专利名称：实现再生脱硫的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用循环物料对工艺气体进行再生脱硫的方法，在该方法中含硫气体与构成流化床的颗粒状吸附剂材料接触，并与吸附剂物料一起送经反应区使硫固着在吸附剂上，然后，将含硫的吸附剂与工艺气体分离，工艺气体送去下一步处理;分离出来的含硫的吸附剂则送入再生区使硫与吸附剂分离，从吸附剂上分离出来的硫送去下一步处理，去硫后的吸附剂则返回再与工艺气体接触。
本发明还涉及由脱硫反应器构成的装置，该反应器中包括有流化床室，在该化床室中有颗粒状吸附剂组成的流化床，工艺气体被送入其中;有在流化床室上方的反应器室;有在反应器室顶部的分离器装置，用于使含硫吸附剂与工艺气体分离;有排出工艺气体用的排气导管;有再生反应器;有至少一根将含硫吸附剂送往再生反应器的输送管;有输送再生气体与从再生反应器分离出来的硫的导管;以及将吸附剂从再生反应器底部送回流化床的返回管。
由于硫的直接固着(例如固定在钙上)，脱硫过程的核心问题是所产生的大量废物。另外，所产生的废物中的水溶性化合物对于废物堆卸区的地下水也构成危害，因此从长远计，显然必须开发能够将废物产生数量减到最小的方法。
目前已知有很多固定硫氧化物的方法，其中最终固着是以固态元素硫的形式进行的。原则上讲，作为所有这类方法的一个中间步骤，首先必须将氧化硫的含量浓集到足够高，以使生成元素硫的方法在经济上可行。在浓集过程中，硫氧化物先固定在具有适宜性质的吸附剂上，该吸附剂被再生，在这种情况下硫释放出来，而且生成能固着硫的吸附剂。硫的固着和含硫吸附剂的再生在分开的反应器中实现，在反应器之间吸附剂如下进行输送即含硫的吸附剂被送往再生反应器，相应地，已再生的吸附剂则送往硫固着反应器，与此同时经过纯化的气体从反应器排出，而硫则单独从再生器中排出。吸附剂和输送必须以稳定的方式进行，以使反应器之间气体化合物的互混很小。
目前，实现再生脱硫方法的以固定床和流化床技术为基础的装置正在研制开发之中。由于温度控制在再生脱硫中十分重要，固定床技术看来前景不大，因为其温度调节和反应控制很难调制。从有效物料输送的角度来看，能够使用细分粒的吸附剂也是很重要的，这是在固定床反应器中也相当困难。要得到足够数量的再循环物料和足够的分离容量，相应地需要有足够大的空间，因此以流化床技术为基础的反应器的直径很大。但是，由于再生反应器中的气体量一般只是脱硫反应器气流量的1%至3%，所以直径大的问题主要涉及脱硫反应器。
本发明的目的是提供方法和装置以消除上述缺点。本发明方法的特征在于，已经与工艺气体分离的含硫吸附剂在送去再生之前先加以冷却以调节循环物料和反应器的温度。
本发明装置的特征在于，反应器室沿气体流动方向上的截面积小于流化床室的截面积;而且将含硫吸附剂送往再生反应器用的输送管装有换热器以调节吸附剂的温度，从而也调节了整个反应器的温度。
因此在本发明的方法中，脱硫在循环物料反应器中进行，在这种情况下就可以采用细分粒的吸附剂(例如金属氧化物，或者较好的是合金型金属氧化物，如直径为0.05至0.3毫米的锌铁氧化物)和适宜的气速(3至6米/秒)，这样脱硫反应器的直径并不是特别大。如果采用鼓泡流化床技术，则对于上述的吸附剂粒度，气速应限制在0.5米/秒以下。再生反应器中的气流一般只有脱硫反应器气流的1%至3%，因而再生反应器的直径不大，即使是其中的气速限制在鼓泡流化床的速度范围(即速度约为1米/秒)之内也是如此。
本发明的流化体采用至少包括两个粒度的颗粒物料以达到合适的悬浮密度，在这种情况下，较粗的颗粒物料为直径0.5至2毫米，而由直径小得多(0.05至0.3毫米为好)的物料产生循环物料流。
按照本发明的基本概念，稳定脱硫反应器的温度是用以下办法实现的冷却表面主要安排在循环物料的返回管或循环管中。这种情况下，通过冷却器的固体流量可自动地按待处理的气流量进行调节，并由此控制冷却器的效率。另外，必要时也可以调节温度，其办法是用单独的循环气流调节冷却器的效率。
