[发明专利]一种从烟气中脱除SO2制备硫单质颗粒的脱硫装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于处理含硫烟气的环境保护技术领域，特别涉及一种从烟气中脱除SO₂制备硫单质颗粒的脱硫装置及方法。

背景技术

随着我国经济的快速发展，各种能源的消耗日益增加，石油、化工、冶金、电力等现代工业的迅猛发展，使得大量含有SO₂的烟气排放到大气中，导致了大气污染问题。2005年我国SO₂的排放量已居于世界第一。2011年出台的国家环境保护标准规定，在2012年污染减排目标中，SO₂的排放量要比2011年减少2%。但是，我国是一个高硫煤产量占总煤炭产量比重较大的国家，煤炭保有储量中将近40%硫分含量大于1%，这使得我国的烟气脱硫形势十分严峻，急需开发更高效的、更经济性的脱硫技术。目前，世界上已实现工业化应用的烟气脱硫技术主要包括石灰/石灰石—石膏法、喷雾干燥脱硫法、吸收剂再生脱硫法和炉内喷射吸收剂脱硫法等，但它们都存在诸多问题。石灰/石灰石—石膏法运行费用高，废渣、废水较难处理；喷雾干燥脱硫法容易造成喷雾设备的磨损和堵塞；吸收剂再生脱硫法和炉内喷射吸收剂脱硫法中，吸附剂的再生耗能巨大。 

化学链技术是一种崭新的化工单元操作理念，它以载氧体在两个反应器之间的循环反应来完成将氧原子的传递和转移，可实现气体或固体燃料的燃烧或气化，该技术的示意图如图1所示。这种技术具有CO₂自分离、能量利用效率高和载氧体循环性能良好等优点，目前主要应用于固体燃料的燃烧和制氢工艺中。还未见有将化学链技术用于脱硫技术领域的报道。

发明内容

针对现有技术中烟气脱硫存在的上述缺陷和不足，本发明的目的在于提供了一种从烟气中脱除SO₂制备硫单质颗粒的脱硫装置及方法，本发明以含硫酸钙的固体颗粒作为脱硫剂前驱体，使其经合成气或天然气等还原性气体还原后，可作为脱硫剂进行烟气脱硫，脱硫剂将烟气中的SO₂气体转换为单质硫颗粒。通过采用本发明的技术方案，可以有效解决目前商业化脱硫技术中设备管道堵塞和脱硫产物无法回收利用等技术问题。

为实现上述发明目的，本发明采用下述技术方案予以实现：

一种从烟气中脱除SO₂制备硫单质颗粒的脱硫装置，它包括脱硫反应器、再生反应器、返料器和冷却器，所述返料器连接于脱硫反应器与再生反应器之间，所述再生反应器上部通过分离器与脱硫反应器上部相连，再生反应器下部设有脱硫剂前驱体进料口、脱硫剂进料口和进气口，所述脱硫反应器底部设有烟气进口和脱硫剂出口，脱硫反应器上部还设有出气口，所述冷却器与脱硫反应器的出气口通过管道连接。

其中，所述再生反应器下部的脱硫剂前驱体进料口连接有螺旋给料机，所述再生反应器下部的进气口连接有第一送风机。

进一步的，所述烟气进口连接有第二送风机，所述第二送风机与传输烟气的烟道相连。

进一步的，所述再生反应器由上下两个内径不同的圆柱形反应器组成，上部圆柱形反应器与下部圆柱形反应器内径比为0.3-0.8：1。

进一步的，所述再生反应器高度为8-18 m，下部圆柱形反应器内径0.6-1.6 m。 

进一步的，所述脱硫反应器高度高于再生反应器，所述返料器通过倾斜的料腿分别与再生反应器和脱硫反应器相连。

本发明还提供了利用所述的脱硫装置从烟气中脱除SO₂制备硫单质颗粒的脱硫方法，它包括以下步骤：

(1) 将脱硫剂前驱体送入再生反应器，向再生反应器的进气口通入还原性气体将脱硫剂前驱体还原得到固体的脱硫剂，脱硫剂被还原性气体携带沿再生反应器上行进入分离器内实现气固分离，所述脱硫剂沿分离器下部进入脱硫反应器，气体产物通过分离器的出口被排空，所述脱硫剂前驱体为硫酸钙、硫酸钡、硫酸钠、硫酸钾、硫酸锶、硫酸镁或硫酸铍中的一种或几种；

(2) 向脱硫反应器底部的烟气进口送入高温烟气，高温烟气从脱硫反应器下方向上流动，同所述脱硫剂接触并发生反应生成硫单质，所述脱硫剂被烟气中SO₂氧化后为脱硫剂前驱体，反应温度控制在550-800℃，硫单质以气体状态进入冷却器冷凝为硫单质颗粒，脱硫剂前驱体通过返料器返回再生反应器再生。

进一步的，选择50-500目的硫酸钙为脱硫剂前驱体，密度为2×10³ kg/m³-3.5×10³ kg/m³，孔容为0.01 ml/g -0.08 ml/g。