CN113816345A - 一种含硫气体干法制酸的方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种含硫气体干法制酸的方法及系统，将除尘后的含硫气体与空气混合后通入焚烧炉进行焚烧，所得含SO2高温气体经冷却后与水蒸气混合进行增压，然后进行催化和干法冷却，气体中SO2被催化氧化成SO3，并经干法冷却得到冷气流和热气流，所得冷气流中的SO3气体和水蒸气混合直接生成的硫酸液体并回收，除硫后的冷气流返回用于冷却焚烧所得的含SO2高温气体，所得热气流经换热降温后返回增压系统中重复以上步骤，即可。所述系统包括预混合器、焚烧炉、冷却器、气体增压系统、涡流管、气液分离器及换热器。本发明采用干法制酸，通过涡流冷却，有效提高含硫气体中硫的转化率；本发明处理过程中无二次污染，环保经济，操作简便，适合大规模应用。
Description
技术领域
本发明属于有脱硫技术领域，具体涉及一种含硫气体干法制酸的方法及系统。
背景技术
硫是煤中的主要杂质，主要包括有机硫化合物和无机硫化合物。在煤的热解过程中，含硫化合物会发生脱附、分解等一系列变化，释放出相应形式的含硫气体，这些气体的排放带来一系列严重的环境问题，危害人们的身体健康和生态环境。从资源的可持续发展和环境保护的角度来看，如何有效抑制煤加工热解过程中含硫气体排放，实现煤的清洁高效利用已经成为脱硫技术领域的重要研究内容。
目前，对煤热解后的脱硫技术主要为湿法脱硫和干法脱硫，脱硫效率在95%以上。例如用于烟气脱硫的喷淋塔，不仅设备复杂，脱除率低，且投资及运行费用较高，占用场地大。中国专利（CN204735111U）公开了一种双级分区喷淋脱硫塔装置，含硫气体进入塔体，在上下两级循环脱硫区经脱硫浆液逆流洗涤脱除，该装置脱除率高，运行能耗低，但其洗涤冷却后的洗涤液已经吸收含硫气体，会产生大量废液，此外脱硫浆液中所用的吸附剂量多，含硫气体在喷淋塔内停留时间长，处理速度较慢。中国专利（CN106390727A）公开了一种处理低温烟气的干法脱硫方法，低温含硫气体进入干法脱硫系统中，与系统中的吸附剂和有机溶剂水溶液反应生成干态副产物，该方法吸附剂用量较少，处理速度快，但所用有机试剂含有酮类和醚类有毒有害溶剂，且还有低浓度含硫气体溢出，容易造成二次污染，不适合含硫气体量大的环境应用。
基于此，本申请提出一种高效率、无二次污染及可资源化回收利用的含硫气体干法制酸的方法及系统。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种含硫气体干法制酸的方法：本发明的第二目的在于提供一种实现含硫气体干法制酸的方法的系统。
本发明的第一目的是这样实现的，所述方法是将除尘后的含硫气体与空气混合后通入焚烧炉进行焚烧，所得含SO2高温气体经冷却后与水蒸气混合进行增压，然后进行催化和干法冷却，气体中SO2被催化氧化成SO3，并经干法冷却得到冷气流和热气流，所得冷气流中的SO3气体和水蒸气混合直接生成的硫酸液体并回收，除硫后的冷气流返回用于冷却焚烧所得的含SO2高温气体，所得热气流经换热降温后返回增压系统中重复以上步骤，即可。
本发明的第二目的是这样实现的，实现所述含硫气体干法制酸的方法的系统，包括预混合器、焚烧炉、冷却器、气体增压系统、涡流管、气液分离器、换热器，所述的预混合器进气端接入除尘后的含硫气体和空气，排气端通过管道依次与焚烧炉、冷却器、气体增压系统连接，所述涡流管的进气端通过管道与气体增压系统的排气端连接，所述涡流管的冷气排出端通过管道与气液分离器连接，所述气液分离器上部设置有气体排出口，通过管道将气液分离后的气体返回冷却器外套设的用于换热的管道中，所述气液分离器的下部设置有硫酸收集装置，所述涡流管的热气排出端通过管道与换热器进气端连接，经过换热后的气体通过管道返回气体增压系统。
