专利名称：由含硫溶液生产熔融硫的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明是对含有硫化物的气体、液体或粉状、浆状物料脱硫后生成的含硫溶液，经加热分离出熔融硫的一种工艺方法和装置。该技术属于脱硫技术领域。
用脱硫过程中生成的含硫溶液作原料生产熔融硫有各种加工方法。近年来，有所改进的具有代表性的生产工艺流程简图如附
图1所示。脱硫系统的循环脱硫用水溶液，简称脱硫液，按一般的固一液分离技术，通常可生成含硫磺30～100kg/m3的含硫溶液1进入熔硫系统。该溶液在硫浓缩槽2中，通过蒸汽3间接加热至80℃，经搅拌澄清分离后，清液4返回脱硫系统；约含20％硫磺的硫膏5，经沉降槽底部管道自流装满熔硫釜6后，利用间接蒸汽将釜内硫膏加热至95℃，分离出的清液7，自流返回脱硫系统。该液经釜顶排尽后，再继续向釜内加料，满釜后升温，排出清液，反复操作直至含硫磺达40～50％的硫膏几乎装满釜时停止加料。随后升温至135℃进行熔硫，经4～6小时后硫膏变成熔融状态。此时，釜内因两种液体的密度不同而自然分层。下部为液态硫磺层，上部为水溶液层。放硫时，先停止加热，打开熔硫釜底阀门8，先将液态硫磺9排放到硫磺冷却盘10，在盘中自然冷却后装袋入库。放完熔融硫，随即放出清液11，放料后釜内卸压。排放的清液11，可再送入脱硫系统的脱硫液中。该流程为间歇操作工艺，具有能耗高，需竖向布置，熔硫釜6的单位容积的加热面积小，热阻大，传热效果差等缺点。
邯郸钢铁总厂于1993年授权的实用新型专利“连续进行硫回收的金属釜”(专利号92239362.1)，对原有间歇式回收硫的金属釜6做了改进，即在原釜内增加一个金属钟罩，钟罩周围外壁与釜内壁之间留有一定间隙，排液管伸进钟罩内，在釜底安装一个带有蒸汽套管的加强熔硫管，在熔硫管的末端安装有保温放硫阀。进入釜内的硫膏经过钟罩时，被分成薄层沿钟罩与釜壁间的间隙向下流动，同时受到加热，从而使硫的分离、熔融连续进行，并提高了硫的回收率，减少了溶液损失和环境污染等。但该设备仍具有单位容积的加热面积小，热阻大，加热效果差等缺点；其排放熔融硫的过程仍为手工操作。
本发明的目的在于提供一种由含硫溶液生产熔融硫的自动化、节能的连续熔硫工艺方法和装置。该方法采用管道化、连续化、自动化的生产操作过程；深度换热的节能措施；可布置在同一平面内的工艺装置；小型化、高效化的熔硫设备。采用该工艺方法可实现生产过程的自动化，降低能耗，降低工程建设投资和脱硫成本，提高熔硫设备效率，还可提高硫的回收率，减少脱硫剂和催化剂的消耗，减少操作人员，减轻工人的劳动强度，并减少环境污染。
本发明的目的是通过下述的方法和装置实现的。
一种由含硫溶液生产熔融硫的工艺方法，是将来自脱硫系统的含硫溶液，送入硫浓缩设备中，排出的清液返回脱硫系统，浓缩得到的硫膏输送到熔硫设备中加热、分离、熔融、沉降，分离出的清液重新返回脱硫系统，其特征是硫膏在熔硫设备内以强制对流的方式通过当量直径小于60mm，单位容积的传热面积大于30m2/m3的热交换器或加热器进行加热，熔融硫可自流排出。
为实现本发明方法的节能目的，采用了从硫浓缩设备中得到的硫膏和从熔硫设备中产生的清液之间进行换热的方法。
为实现本发明方法的工艺装置可布置在同一平面上的目的，浓缩得到的硫膏可采用泵加压输送到熔硫设备中。