控制反应器之间固体物流的方法对于本发明也是很重要的。这一点是用脉冲加料器来实现的。它的工作原理如下在脉冲加料器的送料端口处形成一层栓塞状层(即固体层区)，以气体动力学最合适的方式用脉冲式供气的方法从料层下部送走固体。脱硫反应器与再生反应器之间固体的控制循环是这样完成的用脉冲加料器将脱硫反应器连接到再生反应器;反过来也用另一台脉冲加料器将再生反应器连接到脱硫反应器。
下面参照附图对本发明作更详细的解释，其中，
图1和图1a用图形表示本发明的循环物料反应器;
图2示出本发明部分剖视的循环物料反应器的另一种实施方案。
图中所示的循环物料反应器包括脱硫反应器，它有一个喷咀底座1，待处理的工艺气体和可能使用的循环气体经此底座送入位于循环物料反应器下部的流化床室2。反应器的下部，亦即流化床室2，沿气体流向的截面积宜大于其上方的实际反应室3的截面积。这样就能在下部保持高颗粒密度而又不使整个反应器空间内的颗粒密度过分增大。在图示的环形反应器室3中，气体和吸附剂以悬浮体形式在反应器中向上输送，一直到达位于循环物料反应器上部的旋风分离器叶轮格栅4，它的叶片起分离器和流动导向作用。悬浮体在环形反应器室3以切线方向进入旋风分离器室5，在那里吸附剂颗粒与气体分离，纯化去除颗粒后的工艺气体经旋风分离器中央的排气管(即导管6)送去后续处理，而从旋风分离器壁上分出的颗粒料则落入档板下面的分配室7中。分配室7的作用是使循环的颗粒物料在冷却器(即换热器9，沿轴向对称放置)的横截表面上均匀分布。这一点是用适当形状的喷咀板8而达到的。图1a用图表示在A-A处反应器的截面，表明了反应器构造。反应器中央的换热器为同流换热工作方式。换热器9有若干根返回管或换热器管9a，循环物料经达这几根导管由冷却器9返回其下部。导管之间有空间，在该空间里冷却介质(如气体，空气，水，其它液体或蒸汽/蒸气)经导管11沿循环物料的流动的相反方向从冷却器的下端流向上端，冷却导管9a的外表面以此冷却在其中流动的循环物料。
为了引导循环物料反应器中的气体流，在冷却器9的下端设有底锥10，锥形的自由端的截面积不超过环形空间3的截面积的10%。冷却器上气体或其它介质的冷却物流的入口和出口管以数字11和12表示。
图1中，再生反应器13以环形方式设置在脱硫反应器3的周围。再生气体(如水蒸汽或其它合适的气体)的入口管以参数14表示，参数13代表环形再生室，参数20表示含硫气体离开再生段的导管。输送管(即导管16)从换热器下部连到再生反应器13的上部，导管16与冷却器9相连的一端有一垂直管段15，含硫的吸附剂在这一垂直管段中形成栓状料层。通过邻接的导管16的水平段和导管16水平段拐变处延伸出去的气体导管19，送料气体(宜以脉冲方式供气)将含硫吸附剂经导管16送到再生反应器13。参数17代表再生后的吸附剂的返回导管，它与再生反应器的下部相通，再生后和吸附剂在上述返回导管17的前端垂直段形成另一个塞状料层，从那里送料气体(仍宜以脉冲方式经导管18供入)将吸附剂输送到脱硫反应器。固体流入到送料途径中的垂直管段15或17而形成起密封作用的柱塞状固体粒层，该垂直管段中的固体料面保持在明显高于送料管线的水平部分。如果没有气体经过管19或18供入送料管线则固体流动就会停止，因为固体自身是不会在基本水平的送料管线中运动的。如果有气体供入送料管线，当其最底下的部分随气体一起被喻送时，垂直管段中的吸附剂料层开始以柱塞方式向下流动，在这种情况下其气密性仍保持完好。在垂直管段的下端连有固体送料管线，固体借助于合适的载气以连续气流或气体脉冲方式在其中进行气动输送。
在脱硫反应器中按整个截面3计算的典型气速在3至6米/秒范围内变化。在脱硫反应器中，下部的悬浮体密度最好在50至300千克/米3范围，而在上部则为5至30千克/米3。根据固着反应的化学动力确定的温度范围，通常是在450℃至1050℃范围之内变化。重要的是由于使用了循环物料工艺，在脱硫反应器整个容积内可使温度保持在所需的数值。
