CN208532230U - 一种活性焦二氧化硫解析还原硫磺一体化的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种活性焦二氧化硫解析还原硫磺一体化的装置，属于空气污染物处理及资源化利用领域。该装置包括解析还原塔和与解析还原塔气体出口连接的冷却塔，解析还原塔的顶部为物料进口，底部为物料出口；解析还原塔内部从上到下依次为预热段、解析段、碳热还原段、冷却段；预热段、解析段、碳热还原段、冷却段的上方设置气体导出均料装置；冷却塔从上到下依次为高温分离器、再热器、冷凝器、液硫收集器；解析还原塔的气体出口与高温分离器的顶部连接；液硫收集器的乏气出口依次连接催化还原器、后处理器；液硫收集器的液体出口下方设置硫磺储罐；解析还原塔的外壁与预热段、解析段、碳热还原段、冷却段对应的位置设置换热介质管箱。

Description

一种活性焦二氧化硫解析还原硫磺一体化的装置

技术领域

本实用新型属于空气污染物处理及资源化利用领域，特别涉及到一种活性焦二氧化硫解析还原硫磺一体化的装置与方法。

背景技术

鉴于目前环保局势的严峻性，实现清洁高效的能源利用是很多研究学者的主要研究方向。目前被公认的三大污染物分别是SO₂、NOx和烟尘，大部分的释放源来自于燃煤电厂和钢铁行业，其中最为重要的是对烟气中SO₂的控制和处理。当前电厂多采用石灰石-石膏湿法脱硫技术对烟气中的SO₂进行处理，该技术具有脱硫效率高，工艺过程简单等优点，但是也存在水耗巨大，形成大量的劣质脱硫石膏(CaSO₄.2H₂O)易造成环境二次污染等缺点。以煤炭为原料制备的活性焦干法脱硫技术，由于活性焦脱硫剂可重复利用、无水耗且无二次污染物生成等诸多优点而被广泛研究和利用。其中SO₂在活性焦复杂孔隙结构中是以硫酸的形式存在的，从吸附饱和的活性焦中解析出SO₂并且实现SO₂的洁净处理或资源化利用尤为重要。现有技术中先用活性炭或活性焦先吸附SO₂，然后将活性炭或活性焦进行解析，并将SO₂与还原剂及煤等物质反应，使SO₂还原为硫蒸气，也就是说现有技术中都是将解析后的活性炭/焦与SO₂分开处理在合成硫，没有实现解析回收硫的一体化处理。

实用新型内容

针对上述现有技术中存在的问题，本实用新型的一个目的是提供一种活性焦二氧化硫解析还原硫磺一体化的装置。

为了解决以上技术问题，本实用新型的技术方案为：

一种活性焦二氧化硫解析还原硫磺一体化的装置，包括解析还原塔和与解析还原塔气体出口连接的冷却塔，解析还原塔的顶部为物料进口，底部为物料出口；解析还原塔内部从上到下依次为预热段、解析段、碳热还原段、冷却段；冷却塔从上到下依次由高温分离器、再热器、冷凝器、液硫收集器组成；解析还原塔的解析段的气体出口与高温分离器的顶部连接；液硫收集器的乏气出口依次连接催化还原器、后处理器；液硫收集器的液体出口的侧下方设置硫磺储罐；解析还原塔的外壁与预热段、解析段、碳热还原段、冷却段对应的位置设置换热介质管箱。

本申请中解析还原塔内分为预热段、解析段、碳热还原段、冷却段，解析还原塔的外壁与预热段、解析段、碳热还原段、冷却段对应的位置设置换热介质管箱；先解析然后再与SO₂反应生成硫蒸气，最后冷却回收剩余活性焦，通过分段加热的方式实现了吸附了SO₂的活性焦的解析和回收硫的一体化处理，与现有技术的单独设置反应装置使SO₂进行还原相比，本申请的处理方式更简单，更有效，实现污染物的高效脱除与资源化利用。

优选的，预热段、解析段、碳热还原段、冷却段的上方设置气体导出均料装置；解析还原塔入口处设置导流锥。

进一步优选的，气体导出均料装置由支撑板、输料漏斗、多孔网状板和排气管组合而成；输料漏斗穿过多孔网状板，输料漏斗的敞口部分位于多孔网状板的上方，输料漏斗的收口部分位于多孔网状板的下侧，支撑板用于固定输料漏斗和承受部分物料重量作用；多孔网状板上方、支撑板下方、相邻输料漏斗之间形成气体空间。

