本發(fā)明屬于能源化工領(lǐng)域，具體的，涉及一種利用鎂法脫硫產(chǎn)物生產(chǎn)高濃度so2氣的裝置和方法。

背景技術(shù)：

近幾年來(lái)，我國(guó)大范圍爆發(fā)霧霾天氣，在影響范圍和程度上都達(dá)到空前的地步。霧霾天氣不僅嚴(yán)重影響人民群眾的身體健康，導(dǎo)致患病概率提高、精英人才流失，驟增的環(huán)保壓力更對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)環(huán)境產(chǎn)生了劇烈沖擊，給我國(guó)發(fā)電、石化等基礎(chǔ)性的工業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展設(shè)置了巨大的障礙。如果應(yīng)對(duì)措施失當(dāng)，惡劣的天氣條件甚至?xí)l(fā)嚴(yán)重的社會(huì)問(wèn)題。

二氧化硫被視為發(fā)電、石化等行業(yè)所排放的主要?dú)怏w污染物之一，與霧霾的形成有極大關(guān)系。pm2.5是霧霾中對(duì)人體危害極大的一種成分，它是指直徑小于或等于2.5微米的顆粒物，被稱(chēng)為細(xì)顆粒物，其在大氣中的積聚會(huì)加速霧霾的生成。pm2.5根據(jù)形成過(guò)程不同可分為一次顆粒物和二次顆粒物，二氧化硫?qū)@兩種顆粒物的形成均有直接關(guān)系。目前，我國(guó)火電廠、煉化廠主要采用的是濕法煙氣脫硫技術(shù)，其中石灰石/石灰-石膏法占90％以上。但從近30年來(lái)該方法在我國(guó)的運(yùn)行情況看，它存在如下問(wèn)題：①脫硫副產(chǎn)品脫硫石膏品質(zhì)不穩(wěn)定，無(wú)法有效利用而被大量堆放；②脫硫中形成的產(chǎn)物在漿液中易過(guò)飽和結(jié)晶析出，造成設(shè)備結(jié)垢和腐蝕；③過(guò)度的石灰石開(kāi)采破壞了自然界礦產(chǎn)資源的平衡，高品位石灰石資源嚴(yán)重缺乏，某些廠采購(gòu)到的石灰石中碳酸鈣的含量已不足85％。

相比于石膏法，濕法氧化鎂脫硫具有脫硫劑可循環(huán)利用、脫硫產(chǎn)物不會(huì)在設(shè)備內(nèi)壁結(jié)垢等優(yōu)點(diǎn)。中國(guó)是世界上擁有菱鎂礦最多的國(guó)家之一，氧化鎂脫硫法目前被越來(lái)越多的替代石灰石/石灰-石膏法應(yīng)用于煙氣脫硫中。該法中，脫硫產(chǎn)物經(jīng)脫水干燥和熱解處理后，主要組分再生轉(zhuǎn)化為mgo，可送回脫硫系統(tǒng)繼續(xù)煙氣脫硫。另外，熱解過(guò)程中釋放出的含高濃度so2的氣體可被用來(lái)制備硫酸，避免硫資源的浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)硫元素再利用。但是，脫硫產(chǎn)物中主要包含mgso3和mgso4，mgso4需要在高于1000℃高溫下才能完全分解為mgo和so2，再生過(guò)程能耗巨大，而這一部分熱量往往由向爐內(nèi)噴入燃料油燃燒所釋放熱量供給。另外，mgo在高溫下也易于團(tuán)聚燒結(jié)，脫硫活性被削弱，嚴(yán)重限制了氧化鎂煙氣脫硫技術(shù)的推廣應(yīng)用。雖然有文獻(xiàn)報(bào)道，采用過(guò)量的co、h2和ch4等還原性氣體替代燃料油，可降低硫酸鎂的分解溫度，但對(duì)還原性氣體消耗量巨大。這降低mgo再生過(guò)程的經(jīng)濟(jì)性，也會(huì)造成尾氣中含有h2s、cos等副產(chǎn)品，不利于后續(xù)的so2制酸過(guò)程。

