一種利用還原方法制單質硫的系統的製作方法

2023-08-03 15:39:26 3

一種利用還原方法制單質硫的系統的製作方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種利用還原方法制單質硫的系統，包括：換熱器、反應器、與反應器的兩端分別連接的進料卸料器和出料卸料器、與反應器連接的加熱裝置、多級冷凝器、餘熱鍋爐；換熱器的進氣口與含硫煙氣管道連通，換熱器的出氣口與反應器的進氣口連通；換熱器的換熱介質入口與反應器的出氣口連通，換熱器的換熱介質出口與多級冷凝器的進氣口連通；多級冷凝器的出氣口與餘熱鍋爐的進氣口連通，且餘熱鍋爐同時與一鍋爐給水泵連通；多級冷凝器的換熱介質入口與餘熱鍋爐的蒸汽排出管道連通。本實用新型流程簡單，在一個單級反應器中將二氧化硫轉化為單質硫，避免使用多級Claus反應，大大降低了生產成本，且能量利用率高，硫磺產率高。
【專利說明】一種利用還原方法制單質硫的系統

【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及冶煉、燒結機、燃煤鍋爐、化工等煙氣治理【技術領域】，具體涉及一 種利用還原方法制單質硫的系統。

【背景技術】
[0002] 燃煤煙氣中的S02是造成大氣汙染的主要原因之一，S02對環境最嚴重的影響是其 形成的酸雨所帶來的危害。但是在對環境造成巨大影響的同時，S0 2&是生產硫酸和一系列 重要化肥的必要原料。
[0003] 對煙氣中的S02進行脫除和提取利用主要包括以下步驟：S02首先被鹼液吸收或吸 附於固體吸附劑上，隨後進行脫附產生濃縮的so 2。脫附產生的so2可以用來生產濃硫酸、 液體二氧化硫或被還原為單質硫。其中將濃縮的so 2還原為單質硫由於工藝簡單，單質硫 易於儲存和運輸等優點而受到更多的關注。而且單質硫是一種相對惰性的物質，對環境的 影響極小且不會發生降解，可以無限期的儲存，這一點在需求低迷時尤其重要。
[0004] 但是在現有技術中，將濃縮S02還原為單質硫的過程通常需要使用多級Claus反 應，整個過程中的能量利用率較低，且生產成本較高。 實用新型內容
[0005] 本實用新型的目的是提供一種利用還原方法制單質硫的系統，不僅能夠在單級反 應器中催化轉化單質硫，同時還可循環利用整個過程中的能量，提高能量利用率。
[0006] 本實用新型提供的技術方案如下：
[0007] -種利用還原方法制單質硫的系統，包括：
[0008] 換熱器、反應器、與反應器的兩端分別連接的進料卸料器和出料卸料器、與反應器 連接的加熱裝置、多級冷凝器、餘熱鍋爐；
[0009] 所述換熱器的進氣口與含硫煙氣管道連通，所述換熱器的出氣口與所述反應器的 進氣口連通；
[0010] 所述換熱器的換熱介質入口與所述反應器的出氣口連通，所述換熱器的換熱介質 出口與所述多級冷凝器的進氣口連通；
[0011] 所述多級冷凝器的出氣口與所述餘熱鍋爐的進氣口連通，且所述餘熱鍋爐同時與 一鍋爐給水泵連通；
[0012] 所述多級冷凝器的換熱介質入口與所述餘熱鍋爐的蒸汽排出管道連通。
[0013] 優選地，所述的利用還原方法制單質硫的系統進一步包括：
[0014] 引風機，其設置在所述換熱器的進氣口與含硫煙氣管道之間，通過引風機將氣體 導入所述換熱器內。
[0015] 優選地，所述的利用還原方法制單質硫的系統，進一步包括：
[0016] 裝有還原劑的儲料倉，其與所述進料卸料器連通，且所述多級冷凝器的換熱介質 出口連通至所述儲料倉；
[0017] 和/或；
