СПОСОБ РЕГЕНЕРАЦИИ ЭЛЕМЕНТАРНОЙ СЕРЫ ИЗ ОТХОДЯЩЕГО ГАЗА ОТ ПЛАВЛЕНИЯ КОМПЛЕКСНОГО КОНЦЕНТРАТА
METHOD FOR RECOVERY OF ELEMENTAL SULPHUR FROM THE EXHAUST GAS FROM MELTING A COMPLEX CONCENTRATE

Область техники настоящего изобретения
Настоящее изобретение относится к области техники плавления и, в частности, к способу регенерации элементарной серы из отходящего газа от плавления комплексного концентрата.
Уровень техники настоящего изобретения
2
2
Содержащий SO отходящий газ производится в процессе пирометаллургического плавления содержащей серу руды, и в настоящее время основную часть содержащего SO отходящего газа перерабатывают в процессе производства серной кислоты. В некоторых областях, где отсутствует рынок серной кислоты, для переработки может быть рассмотрен процесс регенерации элементарной серы.
2
В настоящее время регенерацию элементарной серы из содержащего SO отходящего газа, в основном, осуществляют способами двух типов, включая способ непосредственного восстановления и способ косвенного восстановления, причем способ косвенного восстановления не имеет практического значения для промышленного производства.
2
В способе непосредственного восстановления предусмотрено применение водорода, природного газа (в котором основной компонент представляет собой метан), углерода, монооксида углерода, водяного газа и других веществ в качестве восстановителей для непосредственного восстановления SO до элементарной серы. В зависимости от различных восстановителей этот способ можно разделить на способ восстановления водородом, способ восстановления углеродом, способ восстановления метаном, способ восстановления монооксидом углерода, способ восстановления водяным газом и другие способы восстановления. В настоящее время практическое применение находит способ восстановления метаном, и мире существует только одно соответствующее промышленное предприятие (Норильский горно-металлургический комбинат в России), но такая система имеет недостатки, представляющие собой высокие расходы и низкую производительность.
2
2
2
2
2
2
В способе косвенного восстановления осуществляется, главным образом, процесс восстановления SO, разработанный компанией WorleyParsons Company. Принцип заключается в том, что природный газ реагирует с парообразной серой, и образуется CS, а затем CS гидролизуется с образованием HS, и после этого HS и SO вступают в реакцию восстановления с образованием серы, но в данном случае в промышленной практике не был реализован полный производственный цикл.
2
2
2
2
2
2
2
2
Трудноочищаемый отходящий газ от плавления комплексного концентрата часто содержит токсичные и вредные компоненты, такие как As, F, Cl, Pb, Cd и Cr. Без очистительной обработки содержание мышьяка и тяжелых металлов в производимой сере неизбежно превышает стандартный уровень, и не только оказывается затруднительной продажа, но также производятся опасные отходы, которые создают огромные проблемы для предприятия. В других существующих технологиях присутствуют процессы, в которых используется восстановление углем, но для осуществления реакции восстановления используется чистый газообразный SO. В этом способе требуется большое количество энергии для получения чистого SO, и в результате этого оказываются очень высокими производственные расходы. Кроме того, существуют и другие производственные процессы. Например, в документе CN 105502302 B раскрыты способ и система для регенерации элементарной серы из отходящего газа от плавления. В этой технологии используется чистый SO для реакции с восстановителем в целях регенерации серы. Поскольку отходящий газ от плавления содержит разнообразные компоненты, и концентрация является невысокой, в процессе переработки комплексного отходящего газа в чистый SO с применением традиционной технологии адсорбции и десорбции необходимо расходование большого количества пара, и в результате этого значительно увеличиваются эксплуатационные расходы. В документе CN 103303872 B раскрыты системное устройство и способ регенерации элементарной серы из диоксида серы, производимого из отходящего газа. В этой технологии присутствуют три установки, которые осуществляют абсорбционный пиролиз, восстановление и процесс Клауса (превращение сероводорода в элементарную серу). Аналогичным образом, чистый SO также