一种利用还原方法制单质硫的系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种利用还原方法制单质硫的系统，包括：换热器、反应器、与反应器的两端分别连接的进料卸料器和出料卸料器、与反应器连接的加热装置、多级冷凝器、余热锅炉；换热器的进气口与含硫烟气管道连通，换热器的出气口与反应器的进气口连通；换热器的换热介质入口与反应器的出气口连通，换热器的换热介质出口与多级冷凝器的进气口连通；多级冷凝器的出气口与余热锅炉的进气口连通，且余热锅炉同时与一锅炉给水泵连通；多级冷凝器的换热介质入口与余热锅炉的蒸汽排出管道连通。本实用新型流程简单，在一个单级反应器中将二氧化硫转化为单质硫，避免使用多级Claus反应，大大降低了生产成本，且能量利用率高，硫磺产率高。
【专利说明】一种利用还原方法制单质硫的系统
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及冶炼、烧结机、燃煤锅炉、化工等烟气治理【技术领域】，具体涉及一 种利用还原方法制单质硫的系统。
【背景技术】
[0002] 燃煤烟气中的S02是造成大气污染的主要原因之一，S02对环境最严重的影响是其 形成的酸雨所带来的危害。但是在对环境造成巨大影响的同时，S0 2&是生产硫酸和一系列 重要化肥的必要原料。
[0003] 对烟气中的S02进行脱除和提取利用主要包括以下步骤：S02首先被碱液吸收或吸 附于固体吸附剂上，随后进行脱附产生浓缩的so 2。脱附产生的so2可以用来生产浓硫酸、 液体二氧化硫或被还原为单质硫。其中将浓缩的so 2还原为单质硫由于工艺简单，单质硫 易于储存和运输等优点而受到更多的关注。而且单质硫是一种相对惰性的物质，对环境的 影响极小且不会发生降解，可以无限期的储存，这一点在需求低迷时尤其重要。
[0004] 但是在现有技术中，将浓缩S02还原为单质硫的过程通常需要使用多级Claus反 应，整个过程中的能量利用率较低，且生产成本较高。 实用新型内容
[0005] 本实用新型的目的是提供一种利用还原方法制单质硫的系统，不仅能够在单级反 应器中催化转化单质硫，同时还可循环利用整个过程中的能量，提高能量利用率。
[0006] 本实用新型提供的技术方案如下：
[0007] -种利用还原方法制单质硫的系统，包括：
[0008] 换热器、反应器、与反应器的两端分别连接的进料卸料器和出料卸料器、与反应器 连接的加热装置、多级冷凝器、余热锅炉；
[0009] 所述换热器的进气口与含硫烟气管道连通，所述换热器的出气口与所述反应器的 进气口连通；
[0010] 所述换热器的换热介质入口与所述反应器的出气口连通，所述换热器的换热介质 出口与所述多级冷凝器的进气口连通；
[0011] 所述多级冷凝器的出气口与所述余热锅炉的进气口连通，且所述余热锅炉同时与 一锅炉给水泵连通；
[0012] 所述多级冷凝器的换热介质入口与所述余热锅炉的蒸汽排出管道连通。
[0013] 优选地，所述的利用还原方法制单质硫的系统进一步包括：
[0014] 引风机，其设置在所述换热器的进气口与含硫烟气管道之间，通过引风机将气体 导入所述换热器内。
[0015] 优选地，所述的利用还原方法制单质硫的系统，进一步包括：
[0016] 装有还原剂的储料仓，其与所述进料卸料器连通，且所述多级冷凝器的换热介质 出口连通至所述储料仓；
[0017] 和/或；
[0018] 供氮装置，其与所述反应器和所述进料卸料器的连通管道连通，同时与所述反应 器和所述出料卸料器的连通管道连通。
[0019] 优选地，所述的利用还原方法制单质硫的系统，进一步包括：
[0020] 液硫捕集网，其设置在所述多级冷凝器的出口处；
[0021] 和/或；
[0022] 硫磺收集器，其与所述多级冷凝器的硫磺出口连通；
[0023] 和 / 或；
[0024] 除尘器，其与所述余热锅炉的出气口连通。
[0025] 优选地，所述多级冷凝器内设有折流板，且其内部的冷凝段数为至少两段；
[0026] 优选地，所述多级冷凝器内部的换热管以一角度α向所述多级冷凝器的硫磺出 口倾斜，且该角度α为1?3°。
[0027] 本实用新型还提供了一种利用还原方法制单质硫的方法，其采用了如前述的利用 还原方法制单质硫的系统，包括以下步骤：