输料漏斗用于物料收集与分配，多孔网状板用于粉状吸附材料惯性分离，提高收集气体的洁净程度；输料漏斗下部料管位于料层以下，用来防止析出气体反窜形成气塞，相邻输料漏斗之间的槽形成气体空间并与排气管相连，进而将析出气体排出。

优选的，催化还原器与后处理器连接的管道设置乏气分管道，乏气分管道依次与再热器的乏气进口管道和乏气出口管道连接；乏气分管道与再热器的乏气进口管道连接形成连接口一，乏气分管道与再热器的乏气出口管道连接形成连接口二；连接口一和连接口二之间设置阀门；乏气管道的出口连接碳热还原段料层的底部。

换热介质管箱为换热介质流动的通道。

作为本申请的一种实施方式，解析段的气体出口和冷却段的气体出口与碳热还原段的底部连接；换热介质从换热介质管箱的冷却段下部开口进入冷却段，被加热的空气向上运动，换热介质管箱的冷却段上部开口与燃烧器连接；燃烧器烟气进入碳热还原段的换热介质管箱；最后从换热介质管箱的预热段开口排出，换热介质与吸附材料逆向换热。

解析段和冷却段的SO₂气体进入碳热还原段；乏气回收和再利用，乏气经过再热器被加热后进入碳热还原段与物料逆流接触，燃烧器的高温气体进入碳热还原段换热管箱。

作为本申请的另一种实施方式，解析段的气体出口和冷却段的气体出口连接燃烧器，燃烧器的出口连接碳热还原段的底部；换热介质从换热介质管箱的冷却段下部开口进入冷却段，被加热的空气向上运动，从换热介质管箱的冷却段上部开口流出；换热介质从换热介质管箱的碳热还原段开口进入，从换热介质管箱的预热段开口流出。

实现了乏气的回收和再利用，解析段的气体和冷却段的气体被燃烧器燃烧后热量和SO₂气体进入碳热还原段被利用，通过燃烧器烧掉解析段和冷却段的SO₂气体中的有机气体，提高硫磺纯度。燃烧器的高温气体进入碳热还原段的底部，高温气体向上运动与活性焦逆向接触加热活性焦和SO₂气体，SO₂气体与活性焦反应。

以上两种实施方式，乏气的回收和再利用是指：乏气中残余的含硫副产物(H₂S、COS、CS₂等)具有抑制解析还原塔内碳热还原段新的含硫副产物生成的作用。

优选的，预热段、解析段、碳热还原段、冷却段的内部空间设置水平或竖直错列的换热管。

换热管的间距和位置根据活性焦的形状来确定，活性焦为粉状选择水平错列换热管，活性焦为柱状选择竖直错列换热管。换热管实现了对活性焦的均匀加热。

优选的，高温分离器为轴流导叶式旋流器，旋流器部件均为耐高温耐磨的材料制成。

进一步优选的，旋流器部件的材料为310s合金钢或者陶瓷材料。

高温分离器回收含硫混合气中夹带的活性焦吸附剂颗粒，提高硫磺蒸汽的洁净度。

优选的，再热器、冷凝器内部设置竖向错列布置的换热管。

再热器回收含硫混合气中的热量，换热介质为系统乏气，含硫混合气走管内，系统乏气走管外。

冷凝器内含硫混合气走管内，换热介质走管外。

优选的，液硫收集装置将液硫导入到硫磺储罐，将剩余乏气一部分送入再热器，一部分送入后处理器。

优选的，后处理器将乏气进行脱酸，除尘净化得到的洁净乏气排出。

本实用新型的有益效果：

本实用新型提出一种活性焦二氧化硫解析还原硫磺一体化的装置与方法，根据载硫活性焦吸附剂的解析和碳热还原反应过程所需条件，控制反应器内区间的温度分布，使解析和碳热还原过程在同一反应器下完成，减小系统的复杂程度，使系统结构更紧凑，同时回收高纯度硫，并且根据碳热还原段热量的给入方式不同提出两种燃烧器布置方式。能够实现燃煤烟气中SO₂的脱除与硫的资源化利用，具有广阔的应用前景。

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1一种活性焦二氧化硫解析还原硫磺一体化的工艺与装置(布置方式1)；