[0018] 供氮裝置，其與所述反應器和所述進料卸料器的連通管道連通，同時與所述反應 器和所述出料卸料器的連通管道連通。
[0019] 優選地，所述的利用還原方法制單質硫的系統，進一步包括：
[0020] 液硫捕集網，其設置在所述多級冷凝器的出口處；
[0021] 和/或；
[0022] 硫磺收集器，其與所述多級冷凝器的硫磺出口連通；
[0023] 和 / 或；
[0024] 除塵器，其與所述餘熱鍋爐的出氣口連通。
[0025] 優選地，所述多級冷凝器內設有折流板，且其內部的冷凝段數為至少兩段；
[0026] 優選地，所述多級冷凝器內部的換熱管以一角度α向所述多級冷凝器的硫磺出 口傾斜，且該角度α為1?3°。
[0027] 本實用新型還提供了一種利用還原方法制單質硫的方法，其採用了如前述的利用 還原方法制單質硫的系統，包括以下步驟：
[0028] 含硫煙氣在所述換熱器中進行預熱；
[0029] 預熱後的氣體進入所述反應器中，並進行還原反應，得到氣態的硫單質，其中，還 原劑為活性炭；
[0030] 從所述反應器的出氣口排出的氣體作為換熱介質流經所述換熱器，與含硫煙氣進 行熱量交換；
[0031] 作為換熱介質的氣體在所述換熱器中進行換熱後流入所述多級冷凝器，氣態硫冷 凝後得到液態的單質硫；
[0032] 流過所述多級冷凝器後的氣體進一步流入所述餘熱鍋爐，並與來自鍋爐給水泵的 液體進行熱量交換，降溫後從餘熱鍋爐排出；其中，來自鍋爐給水泵的液體升溫後變成蒸汽 從所述餘熱鍋爐排出，並作為換熱介質流過所述多級冷凝器。
[0033] 優選地，所述活性炭的顆粒粒徑小於2mm ;
[0034] 優選地，所述含硫煙氣中的S02的濃度大於10 %。
[0035] 優選地，所述含硫煙氣在所述換熱器中預熱後，溫度為250?300°C ;從所述反應 器的出氣口排出的氣體作為換熱介質流入所述換熱器時，溫度為600?850°C ;氣體換熱後 從所述換熱器流出時的溫度為450?500°C ;所述反應器內的反應溫度為600?850°C ;從 所述多級冷凝器流出的氣體的溫度為300?350°C ;
[0036] 優選地，從所述餘熱鍋爐排出的蒸汽的氣壓為0. 17?0. 2MPa，該蒸汽流過所述多 級冷凝器後的氣壓為〇. 27?0. 36MPa ;
[0037] 優選地，煙氣從所述餘熱鍋爐排出時的溫度小於150°C。
[0038] 優選地，含硫煙氣經所述引風機被導入所述換熱器中；
[0039] 優選地，所述多級冷凝器處的換熱介質從所述多級冷凝器流出後，進一步對所述 儲料倉處的還原劑進行預熱；
[0040] 優選地，所述反應器的進料口和出料口處分別通過氮氣進行與空氣的隔離。
[0041] 優選地，通過所述液硫捕集網進一步捕集流過所述多級冷凝器的氣體中的硫磺液 滴；
[0042] 優選地，對從所述餘熱鍋爐流出的氣體進行除塵後再排放。
[0043] 通過本實用新型提供的一種利用還原方法制單質硫的系統及方法，能夠帶來以下 至少一種有益效果：
[0044] 1.可在單級反應器中還原得到單質硫。本實用新型提供的還原方法制單質硫的系 統只在一個單級反應器中就可通過還原劑（活性炭）將so2轉化為單質硫，無需使用催化 齊IJ，還原過程簡單，且不存在催化劑高溫失活的情況。主要的反應過程方程式為：
[0045] C+S02 = S+C02
[0046] 這樣簡化系統結構，節約成本，運行簡單。
