CN109573955A - 一种硫酸盐炭热还原制备硫磺并回收脱硫剂的装置及工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种硫酸盐炭热还原制备硫磺并回收脱硫剂的装置及工艺,硫酸盐中加入碳材料后,在800℃‑1100℃分解为氧化钙和SO2浓度为5%‑30%的高温烟气,烟气中的高浓度SO2可通过与碳材料在高温下反应直接还原为单质硫蒸汽,进而可以回收单质硫。氧化钙等金属氧化物可代替石灰石作为湿法脱硫的脱硫剂,进而实现脱硫剂的循环使用。不仅可以缓解我国硫酸盐(主要是硫酸钙)难以处理的问题,同时还可以使其资源化利用,回收硫磺和相应的金属氧化物,缓解我国硫磺资源短缺的现状,降低硫磺资源的对外依存度。金属氧化物可代替石灰石作为湿法脱硫的脱硫剂,减少对石灰石资源的开采,保护生态环境。
Description
技术领域
本发明属于固废资源化利用领域,特别是涉及一种硫酸盐炭热还原制备硫磺并回收脱硫剂的装置及工艺。
背景技术
随着我国高浓度磷肥和磷酸工业的快速发展,副产物磷石膏的产量急剧增加,磷石膏的主要成分为CaSO4·2H2O,同时也含有少量的其他金属离子硫酸盐。目前我国磷石膏年排放量近亿吨,累积堆积量近5亿吨。目前国内磷石膏虽然有一定的利用途径,但都存在一定的问题,且处理量较小,无法缓解我国磷石膏的污染现状。磷石膏中含有酸性及有害物质,必须专门堆放,既占地又浪费资源,且磷石膏长期堆放会污染地下水。
随着我国环保要求的不断提高,燃煤电厂、钢铁厂等排放的含硫烟气需要设置烟气脱硫装置,其中以石灰石-石膏法为主的湿法脱硫机组占总装机容量的85%左右,该项技术虽然具有脱硫效率高、运行稳定等优点,但是需要消耗大量的石灰石,石灰石过度开采,不仅破坏生态环境,而且脱硫副产物为低品质脱硫石膏,价值低,难以利用。目前我国脱硫石膏年产量约为一亿吨,脱硫石膏的成分与磷石膏相似。
现有的烟气硫资源回收技术以及石膏硫资源化利用技术多数为制备硫酸,但是硫酸的储存和运输困难,其利用价值较低。硫磺在所有含硫产品中分子量最低,单位价值高;储存运输成本较低;且硫磺可作为大多数含硫产品的生产原料,用途广泛。我国又是硫磺资源短缺的国家,每年硫磺进口量及消耗量位居世界前列,对外依存度高,硫磺作为重要的化工原料之一,其市场价值和应用价值远远大于硫酸,现有硫磺制备方法为克劳斯硫磺回收工艺,此制备硫磺的工艺与硫酸盐煅烧回收硫资源方式无法有效结合。
发明内容
为了解决现有技术中存在的技术问题,本发明的目的是提供一种硫酸盐炭热还原制备硫磺并回收脱硫剂的装置及工艺。硫酸盐中加入碳材料后,在800℃-1100℃分解为氧化钙和SO2浓度为5%-30%的高温烟气,烟气中的高浓度SO2可通过与碳材料在高温下反应直接还原为单质硫蒸汽,进而可以回收单质硫。氧化钙等金属氧化物可代替石灰石作为湿法脱硫的脱硫剂,进而实现脱硫剂的循环使用。不仅可以缓解我国硫酸盐(主要是硫酸钙)难以处理的问题,同时还可以使其资源化利用,回收硫磺和相应的金属氧化物,缓解我国硫磺资源短缺的现状,降低硫磺资源的对外依存度。金属氧化物可代替石灰石作为湿法脱硫的脱硫剂,减少对石灰石资源的开采,保护生态环境。
为了解决以上技术问题,本发明的技术方案为:
一种硫酸盐炭热还原制备硫磺并回收脱硫剂的装置,包括物料混合仓、还原焙烧炉、
第一分离器、第二分离器、炭热还原塔、第三分离器、再热器、精除尘装置、硫磺回收装置和硫磺储罐,其中,所述物料混合仓用于混匀硫酸盐和碳材料粉末;
物料混合仓的出口端通过输送装置与所述还原焙烧炉的进口连接;
还原焙烧炉的出口端设置所述第一分离器,第一分离器的固体出口端与还原焙烧炉连通,第一分离器的气体出口端与第二分离器的进口连接,过滤装置连接于第二分离器的固体出口端;
第二分离器的气体出口端与炭热还原塔的进口连接,炭热还原塔的出口与第三分离器的进口连接,第三分离器的固体出口与炭热还原塔连接,第三分离器的气体出口与再热器的进口连接,再热器的出口与精除尘装置的入口连接,精除尘装置的出口与硫磺回收装置的入口连接,硫磺回收装置的出口与硫磺储罐连接。