图2一种活性焦二氧化硫解析还原硫磺一体化的工艺与装置(布置方式2)；

图3为气体导出均料装置的仰视图；

图4为气体导出均料装置的侧视图。

其中：1、解析还原塔；2、预热段；3、解析段；4、碳热还原段；5、燃烧器；6、冷却段；7、高温分离器；8、再热器；9、冷凝器；10、液硫收集装置；11、液硫储罐；12、催化还原器；13、后处理器；14、导流锥；15、气体导出均料装置；16、换热介质管箱；17、风机；18、支撑板；19、输料漏斗；20、多孔网状板；21、排气管。

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。

一种活性焦二氧化硫解析还原硫磺一体化的装置的结构包括解析还原塔1和与解析还原塔1气体出口连接的冷却塔；解析还原塔1的顶部为物料进口，底部为物料出口；解析还原塔1内部从上到下依次为预热段2、解析段3、碳热还原段4、冷却段5；冷却塔从上到下依次为高温分离器7、再热器8、冷凝器9、液硫收集器10；解析还原塔1的气体出口与高温分离器7的顶部连接；液硫收集器10的乏气出口依次连接催化还原器12、后处理器 13；液硫收集器10的液体出口下方设置硫磺储罐11；解析还原塔1的外壁与预热段2、解析段3、碳热还原段4、冷却段6对应的位置设置换热介质管箱16。

预热段2、解析段3、碳热还原段4、冷却段6的上方设置气体导出均料装置15。

解析还原塔1的入口设置导流锥。

预热段2、解析段3、碳热还原段4、冷却段6的气体导出均料装置15处设置气体出口16；解析还原塔1的碳热还原段4气体出口通过气体管道连接冷却塔。

催化还原器12和后处理器13连接的管道上乏气分管道的前方设置风机17。

一种活性焦二氧化硫解析还原硫磺一体化的方法，具体步骤为：

1)载硫活性焦吸附剂在解析还原塔预热段被加热析出吸附剂中的水分，析出的水蒸气通过位于预热段上部的气体导出均料装置导出，确保塔内的压力在正常范围内；在解析段吸附剂中吸附的二氧化硫脱附离开解析段被送入碳热还原段；脱附SO₂的活性焦吸附剂在碳热还原段与解析的SO₂气体发生碳热还原反应生成硫单质，以气相形式离开解析还原塔进入冷却塔内；解析SO₂的活性焦吸附剂为再生活性焦，在冷却段残余的SO₂气体释放导出并进入碳热还原段还原成硫，再生活性焦离开解析还原塔返回脱硫塔继续吸附SO₂；吸附剂的加热和冷却过程均采用换热器间接加热，且与换热介质呈逆式换热；

碳热还原段主要反应为C+SO₂＝CO₂+S；

还包含其他副反应：

C+CO₂＝2CO；

C+H₂O＝CO+H₂；

2CO+SO₂＝2CO₂+S；

2H₂+SO₂＝2H₂O+S；

2)解析还原塔产生的含硫混合气送到冷却塔内依次经过高温分离器、再热器、冷凝器和液硫收集装置回收硫蒸汽中的活性焦吸附剂、含硫混合气热量和硫磺，最终硫磺以液态的形式储存在液硫储罐中；高温分离器回收含硫混合气中夹带的活性焦吸附剂颗粒；再热器回收含硫混合气中的热量，同时乏气被加热；冷凝器将硫蒸气冷凝；冷凝的液态硫磺沿冷凝器管壁流入液硫收集装置，液硫收集装置将液硫导入硫磺储罐，将乏气送入催化还原装置，催化还原装置再次回收乏气中的部分液硫，随后一部分乏气经再热器加热后送回解析还原塔碳热还原段活性焦中，利用残余的含硫副产物(H₂S、COS、CS₂等)抑制塔内新的含硫副产物生成，另一部分乏气进入后处理装置脱酸、除尘净化成洁净乏气后排出。

