技术领域
[0001] 本实用新型涉及制备硫磺技术领域，特别涉及一种SO2冶炼烟气两段式沸腾还原制备硫磺的装置。
背景技术
[0002] 有色冶炼过程中，金属硫化矿物在火法冶炼过程中会产生大量的SO2气体，一般采用烟气制
硫酸的方法予以回收：冶炼烟气
净化、干燥之后，烟气中SO2与
氧气在固定床催化剂层反应生成SO3，然后在硫酸吸收塔内SO3与
水形成硫酸产品。该技术工艺成熟，设备可靠，转化率高，已经成为国内大多数有色冶炼企业的工艺选择。然而，受生产、储存、运输等条件的限制，二氧化硫烟气制硫酸不适合地处偏远且当地没有市场的冶炼厂。由于硫磺相对于硫酸更易储存和运输，并具有一定的附加值，因此在一些特殊地区的工厂将高浓度二氧化硫烟气制硫磺是更好的选择。
[0003] 现有
克劳斯工艺经过加氢还原将一部分二氧化硫还原成
硫化氢进入克劳斯炉与剩余二氧化硫反应生成硫磺。但是一般冶炼厂氢气来源受限，不具备加氢条件。采用冶炼常用
燃料作为还原剂更合理。
[0004] 中国
专利CN104045062一种利用还原方法制单质硫的方法和系统利用活性
碳在600～850℃下还原SO2气体制备硫单质，该技术采用价格较高的
活性炭做还原剂，高成本限制了其技术应用，如果利用价格低廉、冶炼行业常规燃料
煤炭做还原剂的话，在该反应
温度下又会产生煤焦油在烟气冷却过程中与单质硫一起冷凝，影响产品硫磺的
质量。
[0005] 中国专利CN106467293一种制取硫磺的方法及制取硫磺的系统装置利用碳质还原剂(煤炭、
焦炭、活性炭、
石油焦、
天然气、煤气)对SO2在高温下还原高浓度SO2气体(1％～99％)制备硫磺，该工艺的主要问题在于①忽视煤炭与其他还原剂的不同，其他还原剂属于二次
能源较为纯净，而煤炭属于一次能源，作为还原剂时在该工艺描述的反应温度下不可避免地会产生煤焦油，与硫
蒸汽一起冷凝，严重影响硫磺产品质量。而该专利没有提及采用煤炭做还原剂时如何避免产生煤焦油的问题；②由于还原反应转化率随SO2浓度增加而降低，在高浓度SO2情况下如何保证理想硫磺回收率没有提出有效措施。
实用新型内容
[0006] 本实用新型的目的就是针对上述已有技术中存在的问题，提供一种SO2冶炼烟气两段式沸腾还原制备硫磺的装置及方法，且反应过程中不产生煤焦油影响产品质量。
[0007] 本实用新型
实施例提供的一种SO2冶炼烟气两段式沸腾还原制备硫磺的装置，包括：
[0008] 还原炉，用于将SO2冶炼烟气采用两段式沸腾还原制备硫磺；
[0009] 旋
风除尘器，与所述还原炉通过管道连接，用于对还原炉产生的烟气进行除尘；
[0010] 余热
锅炉，与所述旋风除尘器通过管道连接，用于对还原炉产生的烟气进行降温；
[0011] 滤筒除尘器，与所述
余热锅炉过管道连接，用于除去还原炉产生的烟气细颗粒物；
[0012] 硫
冷凝器，与所述滤筒除尘器过管道连接，用于将还原炉产生的烟气进行冷凝操作产生液硫。
[0013] 优选的，还原炉包括：
[0014] 气室，设置于所述还原炉的炉内底部，其设置有蒸汽进口和烟气进口，在所述烟气进口处设置有炉底鼓风机；
[0015] 气体分布装置，设置于所述还原炉的炉内位于所述气室上方；
[0016] 水冷套夹或冷却旁管，设置于所述还原炉的炉外位于所述气体分布装置上方；
[0017] 一次反应区，设置在所述还原炉的炉内位于所述气体分布装置上方，其设置有二次气进口、回料器、
排渣口和煤进料口，所述回料器与所述旋风除尘器连接；
[0018] 二次反应区，设置在所述还原炉的炉内位于所述一次反应区上方；
[0019] 炉顶，设置于所述还原炉顶部，其设置有还原炉烟气出口；
[0020] 汽包，与所述蒸汽进口和水冷套夹或冷却旁管连接，用于产生水蒸汽。
[0021] 优选的，装置还包括：
[0022] 过滤装置，与所述硫凝器通过管道连接，用于除去液硫中的杂质；
[0023] 冷却
包装机，与所述过滤装置通过管道连接，用于将液硫冷却包装成硫磺颗粒产品。
[0024] 优选的，装置还包括：
[0025] 常温
水解装置，与所述硫冷凝器通过管道连接，用于对经过所述硫冷凝器后的烟气进行水解生成H2S；
