CN109264752B - 一种镁法脱硫中脱硫剂再生同时副产硫磺的方法及装置 - Google Patents

一种镁法脱硫中脱硫剂再生同时副产硫磺的方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明属于工业废弃物治理领域，本发明涉及一种镁法脱硫中脱硫剂再生同时副产硫磺的方法及装置，包括亚硫酸镁储仓、流化床煅烧单元、流化床碳热还原单元和硫磺回收单元，所述流化床煅烧单元包括流化床煅烧炉、煅烧炉高温分离器和焚烧炉，亚硫酸镁储仓与流化床煅烧炉的下部连接，流化床煅烧炉的底部连接焚烧炉，流化床煅烧炉的顶部分解气出口连接煅烧炉高温分离器，所述流化床碳热还原单元包括流化床碳热还原塔和还原塔高温分离器，煅烧炉高温分离器顶部的脱镁分解气出口连接流化床碳热还原塔的底部，流化床碳热还原塔顶部的还原气出口连接还原塔高温分离器，还原塔高温分离器与亚硫酸镁储仓连接，亚硫酸镁分解率大于99％，回收硫磺纯度达到99.7％以上。

Description

一种镁法脱硫中脱硫剂再生同时副产硫磺的方法及装置
技术领域
本发明属于工业废弃物治理领域，具体涉及一种镁法脱硫中脱硫剂再生同时副产硫磺的方法及装置。
背景技术
氧化镁脱硫技术是一种成熟度仅次于钙法的脱硫工艺，应用广泛。镁法脱硫的副产物是亚硫酸镁，目前副产物资源化的方法主要有氧化为硫酸镁和煅烧为氧化镁循环利用。煅烧法是一种较为理想的方法，通过脱硫剂的循环利用，可以减少氧化镁的开采，减小自然环境破坏。煅烧后的产生的SO2被用于制备硫酸，然而燃煤电厂硫酸无法被应用，附近若无耗酸企业，生产出的硫酸储存运输较为困难。
硫磺是一种我国较为短缺的硫资源，相比于硫酸有用途广、价值高、储存运输方便的优势。且镁法脱硫中，硫磺可作为脱硫过程中的抗氧化剂使用。
发明内容
针对上述现有技术中存在的问题，本发明的一个目的是提供一种镁法脱硫中脱硫剂再生同时副产硫磺的方法及装置。
为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为：
一种镁法脱硫中脱硫剂再生同时副产硫磺的装置，包括亚硫酸镁储仓、流化床煅烧单元、流化床碳热还原单元和硫磺回收单元，所述流化床煅烧单元包括流化床煅烧炉、煅烧炉高温分离器和焚烧炉，亚硫酸镁储仓与流化床煅烧炉的下部连接，流化床煅烧炉的底部连接焚烧炉，流化床煅烧炉的顶部分解气出口连接煅烧炉高温分离器，所述流化床碳热还原单元包括流化床碳热还原塔和还原塔高温分离器，煅烧炉高温分离器顶部的脱镁分解气出口连接流化床碳热还原塔的底部，流化床碳热还原塔顶部的还原气出口连接还原塔高温分离器，还原塔高温分离器与亚硫酸镁储仓连接，亚硫酸镁储仓连接硫磺回收单元。
本申请的脱硫的副产物亚硫酸镁被焚烧炉的烟气加热下分解，得到氧化镁和二氧化硫气体，脱镁分解气通过流化床碳热还原塔还原为硫磺蒸汽，还原气分离后的碳粉回到流化床碳热还原塔进行再一次利用，脱碳还原气加热亚硫酸镁储仓内的原料，有利于亚硫酸镁的分解，相比于现有技术的钙法脱硫工艺，本申请制备得到的硫磺具有更好的应用，运输方便，相比于现有技术的亚硫酸镁回收方法整个装置实现了热能的再利用，同时本申请煅烧法与焚烧炉进行结合，既能够有助于亚硫酸镁的高温分解，同时进行了烟气的净化。
所述亚硫酸镁包含少量的硫酸镁。
优选的，所述煅烧炉高温分离器底部连接空气预热器，所述空气预热器由内部的冷却空间和外部的加热空间组成，煅烧炉高温分离器底部的分离气出口进入空气预热器冷却空间。
进一步优选的，空气进入空气预热器加热空间的上部，空气预热器加热空间的下部连接焚烧炉，空气预热器冷却空间的底部连接界外的脱硫系统。
空气预热器与焚烧炉进行结合，利用空气预热器的热能加热助燃空气，然后助燃空气进入焚烧炉，有利于提高焚烧炉内的温度，实现了热能的再利用。
优选的，还原塔高温分离器的底部与流化床碳热还原塔的下部之间通过溜槽连接。
进一步优选的，所述溜槽的中间连接下料斗，所述溜槽靠近还原塔高温分离器一侧连接排碳管道，所述排碳管道的碳粉送至亚硫酸镁储仓。
更进一步优选的，所述溜槽与下料斗连接的管道、排碳管道，溜槽靠近流化床碳热还原塔的管道分别设置锁气给料机。
