保持在105℃。收硫率达到99.8%以上，收尘率达到99.7%以上。

实施例6

采用与实施例1相同的结构装置处理热烟气。将800℃，90Nm³/h的高温烟气通入冷却器，烟气组成为N₂：90Nm³/h，25kg/h的硫蒸气，含磷石膏粉尘2g/Nm³，利用25℃的水将高温烟气冷却至120℃，收集冷却液化下来的液硫，同时将冷却后的烟气通入保温的空塔中，控制其平均气速在0.4m/s，停留时间为10s，空塔内部布置通有蒸汽的管道，调节蒸汽的量，保证出空塔烟气温度保持在110℃，再将烟气通入捕集塔，在捕集塔内部用液硫对烟气进行喷淋洗涤，烟气气速为1m/s，保证其停留时间在5以上，同时捕集塔出口布置丝网，控制烟气出口温度保持在105℃。收硫率达到99.8%以上，收尘率达到99.7%以上。

实施例7

采用与实施例1相同的结构装置处理热烟气。将700℃，80Nm³/h的高温烟气通入冷却器，烟气组成为CO₂：70 Nm³/h，SO₂：，10 Nm³/h，30kg/h的硫蒸气，含磷石膏粉尘2g/Nm³，利用25℃的水将高温烟气冷却至140℃，收集冷却液化下来的液硫，同时将冷却后的烟气通入保温的空塔中，控制其气速在0.1m/s，停留时间为40s，空塔内部布置通有蒸汽的管道，调节蒸汽的量，保证出空塔烟气温度保持在125℃，再将烟气通入捕集塔，在捕集塔内部用液硫对烟气进行喷淋洗涤，烟气气速为2m/s，保证其停留时间在2s以上，同时捕集塔出口布置丝网，控制烟气出口温度保持在120℃。收硫率达到99.7%以上，收尘率达到99.5%以上。

实施例8

采用与实施例1相同的结构装置处理热烟气。将500℃，100Nm³/h的高温烟气通入冷却器，烟气组成为CO₂：60 Nm³/h，SO₂：，10 Nm³/h，H₂O：30 Nm³/h ，30kg/h的硫蒸气，含磷石膏粉尘2g/Nm³，利用25℃的水将高温烟气冷却至140℃，收集冷却液化下来的液硫，同时将冷却后的烟气通入保温的空塔中，控制其气速在0.1m/s，停留时间为40s，空塔内部布置通有蒸汽的管道，调节蒸汽的量，保证出空塔烟气温度保持在125℃，再将烟气通入捕集塔，在捕集塔内部用液硫对烟气进行喷淋洗涤，烟气气速为2m/s，保证其停留时间在2s以上，同时捕集塔出口布置丝网，控制烟气出口温度保持在125℃。收硫率达到99.8%以上，收尘率达到99.7%以上。

实施例9

采用与实施例1相同的结构装置处理热烟气。将650℃，100Nm³/h的高温烟气通入冷却器，烟气组成为N₂：70 Nm³/h，CO₂：28 Nm³/h，Ar：2Nm³/h ，30kg/h的硫蒸气，含磷石膏粉尘2g/Nm³，利用25℃的水将高温烟气冷却至130℃，收集冷却液化下来的液硫，同时将冷却后的烟气通入保温的空塔中，控制其气速在0.2m/s，停留时间为20s，空塔内部布置通有蒸汽的管道，调节蒸汽的量，保证出空塔烟气温度保持在125℃，再将烟气通入捕集塔，在捕集塔内部用液硫对烟气进行喷淋洗涤，烟气气速为2m/s，保证其停留时间在2s以上，同时捕集塔出口布置丝网，控制烟气出口温度保持在125℃。收硫率达到99.6%以上，收尘率达到99.5%以上。

上述实施例表明，采用本发明的装置方法回收热烟气中的硫蒸气，控制冷却装置的温度，使烟气的温度降低速率控制在本发明的设计范围内，硫蒸气逐渐被降温凝化，充分发挥传质稳定的特点，硫磺以稳定的速度液化回收，实现高效除硫。同时还利用除硫过程中液硫返回喷淋处理实现了高效除尘的效果。本发明工艺的硫磺的去除率在99.5%以上，烟气中的粉尘去除率在99.5%以上，无需后续的收尘处理，使处理后的热烟气能够作为其它工艺的加热气，或者达到了排放标准直接排放。

对比

现有技术的含硫热烟气的处理方法，多采用直接冷却式的热烟气回收系统，对硫蒸气分压较高的尾气进行处理。其设备结构为多级冷却器，单纯通过逐级降温使含硫烟气中的硫蒸气逐渐被冷却液化，聚集成大液滴后流回液硫回收槽，该方法需要的冷却器级数多，冷却过程中，由于冷却温度差较大，在冷却介质所在的管道表面会形成硫磺液滴，导致热量传递效率降低，从而影响后续的硫蒸气冷却液化处理效果。经过上述方法处理后，尾气中的硫蒸气降低至20 g/m³后无法再进一步降低。设备使用100天后，出现腐蚀现象，需要修补。

本专利发明方法：采用多级冷却器加液硫喷淋装置配套除沫丝网的方法，对含硫烟气先进行多级冷却降温使烟气中硫蒸气被逐渐液化，同时用低温液硫对冷却液化形成的小液沫进行喷淋捕集，这样既能对高温烟气进行冷却降温也能使气硫冷却液化形成的小液沫被很好的汇集带入液硫槽，大大增加了硫蒸气液化回收量。这种方法效率更高，且冷却的温差比目前的方法低，同时因为有除沫丝网的存在，可以对尾气中带出的小液硫沫进行进一步回收，即使尾气中硫蒸气含量降低至0.2 g/m³后仍有一定的除硫效果。且能够同时处理烟气中的粉尘，收尘率高达99.5%，设备使用200天后，出现腐蚀现象，需要修补，维护周期增长一倍，提高了生产效率。

Claims (4)

1.一种回收含尘热烟气中硫蒸气的方法，包括以下步骤：

（1）、先将200℃~1200℃的含硫高温烟气通入第一段冷却器，冷却至120~200℃后，送入第二段冷却器，同时在第一段冷却器底部收集冷却液化下来的液硫；

（2）、烟气通入第二段冷却器，控制其流速在0.01m/s~30m/s之间，保证烟气在第二段冷却器中的停留时间达到0.5s以上；控制第二冷却器的温度，保证第二冷却器出口处的烟气温度为100~200℃，同时在第二段冷却器底部收集冷却液化下来的液硫；

（3）、从第二段冷却器出来的烟气进入捕集塔，在捕集塔内喷洒液硫对烟气进行喷淋洗涤；烟气流速为0.01m/s~30m/s，保证烟气在捕集塔中的停留时间在0.5s以上；控制烟气出口温度在100~200℃，同时在捕集塔底部收集冷却液化下来的液硫。

2.根据权利要求1所述的回收含尘热烟气中硫蒸气的方法，其特征在于，所述高温烟气的组成包括硫蒸气，以及不与硫剧烈反应的气体；

所述不与硫剧烈反应的气体是氮气、二氧化碳、二氧化硫和水蒸气中的一种或几种。

3.根据权利要求1所述的回收含尘热烟气中硫蒸气的方法，其特征在于，所述含尘热烟气中含有的粉尘是固体粉尘，烟气含尘量为0.01g/Nm³~25g/Nm³。

4.根据权利要求1所述的回收含尘热烟气中硫蒸气的方法，其特征在于，所述烟气中硫蒸气的分压占烟气总压的比例为0.1%~99.999%。