[0026] 离子液吸收塔，与所述常温水解装置通过管道连接，用于吸收从水解装置过来的烟气中的H2S和SO2；
[0027] 解析塔，与所述还原炉通过管道连接，用于将离子液中的H2S和SO2释放出来并输送到还原炉中；
[0028] 离子液
循环泵、离子液解析
循环泵，分别与所述离子液吸收塔和解析塔连接，用于离子液循环。
[0029] 优选的，所述旋风除尘器包括：
[0030] 底座；
[0031] 旋风除尘器主体，设置在所述底座的顶端，且所述底座与所述旋风除尘器主体为一体式结构；所述旋风除尘器主体的一侧设置有进风口管道，所述旋风除尘器主体的顶端共设置有两个
支撑柱，且两个支撑柱与旋风除尘器主体为一体式结构，所述旋风除尘器主体的顶端设置有连接管，且连接管位于两个支撑柱的中间，所述支撑柱的顶端设置有二级净化装置；
[0032]
隔音材料层，设置在所述旋风除尘器主体的筒壁中；
[0033] 水管，设置在所述隔音材料层的上方；
[0034] 喷头，与所述水管连接；
[0035] 所述二级净化装置的内部设置有空心盘，所述空心盘与旋风除尘器主体通过连接管固定连接，所述空心盘上设置有四个弧形管，且空心盘与弧形管为一体式结构，所述弧形管远离空心盘的一侧设置有小型旋风除尘器进风口，且弧形管与小型旋风除尘器进风口通过
螺栓固定连接，所述小型旋风除尘器进风口上设置有小型旋风除尘器主体，且小型旋风除尘器主体与小型旋风除尘器进风口为一体式结构，所述小型旋风除尘器主体的顶端开设有小型旋风除尘器出风口，所述小型旋风除尘器主体的底端设置有小型旋风除尘器灰斗，且小型旋风除尘器主体与小型旋风除尘器灰斗为一体式结构，所述小型旋风除尘器主体的一侧设置有固定杆，且连接管与小型旋风除尘器主体通过固定杆固定连接，所述二级净化装置的顶端设置有出风口管道，且二级净化装置与出风口管道为一体式结构。
[0036] 优选的，余热锅炉包括：
[0037] 壳体；所述壳体上设置有进气口、出气口、进水口和出水口；
[0038] 进气室，设置在壳体内部的一端，与所述进气口连接；
[0039] 出气室，设置在壳体内部的另一端，与所述出气口连接；
[0040] 水箱，设置在所述壳体内部位于所述中间部位，与所述进水口和出水口连接；
[0041] 所述进气室和出气室通过多个螺旋管道连接，所述螺旋管道均匀分布于所述水箱中。
[0042] 本实用新型的其它特征和优点将在随后的
说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在所写的说明书、
权利要求书、以及
附图中所特别指出的结构来实现和获得。
[0043] 下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
[0044] 附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：
[0045] 图1为本实用新型实施例中一种SO2冶炼烟气两段式沸腾还原制备硫磺的装置的示意图；
[0046] 图2为本实用新型实施例中又一种SO2冶炼烟气两段式沸腾还原制备硫磺的装置的示意图
[0047] 图3为本实用新型实施例中一种SO2冶炼烟气两段式沸腾还原制备硫磺的装置的原理
流程图；
[0048] 图4为本实用新型实施例中一种旋风分离器示意图；
[0049] 图5为本实用新型实施例中一种余热锅炉示意图；
[0050] 图6为本实用新型实施例中一种冷凝器的示意图；
[0051] 图7为本实用新型实施例中一种出液装置的示意图。
具体实施方式
[0052] 以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
[0053] 本实用新型实施例提供了一种SO2冶炼烟气两段式沸腾还原制备硫磺的装置，如图1所示，包括：
[0054] 还原炉1，用于将SO2冶炼烟气采用两段式沸腾还原制备硫磺；
[0055] 旋风除尘器5，与所述还原炉1通过管道连接，用于对还原炉产生的烟气进行除尘；
[0056] 余热锅炉6，与所述旋风除尘器5通过管道连接，用于对还原炉产生的烟气进行降温；
[0057] 滤筒除尘器7，与所述余热锅炉6过管道连接，用于除去还原炉产生的烟气细颗粒物；