在再生反应器中，其气流与脱硫反应器中的气流相比是非常小的，自然就可以采用很低的气速而不致于明显增加装置的外部尺寸。从设备-技术意义上来说，有利的解决办法是按图1所示，围绕脱硫反应器以回转对称方式设置再生反应器。对于细分粒的吸附剂，再生反应器中适宜的气速为0.2至1.0米/秒。以鼓泡方式操作的流化床反应器的悬浮区的平均密度以100至500千克/米3为好。根据再生反应动力学确定的温度在700℃至1300℃范围内变化。对于大多数吸附剂来说，再生反应器的温度范围相当窄，这样也必须能够准确地调节再生反应器的温度。由于释出的热能很低，可根据通入的蒸汽用直接法进行温度细调。在大多数情况下，最好的冷却剂是水。
图2以图形方式表示出按照本发明所述的反应器的另一种实施方案(部分剖视)。在图2中实际的脱硫反应器示于右侧，含硫气体通过导管1供入反应器中。气体从那里送入流化床室2，在里面气体通过流化床物料并继续流经环形导管3通往反应器上部，在那里经过流动导引装置4(即轮叶栅)的导引，转向进入分离室5，在该室中循环物料(即含硫的吸附剂物料)与气体分离。气体按图1所示方式经导管6从分离室5的中央排出，从分离室向下掉落的吸附剂物料经过循环管5a重新落入室2。一部分吸附剂物料落入垂直排料管15中，并进一步从那里落入排料管的水平段16，这些物料从那里由管19供入的送料气体输送到再生反应器。再生反应器的操作，原则上类似于脱硫反应器。第二流化床室13′，再生室13a，和返回管15′构制成基本上是同轴圆柱形。返回管段15′位于第二流化床室13′的上方，排气管20位于第二旋风分离器室5′的中央且两者同轴。返回管15′周围有基本上与之同轴的第二循环管5a′。再生气和/或蒸汽从再生反应器下部经过导管14供入，在这种情况下再生气体和/或蒸汽进入室13′(该室为流化床室较好，它有颗粒吸附剂的流化床)，并进一步流经其环形部分(即再生室13a)通往反应器的上部，该再生室沿再生气流动方向的截面积小于第二流化床室(13′)的截面积，在轮叶栅4′的导引下又到达分离室5′。在该分离室中，已再生的吸附剂与再生气体及蒸汽分离，再生气及蒸汽带着脱除的硫经过位于该室中心的导管20排出。在室5′中，分离出来的吸附剂物料又向下掉落通过另一根循环管5a′返回室13′，并再次与再生气体或蒸汽接触。但是有一部分已再生的物料则落入返回管(即管15′)中形成第二个栓塞状料层，并进一步落入其下部的水平段17中，这一部分再生后的吸附剂通过管段17，由经过管18供入的载带吸附剂物料用的送料气流从第二个栓塞状料层送往脱硫反应器的流化床室中。在图2所示的解决方案中，换热器设置在水平输送管(即导管16)的周围，这一输送管从脱硫反应器连接到再生反应器，同样地，也有换热器设置在吸附剂返回管(即导管17)的周围。冷却介质通过导管22送入配置在输送管16周围的换热器21中，再经导管23排出，也就是说，换热器按逆流原理工作。对应地，冷却介质经导管22′送入配置在反回管17周围的换热器21′，再经导管23′排出，同样也是按逆流原理操作，另外，在图2中还示有围绕脱硫反应器和再生反应器的换热器或冷却器24和24′，换热器介质经过导管11，11′和12，12′送经相应的换热器或冷却器。
在以上介绍和附图中，只是通过例子阐述了本发明，本发明决不限于上述的描写和附图。除了构造成一个单元和一套固定的整体的反应器装置之外，也可以采用图2所示方式的分离式装置，在这种情况下，脱流反应器可以脱硫的角度来设计，使之尽可能有效，而再生反应器则可以设计成另一种型式，并且专门从再生的角度使之尽可能有效。
权利要求