получают на первой стадии, и производственные расходы являются очень высокими. В документе CN 106467293 B раскрыты способ регенерация элементарной серы и системное устройство для регенерации элементарной серы. В этой технологии предложено применение одной восстановительной печи и одной каталитической восстановительной печи, а также применение множества восстановителей, таких как уголь, для восстановления от 1% до 99% SO для регенерации элементарной серы. Здесь существует проблема, заключающаяся в том, что не учитывается влияние разнообразных компонентов и примесей в отходящем газе от плавления на реакцию, и отсутствуют эффективные способы измерения последующего влияния возможных побочных продуктов реакции восстановления. В документе CN 209226582 U раскрыто двухступенчатое кипящее восстановительное устройство для регенерации элементарной серы из содержащего SO отходящего газа от плавления. В этой технологии присутствуют, главным образом, двухступенчатая кипящая восстановительная печь, циклонный пылесборник, утилизационный котел, пылесборник с фильтрующим картриджем, конденсатор серы, ионная жидкость для удаления серы и другие устройства, причем существует аналогичная проблема, заключающаяся в том, что не учитывается влияние разнообразных компонентов и примесей в отходящем газе от плавления на реакцию, отсутствуют эффективные способы измерения зольного компонента в продукте после реакции в двухступенчатой восстановительной печи и других исходных примесей в отходящем газе на качество продукта, и не приведена степень регенерации серы после первого восстановления. Согласно теоретическому вычислению эта степень регенерации является не очень высокой. Таким образом, на исходном технологическом пути присутствует ионная жидкость для удаления серы после первого восстановления, и SO возвращают в начало процесса для повторного участия в реакции. Это связано с необходимостью увеличения расхода энергии.
2
2
Таким образом, основной недостаток предшествующего уровня техники представляет собой повышенный расход энергии, поскольку в большинстве технологических путей используется чистый SO или часть SO, производимого впоследствии ионной жидкостью для удаления серы, что значительно увеличивает расход пара низкого давления, и в результате этого увеличивается расход энергии всей системы.
Краткое раскрытие настоящего изобретения
Цель настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить способ регенерации элементарной серы из отходящего газа от плавления комплексного концентрата и в результате этого решить техническую проблему предшествующего уровня техники, которая представляет собой относительно высокий расход энергии.
2
2
Для достижения указанной выше цели согласно одному аспекту настоящего изобретения предложен способ регенерации элементарной серы из отходящего газа от плавления комплексного концентрата. Способ включает следующие стадии: S1, где разбавленную серную кислоту используют для промывания и охлаждения отходящего газа от плавления комплексного концентрата, чтобы получать чистый отходящий газ, содержащий диоксид серы; S2, где чистый отходящий газ, содержащий диоксид серы, разделяют на два пути, причем по одному пути отходящий газ направляют в восстановительный реактор и вводят в реакцию восстановления с углем, чтобы производить восстановительный газ, и восстановительный газ смешивают с идущим по другому пути отходящим газом, чтобы осуществлять окислительно-восстановительную реакцию и производить содержащий серу отходящий газ; S3, где содержащий серу отходящий газ охлаждают и конденсируют, чтобы получать серу и смешанный отходящий газ; и S4, где после нагревания в подогревателе смешанного отходящего газа его направляют в низкотемпературную восстановительную рабочую секцию, остатки SO и HS в смешанном отходящем газе превращают в серу, серу регенерируют в конденсаторе, и остаточный газ сжигают.
Кроме того, разбавленная серная кислота на стадии S1 представляет собой разбавленную серную кислоту, получаемую посредством промывания отходящего газа от плавления.
Кроме того, на стадии S2 восстановительный газ из восстановительного реактора после теплообмена и отделения пыли в пылесборнике смешивают с идущим по другому пути отходящим газом и вводят в окислительно-восстановительную реакцию.