[0058] 硫冷凝器8，与所述滤筒除尘器7过管道连接，用于将还原炉产生的烟气进行冷凝操作产生液硫。
[0059] SO2冶炼烟气依次经过还原炉1、旋风除尘器5、余热锅炉6、滤筒除尘器 7和硫冷凝器8来制备硫磺。
[0060] 为了实现SO2冶炼烟气两段式沸腾还原制备硫磺，优选的，如图2所示，还原炉包括：
[0061] 气室1-1，设置于所述还原炉1的炉内底部，其设置有蒸汽进口1-2和烟气进口1-3，在所述烟气进口1-3处设置有炉底鼓风机2；
[0062] 气体分布装置1-4，设置于所述还原炉1的炉内位于所述气室1-1上方；
[0063] 水冷套夹或冷却旁管1-5，设置于所述还原炉1的炉外位于所述气体分布装置1-4上方；
[0064] 一次反应区1-6，设置在所述还原炉1的炉内位于所述气体分布装置1-4 上方，其设置有二次气进口1-10、回料器1-11、排渣口1-12和煤进料口1-14，所述回料器1-11与所述旋风除尘器5连接；通过煤给料机3将粒煤输送到煤进料口1-14，反应后的煤灰渣通过排渣口1-12排入煤渣冷却器4。煤给料机3 包括输送带。
[0065] 二次反应区1-8，设置在所述还原炉1的炉内位于所述一次反应区1-6上方；
[0066] 炉顶1-9，设置于所述还原炉1顶部，其设置有还原炉烟气出口；
[0067] 汽包1-13，与所述蒸汽进口1-2和水冷套夹或冷却旁管1-5连接，用于产生水蒸汽。
[0068] 优选的，炉底呈圆锥形由下到上逐步扩大，一次反应区1-6和二次反应区 1-8呈圆筒形，中间由扩大段1-7连接。
[0069] 为去除硫磺产品中的杂质。优选的，装置还包括：
[0070] 过滤装置，与所述硫凝器通过管道连接，用于除去液硫中的杂质；
[0071] 冷却
包装机，与所述过滤装置通过管道连接，用于将液硫冷却包装成硫磺颗粒产品。
[0072] 为了实现烟气的达标排放，优选的，如图2所示，装置还包括：
[0073] 常温水解装置9，与所述硫冷凝器8通过管道连接，用于对经过所述硫冷凝器8后的烟气进行水解生成H2S；
[0074] 离子液吸收塔10，与所述常温水解装置9通过管道连接，用于吸收从水解装置过来的烟气中的H2S和SO2；
[0075] 解析塔11，与所述还原炉1通过管道连接，用于将离子液中的H2S和SO2释放出来并输送到还原炉1中；
[0076] 离子液循环泵12、离子液解析循环泵13、离子液吸收塔10和解析塔11 通过管路
串联，用于离子液循环。
[0077] 优选的，如图3，所述旋风除尘器包括：
[0078] 底座21；
[0079] 旋风除尘器主体24，设置在所述底座21的顶端，且所述底座21与所述旋风除尘器主体24为一体式结构；所述旋风除尘器主体24的一侧设置有进风口管道29，所述旋风除尘器主体24的顶端共设置有两个支撑柱25，且两个支撑柱25与旋风除尘器主体24为一体式结构，所述旋风除尘器主体24的顶端设置有连接管28，且连接管28位于两个支撑柱25的中间，所述支撑柱25的顶端设置有二级净化装置26；
[0080] 隔音材料层22，设置在所述旋风除尘器主体24的筒壁中；
[0081] 水管23，设置在所述隔音材料层22的上方；
[0082] 喷头30，与所述水管23连接；
[0083] 所述二级净化装置的内部设置有空心盘，所述空心盘与旋风除尘器主体通过连接管固定连接，所述空心盘上设置有四个弧形管，且空心盘与弧形管为一体式结构，所述弧形管远离空心盘的一侧设置有小型旋风除尘器进风口，且弧形管与小型旋风除尘器进风口通过螺栓固定连接，所述小型旋风除尘器进风口上设置有小型旋风除尘器主体，且小型旋风除尘器主体与小型旋风除尘器进风口为一体式结构，所述小型旋风除尘器主体的顶端开设有小型旋风除尘器出风口，所述小型旋风除尘器主体的底端设置有小型旋风除尘器灰斗，且小型旋风除尘器主体与小型旋风除尘器灰斗为一体式结构，所述小型旋风除尘器主体的一侧设置有固定杆，且连接管与小型旋风除尘器主体通过固定杆固定连接，所述二级净化装置的顶端设置有出风口管道，且二级净化装置与出风口管道27 为一体式结构。
[0084] 为使余热锅炉中烟气与水的热交换更加充分，优选的，如图4所示，余热锅炉包括：