[0028] 含硫烟气在所述换热器中进行预热；
[0029] 预热后的气体进入所述反应器中，并进行还原反应，得到气态的硫单质，其中，还 原剂为活性炭；
[0030] 从所述反应器的出气口排出的气体作为换热介质流经所述换热器，与含硫烟气进 行热量交换；
[0031] 作为换热介质的气体在所述换热器中进行换热后流入所述多级冷凝器，气态硫冷 凝后得到液态的单质硫；
[0032] 流过所述多级冷凝器后的气体进一步流入所述余热锅炉，并与来自锅炉给水泵的 液体进行热量交换，降温后从余热锅炉排出；其中，来自锅炉给水泵的液体升温后变成蒸汽 从所述余热锅炉排出，并作为换热介质流过所述多级冷凝器。
[0033] 优选地，所述活性炭的颗粒粒径小于2mm ;
[0034] 优选地，所述含硫烟气中的S02的浓度大于10 %。
[0035] 优选地，所述含硫烟气在所述换热器中预热后，温度为250?300°C ;从所述反应 器的出气口排出的气体作为换热介质流入所述换热器时，温度为600?850°C ;气体换热后 从所述换热器流出时的温度为450?500°C ;所述反应器内的反应温度为600?850°C ;从 所述多级冷凝器流出的气体的温度为300?350°C ;
[0036] 优选地，从所述余热锅炉排出的蒸汽的气压为0. 17?0. 2MPa，该蒸汽流过所述多 级冷凝器后的气压为〇. 27?0. 36MPa ;
[0037] 优选地，烟气从所述余热锅炉排出时的温度小于150°C。
[0038] 优选地，含硫烟气经所述引风机被导入所述换热器中；
[0039] 优选地，所述多级冷凝器处的换热介质从所述多级冷凝器流出后，进一步对所述 储料仓处的还原剂进行预热；
[0040] 优选地，所述反应器的进料口和出料口处分别通过氮气进行与空气的隔离。
[0041] 优选地，通过所述液硫捕集网进一步捕集流过所述多级冷凝器的气体中的硫磺液 滴；
[0042] 优选地，对从所述余热锅炉流出的气体进行除尘后再排放。
[0043] 通过本实用新型提供的一种利用还原方法制单质硫的系统及方法，能够带来以下 至少一种有益效果：
[0044] 1.可在单级反应器中还原得到单质硫。本实用新型提供的还原方法制单质硫的系 统只在一个单级反应器中就可通过还原剂（活性炭）将so2转化为单质硫，无需使用催化 齐IJ，还原过程简单，且不存在催化剂高温失活的情况。主要的反应过程方程式为：
[0045] C+S02 = S+C02
[0046] 这样简化系统结构，节约成本，运行简单。
[0047] 2.对整个过程中的能量进行循环利用，提高利用率。本实用新型可将反应器中排 出的高温气体作为换热介质与之后要进行还原的含硫烟气进行热量交换，对其升温；同时 余热锅炉排出的蒸汽也可作为换热介质与流经多级冷凝器的气体进行换热，冷凝得到液态 硫；进一步优选地，作为多级冷凝器的换热介质的蒸汽换热升温后，还可流经储料仓处的还 原剂（活性炭），对该还原剂进行预热。通过上述过程，本实用新型实现了多过程中的热量 的循环利用，极大地节约了能量，更为绿色环保。
【专利附图】
【附图说明】
[0048] 下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型作进一步详细说明：
[0049] 图1是本实用新型利用还原方法制单质硫系统的一种实施例的示意图。
[0050] 附图标号说明：
[0051] 1、引风机；2、换热器；3、反应器；4、进料卸料器；5、出料卸料器；6、加热装置；7、 气封氮气；8、储料仓；9、多级冷凝器；10、液硫捕集网；11、硫磺收集器；12、余热锅炉；13、 除尘器。
【具体实施方式】
[0052] 为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例 或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅 是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提 下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0053] 将浓缩S02还原为单质硫是指利用还原剂将S02还原为单质硫（即硫磺）的方法， 工艺简单，无二次污染，且能回收单质硫，达到变废为宝的目的。该方法符合可持续发展战 略对环境资源的要求。