为实现本发明方法的自动化要求1)硫浓缩设备利用不同液体密度差，可自流排出清液；2)熔硫设备的进料泵和供热设施的开关的开停启闭是由液位检测装置根据硫浓缩设备内硫膏的液位高低进行自动控制的；3)熔硫设备的进料量是由熔硫设备的温度检测装置进行自动控制的；为实现上述工艺方法的装置，包括了硫浓缩设备和熔硫设备，其特征是1)熔硫设备的内部结构使被加热介质硫膏以强制对流的方式通过当量直径小于60mm，单位容积的传热面积大于30m2/m3的热交换器或加热器；2)熔硫设备设有自动排硫元件。
为实现本发明装置的节能目的，采用热交换器用于硫浓缩设备排出的硫膏与熔硫设备产生的清液之间的间接逆流换热。
为实现本发明的装置能布置在同一平面上的目的，可采用泵将浓缩得到的硫膏加压输送到熔硫设备中。
为实现本发明装置的自动化的目的
1)硫浓缩设备的内部设有分隔设施，将该设备分为可自流排出清液的沉降分离段和硫膏贮存段；2)液位检测装置根据硫膏贮存段的液位的高低，控制熔硫设备的进料泵和供热设施的开关的开停启闭；3)温度检测设施，用于通过调节阀的开度控制熔硫设备的进料量；本发明的方法和装置具有以下优点和积极效果1、熔硫设备小型化、高效化。采用单位体积换热面积大，传热效果好的热交换器或加热器。该设备具有体积小、重量轻、管道化连续操作、处理能力强、操作弹性大等优点。
2、降低能耗。熔硫过程中分离出的高温清液，先后经熔硫设备的换热段、热交换器换热降温后再外排，相当于充分利用了原工艺所排清液4、7、11的显热，以及部分气化了的清液11的潜热。取消了原工艺中正常操作情况下，硫浓缩槽2需外供加热蒸汽3的能耗。充分利用熔硫设备所排清液的余压，减少了原流程输送清液11的设施和动力消耗。
3、熔硫系统的操作过程实现了自动化。熔硫设备从进料到排硫、硫浓缩设备的清液与硫膏的分离，均实现了自动化，从而使熔硫系统的效能得到了充分的发挥。
4、降低了生产成本和工程建设投资。小型化、高效化、自动化程度高的熔硫设备，可代替同样需用不锈钢制造的笨重的熔硫釜6；可减少熔硫厂房的层数，缩小其建筑面积与楼板负荷，使熔硫系统的工程建设投资明显下降；可相应减少生产操作和维修人员，减少职工工资和设备维护费用等开支；能源的充分利用也减少了动力消耗的费用。本发明工艺较原工艺的熔硫系统具有处理量越大，降低熔硫成本和工程建设投资的效果也越显著的特点。
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
图1为现有技术的生产工艺简图；图2为本发明生产工艺的流程简图。
如图2所示，来自脱硫系统的含硫溶液12，进入熔硫系统的硫浓缩设备13。设备13中可采用设有分隔挡板14等方式，将该设备分为沉降分离段15和硫膏贮存段16。进入沉降分离段15的脱硫液12经重力沉降澄清分层后，自流排出的清液17返回脱硫系统。浓缩得到的硫膏自流进入硫膏贮存段16，并根据其液位的高低，由液位检测装置18控制熔硫设备22的进料泵19和供热设施的开关25的开停启闭。离开硫浓缩设备13的硫膏可利用其液位高度或用泵19输送，并经热交换器20(熔硫处理量较小时可不设；根据脱硫系统的水平衡等状况亦可暂停使用)换热升温后通过流量调节阀21进入熔硫设备22。硫膏在熔硫设备22内，首先进入换热段23。换热升温后的硫膏继续下降进入加热段24，并在此经历了加热、分离、熔融、沉降等过程(硫晶体熔点不大于117℃，液态硫的密度为1803kg/m3)。供热设施的开关25的启闭，受硫浓缩设备13的液面检测装置18的控制。换热段23和加热段24依据处理量的大小，可采用列管、波纹管式或螺旋板式等单位体积的换热面积、传热系数、冷热流体的对数平均温度差均较大的热交换器或加热器类型。