一种铜冶炼过程中回收硫磺的系统及方法与流程

本发明属于硫磺回收技术领域，具体涉及一种铜冶炼过程中回收硫磺的系统及方法。

背景技术

在我国有色金属总产量中，重金属铜占有很大的比例，是一种十分重要的有色金属，其消耗量和生产量仅次于铝。铜的冶炼方法分为火法冶炼和湿法冶炼两种，火法冶金是生产铜的主要方法，目前世界上80％的铜是用火法冶金生产的，特别是硫化铜矿，基本上全部用火法处理，火法处理硫化铜矿的主要优点是适应性强，冶炼速度快，能充分利用硫化矿中的硫，能耗低。但是，火法冶炼中产生的高浓度so2烟气仍然难以高效利用，不仅污染环境，同时也是硫资源的浪费。随着我国科学技术水平的迅猛发展，铜的冶炼工艺也得到了有力提升，然而这个提升虽然能大幅提高精铜产量，却也大幅提高了烟气中so2浓度。在铜的冶炼工艺中，主要分为四个步骤：造锍熔炼、铜锍吹炼、火法精炼以及电解精炼。其中，前两个过程会产生含尘量较高的高浓度的so2烟气，so2浓度平均在5％-30％范围之间，最高浓度能达到40％；在第三个过程中则产生含尘量低的低浓度so2，这个过程so2平均浓度在0.5-5％之间；最后一个过程不产生烟气。

目前，在有色金属冶炼行业中，对于高浓度so2烟气，一般采用催化制酸的方式，进行烟气脱硫，回收硫资源。其资源化利用方式为制备硫酸，但是硫酸的储存、运输较为困难，过量的硫酸难以处理，这是目前有色金属冶炼烟气治理过程中普遍存在的一大难题。同时，对于低浓度的so2烟气，多采用湿法脱硫工艺，虽然可以使得冶炼烟气达标排放，但在这个过程中不仅消耗水资源、石灰石资源，而且烟气中的so2不能够有效利用，造成硫资源的浪费。对于炼铜厂来说，需要针对其冶炼过程中产生的高浓度so2烟气和低浓度so2烟气分别建造一套处理设备，不仅增大了占地面积，而且投资费用和运行费用都大大增加。若能发明一种可以同时处理高浓度so2冶炼烟气和低浓度so2冶炼烟气，还能够将烟气中的so2高效回收制备硫磺的工艺及装置，不仅可以有效的解决冶炼烟气中so2的污染问题，减少投资和运行成本，同时还能够缓解我国硫磺资源短缺的现状。

《一种高硫烟气回收硫磺的方法》中公开了一种利用天然气进行还原二氧化硫的方法；200910188111.9，一种炼厂高so2浓度低氧烟气处理方法，公开了一种通过氢氧化钠脱除二氧化硫的方法，利用硫化氢与二氧化硫反应生产硫磺。

技术实现要素：

针对上述现有技术中存在的问题，本发明的一个目的是提供一种铜冶炼过程中回收硫磺方法。利用具有良好吸附性、再生效果的活性焦对so2进行吸附，利用碳材料为还原剂可将so2高效还原为硫磺，在最低外界物质输入和能量输入的情况下，实现so2向硫磺的转化。

为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为：

一种铜冶炼过程中回收硫磺的方法，具体步骤为：

1)造锍熔炼炉中出来的高浓度so2烟气首先进入沉淀室进行预除尘，除尘后的烟气与铜锍吹炼炉出来的高浓度so2烟气混合后进入调质器，调质后的烟气进入除尘设备除去烟气中携带的粉尘，之后进入第一烟气冷却器进行控温；

2)烟气冷却器进行控温后的烟气进入流化床碳热还原塔与碳基还原剂发生氧化还原反应，流化床碳热还原塔得到的反应气首先经高温旋风分离器进行气固的一级分离，分离下来的碳基还原剂大部分返回至还原塔继续作为还原介质，另一小部分失去还原性质的碳基还原剂排至调质器与烟气中的氧气反应从而脱除烟气中的氧气；

3)经高温分离器分离后的反应气进入反应气冷却器冷凝，冷凝后的反应气进入粉尘过滤器进行二级气固分离，以保证硫磺回收的品质，过滤后的反应气进入硫磺收集装置冷凝收集硫磺并储存在硫磺储罐中；

4)从火法精炼阳极炉出来的烟气首先经过第二烟气冷却器进行降温，然后与硫磺收集装置内硫磺冷凝回收后的反应气混合，混合后的烟气进入活性焦炭脱硫塔，然后依次经过除尘器、烟囱排出；