[0047] 2.對整個過程中的能量進行循環利用，提高利用率。本實用新型可將反應器中排 出的高溫氣體作為換熱介質與之後要進行還原的含硫煙氣進行熱量交換，對其升溫；同時 餘熱鍋爐排出的蒸汽也可作為換熱介質與流經多級冷凝器的氣體進行換熱，冷凝得到液態 硫；進一步優選地，作為多級冷凝器的換熱介質的蒸汽換熱升溫後，還可流經儲料倉處的還 原劑（活性炭），對該還原劑進行預熱。通過上述過程，本實用新型實現了多過程中的熱量 的循環利用，極大地節約了能量，更為綠色環保。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0048] 下面結合附圖和【具體實施方式】對本實用新型作進一步詳細說明：
[0049] 圖1是本實用新型利用還原方法制單質硫系統的一種實施例的示意圖。
[0050] 附圖標號說明：
[0051] 1、引風機；2、換熱器；3、反應器；4、進料卸料器；5、出料卸料器；6、加熱裝置；7、 氣封氮氣；8、儲料倉；9、多級冷凝器；10、液硫捕集網；11、硫磺收集器；12、餘熱鍋爐；13、 除塵器。

【具體實施方式】
[0052] 為了更清楚地說明本實用新型實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例 或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅 是本實用新型的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提 下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0053] 將濃縮S02還原為單質硫是指利用還原劑將S02還原為單質硫（即硫磺）的方法， 工藝簡單，無二次汙染，且能回收單質硫，達到變廢為寶的目的。該方法符合可持續發展戰 略對環境資源的要求。
[0054] 本實用新型不需要任何的催化劑，只需活性炭作為吸收劑和還原劑，便可將S02分 解為無公害的C0 2和單質硫，因而不存在二次汙染等問題，由於不使用催化劑，因而也不存 在催化劑失活中毒等問題。
[0055] 用活性炭還原S02所需反應溫度較高，反應過程除方程式：
[0056] C+S02 = S+C02
[0057] 夕卜，還會發生如下反應：
[0058] C02+C = 2C0
[0059] CO+S = COS
[0060] 5S02+H20+7C = 5C02+S+H2S+C0S+CS2
[0061] C+S2 = CS2
[0062] 副產物H2S、COS、CS2都是還原劑，它們都能和S0 2在一定溫度下反應而生成單質 硫，即：
[0063] 2H2S+S02 = 3S+2H20
[0064] 2C0S+S02 = 3S+2C02
[0065] CS2+S02 = 3S+C02
[0066] 硫磺不同溫度條件下形態變化情況如下：112. 8 °C以下為黃色固體，112. 8? 250°C為黃色流動液體，250?300°C為暗棕色粘稠液體，300?444. 6°C暗棕色流動液體， 444. 6?650°C為橙黃色氣體，650?1000°C為草色氣體。
[0067] 在本實用新型的一個實施例中，一種利用還原方法制單質硫的系統包括：
[0068] 換熱器、反應器、與反應器的兩端分別連接的進料卸料器和出料卸料器、與反應器 連接的加熱裝置、多級冷凝器、餘熱鍋爐；
[0069] 所述換熱器的進氣口與含硫煙氣管道連通，所述換熱器的出氣口與所述反應器的 進氣口連通；
[0070] 所述換熱器的換熱介質入口與所述反應器的出氣口連通，所述換熱器的換熱介質 出口與所述多級冷凝器的進氣口連通；
[0071] 所述多級冷凝器的出氣口與所述餘熱鍋爐的進氣口連通，且所述餘熱鍋爐同時與 一鍋爐給水泵連通；
[0072] 所述多級冷凝器的換熱介質入口與所述餘熱鍋爐的蒸汽排出管道連通。