本发明的有益效果：本发明采用干法制酸，含硫气体经高温焚烧和催化氧化，通过涡流冷却得到硫酸，有效提高制酸效率和质量；本发明处理过程中无废液产生，无二次污染，环保经济；本发明系统由预混合器、焚烧炉、冷却器、气体增压系统、涡流管、气液分离器、换热器组成，预混合器将除尘后的含硫气体与空气混合得到混合气体，焚烧炉将混合气体焚烧生成SO2气体，冷却器将高温SO2气体冷却，气体增压系统将SO2气体和水蒸气增压送入涡流管，涡流管进口端内的催化剂将SO2气体催化氧化成SO3气体，然后进一步处理得到冷气流和热气流，其中热气流经换热降温后返回增压系统，冷气流中的SO3和水蒸气的混合气体直接冷却生成硫酸并经气液分离器将硫酸液体分离回收，分离后的气体返回用于冷却高温SO2，实现循环利用，提高冷却器的效率，节约能耗；本发明具有结构简单，操作简便，无二次污染和高效资源化的特点，有一定的应用价值和现实意义。
附图说明
图1为本发明方法流程示意图；
图2为本发明系统结构示意图；
图中：1-预混合器，2-焚烧炉，3-冷却器，4-气体增压系统，5-涡流管，6-气液分离器，7-换热器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变换或替换，均属于本发明的保护范围。
如附图1所示，本发明所述的含硫气体干法制酸的方法，将除尘后的含硫气体与空气混合后通入焚烧炉进行焚烧，所得含SO2高温气体经冷却后与水蒸气混合进行增压，然后进行催化和干法冷却，气体中SO2被催化氧化成SO3，并经干法冷却得到冷气流和热气流，所得冷气流中的SO3气体和水蒸气混合直接生成的硫酸液体并回收，除硫后的冷气流返回用于冷却焚烧所得的含SO2高温气体，所得热气流经换热降温后返回增压系统中重复以上步骤，即可。
进一步的，所述的含硫气体为含S、SO2、COS、C4H4S、H2S、硫醇和其他有机硫气体中的一种或多种。
进一步的，当所述的含硫气体为含SO2气体时，可省略焚烧步骤，即将含SO2气体直接与空气混合后经冷却与水蒸气混合进行增压，即可。
进一步的，所述催化也可在增压步骤之前，先将含SO2高温气体经冷却后直接进行催化，再与水蒸气混合进行增压。
进一步的，所述的焚烧温度为800℃~1100℃。
进一步的，所述的冷却温度350℃~500℃。
进一步的，所述的冷却温度380℃~450℃。
进一步的，所述的增压为增压至0.4~1.2MPa。
进一步的，所述的干法冷却为涡流冷却，冷气流温度为90℃~175℃。
本发明所述的含硫气体干法制酸的方法的系统，包括预混合器1、焚烧炉2、冷却器3、气体增压系统4、涡流管5、气液分离器6、换热器7，所述的预混合器1进气端接入除尘后的含硫气体和空气，排气端通过管道依次与焚烧炉2、冷却器3、气体增压系统4连接，所述涡流管5的进气端通过管道与气体增压系统4的排气端连接，所述涡流管5的冷气排出端通过管道与气液分离器6连接，所述气液分离器6上部设置有气体排出口，通过管道将气液分离后的气体返回冷却器3外套设的用于换热的管道中，所述气液分离器6的下部设置有硫酸收集装置，所述涡流管5的热气排出端通过管道与换热器7进气端连接，经过换热后的气体通过管道返回气体增压系统4。
进一步的，所述涡流管5进气端内壁装有催化剂。
进一步的，所述的催化剂为VK38、VK48、VK-WSA、VK58、VK59、VK69任一种或多种。
进一步的，所述催化剂为五氧化二钒。
进一步的，所述的换热器7有多个，且相互串联；所述涡流管5热气排出口排出的热气流依次经过相互串联的多个换热器7，在各个换热器7内分别换热降温，使得出气达到与待增压的SO2气体相同温度。
进一步的，所述换热器7为水换热器，在用于涡流管5热气排出口排出的热气流降温的同时，产生水蒸气或者过热水蒸气用于增压前的混合。