5)活性焦炭脱硫塔中吸附饱和的活性焦炭进入解析塔，然后将解析气通入流化床碳热还原塔，流化床碳热还原塔中与碳基还原剂发生氧化还原反应回收硫磺。

优选的，所述步骤1)中从造锍熔炼炉和铜锍吹炼炉出来的烟气约1000-1400℃，so2浓度为5％～30％；所述步骤1)中调质器出口的烟气的温度为1000～1500℃，第一烟气冷却器出口的烟气温度为700～1000℃。

优选的，所述步骤2)中流化床碳热还原塔中烟气与碳基还原剂反应的温度为700-1000℃，碳基还原剂与so2的摩尔比10-100，塔内气速4-8米，塔内气固接触时间2-12s。

进一步优选的，塔内气固接触时间3-6s，碳基还原剂与so2的摩尔比50-100。

优选的，所述步骤2)中所述碳基还原剂的粒径为60μm-3mm；流化床碳热还原塔还原反应后得到的反应气为n2、so2、cos、h2s、cs2、co、h2和co2等的混合物。

进一步优选的，碳基还原剂的粒径为60μm-1mm。

优选的，所述步骤3)中高温分离器分离后的反应气约700～1000℃进入还原气冷却器冷凝，冷凝后的反应气温度约300～600℃。

优选的，所述步骤4)中从火法精炼阳极炉出来的烟气约1000-1400℃，so2浓度为小于5％，从火法精炼阳极炉出来的烟气经过第二烟气冷却器降温后的温度为50～130℃，混合后的烟气温度为80～160℃。

优选的，所述步骤5)中解析塔排出的解析气的温度为300～600℃，解析气中so2浓度为10％-40％；所述解析气为n2、so2、h2o、co2等混合物。

本发明的第二个目的是提供一种铜冶炼过程中回收硫磺的系统，包括配料仓、干燥机、造锍熔炼炉、沉淀室、电炉、铜锍吹炼转炉、灰渣慢冷、火法精炼阳极炉、调质器、除尘器、第一烟气冷却器、流化床碳热还原塔、进料斗、高温分离器、还原气冷却器、细粉过滤器、硫磺回收装置、硫磺储罐、脱硫塔、除尘器、烟囱、解析塔、制氮机、第二烟气冷却器；配料仓的底部与干燥机连接，干燥机通过传送带与造锍熔炼炉连接，造锍熔炼炉的下方连接沉淀室，沉淀室的固体出口分别连接电炉、灰渣慢冷器、铜锍吹炼转炉，铜锍吹炼转炉通过管道连接灰渣慢冷器、通过粗铜传送带连接火法精炼阳极炉、通过烟气管道与沉淀室的烟气汇合后依次连接调质器、第一除尘器、第一烟气冷却器，第一烟气冷却器出来的烟气与解吸塔出来的解析气汇合后进入流化床碳热还原塔，流化床碳热还原塔出来的反应气依次进入高温分离器、还原气冷却器、细粉过滤器、硫磺回收装置，硫磺回收装置的冷凝硫磺进入硫磺储罐，火法精炼阳极炉的烟气进入第二烟气冷却器后与硫磺回收装置出口的反应气汇合后进入活性焦脱硫塔，再依次经第二除尘器、烟囱排出；活性焦脱硫塔的底部饱和粉焦通过传送带进入解析塔。

优选的，流化床碳热还原塔的底部设置缓冲罐，缓冲罐的内部设置流化风喷嘴；高温分离器的下方依次连接灰斗、储焦罐；缓冲罐的一侧与进料斗连接，另一侧与高温分离器下方的储焦罐连接，所述流化风喷嘴的位置低于缓冲罐两侧的进料口的位置；所述储焦罐内设置松动风喷嘴。

新加入的碳基还原剂和循环碳基还原剂分别从缓冲罐两侧进入流化床碳热还原塔。缓冲罐设流化风(喷动风)喷嘴，在设备启动和正常运行时建立和保持物料的流化状态。储焦罐设松动风喷嘴，保证循环焦正常进入流化床碳热还原塔缓冲罐以及保证乏焦的正常排出，高温分离器分离下来的循环焦经过灰斗进入储焦罐，储焦罐的循环焦大部分返回流化床碳热还原塔的缓冲罐，一部分进入调质器吸收烟气中的氧气。