所述溜槽实现了分离的碳粉自动回到流化床碳热还原塔，部分失去反应活性的碳粉排出送往亚硫酸镁储仓。
优选的，所述亚硫酸镁储仓的内部设置换热器，所述还原塔高温分离器的顶部脱碳还原气出口连接所述换热器的气体进口。
进一步优选的，所述亚硫酸镁储仓的底部与流化床煅烧炉连接的管道上设置锁气给料机。
利用还原气的余热加热亚硫酸镁，提高亚硫酸镁的温度，有利于亚硫酸镁的高温分解。
优选的，所述硫磺回收单元包括二级气固分离器、硫磺冷凝器，所述二级气固分离器的底部连接硫磺冷凝器。
进一步优选的，所述硫磺冷凝器的底部设置硫磺储罐，硫磺冷凝器的侧壁乏气出口与界外的脱硫系统连接。
利用上述装置进行脱硫剂再生同时副产硫磺的方法，具体步骤为：
1）脱硫副产物亚硫酸镁进入流化床煅烧炉进行流态化煅烧，亚硫酸镁在焚烧炉的烟气的加热下进行高温分解，分解气经过煅烧炉高温分离器分离得到的MgO在空气预热器内经过冷却降温后返回脱硫系统循环利用，得到的脱镁分解气进入流化床碳热还原塔；
2）脱镁分解气同碳粉在流化床碳热还原塔内进行流态化反应，碳热还原后的还原气进入还原塔高温分离器进行气固分离，碳粉经过溜槽返回流化床碳热还原塔继续反应，脱碳还原气经过亚硫酸镁储仓换热后，先后进入二级气固分离器、硫磺冷凝器，在硫磺冷凝器冷却析出液态硫磺，分离硫磺后的乏气送入脱硫塔处理后排放；
3）亚硫酸镁流态化煅烧的助燃空气与空气预热器内的高温氧化镁换热，被加热后进入焚烧炉，产生的烟气进入流化床煅烧炉与亚硫酸镁换热。
优选的，所述步骤1）中流化床煅烧炉内的温度为650-900℃，所述脱镁分解气为N2、SO2、CO2、H2O、O2等的混合气，脱镁分解气中SO2浓度为30~40%，所述脱镁分解气的温度为650-900℃。
优选的，所述步骤1）中经过空气预热器冷却后的氧化镁的温度为500-550℃。
优选的，所述步骤2）中流化床碳热还原塔内的温度为600-1000℃，/SO2摩尔比10-100，塔内气速4-8米，塔内气固接触时间2-12s，还原气的温度为600-900℃。
优选的，所述步骤2）中脱碳还原气N2、CO2、硫磺蒸气、SO2、CO、H2、CO2和H2O等的混合物。
优选的，所述步骤2）中流化床碳热还原塔内的碳粉为煤粉或焦粉，粒径60µm-3mm。
优选的，所述步骤2）中脱碳还原气经过亚硫酸镁储仓换热后的温度为300-400℃。
优选的，所述步骤2）中脱碳还原气在硫磺冷凝器内被冷却到120-160℃。
优选的，所述步骤3）中助燃空气在空气预热器内被加热至300-400℃，焚烧炉出口的烟气温度为1000-1200℃。
本发明的有益效果：
本发明提出的一种镁法脱硫中脱硫剂再生同时副产硫磺的装置，通过氧化镁法脱硫工艺的副产物亚硫酸镁煅烧，获得具有脱硫活性的氧化镁和高浓度SO2气体。并在碳热还原塔中以碳粉为还原剂，通过精确控制再生条件和碳热还原反应条件，实现硫磺资源化回收。该工艺实现脱硫剂再生和硫磺回收，具有广阔的市场应用前景；
本申请亚硫酸镁储仓内设置换热管，实现了亚硫酸镁的预热，更好的实现了亚硫酸镁的高温分解，助燃空气在空气预热器加热空间进行加入，更好的实现了焚烧炉得到的高温烟气，焚烧炉的烟气与亚硫酸镁的分解产物结合得到分解气，即可以利用烟气加热亚硫酸镁，同时在循环的过程中实现了焚烧炉烟气的降温和后处理；同时焚烧炉的烟气中的还原气在流化床碳热还原塔内也具有一定的还原作用，也除去了一部分的烟气中的成分，在后续的冷凝得硫磺的过程中，除去了大部分的水，所以这个过程也有助于净化烟气，然后剩余的乏气进入脱硫系统进行后处理；
本申请的亚硫酸镁分解率大于99%，SO2转化率和硫磺产率分别为90~98%和88~95%，回收硫磺纯度达到99.7%以上，符合工业硫磺一等品标准。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1为镁法脱硫中脱硫剂再生同时副产硫磺工艺系统图；
图中1、亚硫酸镁储仓，2、焚烧炉，3、流化床煅烧炉，4、煅烧炉高温分离器，5、空气预热器，6、流化床碳热还原塔，7、还原塔高温分离器，8、下料斗，9、二级气固分离器，10、硫磺冷凝器，11、液硫储罐。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