在中國(guó)專(zhuān)利授權(quán)公開(kāi)號(hào)cn101624197b的發(fā)明專(zhuān)利中公開(kāi)了一種鎂法脫硫副產(chǎn)物亞硫酸鎂鍛燒回用技術(shù)，該技術(shù)提供的工藝流程中包括如下步驟：(1)將主要成分為mgso3的鎂法脫硫產(chǎn)物與硫磺按一定比例混合；(2)混合物于500-1000℃煅燒溫度下在空氣中沸騰煅燒，煅燒后分解為含so2的氣體產(chǎn)物與含mgo的固體產(chǎn)物；(3)將含so2的氣體產(chǎn)物進(jìn)行余熱回收，得到蒸汽副產(chǎn)物；(4)將含mgo的固體產(chǎn)物增濕后重新利用進(jìn)行煙氣脫硫。其優(yōu)點(diǎn)為，脫硫產(chǎn)物煅燒后得到的氣體中so2產(chǎn)量和濃度較高；煅燒溫度較低，降低了能耗；可副產(chǎn)蒸汽，增加了經(jīng)濟(jì)效益。其不足之處在于，實(shí)際運(yùn)行中鎂法脫硫產(chǎn)物內(nèi)有20-30％含量的mgso4，但本發(fā)明并不能將這些mgso4再生為mgo，浪費(fèi)了很大一部分鎂資源；mgso3與硫磺直接在空氣條件下沸騰煅燒，容易被o2氧化為mgso4與so2，使mgso3熱分解率偏低，脫硫產(chǎn)物無(wú)法再生；整個(gè)系統(tǒng)需要從外界獲得電能才能實(shí)現(xiàn)500-1000℃的煅燒溫度，系統(tǒng)無(wú)法自熱運(yùn)行。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有濕法氧化鎂煙氣脫硫技術(shù)中存在的上述缺點(diǎn)和不足，本發(fā)明的目的在于提供了一種無(wú)需外界供給燃料即可實(shí)現(xiàn)氧化鎂脫硫劑自熱再生，同時(shí)生產(chǎn)含高濃度so2原料氣的裝置和方法。干燥后的脫硫產(chǎn)物與硫磺進(jìn)入反應(yīng)器(1)，與通入其中的過(guò)量空氣反應(yīng)，硫磺與氧氣首先反應(yīng)生成so2氣體。隨后，脫硫產(chǎn)物中所含的mgo、mg(oh)2和mgco3組分進(jìn)而與so2反應(yīng)生成mgso3，mgso3進(jìn)而被氧氣充分氧化為mgso4組分。該反應(yīng)過(guò)程釋放出大量熱量，最終產(chǎn)物mgso4顆粒被氣體攜帶出反應(yīng)器(1)，經(jīng)旋風(fēng)分離器分離下來(lái)進(jìn)入反應(yīng)器(2)。由于反應(yīng)器(1)的操作溫度高于反應(yīng)器(2)，mgso4顆?？沙洚?dāng)載熱體作用，將反應(yīng)器(1)內(nèi)釋放出的熱量傳遞給反應(yīng)器(2)。因此，反應(yīng)器(2)內(nèi)的再生反應(yīng)可自熱運(yùn)行，不再需要通過(guò)化石燃料燃燒提供熱量，具有節(jié)能減排的鮮明特點(diǎn)。反應(yīng)器(2)內(nèi)的反應(yīng)發(fā)生于mgso4顆粒與某氣體之間，該氣體為過(guò)量硫磺和空氣燃燒后生成的氣體產(chǎn)物。氣體中含有的硫蒸氣可將部分mgso4顆粒還原為mgo，同時(shí)釋放出so2氣體。由于氣體產(chǎn)物中so2的體積含量可高達(dá)50％甚至更高，反應(yīng)器(2)所生成氣體可直接制備硫酸、漂白劑和防腐劑等。反應(yīng)器(2)內(nèi)的固體產(chǎn)物由生成的mgo顆粒和未反應(yīng)的mgso4顆粒組成，它由反應(yīng)器(2)排出后分為兩部分。一部分顆?？伤腿霛穹摿蚬ば蛟俅芜M(jìn)行煙氣脫硫，另一部分則循環(huán)進(jìn)入反應(yīng)器(1)發(fā)生氧化反應(yīng)而釋放出大量熱量。該方法通過(guò)控制反應(yīng)器內(nèi)硫磺蒸氣與空氣的相對(duì)比例，在兩個(gè)反應(yīng)器內(nèi)分別維持還原性和氧化性氣氛，可使mgo脫硫劑的再生反應(yīng)連續(xù)進(jìn)行。同時(shí)，mgo脫硫劑的再生過(guò)程可伴生含高濃度so2氣體的原料氣，具有對(duì)環(huán)境友好、節(jié)能降耗和節(jié)省投資的優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用前景十分廣闊。