优选的，所述解析塔由上到下分为三段及每段上方的气体排出装置，分别为干燥预热段、解析段、冷却段，所述冷却段分为冷却上段和冷却下段，制氮机与解析塔干燥预热段、冷却上段外侧的换热介质管箱连接，气体排出装置由上到下依次为第一层气体排出装置、第二层气体排出装置、第三层气体排出装置，第三层气体排出装置与第二层气体排出装置连接，第二层气体排出装置排出的解析气与第一烟气冷却器出来的烟气汇合后进入流化床碳热还原塔底部。

制氮机为干燥预热段和第一冷却段的换热介质管箱提供防氧化介质，加热介质为第二烟气冷却器的换热介质空气。粉焦进入解析塔后通过重力不断下降，在解析段被加热解析出含有so2的气体进入流化床碳热还原塔，解吸塔底排出的解析后的粉焦进入脱硫塔。

本发明的有益效果：

本发明提出的一种铜冶炼过程中回收硫磺的工艺及装置，针对铜冶炼过程中不同阶段产生的不同浓度的so2烟气，采用碳热还原塔、活性焦炭脱硫塔和活性焦炭解析塔等设备，通过精确控制碳热还原反应条件、活性焦炭吸附条件以及活性焦炭解析条件，将铜冶炼烟气中的so2转化成硫磺进行回收，不仅有效的脱除了铜冶炼烟气中的so2，同时实现了硫资源的高效利用。结合调质过程，既处理了工艺过程产生的废弃物，同时还充分利用了调质烟气中的余热。可实现铜冶炼工艺烟气中so2向硫磺的定向转化，并提出一种更好的硫资源化利用方式，具有广阔的市场前景。

流化床碳热还原塔内的碳基还原剂循环倍率高，so2转化率为90～98％，硫磺产率为85～95％，回收硫磺纯度达到99.7％以上，符合工业硫磺一等品标准，布袋除尘器出口so2浓度低于30mg/nm³，粉尘低于5mg/nm³。

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为一种铜冶炼过程中回收硫磺的工艺系统图；

其中，

1、配料仓，2、干燥机，3、造锍熔炼炉，4、沉淀室，5、电炉，6、铜锍吹炼转炉，7、灰渣慢冷器，8、火法精炼阳极炉，9、调质器，10、第一除尘器，11、第一烟气冷却器，12、流化床碳热还原塔，13、进料斗，14、高温分离器，15、还原气冷却器，16、细粉过滤器，17、硫磺回收装置，18、硫磺储罐，19、活性焦脱硫塔，20、第二除尘器，21、烟囱，22、解析塔，23、制氮机，24、第二烟气冷却器，25、缓冲罐，26、储焦罐，27、灰斗，28、流化风喷嘴，29、松动风喷嘴。

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。

下面结合实施例对本发明进一步说明

实施例1

1)从造锍熔炼炉和铜锍吹炼炉出来的烟气约1100℃，so2浓度为10％，造锍熔炼炉中出来的高浓度so2烟气首先进入沉淀室进行预除尘，除尘后的烟气与铜锍吹炼炉出来的高浓度so2烟气混合后进入调质器，经调质过程烟气温度升高到1100℃，调质后的烟气进入除尘设备除去烟气中携带的粉尘，之后进入第一烟气冷却器进行控温，烟气冷却器使烟气温度控制在800℃；

2)烟气冷却器进行控温后的烟气进入流化床碳热还原塔与碳基还原剂发生氧化还原反应，碳基还原剂的粒径为80μm，反应温度800℃，c/so2摩尔比50，塔内气速5米，塔内气固接触时间5s，流化床碳热还原塔得到的反应气首先经高温旋风分离器进行气固的一级分离，分离下来的碳基还原剂大部分返回至还原塔继续作为还原介质，另一小部分失去还原性质的碳基还原剂排至调质器与烟气中的氧气反应从而脱除烟气中的氧气；

3)经高温分离器分离后的反应气800℃，经高温分离器分离后的反应气进入反应气冷却器冷凝，冷凝后的反应气温度400℃，冷凝后的反应气进入粉尘过滤器进行二级气固分离，以保证硫磺回收的品质，过滤后的反应气进入硫磺收集装置冷凝收集硫磺并储存在硫磺储罐中；

4)从火法精炼阳极炉出来的烟气约1100℃，so2浓度为小于5％，从火法精炼阳极炉出来的烟气首先经过第二烟气冷却器进行降温，温度降低至70℃，然后与硫磺收集装置内硫磺冷凝回收后的反应气混合，混合后的烟气温度为100℃，混合后的烟气进入活性焦炭脱硫塔，然后依次经过除尘器、烟囱排出；