[0073] 其中，換熱器用於對含硫煙氣進行預熱，以使煙氣在進入反應器後能更快升溫至 要求的反應溫度。同時，換熱器內的換熱介質為從反應器排出的高溫氣體，進一步利用了氣 體所攜帶的高溫熱能，使能量能夠循環利用。優選地，換熱器採用管殼式換熱器，含硫煙氣 走管程，換熱介質走殼程。優選地，在換熱器的進氣口與含硫煙氣管道之間設置一引風機， 通過引風機的渦流作用將含硫煙氣導入換熱器內，該引風機的渦流作用能夠提高含硫煙氣 的流速，提高整個過程的運行效率，同時還可使煙氣均布。
[0074] 含硫煙氣經換熱器預熱後導入反應器中進行還原反應，本實用新型優選使用的還 原劑為活性炭或活性焦，且還原反應過程的溫度要求較高，為600?850°C，所以需要在反 應器處設置加熱裝置對反應器內進行升溫。參照圖1，同時在反應3的上方設置一進料卸料 器4 (活性炭），下方設置一出料卸料器5 (反應後剩餘的活性炭及雜質）。為了保證反應器 內還原反應的充分進行，有效避免氣體的逸出，可在反應器的兩端分別連通供氮裝置，通過 氮氣對兩端的埠進行密封，同時也可與空氣進行隔離，避免氧氣進入，影響還原反應的進 行。優選地，供氮裝置可以設置為一端一個，或者只設一個供氮裝置，但與所述反應器和所 述進料卸料器的連通管道連通，同時與所述反應器和所述出料卸料器的連通管道連通。由 於反應器內部的溫度較高，所以反應生成的硫為氣態。包含氣態硫的氣體從反應器中排出 後由於其溫度較高，且氣態硫需要冷凝為液態才可方便提取，所以可以先通過之前的換熱 器，作為換熱介質與之後要被還原的含硫煙氣進行熱量交換，充分利用這一氣體自身所攜 帶的高熱量。
[0075] 上述包含氣態硫的氣體在換熱器中完成換熱並流出後，流入一多級冷凝器，冷凝 得到液態的單質硫。優選地，該多級冷凝器內設有折流板，使冷凝後得到的液態單質硫沿折 流板匯流至一硫磺收集器中，該硫磺收集器與多級冷凝器的硫磺出口連通。優選地，多級冷 凝器內部的冷凝段數為至少兩段，可有效保證對氣體進行充分的冷凝。優選地，多級冷凝器 為一多級換熱器，優選為管殼式換熱器，其中包含單質硫的氣體走管程，換熱介質走殼程。 優選地，所述多級冷凝器內部的換熱管以一角度α向所述多級冷凝器的硫磺出口傾斜，該 角度α優選為1?3°，這樣可利於液態硫沿換熱管傾斜流出，便於液態硫的收集。為了進 一步有效保證單質硫被充分冷凝提取，可優選在多級冷凝器的出口處設置一液硫捕集網， 對硫磺液滴進一步進行捕集。
[0076] 從多級冷凝器提取單質硫後的氣體進一步流入餘熱鍋爐中，進行降溫後排放。該 餘熱鍋爐連通一鍋爐給水泵，向鍋爐內通入液體（水）作為換熱介質進行換熱，換熱介質後 以蒸汽態從餘熱鍋爐排出，並進一步作為多級冷凝器的換熱介質進行升溫換熱，充分利用 了資源和能量。當氣體在餘熱鍋爐進行降溫後，優選地，降至小於150°C，再通過一除塵器對 其進行除塵後排放。
[0077] 優選地，本實用新型對進料卸料器連通一裝有還原劑（活性炭）的儲料倉，由於還 原劑在進入反應器後仍需加熱升溫後進行還原反應，因而可對還原劑進行預熱，該預熱的 熱源可通過從多級冷凝器流出的高溫換熱介質提供，又進一步對能量進行了循環利用。
[0078] 本實用新型還提供了一種利用還原方法制單質硫的方法，採用了如上述的利用還 原方法制單質硫的系統，包括以下步驟：
[0079] 含硫煙氣在所述換熱器中進行預熱；
[0080] 預熱後的氣體進入所述反應器中，並進行還原反應，得到氣態的硫單質，其中，還 原劑為活性炭；
[0081] 從所述反應器的出氣口排出的氣體作為換熱介質流經所述換熱器，與含硫煙氣進 行熱量交換；