下面结合实施例对本发明进一步说明
实施例1
一种镁法脱硫中脱硫剂再生同时副产硫磺的装置，包括亚硫酸镁储仓1、流化床煅烧单元、流化床碳热还原单元和硫磺回收单元，所述流化床煅烧单元包括流化床煅烧炉3、煅烧炉高温分离器4和焚烧炉2，亚硫酸镁储仓1与流化床煅烧炉3的下部连接，流化床煅烧炉3的底部连接焚烧炉2，流化床煅烧炉3的顶部分解气出口连接煅烧炉高温分离器4，所述流化床碳热还原单元包括流化床碳热还原塔6和还原塔高温分离器7，煅烧炉高温分离器4顶部的脱镁分解气出口连接流化床碳热还原塔6的底部，流化床碳热还原塔6顶部的还原气出口连接还原塔高温分离器7，还原塔高温分离器7与亚硫酸镁储仓1连接，亚硫酸镁储仓1连接硫磺回收单元。
所述亚硫酸镁包含少量的硫酸镁。
所述煅烧炉高温分离器4底部连接空气预热器5，所述空气预热器5由内部的冷却空间和外部的加热空间组成，煅烧炉高温分离器4底部的分离气出口进入空气预热器冷却空间。
空气进入空气预热器加热空间的上部，空气预热器加热空间的下部连接焚烧炉，空气预热器冷却空间的底部连接界外的脱硫系统。
还原塔高温分离器7的底部与流化床碳热还原塔6的下部之间通过溜槽连接。
所述溜槽的中间连接下料斗8，所述溜槽靠近还原塔高温分离器7一侧连接排碳管道，所述排碳管道的碳粉送至亚硫酸镁储仓1。
所述溜槽与下料斗8连接的管道、排碳管道，溜槽靠近流化床碳热还原塔6的管道分别设置锁气给料机。
所述亚硫酸镁储仓1的内部设置换热器，所述还原塔高温分离器7的顶部脱碳还原气出口连接所述换热器的气体进口。
所述亚硫酸镁储仓1的底部与流化床煅烧炉3连接的管道上设置锁气给料机。
所述硫磺回收单元包括二级气固分离器9、硫磺冷凝器10，所述二级气固分离器9的底部连接硫磺冷凝器10。
所述硫磺冷凝器10的底部设置硫磺储罐，硫磺冷凝器10的侧壁乏气出口与界外的脱硫系统连接。
实施例2
利用实施例1的装置进行脱硫剂再生同时副产硫磺的方法，具体步骤为：
1）脱硫副产物亚硫酸镁进入流化床煅烧炉3进行流态化煅烧，亚硫酸镁在焚烧炉2的烟气的加热至750℃进行高温分解，分解气经过煅烧炉高温分离器4分离得到的MgO在空气预热器内经过冷却降温至520℃返回脱硫系统循环利用，得到的脱镁分解气750℃进入流化床碳热还原塔6，脱镁分解气为N2、SO2、CO2、H2O、O2等的混合气；
2）脱镁分解气同碳粉在流化床碳热还原塔6内进行流态化反应，反应时间为4s，反应温度850℃，C/SO2摩尔比35，塔内气速5米，碳粉为褐煤煤粉，煤粉粒径为60~150μm，碳热还原后的还原气进入还原塔高温分离器7进行气固分离，得到脱碳还原气，脱碳还原气N2、CO2、硫磺蒸气、SO2、CO、H2、CO2和H2O等的混合物，碳粉经过溜槽返回流化床碳热还原塔6继续反应，脱碳还原气经过亚硫酸镁储仓1换热后降温至370℃，先后进入二级气固分离器9、硫磺冷凝器10，在硫磺冷凝器10冷却至140℃析出液态硫磺，分离硫磺后的乏气送入脱硫塔处理后排放；
3）亚硫酸镁流态化煅烧的助燃空气与空气预热器5内的高温氧化镁换热，被加热至360℃进入焚烧炉2，产生的烟气进入流化床煅烧炉3与亚硫酸镁换热。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种镁法脱硫中脱硫剂再生同时副产硫磺的装置，其特征在于：包括亚硫酸镁储仓、流化床煅烧单元、流化床碳热还原单元和硫磺回收单元，所述流化床煅烧单元包括流化床煅烧炉、煅烧炉高温分离器和焚烧炉，亚硫酸镁储仓与流化床煅烧炉的下部连接，流化床煅烧炉的底部连接焚烧炉，流化床煅烧炉的顶部分解气出口连接煅烧炉高温分离器，所述流化床碳热还原单元包括流化床碳热还原塔和还原塔高温分离器，煅烧炉高温分离器顶部的脱镁分解气出口连接流化床碳热还原塔的底部，流化床碳热还原塔顶部的还原气出口连接还原塔高温分离器，还原塔高温分离器与亚硫酸镁储仓连接，亚硫酸镁储仓连接硫磺回收单元；
通过氧化镁法脱硫工艺的副产物亚硫酸镁煅烧，获得具有脱硫活性的氧化镁和高浓度SO2气体；