例如，采用管径(毫米)为57、45、38、32、25、……、10等不同外径换热管的列管式热交换器时，可使换热段23的管程通过硫膏，壳程通过清液；加热段24的管程向下通过逐渐升温至硫熔点的硫膏、向上排出分离的清液，壳程通入加热蒸气。继续下降离开加热段24的熔融硫进入贮硫段26。贮硫段26的外侧设有保温供热层27。当采用0.3MPa(饱和温度143℃)的间接蒸汽为加热段24供热时，冷凝水28则经蒸汽夹套27后外排。贮硫室26内设有可自动排硫的设施，如浮球阀29。外排的液态硫凝固、冷却后称重装袋入库。加热段的下部设有温度检测点30，通过调节阀21的开度控制熔硫设备22的进料量。分离出的高温清液，向上进入换热段23并同下降的硫膏间接逆流换热降温后，从换热段23的上部接管31排出。该清液通过热交换器20，与硫膏间接逆流换热降温后，经减压阀32进入清液管33。清液33可根据其与脱硫液12的温差高低等实际情形，或汇入脱硫液12混合换热沉降分离后随清液17，或直接汇入清液17返回脱硫系统中。
本发明的方法和装置与原工艺的主要区别有以下几点1、熔硫系统的操作过程实现了自动化。
原工艺过程的熔硫釜6的进料和排硫均为手工操作。
本发明工艺的熔硫设备22的进料和排硫均实现了自控；为满足熔硫设备正常操作压力的要求，采用了减压阀32自动稳压；在硫浓缩设备13中利用不同介质间的密度差实现了清液与硫膏的自动分离。
2、采用了有显著节能效果的深度换热工艺。
原工艺在含硫溶液的不同处理阶段排出的清液4、7、11的温度分别为80、95、135℃，其加权平均温度约为90℃。
本发明工艺经深度换热后的外排清液33的平均温度经测定可小于60℃。逆流通过热交换器20的冷、热流体的平均温度差可小于10℃。
本发明工艺取消了硫浓缩设备13(相当于原工艺的硫浓缩槽2)由间接蒸汽3加热含硫溶液的操作环节。
3、平面和竖向布置不同。
原工艺装置通常竖向布置在三、四层的框架上。
本发明工艺的熔硫系统因设置了泵19，所以即可按不同高差分置几层，又可将熔硫系统的全部装置布置在单层平面上。
4、采用的熔硫设备不同。
原工艺采用的熔硫设备是体积大而笨重，加热面积却相对较小的熔硫釜6。此类熔硫釜单位容积的传热面积小于5m2/m3；其加热方式属于传热效果相对较差的蒸汽夹套型；釜内径大，物料层厚，主要靠自然对流和传导方式传热的釜内下部物料的热阻大；为提高冷热流体间的平均温度差，操作温度要高达135℃。以上也是“连续进行硫回收的金属釜”有必要“在釜底安装一个带有蒸汽套管的加强熔硫管”的原因。
本发明工艺采用的熔硫设备22体积小、重量轻，熔硫效率高，单位容积的传热面积大于30m2/m3；换热段23、加热段24均采用传热系数较大，冷热流体间的对数平均温差较大，传热效果较好的热交换器或加热器；其流道的当量直径较熔硫釜6的内径小得多(小于60mm)，含固体颗粒的被加热流体在加热段中以相对较快的速度连续强制对流，其液固两相间传热效果也较好；操作温度低(120℃-125℃)，仅略高于硫熔点，因此可采用较低压力的加热蒸汽。
5、采用的硫浓缩设备的结构不同。原工艺采用的硫浓缩槽2是带有间接蒸汽加热器，下带放料口的锥形底槽。
本发明工艺采用的硫浓缩设备13中，可采用设有分隔挡板14等方式，将该设备分为沉降分离段15和硫膏贮存段16。进入沉降分离段15的脱硫液12经重力沉降澄清分层后，可自流排出清液17返回脱硫系统。浓缩得到的硫膏自流进入硫膏贮存段16。
权利要求