Кроме того, температура окислительно-восстановительной реакции на стадии S2 составляет от 900°C до 1200°C.
Кроме того, снижение температуры на стадии S3 означает теплообмен с применением утилизационного котла, и температура снижается до уровня от 300°C до 400°C.
Кроме того, температура реакции в низкотемпературной восстановительной секции на стадии S4 составляет от 250°C до 350°C.
2
2
Кроме того, на стадии S4 остаточный газ возвращают в низкотемпературную восстановительную секцию для реакции в целях дополнительного превращения SO и HS в остаточном газе в серу, и стадию S4 осуществляют N раз, причем N ≥ 2.
Кроме того, способ дополнительно включает стадию S5, на которой серу, получаемую на стадиях S3 и S4, подвергают дегазации и гранулированию для получения твердой серы.
Кроме того, отходящий газ, направляемый в восстановительный реактор, обеспечивает 40% до 90% чистого отходящего газа, содержащего диоксид серы.
2
2
Благодаря применению технической схемы настоящего изобретения, прежде всего, мышьяк, тяжелые металлы и другие примеси в отходящем газе удаляются посредством промывания и очистки разбавленной серной кислотой, а затем часть очищенного отходящего газа непосредственно реагирует с углем, и производится восстановительный газ, содержащий HS, COS, CS и другие вещества. Восстановительный газ смешивают с оставшимся чистым отходящим газом, содержащим диоксид серы, чтобы производить серу в процессе окислительно-восстановительной реакции. Помимо решения проблем окружающей среды, вызванных выбросами диоксида серы, регенерируются ресурсы серы, гарантируется качество серы, и выгодно перерабатываются отходы; и в то же время уменьшаются производственные расходы на регенерацию элементарной серы из диоксида серы, и процесс является простым, экономичным и эффективным.
Подробное раскрытие вариантов осуществления настоящего изобретения
Следует отметить, что варианты осуществления, представленные в настоящей заявке, и признаки вариантов осуществления могут быть объединены друг с другом в случае отсутствия противоречий. Настоящее изобретение подробно описано ниже с представлением вариантов осуществления.
Одна из целей настоящего изобретения заключается в том, чтобы уменьшить расход энергии в максимально возможной степени, регулировать количество угля и кислорода, а также сократить эксплуатационные расходы; во-вторых, отходящий газ от плавления содержит разнообразные компоненты, в частности, множество элементов, представляющих собой тяжелые металлы, а также в нем содержатся вредные компоненты, такие как As, F и Cl; кроме того, большое количество зольных компонентов и других примесей в отходящем газе после реакция восстановления могут впоследствии воздействовать на систему или продукт.
2
Изобретательская идея настоящего изобретения заключается в следующем: трудноочищаемый отходящий газ от плавления комплексного концентрата промывают и охлаждают, чистый содержащий SO отходящий газ после промывания и охлаждения разделяют на два пути, причем идущий по одному пути отходящий газ вступает в реакцию восстановления с углем в восстановительном реакторе, и образуется восстановительный газ, такой как сероводород, а идущий по другому пути отходящий газ смешивается с восстановительным отходящим газом, производимым в реакторе, и затем непрерывно претерпевает окислительно-восстановительную реакцию с образованием серы и диоксида углерода, при этом отходящий газ конденсируется с образованием серы. После удаления мышьяка, тяжелых металлов и других разнообразных примесей в отходящем газе, газообразный диоксид серы используется для получения серы в процессе реакции восстановления углем, и при этом не только гарантируется качество серы, но также снижаются расходы на производство серы, и регенерируются ресурсы серы.