如附图1~附图2所示，实现所述的含硫气体干法制酸的方法的系统，包括预混合器1、焚烧炉2、冷却器3、气体增压系统4、涡流管5、气液分离器6、换热器7；预混合器1将除尘后的含硫气体和空气混合；焚烧炉2将混合气体焚烧生成高温SO2气体；冷却器3将高温SO2气体冷却至催化温度；气体增压系统4将SO2气体和水蒸气增压，以便于满足涡流管5制冷需要，其中SO2气体在涡流管进口端将被催化剂催化氧化生成SO3气体；气体在涡流管5内发生涡流效应，较低温度的冷气流从冷气排出端排出，较高温度的热气流从热气排出端排出，涡流管5的冷气排出端通常包含有控制阀，可以通过调节控制阀来调节气体的流量、冷气排出端的出气温度，以便于达到硫酸凝结的温度；换热器7用于回收热气流的热能，避免影响待增压混合气体的温度，回收的热能可用于水蒸气的制备或者送至焚烧炉2利用；已将硫回收的不含SO3气体的冷气流通过管道送至冷却器3中用于冷却，换热后直接排空即可；气液分离器6将气体与液体分离。
下面结合实施例1~实施例5对本发明作进一步说明。
实施例1
将除尘后的H2S废气与空气混合后送入焚烧炉，800℃焚烧生成SO2气体，高温气体进入冷却器冷却至350℃~380℃，冷却的SO2气体与来自换热器出口端的水蒸气进入气体增压系统，增压至0.5MPa后进入涡流管，其中增压气体中的SO2气体与涡流管进口端的VK69催化剂反应氧化生成SO3，然后涡流冷却得到冷气流和热气流，所得冷气流温度为98℃，SO3气体与水蒸气的混合气直接冷却生成硫酸，进入气液分离器中与气体分离得到硫酸液体并回收，气液分离后的气体返回冷却器冷却高温SO2，所得热气流经换热降温后返回增压系统中增压重复以上步骤，即可；所述的热气流换热降温至与冷却后的SO2气体相同温度。本实施例硫的转化率为97.8%。
实施例2
将除尘后的有机硫废气与空气混合后送入焚烧炉，900℃焚烧生成SO2气体，高温气体进入冷却器冷却至380℃~410℃，冷却的SO2气体与来自换热器出口端的水蒸气进入气体增压系统，增压至0.6MPa后进入涡流管，其中增压气体中的SO2气体与涡流管进口端的VK-WSA催化剂反应氧化生成SO3，然后涡流冷却得到冷气流和热气流，所得冷气流温度为105℃，SO3气体与水蒸气的混合气直接冷却生成硫酸，进入气液分离器中与气体分离得到硫酸液体并回收，气液分离后的气体返回冷却器冷却高温SO2，所得热气流经换热降温后返回增压系统中增压重复以上步骤，即可；所述的热气流换热降温至与冷却后的SO2气体相同温度。本实施例硫的转化率为98%。
实施例3
将除尘后的COS废气与空气混合后送入焚烧炉，960℃焚烧生成SO2气体，高温气体进入冷却器冷却至390℃~425℃，冷却的SO2气体与来自换热器出口端的水蒸气进入气体增压系统，增压至0.8MPa后进入涡流管，其中增压气体中的SO2气体与涡流管进口端的VK48催化剂反应氧化生成SO3，然后涡流冷却得到冷气流和热气流，所得冷气流温度为100℃，SO3气体与水蒸气的混合气直接冷却生成硫酸，进入气液分离器中与气体分离得到硫酸液体并回收，气液分离后的气体返回冷却器冷却高温SO2，所得热气流经换热降温后返回增压系统中增压重复以上步骤，即可；所述的热气流换热降温至与冷却后的SO2气体相同温度。本实施例硫的转化率为98.2%。
实施例4
将除尘后的S、SO2和H2S混合废气与空气混合后送入焚烧炉，980℃焚烧生成SO2气体，高温气体进入冷却器冷却至390℃~425℃，冷却的SO2气体与来自换热器出口端的水蒸气进入气体增压系统，增压至1.0MPa后进入涡流管，其中增压气体中的SO2气体与涡流管进口端的VK59催化剂反应氧化生成SO3，然后涡流冷却得到冷气流和热气流，所得冷气流温度为110℃，SO3气体与水蒸气的混合气直接冷却生成硫酸，进入气液分离器中与气体分离得到硫酸液体并回收，气液分离后的气体返回冷却器冷却高温SO2，所得热气流经换热降温后返回增压系统中增压重复以上步骤，即可；所述的热气流换热降温至与冷却后的SO2气体相同温度。本实施例硫的转化率为98.5%。