1.用循环物料对工艺气体进行再生脱硫的方法，在该方法中含硫气体与形成流化床的颗粒状吸附剂物料接触，并与吸附剂物料一起送经反应器以使硫固着在吸附剂上，将含硫的吸附剂与工艺气体分离，工艺气体送去进一步处理，含硫的吸附剂则随后送去再生以使硫与吸附剂分离，将与吸附剂分离后的硫送去进一步处理，去硫后的吸附剂返回再与工艺气体接触，其特征在于，与工艺气体分离后的含硫吸附在送去再生之前被冷却以调节循环物料和反应器的温度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，上述冷却作用是由配置在将循环物料送去再生的导管上的换热器(9，21)实现的;在输送管(15，16)中形成循环物料的塞状料层以调节气体流量;吸附剂借助于供入输送管(16)的脉冲气体从塞状料层送往再生反应器(13);在再生反应器(13)的下端形成另一个已再生吸附剂的塞状料层，供入返回管(17)的脉冲气体将已再生的吸附剂从第二个塞状料层输送至流化床中。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，通过换热器(9)的循环物料流量由供入适当的循环气体或相当物到流化床的方式加以调节。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述的流化床采用至少包含两个粒度级的颗粒物料以达到合适的悬浮密度，在这种情况下较粗的颗粒物料为直径0.5到2毫米，而由直径小得多(0.05至0.3毫米为好)的物料产生循环物料流。
5.根据以上任何一项权利要求所述的方法，其特征在于，所述的含硫吸附剂由至少一种金属氧化物或合金型金属氧化物构成。
6.实施权利要求1所述方法的装置，该装置包括有流化床室(2)的脱硫反应器，它含有由颗粒状吸附剂形成的流化床，工艺气体送入其中;有位于流化床室(2)上方的反应器室(3);有位于反应器室(3)的顶部，用于使含硫吸附剂与工艺气体分离的分离器装置;有排出工艺气体的排气管(6);有再生反应器(13);有至少一根输送管(15，16)，用于将含硫吸附剂送往再生反应器(13);有导管(20)，用于将再生气体和分离出的硫引出再生反应器(13);和返回管(17)，用于使吸附剂从再生反应器(13)的底部返回到流化床中，其特征在于，反应器室(3)沿气体流动方向的截面积小于流化床室(2)的截面积，而且将含硫吸附剂送往再生反应器(13)的输送管配置有换热器(9，21)，用于调节吸附剂的温度，从而也调节了整个反应器的温度。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述的流化床室(2)，反应器室(3)，和将吸附剂送往再生反应器的输送管段(15，16)构制成基本上为同轴圆柱形，因此将吸附剂送往再生反应器的输送管段(15)位于基本上成同轴的流化床室的上部;反应器室(3)做成环形管配置于输送管周围;在反应器室(3)上部有旋风分离器室(5)，它的上部有流动导向装置(4)，因此由工艺气体与吸附剂形成的悬浮体沿切线方向引向旋风分离器室(5)的中央;排气管(6)位于旋风分离器室(5)的中央并与之同轴，在这种情况下，工艺气体经过排气管(6)排出，吸附剂则落入位于旋风分离器室(5)下方的分配室(7)，再从那里至少是部分地进一步落入分配室(7)下面的输送管段(15)。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，换热器(9)置于流化床室(2)上方的输送管上，换热器基本上与流化床室(2)同轴;输送管包括若干根通过换热器的传热管，含硫吸附剂流经输送管，输送管的外表面被流过换热器(9)的冷却介质所冷却。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，再生反应器(13)成环形设置于反应器室(3)的周围。