2
2
Согласно типичному варианту осуществления настоящего изобретения предложен способ регенерации элементарной серы из отходящего газа от плавления комплексного концентрата. Этот способ включает следующие стадии: S1, где разбавленную серную кислоту используют для промывания и охлаждения отходящего газа от плавления комплексного концентрата, чтобы получать чистый отходящий газ, содержащий диоксид серы; S2, где чистый отходящий газ, содержащий диоксид серы, разделяют на два пути, причем по одному пути отходящий газ направляют в восстановительный реактор и вводят в реакцию восстановления с углем, чтобы производить восстановительный газ, и восстановительный газ смешивают с идущим по другому пути отходящим газом, чтобы осуществлять окислительно-восстановительную реакцию и производить содержащий серу отходящий газ; S3, где содержащий серу отходящий газ охлаждают и конденсируют, чтобы получать серу и смешанный отходящий газ; и S4, где после нагревания в подогревателе смешанного отходящего газа его направляют в низкотемпературную восстановительную секцию, остатки SO и HS в смешанном отходящем газе превращают в серу, серу регенерируют в конденсаторе, и остаточный газ сжигают.
2
2
Благодаря применению технической схемы настоящего изобретения, прежде всего, мышьяк, тяжелые металлы и другие примеси в отходящем газе удаляются посредством промывания и очистки разбавленной серной кислотой, а затем часть очищенного отходящего газа непосредственно реагирует с углем, и производится восстановительный газ, содержащий HS, COS, CS и другие вещества. Восстановительный газ смешивают с оставшимся чистым отходящим газом, содержащим диоксид серы, чтобы производить серу в процессе окислительно-восстановительной реакции. Помимо решения проблем окружающей среды, вызванных выбросами диоксида серы, регенерируются ресурсы серы, гарантируется качество серы, и выгодно перерабатываются отходы; и в то же время уменьшаются производственные расходы на регенерацию элементарной серы из диоксида серы, и процесс является простым, экономичным и эффективным.
3
Согласно настоящему изобретению разбавленная серная кислота играет роль в очистке отходящего газа, удаляя содержащиеся в нем мышьяк, тяжелые металлы и другие примеси. Предпочтительно разбавленная серная кислота представляет собой разбавленную серную кислоту, получаемую посредством промывания отходящего газа от плавления, и в результате этого ресурсы используются соответствующим образом, и при этом концентрация разбавленной серной кислоты зависит от состояния отходящего газа, включая содержание SO, содержание пыли и другие условия.
Предпочтительно, чтобы предотвратить потери тепла отходящего газа, восстановительный газ из восстановительного реактора поступает в газовый теплообменник для теплообмена, и/или теплообмен осуществляется через утилизационный котел, причем примеси, такие как угольная зола, отделяются на фильтре пылесборника, и при этом гарантируется, что отходящий газ является чистым, а затем восстановительный газ смешивают с идущим по другому пути отходящим газом для окислительно-восстановительной реакции.
2
2
2
Предпочтительно температура реакции в высокотемпературной восстановительной секции на стадии S2 составляет от 900°C до 1200°C в целях получения HS, COS, CS, CO, H и других продуктов.
Согласно типичному варианту осуществления настоящего изобретения снижение температуры на стадии S3 означает теплообмен через утилизационный котел, причем температура снижается до уровня от 300°C до 400°C, и избыточное тепло регенерируется; и предпочтительно, температура реакции в низкотемпературной восстановительной секции на стадии S4 составляет от 250°C до 350°C, при этом уравнения основных в низкотемпературной секции могут быть записаны следующим образом:
2
2
2
2HS+SO = 2HO+3S
2
2
n
CS+SO = 2COS+3/nS (n = 1~8)
2
2
n
2COS+SO = 2CO+3/nS
2
2
n
2CO+SO = 2CO+1/nS
2
2
2
2
CS+2HO = 2HS+CO
2
2
2
COS+HO = HS+CO
2
2
В зависимости от различных параметров отходящего газа и требований к выбросам остаточного газа, на стадии S4 остаточный газ возвращают в низкотемпературную восстановительную рабочую секцию в целях реакции для дополнительного превращения SO и HS в остаточном газе в серу, причем стадию S4 осуществляют N раз, N ≥ 2, и степень регенерации серы повышается.