[0085] 壳体36；所述壳体36上设置有进气口31、出气口32、进水口33和出水口34；
[0086] 进气室37，设置在壳体36内部的一端，与所述进气口31连接；
[0087] 出气室38，设置在壳体36内部的另一端，与所述出气口32连接；
[0088] 水箱39，设置在所述壳体36内部位于所述中间部位，与所述进水口33 和出水口34连接；
[0089] 所述进气室37和出气室38通过多个螺旋管道35连接，所述螺旋管道35 均匀分布于所述水箱39中。
[0090] 通过螺旋管道35使烟气与水箱中水充分
接触，增加热传递效率，充分利用烟气余热。
[0091] 滤筒除尘器包括：
[0092] 筒体，为圆柱体，在圆柱体两端分别设置有一个进气口和一个出气口；
[0093] 多个滤网，与圆柱体同等大小，均匀分布在筒体内；
[0094] 在筒体表面对应于滤网
位置设置有滤网更换窗口。
[0095] SO2冶炼烟气两段式沸腾还原制备硫磺的装置，其处理过程的步骤包括：如图3所示，
[0096] SO2冶炼烟气通过炉底鼓风机从烟气进口鼓入风室，水蒸气从蒸汽进口进入风室，煤从煤进料口进入还原炉内的一次反应区进行高温沸腾反应，烟气中部分SO2在煤粒和水蒸气的高温作用下还原生成硫蒸汽及其他气体副产物H2S、COS、CS2、CO、H2，煤渣从排渣口排出；水冷夹套或冷却旁管，用于产出低压蒸汽后从蒸汽进口进入风室；
[0097] 一次反应区产生的烟气经扩大段进入二次反应区，此区域内烟气中剩余的 SO2与新产生的还原性气体H2S、CO、H2发生二次还原反应转化为硫蒸汽，之后烟气从炉顶的还原炉烟气出口排出；
[0098] 还原炉烟气经旋风除尘器进行离心收尘、余热锅炉降温至600℃并经滤筒除尘器净化，离心收尘捕集的煤颗粒由回料器返回还原炉一次反应区；
[0099] 净化后的烟气进入硫冷凝器中冷凝至120～140℃，单质硫在此冷凝产出液硫，液硫经过滤后除去杂质，并经冷却包装机产出硫磺颗粒产品，
软化水在硫冷凝器中
蒸发产出低压蒸汽通过蒸汽进口进入气室；
[0100] 冷凝后的烟气进入常温水解装置，将烟气中COS、CS2在60～80℃常温水解催化剂作用下反应生成H2S，之后将烟气送去离子液吸收塔；
[0101] 烟气进入离子液吸收塔时，将烟气中残留的SO2、H2S用离子液吸收，吸收后的烟气达标排放，而离子液吸收饱和后送去解析塔，产出高浓度SO2混合气含H2S返回还原炉一次反应区的二次气进口。
[0102] 优选的，SO2冶炼烟气与蒸汽混合进入一次反应区，SO2浓度≤30％，粒煤由煤进料口给入，煤进料量与SO2+O2摩尔比为1.2～2，蒸汽量与煤进料量的比例为0.2～0.4，
蒸汽压力大于等于0.3MPa，炉内反应温度950～1150℃，避免产生煤焦油和热熔融态煤灰；
[0103] 优选的，一次反应区为气-固反应区，主要还原剂为煤，煤粒度为5mm以下；二次反应区为气-气反应区，主要还原剂为一次反应产生的CO、H2S、H2等还原性气体；
[0104] 优选的，还原炉烟气经旋风除尘器惯性收尘捕集的较大颗粒煤由回料器返回还原炉；
[0105] 优选的，经惯性收尘的还原炉烟气进入余热锅炉降温至600℃；
[0106] 优选的，所述滤筒除尘器除尘元件为陶瓷滤筒；
[0107] 优选的，冷凝后的烟气中残余COS和CS2在60～80℃水解催化剂的作用下反应生成硫化氢，其中常温水解催化剂主要成分γ-Al2O3；
[0108] 优选的，离子液吸收塔中离子液主要成分为阳离子甲基二乙胺醇(MDEA)及特定阴离子，同时添加少量活化剂和抗
氧化剂，该离子液可协同
吸附SO2与H2S，吸附饱和的离子液，进入解析塔中在蒸汽加热下解析出高浓度SO2与H2S的混合气，作为二次原料气返回还原炉一次反应区的二次气进口；
[0109] 本实用新型涉及的主要反应：
[0110] 1、还原炉内有如下反应：
[0111] 1)一次反应区主要反应
[0112] SO2+C→S+CO2
[0113] H2O+C→H2+CO
[0114] 2S+C→CS2
[0115] S+CO→COS
[0116] COS+H2O→H2S+CO2
[0117] 2)二次反应区主要反应