5)活性焦炭脱硫塔中吸附饱和的活性焦炭进入解析塔，解析温度约为400℃，解析气中so2浓度约为20％，然后将解析气通入流化床碳热还原塔，流化床碳热还原塔中与碳基还原剂发生氧化还原反应回收硫磺。

实施例2

1)从造锍熔炼炉和铜锍吹炼炉出来的烟气约1200℃，so2浓度为15％，造锍熔炼炉中出来的高浓度so2烟气首先进入沉淀室进行预除尘，除尘后的烟气与铜锍吹炼炉出来的高浓度so2烟气混合后进入调质器，经调质过程烟气温度升高到1200℃，调质后的烟气进入除尘设备除去烟气中携带的粉尘，之后进入第一烟气冷却器进行控温，烟气冷却器使烟气温度控制在800℃；

2)烟气冷却器进行控温后的烟气进入流化床碳热还原塔与碳材料发生氧化还原反应，反应温度900℃，碳基还原剂的粒径为100μm，c/so2摩尔比60，塔内气速5米，塔内气固接触时间5s，流化床碳热还原塔得到的反应气首先经高温旋风分离器进行气固的一级分离，分离下来的碳基还原剂大部分返回至还原塔继续作为还原介质，另一小部分失去还原性质的碳基还原剂排至调质器与烟气中的氧气反应从而脱除烟气中的氧气；

3)经高温分离器分离后的反应气850℃，经高温分离器分离后的反应气进入反应气冷却器冷凝，冷凝后的反应气温度500℃，冷凝后的反应气进入粉尘过滤器进行二级气固分离，以保证硫磺回收的品质，过滤后的反应气进入硫磺收集装置冷凝收集硫磺并储存在硫磺储罐中；

4)从火法精炼阳极炉出来的烟气约1200℃，so2浓度为小于5％，从火法精炼阳极炉出来的烟气首先经过第二烟气冷却器进行降温，温度降低至80℃，然后与硫磺收集装置内硫磺冷凝回收后的反应气混合，混合后的烟气温度为110℃，混合后的烟气进入活性焦炭脱硫塔，然后依次经过除尘器、烟囱排出；

5)活性焦炭脱硫塔中吸附饱和的活性焦炭进入解析塔，解析温度约为400℃，解析气中so2浓度约为25％，然后将解析气通入流化床碳热还原塔，流化床碳热还原塔中与碳基还原剂发生氧化还原反应回收硫磺。

实施例3

1)从造锍熔炼炉和铜锍吹炼炉出来的烟气约1300℃，so2浓度为20％，造锍熔炼炉中出来的高浓度so2烟气首先进入沉淀室进行预除尘，除尘后的烟气与铜锍吹炼炉出来的高浓度so2烟气混合后进入调质器，经调质过程烟气温度升高到1300℃，调质后的烟气进入除尘设备除去烟气中携带的粉尘，之后进入第一烟气冷却器进行控温，烟气冷却器使烟气温度控制在800℃；

2)烟气冷却器进行控温后的烟气进入流化床碳热还原塔与碳材料发生氧化还原反应，反应温度950℃，碳基还原剂的粒径为150μm，c/so2摩尔比60，塔内气速5米，塔内气固接触时间6s，流化床碳热还原塔得到的反应气首先经高温旋风分离器进行气固的一级分离，分离下来的碳基还原剂大部分返回至还原塔继续作为还原介质，另一小部分失去还原性质的碳基还原剂排至调质器与烟气中的氧气反应从而脱除烟气中的氧气；

3)经高温分离器分离后的反应气900℃，经高温分离器分离后的反应气进入反应气冷却器冷凝，冷凝后的反应气温度600℃，冷凝后的反应气进入粉尘过滤器进行二级气固分离，以保证硫磺回收的品质，过滤后的反应气进入硫磺收集装置冷凝收集硫磺并储存在硫磺储罐中；

4)从火法精炼阳极炉出来的烟气约1300℃，so2浓度为小于5％，从火法精炼阳极炉出来的烟气首先经过第二烟气冷却器进行降温，温度降低至90℃，然后与硫磺收集装置内硫磺冷凝回收后的反应气混合，混合后的烟气温度为120℃，混合后的烟气进入活性焦炭脱硫塔，然后依次经过除尘器、烟囱排出；