优选的，活性焦在预热段被加热到105～150℃。

优选的，活性焦在解析段被加热到300～500℃。

优选的，活性焦在碳热还原段被加热到600～1000℃。

优选的，活性焦在冷却段被冷却后的温度为50～90℃。

优选的，再热器出口处的含硫混合气的温度为400～700℃。

优选的，再热器出口处的乏气的温度为300～600℃。

优选的，冷凝器出口的乏气温度为120-160℃。

下面结合附图对本申请的结构和工艺过程进一步说明：

如图1所示，解析还原塔1竖直布置，塔内从上到下依次分为预热段2、解析段3、碳热还原段4和冷却段6，每段各自布置换热管对载硫活性焦和再生活性焦进行换热，根据活性焦外形的可以用不同的换热管布置方式。对于粉状活性焦(直径50μm～1mm)，考虑换热管水平错列布置，粉状活性焦走管外，换热介质走管内；对于柱状活性焦(圆柱直径1mm～9mm)，考虑换热管竖直布置，柱状活性焦走管内，换热介质走管外。从脱硫塔送来的载硫活性焦从上部进入解析还原塔1内，依次进入预热段2、解析段3、碳热还原段4和冷却段6参与换热。首先，载硫活性焦经过导流锥14进入预热段2，被加热至105℃析出吸附过程中吸附的水分，并且以水蒸气的形式从预热段气体出口排出。排出水蒸气的载硫活性焦进入解析段3加热至400℃析出SO₂气体，同时使载硫活性焦脱附转变成再生活性焦，析出的SO₂经过解析段气体出口导出进入碳热还原段，再生活性焦进入碳热还原段4被加热到800℃，在此温度下炽热的活性焦与解析段3和冷却段6导出的SO₂气体发生碳热还原反应，生成硫磺，并且以气相形式导出解析还原塔1；活性焦从碳热还原段4反应后进入冷却段6冷却，同时残余的SO₂气体析出通过冷却段的气体出口被送进碳热还原段4参与碳热还原反应，之后再生活性焦送进脱硫塔进行脱硫，活性焦吸附剂循环使用。在解析还原塔1中换热介质管箱17的冷却段6下部开口进入换热介质空气，并且在换热介质管箱16的冷却段6上部开口处被加热到300℃，进入燃烧器5助燃，从燃烧器5中获得800℃的高温烟气，对碳热还原段4进行加热，从碳热还原段4排出后依次进入解析段3和预热段2，与活性焦吸附剂呈逆式换热加热活性焦吸附剂，最后从换热介质管箱16的预热段开口流出；

如图2所示为本申请的另一种实施方式，与图1的区别如下：

与图1所示的实施方式不同的地方在于从解析段3和冷却段6解析出的SO₂气体送进燃烧器 5处理解析气中可燃物质，直接把SO₂气体加热到800℃，同时烧掉解析过程中产生的有机气体副产物，再与活性焦吸附剂进行碳热还原反应生成硫磺，提高了硫磺的纯净度；在解析还原塔1中换热介质管箱16的冷却段6下部开口进入换热介质空气，并且在换热介质管箱16的冷却段6上部开口处排出，换热介质从换热介质管箱16的碳热还原段4开口进入，从换热介质管箱 16的预热段2开口流出。

如图1和图2所示，解析还原塔1产生的含硫混合气送到冷却塔内依次经过高温分离器7、再热器8、冷凝器9和液硫收集装置10回收硫蒸汽中的活性焦吸附剂、含硫混合气热量和硫磺，最终硫磺以液态的形式储存在液硫储罐11中。高温分离器7为轴流导叶式旋流器，旋流器部件均为耐高温耐磨的材料制成，可以考虑310s合金钢或者陶瓷材料，出口气体经过高温分离器7 主要回收夹带的活性焦吸附剂颗粒，提高硫磺蒸汽的洁净度；再热器8内管竖向错列布置，主要回收出口气体中的热量，换热介质为系统乏气，出口气体走管内，系统乏气走管外，再热器8出口处的出口气体温度为400℃，同时乏气被加热至300℃；冷凝器9内管竖向错列布置，硫磺蒸汽走管内，换热介质走管外，冷凝器9出口气体温度为120℃；冷凝的液态硫磺沿冷凝器管壁流入硫磺储罐11，从而被收集下来。经过液硫收集装置10后剩余乏气在催化还原装置 12的作用下再次回收部分液硫，随后一部分乏气经再热器8加热后后送回解析还原塔1碳热还原段4活性焦中，利用残余的含硫副产物(H₂S、COS、CS₂等)抑制塔内新的含硫副产物生成，另一部分进入后处理装置13脱酸、除尘净化成洁净乏气后排出。