[0054] 本实用新型不需要任何的催化剂，只需活性炭作为吸收剂和还原剂，便可将S02分 解为无公害的C0 2和单质硫，因而不存在二次污染等问题，由于不使用催化剂，因而也不存 在催化剂失活中毒等问题。
[0055] 用活性炭还原S02所需反应温度较高，反应过程除方程式：
[0056] C+S02 = S+C02
[0057] 夕卜，还会发生如下反应：
[0058] C02+C = 2C0
[0059] CO+S = COS
[0060] 5S02+H20+7C = 5C02+S+H2S+C0S+CS2
[0061] C+S2 = CS2
[0062] 副产物H2S、COS、CS2都是还原剂，它们都能和S0 2在一定温度下反应而生成单质 硫，即：
[0063] 2H2S+S02 = 3S+2H20
[0064] 2C0S+S02 = 3S+2C02
[0065] CS2+S02 = 3S+C02
[0066] 硫磺不同温度条件下形态变化情况如下：112. 8 °C以下为黄色固体，112. 8? 250°C为黄色流动液体，250?300°C为暗棕色粘稠液体，300?444. 6°C暗棕色流动液体， 444. 6?650°C为橙黄色气体，650?1000°C为草色气体。
[0067] 在本实用新型的一个实施例中，一种利用还原方法制单质硫的系统包括：
[0068] 换热器、反应器、与反应器的两端分别连接的进料卸料器和出料卸料器、与反应器 连接的加热装置、多级冷凝器、余热锅炉；
[0069] 所述换热器的进气口与含硫烟气管道连通，所述换热器的出气口与所述反应器的 进气口连通；
[0070] 所述换热器的换热介质入口与所述反应器的出气口连通，所述换热器的换热介质 出口与所述多级冷凝器的进气口连通；
[0071] 所述多级冷凝器的出气口与所述余热锅炉的进气口连通，且所述余热锅炉同时与 一锅炉给水泵连通；
[0072] 所述多级冷凝器的换热介质入口与所述余热锅炉的蒸汽排出管道连通。
[0073] 其中，换热器用于对含硫烟气进行预热，以使烟气在进入反应器后能更快升温至 要求的反应温度。同时，换热器内的换热介质为从反应器排出的高温气体，进一步利用了气 体所携带的高温热能，使能量能够循环利用。优选地，换热器采用管壳式换热器，含硫烟气 走管程，换热介质走壳程。优选地，在换热器的进气口与含硫烟气管道之间设置一引风机， 通过引风机的涡流作用将含硫烟气导入换热器内，该引风机的涡流作用能够提高含硫烟气 的流速，提高整个过程的运行效率，同时还可使烟气均布。
[0074] 含硫烟气经换热器预热后导入反应器中进行还原反应，本实用新型优选使用的还 原剂为活性炭或活性焦，且还原反应过程的温度要求较高，为600?850°C，所以需要在反 应器处设置加热装置对反应器内进行升温。参照图1，同时在反应3的上方设置一进料卸料 器4 (活性炭），下方设置一出料卸料器5 (反应后剩余的活性炭及杂质）。为了保证反应器 内还原反应的充分进行，有效避免气体的逸出，可在反应器的两端分别连通供氮装置，通过 氮气对两端的端口进行密封，同时也可与空气进行隔离，避免氧气进入，影响还原反应的进 行。优选地，供氮装置可以设置为一端一个，或者只设一个供氮装置，但与所述反应器和所 述进料卸料器的连通管道连通，同时与所述反应器和所述出料卸料器的连通管道连通。由 于反应器内部的温度较高，所以反应生成的硫为气态。包含气态硫的气体从反应器中排出 后由于其温度较高，且气态硫需要冷凝为液态才可方便提取，所以可以先通过之前的换热 器，作为换热介质与之后要被还原的含硫烟气进行热量交换，充分利用这一气体自身所携 带的高热量。
[0075] 上述包含气态硫的气体在换热器中完成换热并流出后，流入一多级冷凝器，冷凝 得到液态的单质硫。优选地，该多级冷凝器内设有折流板，使冷凝后得到的液态单质硫沿折 流板汇流至一硫磺收集器中，该硫磺收集器与多级冷凝器的硫磺出口连通。优选地，多级冷 凝器内部的冷凝段数为至少两段，可有效保证对气体进行充分的冷凝。优选地，多级冷凝器 为一多级换热器，优选为管壳式换热器，其中包含单质硫的气体走管程，换热介质走壳程。 优选地，所述多级冷凝器内部的换热管以一角度α向所述多级冷凝器的硫磺出口倾斜，该 角度α优选为1?3°，这样可利于液态硫沿换热管倾斜流出，便于液态硫的收集。为了进 一步有效保证单质硫被充分冷凝提取，可优选在多级冷凝器的出口处设置一液硫捕集网， 对硫磺液滴进一步进行捕集。