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

一種利用鎂法脫硫產(chǎn)物生產(chǎn)高濃度so2氣的裝置，它包括氧化固硫器1、還原再生器2、返料器3、旋風(fēng)分離器4、螺旋進(jìn)料器5、6、7、攪拌器8、焚燒爐9和鼓風(fēng)機(jī)10。所述返料器3連接于氧化固硫器1與還原再生器2之間，所述氧化固硫器1頂部通過(guò)旋風(fēng)分離器4與還原再生器2上部相連，旋風(fēng)分離器4下部料腿伸入再生器2內(nèi)床層中。所述氧化固硫器1下部設(shè)有脫硫產(chǎn)物和硫磺的混合物進(jìn)料口、脫硫劑顆粒返料進(jìn)料口和空氣進(jìn)氣口，所述還原再生器2下部設(shè)有混合氣進(jìn)氣口和脫硫劑顆粒出料口，上部還設(shè)有含高濃度so2氣體出氣口。

其中，所述氧化固硫器1下部的脫硫產(chǎn)物和硫磺的混合物進(jìn)料口與攪拌器8的出料口相連，所述攪拌器8的進(jìn)料口連接有螺旋進(jìn)料器5和6，所述氧化固硫器1底部的進(jìn)氣口連接有鼓風(fēng)機(jī)10。所述還原再生器2底部的進(jìn)氣口與焚燒爐9的出氣口相連，所述焚燒爐9下部的進(jìn)料口連接有螺旋進(jìn)料器7，焚燒爐9底部的進(jìn)氣口連接有鼓風(fēng)機(jī)10。

進(jìn)一步的，所述氧化固硫器1由上下兩個(gè)內(nèi)徑不同的圓柱形反應(yīng)器組成，上部圓柱形反應(yīng)器與下部圓柱形反應(yīng)器內(nèi)徑比為0.2-0.75：1。

進(jìn)一步的，所述氧化固硫器1總高度為2-25m，下部圓柱形反應(yīng)器內(nèi)徑0.3-5m。

進(jìn)一步的，所述還原再生器2的脫硫劑顆粒出料口高度高于返料器3的進(jìn)料口，兩者高度差為0.3-5m，返料器3的出料口高于氧化固硫器1的脫硫劑顆粒返料進(jìn)料口，兩者高度差為0.3-5m。所述返料器3通過(guò)傾斜的料腿分別與氧化固硫器2和還原再生器1相連。