5)活性焦炭脱硫塔中吸附饱和的活性焦炭进入解析塔，解析温度约为400℃，解析气中so2浓度约为30％，然后将解析气通入流化床碳热还原塔，流化床碳热还原塔中与碳基还原剂发生氧化还原反应回收硫磺。

由图1所示，一种铜冶炼过程中回收硫磺的系统，包括配料仓1、干燥机2、造锍熔炼炉3、沉淀室4、电炉5、铜锍吹炼转炉6、灰渣慢冷器7、火法精炼阳极8炉、调质器9、除尘器10、第一烟气冷却器11、流化床碳热还原塔12、进料斗13、高温分离器14、还原气冷却器15、细粉过滤器16、硫磺回收装置17、硫磺储罐18、脱硫塔19、除尘器20、烟囱21、解析塔22、制氮机23、第二烟气冷却器24；配料仓1的底部与干燥机2连接，干燥机2通过传送带与造锍熔炼炉3连接，造锍熔炼炉3的下方连接沉淀室4，沉淀室4的固体出口分别连接电炉5、灰渣慢冷器7、铜锍吹炼转炉8，铜锍吹炼转炉8管道连接灰渣慢冷器7、通过粗铜传送带连接火法精炼阳极炉8、通过烟气管道与沉淀室4的烟气汇合后依次连接调质器9、第一除尘器10、第一烟气冷却器11，第一烟气冷却器11出来的烟气与解析塔22出来的解析气汇合后进入流化床碳热还原塔12，流化床碳热还原塔12出来的反应气依次进入高温分离器14、还原气冷却器15、细粉过滤器16、硫磺回收装置17，硫磺回收装置17的冷凝硫磺进入硫磺储罐18，火法精炼阳极炉8的烟气进入第二烟气冷却器24后与硫磺回收装置17出口的反应气汇合后依次连接活性焦脱硫塔19、第二除尘器20、烟囱21；活性焦脱硫塔19的底部饱和粉焦通过传送带进入解析塔22。

造锍熔炼炉3通过管道引入氧气和空气；

电炉5排出的冰铜通入界外的吹炼装置，电炉5排出废渣；

沉淀室4排出的冰铜进入铜锍吹炼转炉6，铜锍吹炼转炉6和沉淀室4排出的炉渣进入灰渣慢冷器7；灰渣慢冷器7排出的灰渣进入后续的磨矿、浮选工序。

火法精炼阳极炉8排出的产品进入后续的电解精炼工序得到成品阳极铜。

沉淀室4排出的高so2浓度烟气和火法精炼阳极炉8排出的高so2浓度烟气汇合后进入调质器9，调质器9的高温烟气依次进入第一除尘器10、第一烟气冷却器11、流化床碳热还原塔12。

流化床碳热还原塔12的底部为缓冲罐25，缓冲罐25的内部设置流化风喷嘴；高温分离器14的下方依次连接灰斗27、储焦罐26；缓冲罐25的一侧与进料斗连接，另一侧与高温分离器14下方的储焦罐26连接，所述流化风喷嘴28的位置低于缓冲罐25两侧的进料口的位置；所述储焦罐26内设置松动风喷嘴29。

储焦罐26的乏焦进入调质器9作为还原介质，用于吸收烟气中的氧气。

所述解析塔22分为三段及每层上方的气体排出装置，分别为干燥预热段、解析段、冷却段，所述冷却段分为冷却上段和冷却下段，气体排出装置由上到下依次为第一层气体排出装置、第二层气体排出装置、第三层气体排出装置，制氮机23与解析塔22干燥预热段、冷却上段外侧的换热介质管箱连接，第三层气体排出装置与第二层气体排出装置连接，第二层气体排出装置排出的解析气与第一烟气冷却器11出来的烟气汇合后进入流化床碳热还原塔12底部。

冷却下段的换热介质管箱引入空气或冷却水作为冷却介质；解析段换热介质管箱引入第二烟气冷却器的换热介质空气作为解析段的加热介质，换热后的空气加热介质又进入第二烟气冷却器；解吸塔底部解析后冷却的粉焦送入流化床碳热还原塔；第一气体排出装置排出的活性焦脱附的低浓度so2气体进入脱硫塔，第二气体排出装置的高浓度so2气体排至流化床碳热还原塔。

实施例1so2转化率为98％，硫磺产率能达到95％，回收硫磺纯度达到99.7％；实施例2的so2转化率能达到95％，硫磺产率能达到93％，回收硫磺纯度达到99％；实施例3so2转化率为94％，硫磺产率能达到92％，回收硫磺纯度达到99.1％。

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。