[0076] 从多级冷凝器提取单质硫后的气体进一步流入余热锅炉中，进行降温后排放。该 余热锅炉连通一锅炉给水泵，向锅炉内通入液体（水）作为换热介质进行换热，换热介质后 以蒸汽态从余热锅炉排出，并进一步作为多级冷凝器的换热介质进行升温换热，充分利用 了资源和能量。当气体在余热锅炉进行降温后，优选地，降至小于150°C，再通过一除尘器对 其进行除尘后排放。
[0077] 优选地，本实用新型对进料卸料器连通一装有还原剂（活性炭）的储料仓，由于还 原剂在进入反应器后仍需加热升温后进行还原反应，因而可对还原剂进行预热，该预热的 热源可通过从多级冷凝器流出的高温换热介质提供，又进一步对能量进行了循环利用。
[0078] 本实用新型还提供了一种利用还原方法制单质硫的方法，采用了如上述的利用还 原方法制单质硫的系统，包括以下步骤：
[0079] 含硫烟气在所述换热器中进行预热；
[0080] 预热后的气体进入所述反应器中，并进行还原反应，得到气态的硫单质，其中，还 原剂为活性炭；
[0081] 从所述反应器的出气口排出的气体作为换热介质流经所述换热器，与含硫烟气进 行热量交换；
[0082] 作为换热介质的气体在所述换热器中进行换热后流入所述多级冷凝器，气态硫冷 凝后得到液态的单质硫；
[0083] 流过所述多级冷凝器后的气体进一步流入所述余热锅炉，并与来自锅炉给水泵的 液体进行热量交换，降温后从余热锅炉排出；其中，来自锅炉给水泵的液体升温后变成蒸汽 从所述余热锅炉排出，并作为换热介质流过所述多级冷凝器。
[0084] 优选地，所述活性炭的颗粒粒径小于2mm，与烟气能够充分接触，还原率较高。
[0085] 优选地，所述含硫烟气中的S02的浓度大于10%，保证对烟气的还原效率，同时也 能有效保证单质硫的产量。
[0086] 优选地，所述含硫烟气在所述换热器中预热后，温度为250?300°C ;从所述反应 器的出气口排出的气体作为换热介质流入所述换热器时，温度为600?850°C，可有效保证 还原得到的硫单质为气态；气体换热后从所述换热器流出时的温度为450?500°C，此时的 硫单质仍为气态，可有效保证硫单质在多级冷凝器中才被冷凝为液态，便于提取；所述反应 器内的反应温度为600?850°C，不仅保证还原反应的高效进行，同时可有效保证还原得到 的硫单质为气态；从所述多级冷凝器流出的气体的温度为300?350°C，有效保证硫单质已 全部成为液态，提取率较高。
[0087] 优选地，从所述余热锅炉排出的蒸汽的气压为0. 17?0. 2MPa，该蒸汽流过所述多 级冷凝器后的气压为0. 27?0. 36MPa ;
[0088] 优选地，烟气从所述余热锅炉排出时的温度小于150°C。
[0089] 优选地，含硫烟气经所述引风机被导入所述换热器中，可通过引风机的涡流作用 提商烟气的流速，提商整个系统的运行效率。
[0090] 优选地，所述多级冷凝器处的换热介质从所述多级冷凝器流出后，进一步对所述 储料仓处的还原剂进行预热，提高了能量的循环利用率。
[0091] 优选地，所述反应器的进料口和出料口处分别通过氮气防止反应器内的二氧化硫 从进出卸料口逸出，实现密封作用。
[0092] 优选地，通过所述液硫捕集网进一步捕集流过所述多级冷凝器的气体中的硫磺液 滴，可有效保证液态的硫单质被充分完全捕集。
[0093] 优选地，对从所述余热锅炉流出的气体进行除尘后再排放，进一步满足国家规定 的排放标准。