实施例5
将除尘后的S、H2S和C4H4S混合废气与空气混合后送入焚烧炉，1050℃焚烧生成SO2气体，高温气体进入冷却器冷却至400℃~430℃，冷却的SO2气体与来自换热器出口端的水蒸气进入气体增压系统，增压至1.0 MPa后进入涡流管，其中增压气体中的SO2气体与涡流管进口端的VK58催化剂反应氧化生成SO3，然后涡流冷却得到冷气流和热气流，所得冷气流温度为102℃，SO3气体与水蒸气的混合气直接冷却生成硫酸，进入气液分离器中与气体分离得到硫酸液体并回收，气液分离后的气体返回冷却器冷却高温SO2，所得热气流经换热降温后返回增压系统中增压重复以上步骤，即可；所述的热气流换热降温至与冷却后的SO2气体相同温度。本实施例硫的转化率为98.8%。
Claims (10)
1.一种含硫气体干法制酸的方法，其特征在于将除尘后的含硫气体与空气混合后通入焚烧炉进行焚烧，所得含SO2高温气体经冷却后与水蒸气混合进行增压，然后进行催化和干法冷却，气体中SO2被催化氧化成SO3，并经干法冷却得到冷气流和热气流，所得冷气流中的SO3气体和水蒸气混合直接生成的硫酸液体并回收，除硫后的冷气流返回用于冷却焚烧所得的含SO2高温气体，所得热气流经换热降温后返回增压系统中重复以上步骤，即可。
2.根据权利要求1所述的含硫气体干法制酸的方法，其特征在于所述的含硫气体为S、SO2、COS、C4H4S、H2S、硫醇和其他有机硫气体中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的含硫气体干法制酸的方法，其特征在于所述的焚烧温度为800℃~1100℃。
4.根据权利要求1所述的含硫气体干法制酸的方法，其特征在于所述的冷却温度350℃~500℃。
5.根据权利要求1所述的含硫气体干法制酸的方法，其特征在于所述的增压为增压至0.4~1.2MPa。
6.根据权利要求1所述的含硫气体干法制酸的方法，其特征在于所述的干法冷却为涡流冷却，冷气流温度为90℃~175℃。
7.一种实现根据权利要求1~6任一所述的含硫气体干法制酸的方法的系统，其特征在于包括预混合器（1）、焚烧炉（2）、冷却器（3）、气体增压系统（4）、涡流管（5）、气液分离器（6）、换热器（7），所述的预混合器（1）进气端接入除尘后的含硫气体和空气，排气端通过管道依次与焚烧炉（2）、冷却器（3）、气体增压系统（4）连接，所述涡流管（5）的进气端通过管道与气体增压系统（4）的排气端连接，所述涡流管（5）的冷气排出口通过管道与气液分离器（6）连接，所述气液分离器（6）上部设置有气体排出口，通过管道将气液分离后的气体返回冷却器（3）外套设的用于换热的管道中，所述气液分离器（6）的下部设置有硫酸收集装置，所述涡流管（5）的热气排出口通过管道与换热器（7）进气端连接，经过换热后的气体通过管道返回气体增压系统（4）。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于所述涡流管（5）进气端内壁装有催化剂。
9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于所述的催化剂为VK38、VK48、VK-WSA、VK58、VK59、VK69任一种或多种。
10.根据权利要求7所述的系统，其特征在于所述的换热器（7）有多个，且相互串联；所述涡流管（5）热气排出口排出的热气流依次经过相互串联的多个换热器（7），在各个换热器（7）内分别换热降温，使得出气达到与待增压的SO2气体相同温度。
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