[发明专利]一种适于煤气直接还原冶金烟气生产的硫磺提纯流程

说明书

本发明涉及开发一种适于煤气直接还原冶金烟气中SO₂工艺中的硫磺提纯流程，该流程能实现实际生成情况下所有可能杂质的分离，最终得到质量分数高于99.9％的硫磺。该工艺中，硫磺的杂质来源主要有三个：冶金烟气、煤气及副反应引入的杂质，这些杂质主要分为四类：粉尘等固体杂质、水、溶解的酸性气和轻油。其技术方案是：将还原得到的硫磺固体加热到115～280℃重新熔化，在液固分相槽中静置若干小时，排出下层沉积物，将上层液硫打入硫磺蒸馏塔，塔釜温度控制在445～650℃，使硫磺重新气化，冷凝采用两段冷凝，第一段采用鼓入100～200℃的水蒸汽或过热水蒸气进行冷激，大部分的硫磺会冷却下来，小部分的硫磺和水蒸气继续用30～100℃的二次回收，基本上全部的硫磺被回收回来，没有冷凝的水蒸汽和不凝气体杂质通过尾气吸收装置进行处理。该流程工艺简单，易操作且易连续化生产，能很好的去除煤气还原烟气实际生产过程中的固体杂质、水、酸性气及少量的煤轻油，得到高纯度的硫磺产品。

技术领域

本发明涉及开发一种适于煤气直接还原冶金烟气中SO₂工艺中的硫磺提纯流程，该流程能实现实际生成情况下粉尘、水、溶解酸气及轻油等杂质的分离，最终得到质量分数高于99.9％的硫磺。

技术背景

火法冶金技术是目前主流的硫化矿冶金方法，在产生金属氧化物的同时会产生大量的含SO₂烟气，是严重的大气污染物。目前主流的SO₂利用手段是氧化法生产H₂SO₄工艺，但由于H₂SO₄的价值低，运输半径小，造成H₂SO₄严重滞销，已经成为冶金企业的瓶颈问题。近年来，烟气直接还原法生产硫磺已经成为了替代H₂SO₄工艺最可行的方案之一，目前该工艺主要的问题是运行成本问题。

经典的硫磺生产方法为石油基的克劳斯法，由于石油裂解过程中产生大量H₂S，现将H₂S高温下部分氧化成SO₂，然后H₂S和SO₂进行反应生成硫磺。该过程由于基本上没有什么副反应而且原料气净化简单而且洁净度较高，硫磺中的杂质较少，其硫磺净化工艺不适合烟气还原工艺。

近几年，烟气直接还原法生产硫磺是研究的热点，例如CN105731386A、CN107138181A等，都公开了相应的烟气直接还原过程，主要想解决的问题是硫磺收率和运行经济性的问题，但随着硫磺价格的逐渐攀升，距离规模化生产已经不会太远。虽然工艺上不同，但是还原气的种类和存在的问题基本相同，在CN107175108A，CN107185462A中，公开了煤气直接还原冶金烟气的相关工艺及相关催化剂。本专利针对该工艺中硫磺存在的杂质，建立简单、易操作的分离流程。目前硫磺净化的工艺主要是针对一些特殊体系的硫磺纯化流程：例如CN203079689U等，提出了一种处理合成氨过程中副产的硫磺提纯精制方法，主要采用多级过滤和精馏的方式去除其中的固体不熔物及轻质杂质。CN104192811A等，采用硫磺的良溶剂-二硫化碳作为溶剂，将硫磺溶解在CS₂中，然后蒸去CS₂的方法，得到高纯度的溶解性硫磺。CN103043618A等，提出了焦化厂中副产的硫磺提纯方法，采用减压拔掉低沸物的方式提纯。CN203359986U等，提出了新型的克劳斯硫磺提纯工艺，非常适合于克劳斯硫磺中各种杂质的分离。

针对冶金烟气直接还原生产硫磺的新过程，存在诸多不同的杂质来源。煤气作为分布最广，最为廉价的高还原性气体，是目前首选的还原气。煤气最直接的来源是通过煤气发生炉实现，但是目前煤气发生炉出来的未经过处理的气体含有一些杂质，比如：粉尘、水及煤轻油等，而进行深度净化也会带来较高的成本投入；实际冶金烟气中也会存在少量的杂质，比如：烟尘、水及SO₃等酸性气；而且还原反应过程的一些副反应也会产生一些杂质，比如：铁锈等固体杂质及溶解酸性气等。以上三种杂质来源，不可避免地会引入到硫磺产品中。因此对于该特殊的体系，需要建立特殊的分离净化流程。