[0094] 在本实用新型的一个完整实施例中，如图1所示，炭材料经筛分后输送到储料仓8 中，经进料卸料器4将炭材料输送到反应器3中，启动加热装置6加热，反应器中的炭材料 及含硫烟气（二氧化硫的浓度大于10% ) -起加热到600?850°C，发生还原反应。反应 器上下端通过供氮装置7通入一定量的气封氮气，可防止反应前后气体逸出。反应后剩余 的活性炭及杂质从出料卸料器5排出。反应后的高温气体进入换热器2的壳程，将来自引 风机1的含硫烟气预先加热至250?300°C。换热器2的壳程出口的气体（450?500°C， 高于硫的沸点）进入多级冷凝器9,气态硫在多级冷凝器9内冷凝，冷凝器内冷凝温度大于 300°C，在此温度范围内硫磺的粘度很小，顺着带有一定角度的管壁留下来，很容易从多级 冷凝器9中除去进入硫磺收集器11内。多级冷凝器9的管程出口气体经液硫捕集网10后 进入余热锅炉12,将来自锅炉给水泵的水加热，产生蒸汽压为0. 17?0. 2MPa的水蒸汽，并 作为冷凝器的冷却介质，经冷凝器后形成蒸汽压在〇. 27?0. 36MPa的水蒸汽，并进一步与 储料仓8中的炭材料间接接触换热后排入大气中。余热锅炉12出口气体经除尘器13除尘 后经烟囱排放。
[0095] 在本实用新型的一个具体实施例中，炭材料为活性焦碎焦，粒径<2mm，来源于脱硫 脱硝装置振动筛筛下料。碎焦经进料卸料器进入反应器内，启动加热装置加热到750°C，与 来自引风机的浓度为15%的二氧化硫气体在反应器内发生还原反应，空速为3001Γ1，反应 器出口的高温气体经换热器壳层将引风机出口气体预热至280°C，换热器出口气体温度为 460°C，进入二级冷凝器冷凝至出口温度为320°C，进入余热锅炉余热利用，产生蒸汽压力约 为0. 18MPa，余热锅炉出口气体约125°C经除尘器后去烟囱排放。二氧化硫转化率约100%， 硫磺产率约95%。
[0096] 本实用新型具有流程简单，在一个单级反应器中转化为单质硫，避免使用多级 Claus反应，大大降低生产成本的优点。且本实用新型充分利用反应后的高温气体能量，利 用换热器将反应气体预热，降低反应器的加热装置提供的热源，同时换热器出口能量余热 利用，并利用余热锅炉来提供多级冷凝器所需的换热介质，不需要额外提供冷却介质，逐级 利用，能量利用率高。同时，多级冷凝器利用蒸汽来冷凝，便于控制硫磺的冷凝温度，硫磺产 率高。
[0097] 应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本实用新型的 优选实施方式，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理 的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
【权利要求】
1. 一种利用还原方法制单质硫的系统，其特征在于，包括： 换热器、反应器、与反应器的两端分别连接的进料卸料器和出料卸料器、与反应器连接 的加热装置、多级冷凝器、余热锅炉； 所述换热器的进气口与含硫烟气管道连通，所述换热器的出气口与所述反应器的进气 口连通； 所述换热器的换热介质入口与所述反应器的出气口连通，所述换热器的换热介质出口 与所述多级冷凝器的进气口连通； 所述多级冷凝器的出气口与所述余热锅炉的进气口连通，且所述余热锅炉同时与一锅 炉给水泵连通； 所述多级冷凝器的换热介质入口与所述余热锅炉的蒸汽排出管道连通。
2. 根据权利要求1所述的利用还原方法制单质硫的系统，其特征在于，进一步包括： 引风机，其设置在所述换热器的进气口与含硫烟气管道之间，通过引风机将气体导入 所述换热器内。
3. 根据权利要求1所述的利用还原方法制单质硫的系统，其特征在于，进一步包括： 装有还原剂的储料仓，其与所述进料卸料器连通，且所述多级冷凝器的换热介质出口 连通至所述储料仓； 和/或； 供氮装置，其与所述反应器和所述进料卸料器的连通管道连通，同时与所述反应器和 所述出料卸料器的连通管道连通。
4. 根据权利要求1所述的利用还原方法制单质硫的系统，其特征在于，进一步包括： 液硫捕集网，其设置在所述多级冷凝器的出口处； 和/或； 硫磺收集器，其与所述多级冷凝器的硫磺出口连通； 和/或； 除尘器，其与所述余热锅炉的出气口连通。
5. 根据权利要求1所述的利用还原方法制单质硫的系统，其特征在于， 所述多级冷凝器内设有折流板，且其内部的冷凝段数为至少两段； 和/或； 所述多级冷凝器内部的换热管以一角度α向所述多级冷凝器的硫磺出口倾斜，且该 角度α为1?3°。
【文档编号】C01B17/04GK203938480SQ201420377814
【公开日】2014年11月12日 申请日期:2014年7月9日 优先权日:2014年7月9日
【发明者】傅月梅, 潘敏, 翁淑容, 刘强, 李卫卫, 傅文娟 申请人:上海克硫环保科技股份有限公司