2
Согласно типичному варианту осуществления настоящего изобретения способ дополнительно включает стадию S5, на которой серу, получаемую на стадиях S3 и S4, подвергают дегазации и гранулированию для получения твердой серы. Поскольку степень регенерации предшественника сера является относительно высокой, в конечном счете, остаточный газ необходимо лишь подвергнуть простому удалению серы для соответствия стандарту выбросов. Предпочтительно отходящий газ, направляемый в восстановительный реактор, обеспечивает от 40% до 90% чистого отходящего газа, содержащего диоксид серы, при этом гарантируется, что восстановительный отходящий газ полностью реагирует с содержащим SO отходящим газом, и ресурсы серы регенерируются без создания нового загрязнения окружающей среды.
Благоприятные эффекты настоящего изобретения подробно описаны ниже с представлением вариантов осуществления.
Вариант осуществления 1
На стадии S1 разбавленную серную кислоту используют для промывания и охлаждения отходящего газа от плавления комплексного концентрата, чтобы получать чистый отходящий газ, содержащий диоксид серы;
на стадии S2 чистый отходящий газ разделяют на два пути, причем идущий по одному пути отходящий газ (50%) направляют в восстановительный реактор и непосредственно вводят в реакцию восстановления с углем, чтобы производить восстановительный газ, и восстановительный газ после теплообмена в утилизационном котле и отделения пыли в пылесборнике смешивают с идущим по другому пути отходящим газом, чтобы осуществлять окислительно-восстановительную реакцию и производить содержащий серу отходящий газ, при этом температура окислительно-восстановительной реакции составляет 1200°C;
на стадии S3 содержащий серу отходящий газ охлаждают и конденсируют, чтобы получать серу и смешанный отходящий газ;
2
2
на стадии S4 после нагревания в подогревателе смешанного отходящего газа его направляют в низкотемпературную восстановительную секцию, остатки SO и HS в смешанном отходящем газе превращают в серу, серу регенерируют в конденсаторе, и остаточный газ сжигают, при этом температура реакции в низкотемпературной восстановительной секции составляет 250°C; и
на стадии S5 серу, получаемую на стадиях S3 и S4, подвергают дегазации и гранулированию для получения твердой серы.
2
Для удаления серы из остаточного газа принят способ изоляции, и полная степень регенерации серы в системе может достигать уровня от 95% до 97%. Если принят способ с применением ионной жидкости для удаления серы для адсорбции и десорбции и возвращения SO, степень регенерации серы может быть высокой, составляя 99% или более. Наконец, выбросы остаточного газа должны удовлетворять требованиям стандарта выбросов.
Вариант осуществления 2
На стадии S1 разбавленную серную кислоту используют для промывания и охлаждения отходящего газа от плавления комплексного концентрата, чтобы получать чистый отходящий газ, содержащий диоксид серы;
на стадии S2 чистый отходящий газ, содержащий диоксид серы, разделяют на два пути, причем идущий по одному пути отходящий газ (60%) направляют в восстановительный реактор и непосредственно вводят в реакцию восстановления с углем, чтобы производить восстановительный газ, и восстановительный газ после теплообмена в утилизационном котле и отделения пыли в пылесборнике смешивают с идущим по другому пути отходящим газом, чтобы осуществлять окислительно-восстановительную реакцию и производить содержащий серу отходящий газ, при этом температура окислительно-восстановительной реакции составляет 1100°C;
на стадии S3 содержащий серу отходящий газ охлаждают и конденсируют, чтобы получать серу и смешанный отходящий газ;
2
2
на стадии S4 после нагревания в подогревателе смешанного отходящего газа его направляют в низкотемпературную восстановительную секцию, остатки SO и HS в смешанном отходящем газе превращают в серу, серу регенерируют в конденсаторе, и остаточный газ сжигают, при этом температура реакции в низкотемпературной восстановительной секции составляет 270°C; и
на стадии S5 серу, получаемую на стадиях S3 и S4, подвергают дегазации и гранулированию для получения твердой серы.