本發(fā)明還提供了利用濕法氧化鎂脫硫產(chǎn)物生產(chǎn)含高濃度so2原料氣的方法，它包括以下步驟：

(1)開(kāi)始生產(chǎn)時(shí)，從煙氣脫硫工序而來(lái)經(jīng)過(guò)初步干燥后的脫硫產(chǎn)物和硫磺顆粒一同進(jìn)入氧化固硫器1，與從氧化固硫器1底部進(jìn)氣口通入的空氣接觸反應(yīng)。此時(shí)進(jìn)入氧化固硫器1的空氣流量相比于進(jìn)入其中的脫硫產(chǎn)物和硫磺顆粒的混合物是過(guò)量的，固硫器1內(nèi)的反應(yīng)氣氛為氧化性氣氛?？諝庵械难鯕馀c硫磺反應(yīng)生成二氧化硫氣體，貧氧空氣和生成的so2攜帶床料顆粒沿固硫器1上行，床料顆粒由經(jīng)螺旋進(jìn)料器5而來(lái)的干燥后脫硫產(chǎn)物顆粒和經(jīng)返料器3返回的mgo和mgso4的混合物顆粒。床料顆粒主要組分包括mgo、mg(oh)2、mgso3、mgco3和mgso4，上行過(guò)程中mgo、mg(oh)2和mgco3組分先與so2反應(yīng)生成mgso3，mgso3隨之被o2充分氧化，最終轉(zhuǎn)化為mgso4。mgso4顆粒被貧氧空氣攜帶進(jìn)入旋風(fēng)分離器內(nèi)氣固分離，分離下來(lái)的固體顆粒沿分離器下部料腿進(jìn)入還原再生器2床層內(nèi)，貧氧空氣被分離器排空。由于固硫器1內(nèi)發(fā)生的氧化反應(yīng)釋放出大量熱量，固硫器1內(nèi)的反應(yīng)溫度明顯高于再生器2，由固硫器1進(jìn)入再生器2的mgso4顆粒同時(shí)起到載熱體的作用，可將固硫器1內(nèi)釋放出的熱量攜帶至再生器2，保證再生器2內(nèi)反應(yīng)可自熱運(yùn)行；

(2)由鼓風(fēng)機(jī)10吹出的空氣進(jìn)入焚燒爐9內(nèi)，與其中的硫磺顆粒相遇并反應(yīng)。由于空氣流量較小，進(jìn)入爐9內(nèi)的空氣相比于其中已有的硫磺顆粒是不足量的，氧氣在與硫磺顆粒反應(yīng)生成so2的同時(shí)，反應(yīng)中釋放出的熱量可將爐內(nèi)過(guò)量的硫磺顆粒加熱相變?yōu)榱蛘魵?。焚燒爐9所排尾氣中主要成分為空氣中剩余的n2、so2和硫蒸氣，它們經(jīng)還原再生器2底部入口進(jìn)入，與從分離器4下部料腿落入再生器2的一部分mgso4顆粒相遇發(fā)生反應(yīng)。此時(shí)再生器2內(nèi)的氣氛為還原性氣氛，硫蒸氣將部分mgso4顆粒還原為mgo并釋放出so2氣體。由于再生器2內(nèi)操作氣速較小，再生器2內(nèi)的床層顆粒并不會(huì)被氣流帶出，顆粒表現(xiàn)出鼓泡流態(tài)化狀態(tài)。由于再生器2內(nèi)生成氣體產(chǎn)物中so2體積含量較高，所排氣體可作為下一步制備硫酸的原料氣。mgso4顆粒釋放出so2氣體后，再生轉(zhuǎn)化為mgo，重新獲得了脫硫活性，經(jīng)還原再生器2側(cè)部脫硫劑顆粒出料口進(jìn)入返料器3。返料器3底部通入空氣，其床層內(nèi)顆粒呈現(xiàn)鼓泡流態(tài)化現(xiàn)象，再經(jīng)返料器3流出。流出的mgo顆粒被分為兩部分，一部分重新送入煙氣脫硫工序進(jìn)行煙氣脫硫，另一部分返回至氧化固硫器1。

進(jìn)一步的，進(jìn)入螺旋進(jìn)料器5的脫硫產(chǎn)物顆粒粒徑為60目與500目之間，密度為0.4×10³kg/m³-0.6×10⁴kg/m³，孔容為0.001ml/g-0.4ml/g。

進(jìn)一步的，進(jìn)入螺旋進(jìn)料器6和7的硫磺顆粒粒徑為60目與500目之間，密度為0.3×10³kg/m³-0.3×10⁴kg/m³，孔容為0.001ml/g-0.4ml/g。

進(jìn)一步的，所述進(jìn)入氧化固硫器1的空氣的操作氣速為2-20m/s，反應(yīng)溫度為950-1050℃。

進(jìn)一步的，所述從焚燒爐9排出的尾氣進(jìn)入還原再生器2的操作氣速為1-15m/s，反應(yīng)溫度為750-900℃。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是：

1、本發(fā)明提供了一種無(wú)需外界供給熱量，即可實(shí)現(xiàn)濕法氧化鎂煙氣脫硫產(chǎn)物循環(huán)使用的方法，脫硫劑的再生不再需要從化石燃料燃燒過(guò)程中吸收熱量，具有節(jié)能減排的鮮明特點(diǎn)；