硫酸盐的煅烧分解温度为1350℃-1400℃之间,但按特定比例加入碳材料粉末等还原性物质后,硫酸盐分解温度大大降低,分解温度约为800℃-1100℃,温度的降低不仅减少了能耗,同时降低后的温度与炭热还原SO2制备硫磺工艺的最佳温度相吻合,可以大大提高硫磺产品的转化率;硫酸盐焙烧,其主要成分为固体金属氧化物和高浓度SO2气体,部分SO2气体可以直接在还原焙烧炉中进行反应,得到单质硫蒸气,剩余SO2气体随煅烧烟气从还原焙烧炉中流出。
硫单质在还原焙烧炉内的高温状态下为气态,从还原焙烧炉出口流出的气流中携带有焙烧渣,焙烧渣中包括未焙烧完全的硫酸盐、金属氧化物和碳粉,其中比重最大的未焙烧完全的硫酸盐经第一分离器分离下来后,返回还原焙烧炉继续参与反应;比重较小的金属氧化物、碳粉以及高温烟气进入第二分离器,第二分离器将金属氧化物与碳粉从高温烟气中分离下来,进入过滤装置。高温烟气携带少量未分离完全的焙烧渣从金属氧化物高温分离器(第二分离器)出来后进入炭热还原塔中,高温烟气中的SO2与碳材料反应,SO2被还原成单质硫蒸气,从炭热还原塔中流出的还原气进入第三分离器,分离出还原气中携带的部分碳材料,碳材料被分离下来后返回炭热还原塔继续参与反应,第三分离器分离后的还原气进入再热器降温,这部分还原气释放的能量可以结合现场具体情况,将这部分能量充分利用。降温后的还原气进入精除尘装置,过滤掉还原气中未分离下来的少量固体粉尘;最后,还原气进入硫磺回收装置回收得到硫磺并储存在硫磺储罐中,剩余乏气输送至烟气净化系统经过净化后排放。
优选的,所述过滤装置所述过滤装置内设置有腔室,腔室的横截面上设置有过滤网,过滤网的上端设置第一出口,过滤网的下端设置第二出口。
过滤装置内设置有腔室,腔室内不断通入水,水将落下的金属氧化物溶解,得到碱液,碱液自过滤装置的第二出口流出,输送至脱硫塔进行脱硫,过滤网将不溶于水的碳粉拦截,拦截后的固体浆液自过滤装置的第一出口流出,经过烘干后送入还原焙烧炉烧掉。
优选的,所述物料混合仓分别与硫酸盐储仓和碳材料粉末储仓连接,炭热还原塔与碳材料粉末储仓连接。
将硫酸盐和碳材料粉末经过混匀后输送至还原焙烧炉进行煅烧分解,有利于提高硫酸盐分解的均匀性和分解效率,有利于减轻第一分离器的载荷。
优选的,所述还原焙烧炉的底部设置有燃烧器。
由于第一分离器将分离后的硫酸盐等固体颗粒重新循环回还原焙烧炉中进行焙烧分解,由于硫酸盐返回炉膛,可能会因为散热导致系统的温度下降,因此在还原焙烧炉的底部设置燃烧器,为系统补充热量。还原焙烧炉可以使煅烧反应更加完全。燃烧器燃料可以为煤粉、天然气、汽油、柴油等燃料。
优选的,所述第一分离器和第二分离器为高温旋风分离器或高温轴流分离器。
优选的,所述精除尘装置为金属网过滤器或陶瓷过滤器。
一种硫酸盐炭热还原制备硫磺并回收脱硫剂的工艺,包括如下步骤:
脱硫过程中产生的硫酸盐沉淀经过干燥后与碳材料粉末按照设定比例混匀,然后输送至还原焙烧炉在800℃-1100℃进行焙烧分解,焙烧时间为4s-200s;
还原焙烧炉出口处流出的气体中携带的比重大的未焙烧完全的硫酸盐经第一分离器分离下来后,返回还原焙烧炉继续参与反应;
气体中携带的比重小的金属氧化物和碳材料粉末经第二分离器分离下来,进入过滤装置,混合物中的金属氧化物溶解在水中,得到碱液,剩余的碳粉经过烘干再利用;
经第二分离器分离后的气体进入炭热还原塔中,气体中的SO2与碳材料发生还原反应,得到硫单质蒸气;从炭热还原塔中出来的还原气经气固分离、冷凝除尘、硫磺回收、净化后排放。
优选的,所述硫酸盐的粒径为60μm-3mm。
优选的,所述碳材料粉末为煤粉、活性焦、活性半焦、活性炭、炭化料或石墨。
进一步优选的,所述碳材料粉末的粒径为60μm-3mm。
优选的,进入还原焙烧炉中硫酸盐与碳材料粉末的质量比为8-11:1-2。
优选的,炭热还原塔中反应的温度为700℃-1000℃。
本发明的有益效果是:
本发明针对硫酸盐焙烧工艺中产生高浓度SO2烟气和各种金属氧化物,利用还原焙烧炉、炭热还原塔、高温分离器、硫磺回收装置等,通过精确控制各反应条件,将湿法脱硫产生的难以处理的固废硫酸盐进行炭热还原,在制备硫磺回收固废中硫资源的同时实现了脱硫剂的循环利用,不仅可以缓解我国硫磺资源紧缺的现状,降低硫资源对外依存度,同时实现了硫酸盐的资源化利用,为目前难以处理的硫酸盐固废提供了全新的可持续的无污染的处理方式,对于湿法脱硫等相关行业具有重大意义,具有广阔的市场前景。
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为一种硫酸盐炭热还原制备硫磺并回收脱硫剂的工艺及装置系统图。
其中,1、硫酸盐储仓,2、碳材料粉末储仓,3、物料混合仓,4、还原焙烧炉,5、第一分离器,6、第二分离器,7、过滤装置,8、炭热还原塔,9、第三分离器,10、再热器,11、精除尘装置,12、硫磺回收装置,13、硫磺储罐。
具体实施方式
应该指出,以下详细说明都是示例性的,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。
如图1所示,一种硫酸盐炭热还原制备硫磺并回收脱硫剂的装置,包括物料混合仓3、还原焙烧炉4、第一分离器5、第二分离器6、再热器10、精除尘装置11、硫磺回收装置12和硫磺储罐13,其中,所述物料混合仓3分别与硫酸盐储仓1和碳材料粉末储仓2连接,用于混匀硫酸盐和碳材料粉末;物料混合仓3的出口端通过输送装置与所述还原焙烧炉4的进口连接;还原焙烧炉4的出口端设置所述第一分离器5,第一分离器5的固体出口端与还原焙烧炉4连通,第一分离器5的气体出口端与第二分离器6的进口连接,过滤装置7连接于第二分离器6的固体出口端;过滤装置7内设置有腔室,腔室内不断通入水,水将落下的金属氧化物溶解,得到碱液,碱液自过滤装置7的第二出口流出,输送至脱硫塔进行脱硫,过滤网将不溶于水的碳粉拦截,拦截后的固体浆液自过滤装置的第一出口流出,经过烘干后送入还原焙烧炉4烧掉。
第二分离器6的气体出口端与炭热还原塔8的进口连接,炭热还原塔8的出口与第三分离器9的进口连接,第三分离器9的固体出口与炭热还原塔8连接,第三分离器9的气体出口与再热器8的进口连接,再热器8的出口与精除尘装置9的入口连接,精除尘装置9的出口与硫磺回收装置10的入口连接,硫磺回收装置10的出口与硫磺储罐11连接。硫磺回收装置10的结构与克劳斯工艺硫回收装置的结构基本相同。
还原焙烧炉的底部设置有燃烧器。第一分离器5和第二分离器6为高温旋风分离器或高温轴流分离器。精除尘装置9为金属网过滤器或陶瓷过滤器。
所述炭热还原塔可以为流化床、气流床、鼓泡床等多种形式;
所述还原焙烧炉,可以为气流床、流化床、沸腾床、回转窑等多种形式。
干燥后的硫酸盐与碳材料按照一定比例混合后送入还原焙烧炉4,焙烧温度为800℃-1100℃,焙烧时间4s-12s,焙烧后的产物为粉状焙烧渣与高温烟气,高温烟气中SO2含量为5%-30%,单质硫蒸气的含量为5%-25%;高温烟气携带粉状焙烧渣从还原焙烧炉中出来后进入第一分离器5,焙烧渣中比重最大的未焙烧完全的硫酸盐分离下来返回还原焙烧炉4继续参与反应;比重较小的金属氧化物、碳粉以及高温烟气进入第二分离器6,这个过程中,金属氧化物与碳粉从高温烟气中分离下来,进入过滤装置7,金属氧化物与水反应生成相应的碱溶液,返回脱硫塔作为脱硫剂循环利用,不溶于水的碳粉过滤干燥后送入燃烧器烧掉;分离出金属氧化物和碳材料的高温烟气进入炭热还原塔8,高温烟气中的SO2与还原性碳材料或烟气中的还原性气体发生反应,SO2被还原为单质硫蒸气;还原气从炭热还原塔8中携带部分粉状碳材料进入第三分离器9,碳材料被分离下来后返回炭热还原塔8继续参与反应,还原气则进入再热器10降温,这部分还原气释放的能量可以结合现场具体情况,将这部分能量充分利用;降温后的还原气进入精除尘装置11,过滤掉前面碳材料高温分离器未分离下来的少量固体粉尘;最后,还原气进入硫磺回收装置12回收得到硫磺并储存在硫磺储罐13中,剩余乏气进入大系统的烟气净化系统净化后排出。