所述煅烧炉高温分离器底部连接空气预热器，所述空气预热器由内部的冷却空间和外部的加热空间组成，煅烧炉高温分离器底部的分离气出口进入空气预热器冷却空间；
空气进入空气预热器加热空间的上部，空气预热器加热空间的下部连接焚烧炉，空气预热器冷却空间的底部连接外界的脱硫系统；
所述焚烧炉的烟气与亚硫酸镁的分解产物结合得到分解气，即可以利用烟气加热亚硫酸镁，同时在循环的过程中实现了焚烧炉烟气的降温和后处理；
所述亚硫酸镁储仓的内部设置换热器，所述还原塔高温分离器的顶部脱碳还原气出口连接所述换热器的气体进口；
所述亚硫酸镁储仓的底部与流化床煅烧炉连接的管道上设置锁气给料机。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：还原塔高温分离器的底部与流化床碳热还原塔的下部之间通过溜槽连接；
所述溜槽的中间连接下料斗，所述溜槽靠近还原塔高温分离器一侧连接排碳管道，所述排碳管道的碳粉送至亚硫酸镁储仓；
所述溜槽与下料斗连接的管道、排碳管道，溜槽靠近流化床碳热还原塔的管道分别设置锁气给料机。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述硫磺回收单元包括二级气固分离器、硫磺冷凝器，所述二级气固分离器的底部连接硫磺冷凝器；
所述硫磺冷凝器的底部设置硫磺储罐，硫磺冷凝器的侧壁乏气出口与界外的脱硫系统连接。
4.利用权利要求1-3任一项所述的装置进行脱硫剂再生同时副产硫磺的方法，其特征在于：具体步骤为：
1）脱硫副产物亚硫酸镁进入流化床煅烧炉进行流态化煅烧，亚硫酸镁在焚烧炉的烟气的加热下进行高温分解，分解气经过煅烧炉高温分离器分离得到的MgO在空气预热器内经过冷却降温后返回脱硫系统循环利用，得到的脱镁分解气进入流化床碳热还原塔；
2）脱镁分解气同碳粉在流化床碳热还原塔内进行流态化反应，碳热还原后的还原气进入还原塔高温分离器进行气固分离，碳粉经过溜槽返回流化床碳热还原塔继续反应，脱碳还原气经过亚硫酸镁储仓换热后，先后进入二级气固分离器、硫磺冷凝器，在硫磺冷凝器冷却析出液态硫磺，分离硫磺后的乏气送入脱硫塔处理后排放；
3）亚硫酸镁流态化煅烧的助燃空气与空气预热器内的高温氧化镁换热，被加热后进入焚烧炉，产生的烟气进入流化床煅烧炉与亚硫酸镁换热；
所述步骤1）中经过空气预热器冷却后的氧化镁的温度为500-550℃；
所述步骤2）中流化床碳热还原塔内的温度为600-1000℃，C/SO2摩尔比10-100，塔内气速4-8米，塔内气固接触时间2-12s，还原气的温度为600-900℃；
所述步骤2）中流化床碳热还原塔内的碳粉为煤粉或焦粉，粒径60µm-3mm；
所述步骤2）中脱碳还原气在硫磺冷凝器内被冷却到120-160℃。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述步骤1）中流化床煅烧炉内的温度为650-900℃，所述脱镁分解气为N2、SO2、CO2、H2O、O2的混合气，脱镁分解气中SO2浓度为30~40%，所述脱镁分解气的温度为650-900℃。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述步骤2）中脱碳还原气N2、CO2、硫磺蒸气、SO2、CO、H2、CO2和H2O的混合物。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述步骤2）中脱碳还原气经过亚硫酸镁储仓换热后的温度为300-400℃。
8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述步骤3）中助燃空气在空气预热器内被加热至300-400℃，焚烧炉出口的烟气温度为1000-1200℃。
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魏巍.烟气氧化镁法脱硫技术研究.《山西能源与节能》.2004,(第3期),第20页左栏末段至21页右栏第1段、图2. *

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