2、本發(fā)明可在兩個(gè)反應(yīng)器內(nèi)分別實(shí)現(xiàn)mgo脫硫劑的還原再生和氧化固硫，使脫硫劑能在系統(tǒng)中連續(xù)循環(huán)運(yùn)行，大大推進(jìn)氧化鎂煙氣脫硫方法的工業(yè)應(yīng)用；

3、本發(fā)明以濕法氧化鎂脫硫產(chǎn)物和硫磺顆粒為原料，無(wú)需空分裝置即實(shí)現(xiàn)高濃度so2原料氣的制備，可顯著降低高濃度so2氣體制備過(guò)程中的一次性投資，具有良好的經(jīng)濟(jì)性；

結(jié)合附圖閱讀本發(fā)明的具體實(shí)施方式后，本發(fā)明的其他特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將變得更加清楚。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明通過(guò)濕法氧化鎂脫硫產(chǎn)物和硫磺顆粒制備含高濃度so2原料氣的流程示意圖。其中，氧化固硫器1、還原再生器2、返料器3、旋風(fēng)分離器4、螺旋進(jìn)料器5、6、7、攪拌器8、焚燒爐9和鼓風(fēng)機(jī)10。

圖2為從圖1所示固硫器1頂部出口取得的固體顆粒的sem照片。

圖3為從圖1所示的固硫器1頂部取得的固體顆粒的xrd譜圖。

圖4為從圖1所示的返料器3床料中取得的固體顆粒的xrd譜圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。

實(shí)施例1

本發(fā)明提供了一種利用鎂法脫硫產(chǎn)物生產(chǎn)高濃度so2氣的裝置和方法，其流程示意圖如圖1所示。它包括氧化固硫器1、還原再生器2、返料器3、旋風(fēng)分離器4、螺旋進(jìn)料器5、6、7、攪拌器8、焚燒爐9和鼓風(fēng)機(jī)10。所述返料器3連接于氧化固硫器1與還原再生器2之間，所述氧化固硫器1頂部通過(guò)旋風(fēng)分離器4與還原再生器2上部相連，氧化固硫器1下部設(shè)有煙氣脫硫產(chǎn)物和硫磺顆粒的混合物進(jìn)料口、脫硫劑顆粒返料進(jìn)料口和空氣進(jìn)氣口。所述還原再生器2下部設(shè)有硫蒸氣與空氣的混合氣體進(jìn)氣口和脫硫劑顆粒出料口，上部還設(shè)有含高濃度so2氣體出氣口。所述氧化固硫器1下部的脫硫產(chǎn)物和硫磺的混合物進(jìn)料口與攪拌器8的出料口相連，所述攪拌器8的進(jìn)料口連接有螺旋進(jìn)料器5和6。所述氧化固硫器1底部的進(jìn)氣口連接有鼓風(fēng)機(jī)10。所述還原再生器2底部的進(jìn)氣口與焚燒爐9的出氣口相連，所述焚燒爐9下部的硫磺進(jìn)料口連接有螺旋進(jìn)料器7，焚燒爐9底部的空氣進(jìn)氣口連接有鼓風(fēng)機(jī)10。

所述的脫硫產(chǎn)物為火電廠或化工廠煙氣脫硫工序中濕法氧化鎂煙氣脫硫產(chǎn)物經(jīng)干燥后得到的產(chǎn)物，本實(shí)施例中選用山東濱州某電廠濕法氧化鎂煙氣脫硫后的脫硫產(chǎn)物，其主要成分為mgso3、mgso4、mg(oh)2和mgco3。