上述气体输送过程由引风机或送风机提供输送动力。
碳材料储仓1出口、硫酸盐储仓2出口以及物料混合仓3出口处设锁气给料机,精确控制输料量的同时保证系统的密封性。
还原焙烧炉的外部设保温层,左侧炉膛上部与右侧炉膛底部设燃烧器,有助于维持反应炉内的温度,促进反应的进行。燃烧器燃料可以为煤粉、天然气、汽油、柴油等燃料。
硫酸盐在还原焙烧炉焙烧,调节气温度800-1100℃,反应时间为4~200s,过量空气系数<1。SO2与碳材料或者还原性气体在700℃-1000℃环境下发生氧化还原反应,其反应产物为单质硫蒸气、CO2、CO等气体,反应时间与反应温度、气体氛围、粒径、当量比、气固混合密切相关。还原气经过高温分离器分离粉状焙烧渣,再经再热器降温后进入细粉分离器进行二次除尘,由硫磺冷凝器冷凝回收硫磺。回收硫磺纯度达到99.7%以上,符合工业硫磺一等品标准。
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 (10)
1.一种硫酸盐炭热还原制备硫磺并回收脱硫剂的装置,其特征在于:一种硫酸盐炭热还原制备硫磺并回收脱硫剂的装置,包括物料混合仓、还原焙烧炉、第一分离器、第二分离器、炭热还原塔、第三分离器、再热器、精除尘装置、硫磺回收装置和硫磺储罐,其中,所述物料混合仓用于混匀硫酸盐和碳材料粉末;
物料混合仓的出口端通过输送装置与所述还原焙烧炉的进口连接;
还原焙烧炉的出口端设置所述第一分离器,第一分离器的固体出口端与还原焙烧炉连通,第一分离器的气体出口端与第二分离器的进口连接,过滤装置连接于第二分离器的固体出口端;
第二分离器的气体出口端与炭热还原塔的进口连接,炭热还原塔的出口与第三分离器的进口连接,第三分离器的固体出口与炭热还原塔连接,第三分离器的气体出口与再热器的进口连接,再热器的出口与精除尘装置的入口连接,精除尘装置的出口与硫磺回收装置的入口连接,硫磺回收装置的出口与硫磺储罐连接。
2.根据权利要求1所述的装置,其特征在于:所述过滤装置所述过滤装置内设置有腔室,腔室的横截面上设置有过滤网,过滤网的上端设置第一出口,过滤网的下端设置第二出口。
3.根据权利要求1所述的装置,其特征在于:所述物料混合仓分别与硫酸盐储仓和碳材料粉末储仓连接,炭热还原塔与碳材料粉末储仓连接。
4.根据权利要求1所述的装置,其特征在于:所述还原焙烧炉的底部设置有燃烧器。
5.根据权利要求1所述的装置,其特征在于:所述精除尘装置为金属网过滤器或陶瓷过滤器。
6.一种硫酸盐炭热还原制备硫磺并回收脱硫剂的工艺,其特征在于:包括如下步骤:
脱硫过程中产生的硫酸盐沉淀经过干燥后与碳材料粉末按照设定比例混匀,然后输送至还原焙烧炉在800℃-1100℃进行焙烧分解,焙烧时间为4s-200s;
还原焙烧炉出口处流出的气体中携带的比重大的未焙烧完全的硫酸盐经第一分离器分离下来后,返回还原焙烧炉继续参与反应;
气体中携带的比重小的金属氧化物和碳材料粉末经第二分离器分离下来,进入过滤装置,混合物中的金属氧化物溶解在水中,得到碱液,剩余的碳粉经过烘干再利用;
经第二分离器分离后的气体进入炭热还原塔中,气体中的SO2与碳材料粉末发生还原反应,得到硫单质蒸气;从炭热还原塔中出来的烟气经气固分离、冷凝除尘、硫磺回收、净化后排放。
7.根据权利要求6所述的工艺,其特征在于:所述硫酸盐的粒径为60μm-3mm。
8.根据权利要求6所述的工艺,其特征在于:所述碳材料粉末为煤粉、活性焦、活性半焦、活性炭、炭化料或石墨。
9.根据权利要求6所述的工艺,其特征在于:所述碳材料粉末的粒径为60μm-3mm。
10.根据权利要求6所述的工艺,其特征在于:进入还原焙烧炉中硫酸盐与碳材料粉末的质量比为8-11:1-2。
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CN109573955B (zh) | 2020-09-01 |
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