如图1和图2所示，解析还原塔1中，预热段2之前，预热段2与解析段3之间，解析段3与碳热还原段4之间，碳热还原段4与冷却段6之间，均有气体导出均料装置15。

如图3和图4所示，气体导出均料装置15由支撑板18、输料漏斗19、多孔网状板20和排气管21组合而成，输料漏斗19穿过多孔网状板20，输料漏斗19的敞口部分位于多孔网状板20的上方，输料漏斗19的收口部分位于多孔网状板20的下侧；支撑板18起到固定输料漏斗19并承受部分物料重量的作用；相邻输料漏斗19的敞口部分的上端紧密相连，多孔网状板20上方、支撑板18下方、相邻输料漏斗19之间形成气体空间，排气管21位于气体空间的解析塔一侧内壁上，输料漏斗19收口部分的下端位于料层的下方。输料漏斗19用于物料收集与分配，多孔网状板20用于粉状吸附材料惯性分离，提高收集气体的洁净程度；输料漏斗19下部料管位于料层以下，用来防止析出气体反窜形成气塞，相邻输料漏斗19之间的槽形成气体空间并与排气管8相连，进而将析出气体排出。

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)

1.一种活性焦二氧化硫解析还原硫磺一体化的装置，其特征在于：包括解析还原塔和与解析还原塔气体出口连接的冷却塔，解析还原塔的顶部为物料进口，底部为物料出口；解析还原塔内部从上到下依次为预热段、解析段、碳热还原段、冷却段；冷却塔从上到下依次由高温分离器、再热器、冷凝器、液硫收集器组成；解析还原塔的气体出口与高温分离器的顶部连接；液硫收集器的乏气出口依次连接催化还原器、后处理器；液硫收集器的液体出口的侧下方设置硫磺储罐；解析还原塔的外壁与预热段、解析段、碳热还原段、冷却段对应的位置设置换热介质管箱。

2.根据权利要求1所述的一种活性焦二氧化硫解析还原硫磺一体化的装置，其特征在于：预热段、解析段、碳热还原段、冷却段的上方设置气体导出均料装置；解析还原塔入口处设置导流锥。

3.根据权利要求2所述的一种活性焦二氧化硫解析还原硫磺一体化的装置，其特征在于：气体导出均料装置由支撑板、输料漏斗、多孔网状板和排气管组合而成；输料漏斗穿过多孔网状板，输料漏斗的敞口部分位于多孔网状板的上方，输料漏斗的收口部分位于多孔网状板的下侧，支撑板用于固定输料漏斗和承受部分物料重量作用；多孔网状板上方、支撑板下方、相邻输料漏斗之间形成气体空间。

4.根据权利要求1所述的一种活性焦二氧化硫解析还原硫磺一体化的装置，其特征在于：催化还原器与后处理器连接的管道设置乏气分管道，乏气分管道依次与再热器的乏气进口管道和乏气出口管道连接；乏气分管道与再热器的乏气进口管道连接形成连接口一，乏气分管道与再热器的乏气出口管道连接形成连接口二；连接口一和连接口二之间设置阀门；乏气管道的出口连接碳热还原段的底部。

5.根据权利要求1所述的一种活性焦二氧化硫解析还原硫磺一体化的装置，其特征在于：解析段的气体出口和冷却段的气体出口与碳热还原段的底部连接；换热介质从换热介质管箱的冷却段下部开口进入冷却段，被加热的空气向上运动，换热介质管箱的冷却段上部开口与燃烧器连接；燃烧器烟气进入碳热还原段的换热介质管箱；最后从换热介质管箱的预热段开口排出，换热介质与吸附材料逆向换热。

6.根据权利要求1所述的一种活性焦二氧化硫解析还原硫磺一体化的装置，其特征在于：解析段的气体出口和冷却段的气体出口连接燃烧器，燃烧器的出口连接碳热还原段的底部；换热介质从换热介质管箱的冷却段下部开口进入冷却段，被加热的空气向上运动，从换热介质管箱的冷却段上部开口流出；换热介质从换热介质管箱的碳热还原段开口进入，从换热介质管箱的预热段开口流出。

7.根据权利要求1所述的一种活性焦二氧化硫解析还原硫磺一体化的装置，其特征在于：预热段、解析段、碳热还原段、冷却段的内部空间设置水平或竖直错列的换热管。

8.根据权利要求1所述的一种活性焦二氧化硫解析还原硫磺一体化的装置，其特征在于：再热器、冷凝器内部设置竖向错列布置的换热管。

9.根据权利要求1所述的一种活性焦二氧化硫解析还原硫磺一体化的装置，其特征在于：液硫收集装置将液硫导入到硫磺储罐，将剩余乏气一部分送入再热器，一部分送入后处理器。

10.根据权利要求1所述的一种活性焦二氧化硫解析还原硫磺一体化的装置，其特征在于：后处理器将乏气进行脱酸，除尘净化得到的洁净乏气排出。