[0082] 作為換熱介質的氣體在所述換熱器中進行換熱後流入所述多級冷凝器，氣態硫冷 凝後得到液態的單質硫；
[0083] 流過所述多級冷凝器後的氣體進一步流入所述餘熱鍋爐，並與來自鍋爐給水泵的 液體進行熱量交換，降溫後從餘熱鍋爐排出；其中，來自鍋爐給水泵的液體升溫後變成蒸汽 從所述餘熱鍋爐排出，並作為換熱介質流過所述多級冷凝器。
[0084] 優選地，所述活性炭的顆粒粒徑小於2mm，與煙氣能夠充分接觸，還原率較高。
[0085] 優選地，所述含硫煙氣中的S02的濃度大於10%，保證對煙氣的還原效率，同時也 能有效保證單質硫的產量。
[0086] 優選地，所述含硫煙氣在所述換熱器中預熱後，溫度為250?300°C ;從所述反應 器的出氣口排出的氣體作為換熱介質流入所述換熱器時，溫度為600?850°C，可有效保證 還原得到的硫單質為氣態；氣體換熱後從所述換熱器流出時的溫度為450?500°C，此時的 硫單質仍為氣態，可有效保證硫單質在多級冷凝器中才被冷凝為液態，便於提取；所述反應 器內的反應溫度為600?850°C，不僅保證還原反應的高效進行，同時可有效保證還原得到 的硫單質為氣態；從所述多級冷凝器流出的氣體的溫度為300?350°C，有效保證硫單質已 全部成為液態，提取率較高。
[0087] 優選地，從所述餘熱鍋爐排出的蒸汽的氣壓為0. 17?0. 2MPa，該蒸汽流過所述多 級冷凝器後的氣壓為0. 27?0. 36MPa ;
[0088] 優選地，煙氣從所述餘熱鍋爐排出時的溫度小於150°C。
[0089] 優選地，含硫煙氣經所述引風機被導入所述換熱器中，可通過引風機的渦流作用 提商煙氣的流速，提商整個系統的運行效率。
[0090] 優選地，所述多級冷凝器處的換熱介質從所述多級冷凝器流出後，進一步對所述 儲料倉處的還原劑進行預熱，提高了能量的循環利用率。
[0091] 優選地，所述反應器的進料口和出料口處分別通過氮氣防止反應器內的二氧化硫 從進出卸料口逸出，實現密封作用。
[0092] 優選地，通過所述液硫捕集網進一步捕集流過所述多級冷凝器的氣體中的硫磺液 滴，可有效保證液態的硫單質被充分完全捕集。
[0093] 優選地，對從所述餘熱鍋爐流出的氣體進行除塵後再排放，進一步滿足國家規定 的排放標準。
[0094] 在本實用新型的一個完整實施例中，如圖1所示，炭材料經篩分後輸送到儲料倉8 中，經進料卸料器4將炭材料輸送到反應器3中，啟動加熱裝置6加熱，反應器中的炭材料 及含硫煙氣（二氧化硫的濃度大於10% ) -起加熱到600?850°C，發生還原反應。反應 器上下端通過供氮裝置7通入一定量的氣封氮氣，可防止反應前後氣體逸出。反應後剩餘 的活性炭及雜質從出料卸料器5排出。反應後的高溫氣體進入換熱器2的殼程，將來自引 風機1的含硫煙氣預先加熱至250?300°C。換熱器2的殼程出口的氣體（450?500°C， 高於硫的沸點）進入多級冷凝器9,氣態硫在多級冷凝器9內冷凝，冷凝器內冷凝溫度大於 300°C，在此溫度範圍內硫磺的粘度很小，順著帶有一定角度的管壁留下來，很容易從多級 冷凝器9中除去進入硫磺收集器11內。多級冷凝器9的管程出口氣體經液硫捕集網10後 進入餘熱鍋爐12,將來自鍋爐給水泵的水加熱，產生蒸汽壓為0. 17?0. 2MPa的水蒸汽，並 作為冷凝器的冷卻介質，經冷凝器後形成蒸汽壓在〇. 27?0. 36MPa的水蒸汽，並進一步與 儲料倉8中的炭材料間接接觸換熱後排入大氣中。餘熱鍋爐12出口氣體經除塵器13除塵 後經煙囪排放。