1.一种由含硫溶液生产熔融硫的工艺方法，是将来自脱硫系统的含硫溶液(12)，送入硫浓缩设备(13)中，排出的清液(17)返回脱硫系统，浓缩得到的硫膏输送到熔硫设备(22)中加热、分离、熔融、沉降，分离出的清液(31)重新返回脱硫系统，其特征是硫膏在熔硫设备(22)内以强制对流的方式通过当量直径小于60mm，单位容积的传热面积大于30m2/m3的热交换器或加热器进行加热。
2.根据权利要求1所述的一种由含硫溶液生产熔融硫的工艺方法，其特征是从硫浓缩设备(13)中得到的硫膏和从熔硫设备(22)中产生的清液之间进行换热。
3.根据权利要求1所述的一种由含硫溶液生产熔融硫的工艺方法，其特征是浓缩得到的硫膏可采用泵(19)加压输送到熔硫设备(22)中。
4.根据权利要求1、3所述的一种由含硫溶液生产熔融硫的工艺方法，其特征是1)硫浓缩设备(13)利用不同液体密度差，可自流排出清液(17)；2)熔硫设备(22)的进料泵(19)和供热设施的开关(25)的开停启闭是由液位检测装置(18)根据硫浓缩设备(13)内硫膏的液位高低进行自动控制的；3)熔硫设备(22)的进料量是由熔硫设备(22)的温度检测装置(30)进行自动控制的；4)熔硫设备(22)中的熔融硫可自动排出。5、一种使用权利要求1所述的工艺方法而专门设计的由含硫溶液生产熔融硫的装置，它包括硫浓缩设备(13)和熔硫设备(22)，其特征是熔硫设备(22)的内部结构使被加热介质硫膏以强制对流的方式通过当量直径小于60mm，单位容积的传热面积大于30m2/m3的热交换器或加热器。
6.根据权利要求5所述的一种由含硫溶液生产熔融硫的装置，其特征是1)熔硫设备(22)的换热段(23)、加热段(24)均采用列管式热交换器；2)熔硫设备(22)的贮硫段(26)内设有自动排硫的浮球阀(29)。
7.根据权利要求5所述的一种由含硫溶液生产熔融硫的装置，其特征是硫浓缩设备(13)设有分隔设施(14)，将该设备分为可自流排出清液的沉降分离段(15)和硫膏贮存段(16)。
8.根据权利要求5所述的一种由含硫溶液生产熔融硫的装置，其特征是采用热交换器(20)用于硫浓缩设备(13)排出的硫膏与熔硫设备(22)外排清液之间的间接逆流换热。
9.根据权利要求5所述的一种由含硫溶液生产熔融硫的装置，其特征是可采用泵(19)将浓缩得到的硫膏加压输送到熔硫设备(22)中。
10.根据权利要求5、9所述的一种由含硫溶液生产熔融硫的装置，其特征是1)液位检测装置(18)根据硫膏贮存段(16)的液位的高低，控制熔硫设备(22)的进料泵(19)和供热设施的开关(25)的开停启闭；2)温度检测设施(30)，用于通过调节阀(21)的开度控制熔硫设备(22)的进料量；3)熔硫设备(22)连接有自动排硫的设施(29)。
全文摘要
本发明涉及一种由脱硫得到的含硫溶液生产熔融硫的工艺方法和装置。来自脱硫系统的含硫溶液在硫浓缩设备中沉降分离后,可自流排出清液,浓缩得到的硫膏可用泵并可通过热交换器换热升温后,送入内设热交换器或加热器的能自排熔融硫的熔硫设备。该熔硫设备的传热具有强制对流、当量直径小、单位体积的加热面积大等特点。熔硫设备外排的清液可通过热交换器与逆流通过的硫膏换热降温后返回脱硫系统。该方法和装置可实现自动化连续操作,降低能耗,生产成本和工程建设投资低,熔硫设备效率高。
文档编号C01B17/027GK1210090SQ9711448
公开日1999年3月10日 申请日期1997年8月28日 优先权日1997年8月28日
发明者马中全, 王波 申请人:鞍山钢铁集团公司