2
Для удаления серы из остаточного газа принят способ изоляции, и полная степень регенерации серы в системе может достигать уровня от 95% до 97%. Если принят способ с применением ионной жидкости для удаления серы для адсорбции и десорбции и возвращения SO, степень регенерации серы может быть высокой, составляя 99% или более. Наконец, выбросы остаточного газа должны удовлетворять требованиям стандарта выбросов.
Вариант осуществления 3
На стадии S1 разбавленную серную кислоту используют для промывания и охлаждения отходящего газа от плавления комплексного концентрата, чтобы получать чистый отходящий газ, содержащий диоксид серы;
на стадии S2 чистый отходящий газ, содержащий диоксид серы, разделяют на два пути, причем идущий по одному пути отходящий газ (90%) направляют в восстановительный реактор и непосредственно вводят в реакцию восстановления с углем, чтобы производить восстановительный газ, и восстановительный газ после теплообмена в утилизационном котле и отделения пыли в пылесборнике смешивают с идущим по другому пути отходящим газом, чтобы осуществлять окислительно-восстановительную реакцию и производить содержащий серу отходящий газ, при этом температура окислительно-восстановительной реакции составляет 900°C;
на стадии S3 содержащий серу отходящий газ охлаждают и конденсируют, чтобы получать серу и смешанный отходящий газ;
2
2
на стадии S4 после нагревания в подогревателе смешанного отходящего газа он поступает в низкотемпературную восстановительную рабочую секцию, остатки SO и HS в смешанном отходящем газе превращают в серу, серу регенерируют в конденсаторе, и остаточный газ сжигают, при этом температура реакции в низкотемпературной восстановительной секции составляет 300°C; и
на стадии S5 серу, получаемую на стадиях S3 и S4, подвергают дегазации и гранулированию для получения твердой серы.
2
Для удаления серы из остаточного газа принят способ изоляции, и полная степень регенерации серы в системе может достигать уровня от 95% до 97%. Если принят способ с применением ионной жидкости для удаления серы для адсорбции и десорбции и возвращения SO, степень регенерации серы может быть высокой, составляя 99% или более. Наконец, выбросы остаточного газа должны удовлетворять требованиям стандарта выбросов.
Из приведенного выше описания можно видеть, что представленные выше варианты осуществления настоящего изобретения обеспечивают достижение следующих технических эффектов.
2
2
2
Благодаря технической схеме настоящего изобретения, находит применение широкодоступный и дешевый уголь. Примеси, такие как тонкодисперсные частицы, хлориды, фториды, мышьяк и тяжелые металлы, которые содержатся в трудноочищаемом отходящем газе от плавления комплексного концентрата, удаляются в секции промывания и очистки отходящего газа, газ становится относительно чистым, и гарантируется качество серы, представляющей собой продукт. При этом решается проблема загрязнения диоксидом серы, изменяется традиционный способ обработки отходящего газа от плавления SO, и предлагается еще один технологический путь для отходящих газообразных побочных продуктов от плавления. Полнота реакции между восстановительным отходящим газом и содержащим SO отходящим газом гарантируется рациональным коэффициентом соответствия отходящего газа, и ресурсы серы регенерируются без создания нового загрязнения окружающей среды; причем при осуществлении описанных выше стадий, если для удаления серы из остаточного газа принят способ изоляции, полная степень регенерации серы в системе может достигать уровня от 95% до 97%. Если принят способ с применением ионной жидкости для удаления серы для адсорбции и десорбции и возвращения SO, степень регенерации серы может быть высокой, составляя 99% или более.
Выше представлены только предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения, которые не предназначены для ограничения настоящего изобретения. Специалисты в данной области техники могут производить разнообразные модификации и изменения настоящего изобретения. Любые модификации, эквивалентные замены, усовершенствования и другие изменения, производимые без отклонения от идеи и принципа настоящего изобретения, должны быть включены в объем правовой охраны настоящего изобретения.