[0095] 在本實用新型的一個具體實施例中，炭材料為活性焦碎焦，粒徑<2mm，來源於脫硫 脫硝裝置振動篩篩下料。碎焦經進料卸料器進入反應器內，啟動加熱裝置加熱到750°C，與 來自引風機的濃度為15%的二氧化硫氣體在反應器內發生還原反應，空速為3001Γ1，反應 器出口的高溫氣體經換熱器殼層將引風機出口氣體預熱至280°C，換熱器出口氣體溫度為 460°C，進入二級冷凝器冷凝至出口溫度為320°C，進入餘熱鍋爐餘熱利用，產生蒸汽壓力約 為0. 18MPa，餘熱鍋爐出口氣體約125°C經除塵器後去煙囪排放。二氧化硫轉化率約100%， 硫磺產率約95%。
[0096] 本實用新型具有流程簡單，在一個單級反應器中轉化為單質硫，避免使用多級 Claus反應，大大降低生產成本的優點。且本實用新型充分利用反應後的高溫氣體能量，利 用換熱器將反應氣體預熱，降低反應器的加熱裝置提供的熱源，同時換熱器出口能量餘熱 利用，並利用餘熱鍋爐來提供多級冷凝器所需的換熱介質，不需要額外提供冷卻介質，逐級 利用，能量利用率高。同時，多級冷凝器利用蒸汽來冷凝，便於控制硫磺的冷凝溫度，硫磺產 率高。
[0097] 應當說明的是，上述實施例均可根據需要自由組合。以上所述僅是本實用新型的 優選實施方式，應當指出，對於本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型原理 的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本實用新型的保護範圍。
【權利要求】
1. 一種利用還原方法制單質硫的系統，其特徵在於，包括： 換熱器、反應器、與反應器的兩端分別連接的進料卸料器和出料卸料器、與反應器連接 的加熱裝置、多級冷凝器、餘熱鍋爐； 所述換熱器的進氣口與含硫煙氣管道連通，所述換熱器的出氣口與所述反應器的進氣 口連通； 所述換熱器的換熱介質入口與所述反應器的出氣口連通，所述換熱器的換熱介質出口 與所述多級冷凝器的進氣口連通； 所述多級冷凝器的出氣口與所述餘熱鍋爐的進氣口連通，且所述餘熱鍋爐同時與一鍋 爐給水泵連通； 所述多級冷凝器的換熱介質入口與所述餘熱鍋爐的蒸汽排出管道連通。
2. 根據權利要求1所述的利用還原方法制單質硫的系統，其特徵在於，進一步包括： 引風機，其設置在所述換熱器的進氣口與含硫煙氣管道之間，通過引風機將氣體導入 所述換熱器內。
3. 根據權利要求1所述的利用還原方法制單質硫的系統，其特徵在於，進一步包括： 裝有還原劑的儲料倉，其與所述進料卸料器連通，且所述多級冷凝器的換熱介質出口 連通至所述儲料倉； 和/或； 供氮裝置，其與所述反應器和所述進料卸料器的連通管道連通，同時與所述反應器和 所述出料卸料器的連通管道連通。
4. 根據權利要求1所述的利用還原方法制單質硫的系統，其特徵在於，進一步包括： 液硫捕集網，其設置在所述多級冷凝器的出口處； 和/或； 硫磺收集器，其與所述多級冷凝器的硫磺出口連通； 和/或； 除塵器，其與所述餘熱鍋爐的出氣口連通。
5. 根據權利要求1所述的利用還原方法制單質硫的系統，其特徵在於， 所述多級冷凝器內設有折流板，且其內部的冷凝段數為至少兩段； 和/或； 所述多級冷凝器內部的換熱管以一角度α向所述多級冷凝器的硫磺出口傾斜，且該 角度α為1?3°。
【文檔編號】C01B17/04GK203938480SQ201420377814
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2014年7月9日 優先權日:2014年7月9日
【發明者】傅月梅, 潘敏, 翁淑容, 劉強, 李衛衛, 傅文娟 申請人:上海克硫環保科技股份有限公司