10.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，再生反应器(13)是一个单独的反应器，已经与硫反应的吸附剂被送入其中，再生后的吸附剂从那里返回到脱硫反应器的流化床室(2);在脱硫反应器中，在吸附剂输送管(15)的周围有循环管(5a)，两者基本上同轴，该循环管用于使部分吸附剂直接返回流化床室(2)。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，再生反应器(13)还有另外一个流化床室(13′)，它有颗粒吸附剂的流化床，再生气体被送入其中;在上述的第二流化床室(13′)的上方有再生室(13a)，该再生室沿再生气流动方向的截面积小于第二流化床室(13′)的截面积;再生室(13a)上部的分离器用于使再生后的吸附剂与再生气体分离;排气管(20)用于再生气排出，返回管(15′，17)用于使再生后的吸附剂从再生反应器(13)的下部返回脱硫反应器的流化床。
12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于第二流化床室(13′)，再生室(13a)，和将再生后吸附剂送往脱硫反应器的流化床室(2)用的返回管(15′)构制成基本上是同轴圆柱形，其安排方式是让送吸附剂去脱硫反应器的返回管段(15′)位于第二流化床室(13′)的上方，因此在再生室(13a)的上部还有一个旋风分离器室(5′)，它的上端有流动导向装置(4′)，由再生气和吸附剂组成的悬浮体在此以切线方向引向另外旋风分离器室(5′)的中央;排气管(20)位于第二旋风分离器室(5′)的中央且两者同轴，在这种安排下，再生气和分离出来的硫经排气管(20)排出，至少有一部分已再生的吸附剂落入位于第二旋风分离器室(5′)下方的返回管(15′)中。
13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，在吸附剂返回管(15′)周围有基本上与之同轴的第二循环管(5a′)，用于使一部分吸附剂返回第二流化床室(13′)。
14.根据权利要求10至13中任何一项所述的装置，其特征在于，从脱硫反应器到再生反应器之间用作输送管的导管(16)上装有至少一个换热器(21)。
15.根据权利要求10至14中任何一项所述的装置，其特征在于，从再生反应器到脱硫反应器之间用作输送管的导管(17)上装有至少一个换热器(21′)。
16.根据权利要求6至15中任何一项所述的装置，其特征在于，通往再生反应器(13)的送料管线的水平段(16)与吸附剂送料通路的垂直段(15)的下端相连，在该垂直段中含硫吸附剂形成栓塞状料层，管段(16)上连有供气导管(19)，借助于经过水平管段(16)送入的脉冲气体将吸附剂从栓塞状料层送往再生反应器(13);通往流化床室(2)的基本水平的管段(17)连接到垂直的吸附剂返回管(15′)的下端，该返回管位于再生反应器(13)的中央，在返回管下端(15′)处，固着有硫的吸附剂形成另一个塞状料层，第二供气管(18)连到上述管段(17)上，以便利用脉冲气体将吸附剂从第二塞状料层送至流化床室(2)。
全文摘要
本发明涉及用循环物料对工艺气体进行可再生脱硫的方法和装置。在该方法和装置中，含硫气体与形成流化床的颗粒状吸附剂物料接触，并与吸附剂物料一起被输送通过反应区以使硫固着在吸附剂上，含硫的吸附剂与工艺气体分离后，工艺气体送去进一步处理，含硫的吸附剂随后送去再生以使硫与吸附剂分离，与吸附剂分离后的硫送去进一步处理，去硫后的吸附剂返回再与工艺气体接触。本发明的特征在于，与工艺气体分离后的含硫吸附剂在送往再生段之前，先在返回管中冷却以调节循环物料和反应器的温度。
文档编号B01D53/02GK1064026SQ91112609
公开日1992年9月2日 申请日期1991年12月30日 优先权日1991年2月14日
发明者S·罗塔 申请人:坦培拉能源公司