[0118] SO2+2CO→S+2CO2
[0119] SO2+H2→S+H2O
[0120] S+H2→H2S
[0121] 2H2S+SO2→S+2H2O
[0122] 2、COS水解反应：
[0123] COS+H2O→H2S+CO2(催化)
[0124] CS2+2H2O→2H2S+CO2(催化)
[0126]
脱硫反应：SO2+H2O+R→RH++HSO3-
[0127] H2S+R→RH++HS-
[0128] 解析反应(高温)：RH++HSO3-→SO2+H2O+R
[0129] RH++HS-→H2S+R
[0130] 本实用新型，与现有的含硫烟气制备硫磺装置相比，主要优点在于：
[0131] 还原剂采用冶炼厂常用燃料煤与一定比例的水蒸气，反应过程中生成大量强还原性气体如氢气、硫化氢、
一氧化碳等，在二次反应区内发生气体还原反应，可有效提升硫磺回收率；
[0132] 不同于先制备
水煤气再还原SO2的工艺需要两个反应炉或炉内隔成两个不同气氛的反应区(结构复杂)，本实用新型中一个还原炉以扩大段为界限分上下两个反应区，结构简单，故障率低；
[0133] 控制炉内反应温度在950～1150℃下进行，一方面避免了800℃以下煤焦油的产生影响产品液硫质量，另一方面避免1200℃以上煤灰熔融不利于排灰的问题；
[0134] 还原炉内水冷套夹及硫冷凝器产出低压蒸汽返回炉底进气室，有效利用余热；
[0135] 常温水解装置、离子液吸收塔和解析塔对烟气中不同含硫成分进行选择性处理，最终转化为高浓度SO2与H2S混合气作为二次原料气返回还原炉进料，实现对不同含硫副产物进行分类处理，综合回收效果好，硫总回收率在96～99％。
[0136] 在一个实施例中，硫冷凝器包括：
[0137] 如图6所示，包括第一集管61、第二集管62、多根微通道冷凝管路63、出液装置65和平板
热管64，第一集管61和第二集管62平行设置，多根微通道冷凝管路63平行设置，多根微通道冷凝管路63的两端分别
焊接于第一集管61和第二集管62，多根微通道冷凝管路63、第一集管61和第二集管62相通，平板热管64的一端设于相邻的两根微通道冷凝管路63之间，平板热管64与微通道冷凝管路63的接触区域采用粘接或焊接固定为一体；
[0138] 微通道冷凝管路呈蛇形弯曲设置，微通道冷凝管路包括多段平行设置的微通道冷凝直管和连接相邻的微通道冷凝直管的微通道冷凝弯管，平板热管的一端设于相邻的两段微通道冷凝直管之间，平板热管与微通道冷凝直管的接触区域采用粘接或焊接固定为一体；
[0139] 相邻的两段微通道冷凝直管之间设有至少两片平板热管；
[0140] 平板热管包括金属质平板、至少一个毛细结构和
传热工质，毛细结构设于金属质平板内部，毛细结构为微槽或毛细芯，毛细结构的长度与平板热管的长度相同，传热工质在毛细结构的腔体中循环流动传递热量；
[0141] 出液装置，设置在位于下方位置的微通道冷凝弯管处，如图7所示，出液装置71的排液通道内从上至下依次设有导液板72、过液通道73、封液板74，导液板72的前端固定设置在出液装置71的第一侧的内壁上，导液板72的末端75向与第一侧相对的第二侧延伸并向下倾斜；封液板74的前端固定设置在出液装置71的第二侧的内壁上，封液板74的末端77向第一侧延伸并向上倾斜；封液板74与导液板72间隔设置形成过液通道73，导液板72的末端75 与出液装置71的第二侧的内壁间隔设置形成第一过液口76，该第一过液口76 作为过液通道73的入水口；封液板74的末端77与出液装置71的第一侧的内壁间隔设置形成第二过液口78，该第二过液口78作为过液通道73的出液口；并且，封液板74的末端77高于导液板72的末端75。
[0142] 通过将冷凝管路设置成蛇形，使气体与外界接触面积增大提高冷凝效果；出液装置设置，当冷凝液将过液通道填充时，可以有效阻挡气体溢出，并且不影响液体的流出。
[0143] 显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些
修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。
