[发明专利]一种炭热还原过程中能量梯级利用的装置及方法

说明书

本公开提供了一种炭热还原过程中能量梯级利用装置及方法，包括高温烟气预处理系统、炭热还原系统、硫磺回收系统和乏气处理系统，所述高温烟气预处理系统用于将高温烟气降温时所放出的热量加热预处理后的烟气与循环乏气的混合气，提高进入炭热还原系统的反应物温度，所述炭热还原系统用于采用碳材料和加热后的混合气进行炭热还原反应，并对还原气进行气固预分离，所述硫磺回收系统用于对预分离后的还原气进行降温、精过滤和冷凝处理，以回收还原气中的硫磺，所述乏气处理系统用于对回收完硫磺后的乏气进行水蒸气过滤处理，处理后的乏气一部分净化排出，一部分作为循环乏气采用还原气降温时所放出的热量进行加热后使用。

技术领域

本公开属于系统节能优化领域，具体涉及一种炭热还原过程中能量梯级利用的装置及方法。

背景技术

随着我国环保形势的日益严峻，电厂、金属冶炼厂、化工厂等排放的含硫烟气成为了当前烟气治理工作的重点。目前，含硫烟气脱除技术主要有石灰石-石膏湿法脱硫、半干法脱硫以及活性焦干法脱硫技术，由于活性焦干法脱硫技术具有脱硫效率高、副产物少、不消耗水资源、可同时脱除多种污染物、可回收利用硫资源等优点，逐渐成为了主流烟气脱硫技术。

但是，目前我国活性焦干法脱硫及资源化利用技术主要是利用烟气中的SO₂制备硫酸，由于硫酸储存、运输困难，其价值、利用率较低，甚至在某些不需要硫酸的地区，烟气脱硫制备的硫酸难以处理，形成了二次污染。同时，我国又是硫磺资源短缺的国家，硫磺产量远低于消耗量，过度依赖进口，如果能够将烟气中的SO₂直接制备硫磺，其产品价值和资源化利用率将极大的提高，因此，炭热还原SO₂制备硫磺技术逐渐受到了人们的重视。

多数含硫烟气中会有水蒸气的存在，水蒸气的存在会导致炭热还原SO₂过程中产生H₂S副产物，因此，我们必须对含硫烟气进行预处理脱除烟气中的水蒸气。目前，比较成熟的水蒸气脱除技术为极冷降温技术，该技术虽然能将烟气中的水蒸气脱除，但是需要将高温烟气降到很低的温度，同时，炭热还原SO₂技术又需要在高温下进行，脱除水蒸气后的烟气需要再次加热，这样就造成了能量的大量浪费。另外，炭热还原SO₂制备硫磺系统，需要对还原后的还原气体进行降温来回收硫磺，回收完硫磺的乏汽含有COS和H₂S等少量副产物，再将这部分乏汽返回至炭热还原塔来抑制副产物的形成，也是将气体先降温后升温的过程，同样造成了能量的浪费，使得运行成本大大提高，经济性较差。

若能发明一种炭热还原过程中能量梯级利用的装置及方法，将过程中的能量梯级利用回收，不仅优化了工艺，减少了炭热还原反应中有害副产物的形成，同时提高了系统的经济性，节省了运行成本，为炭热还原SO₂技术的工业应用奠定了基础。

发明内容

为了解决现有技术的不足，在炭热还原SO₂机理实验数据的基础上，本公开提供了一种炭热还原SO₂制备硫磺过程中能量梯级利用的装置及方法，利用换热器等设备，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。

作为一种或多种实施方式，本公开的技术方案如下：

一种炭热还原过程中能量梯级利用装置，包括高温烟气预处理系统、炭热还原系统、硫磺回收系统和乏气处理系统，

所述高温烟气预处理系统，被配置为通过对高温烟气进行降温、除尘以及水蒸气脱除处理得到低温烟气，并采用高温烟气降温时所放出的热量对低温烟气与循环乏气混合气进行加热，将加热后的气体送入炭热还原系统；

所述炭热还原系统，被配置为采用碳材料与加热后的气体发生炭热还原反应，得到还原气，并对还原气进行气固预分离，得到初步净化后的还原气；