本實(shí)施例中所述氧化固硫器1為一快速循環(huán)流化床反應(yīng)器，本實(shí)施例中整段反應(yīng)器高度為15m。該反應(yīng)器分別由上下兩個(gè)內(nèi)徑不一的圓柱形反應(yīng)器構(gòu)成，下部圓柱形反應(yīng)器較粗，內(nèi)徑1.4m，上部圓柱形反應(yīng)器較細(xì)，為0.6m。下部圓柱形反應(yīng)器內(nèi)的反應(yīng)溫度保持為950℃，空氣通過(guò)鼓風(fēng)機(jī)10被送入氧化固硫器1內(nèi)，空氣氣速控制為8m/s。由于空氣氣速較高，氧化固硫器1內(nèi)的床料顆粒被空氣攜帶上行。固硫器1內(nèi)的床料由兩部分組成，分別是經(jīng)攪拌器8而來(lái)的脫硫產(chǎn)物和硫磺顆粒的混合物和經(jīng)返料器3而來(lái)的脫硫劑顆粒。由鼓風(fēng)機(jī)10送入固硫器1的空氣與硫磺顆粒先發(fā)生反應(yīng)生成so2氣體，so2隨之與床料顆粒中的mgo、mg(oh)2和mgco3組分反應(yīng)生成mgso3，mgso3進(jìn)而被空氣中殘余的氧氣充分氧化為mgso4。反應(yīng)后的氣體攜帶mgso4顆粒經(jīng)頂部出口進(jìn)入旋風(fēng)分離器4。

所述旋風(fēng)分離器4進(jìn)口與氧化固硫器1頂部出口相連，旋風(fēng)分離器4頂部設(shè)有氣體出口。氧化固硫器1內(nèi)，反應(yīng)后的貧氧空氣攜帶mgso4顆粒進(jìn)入旋風(fēng)分離器4被氣固分離，氣體經(jīng)分離器4頂部的氣體出口排空，固體顆粒則沿旋風(fēng)分離器4下部料腿落入還原再生器2床層內(nèi)。

所述還原再生器2為一圓柱形的鼓泡流化床反應(yīng)器，反應(yīng)器內(nèi)徑4m，操作氣速3m/s，反應(yīng)溫度850℃。還原再生器2底部連接焚燒爐9的出口，由鼓風(fēng)機(jī)10吹出的空氣進(jìn)入焚燒爐9內(nèi)。由于空氣流量較小，爐內(nèi)的硫磺顆粒并不會(huì)被氣體帶出，而是很快即與全部氧氣反應(yīng)生成so2，焚燒爐內(nèi)一直保持在一種貧氧或無(wú)氧的氣氛下。該反應(yīng)為強(qiáng)放熱反應(yīng)，反應(yīng)釋放出的熱量將爐內(nèi)部分未反應(yīng)的硫磺顆粒加熱相變?yōu)榱蛘魵?，因此由焚燒爐9進(jìn)入再生器2內(nèi)的氣體中主要成分為空氣中剩余的n2、so2和硫蒸氣。該氣體于還原再生器2底部入口進(jìn)入后，與從旋風(fēng)分離器4下部料腿落入床層的mgso4顆粒發(fā)生反應(yīng)，硫蒸氣將部分mgso4顆粒還原為mgo并釋放出so2氣體。由于還原再生器2中操作氣速較小，反應(yīng)后的氣體無(wú)法將床層顆粒帶出，氣體由還原再生器2頂部出口流出。由于所排氣體中so2的體積含量可達(dá)50％以上，該氣體即為含高濃度so2的原料氣。反應(yīng)后的固體顆粒主要包含mgo和mgso4組分，由于還原再生器2側(cè)部出口明顯高于返料器3的顆粒入口，流化的顆粒在重力作用下經(jīng)傾斜的料腿由還原再生器2側(cè)部出口進(jìn)入返料器3。返料器3底部連接鼓風(fēng)機(jī)10的出口，空氣進(jìn)入返料器3后也使床層顆粒流化，流化的顆粒同樣在重力作用下經(jīng)返料器3出口流出，進(jìn)入傾斜的返料管。沿返料管下行的固體顆粒被分為兩部分，一部分收集后重新送入煙氣脫硫工序進(jìn)行煙氣脫硫，另一部分返回至固硫器1。

所述返料器3底部的空氣進(jìn)氣口與鼓風(fēng)機(jī)10的出風(fēng)口相連，空氣經(jīng)鼓風(fēng)機(jī)10送入返料器3，使床層顆粒在返料器3內(nèi)流化起來(lái)。由于還原再生器2側(cè)部脫硫劑顆粒出料口明顯高于返料器3側(cè)部的脫硫劑顆粒入料口、返料器3的脫硫劑顆粒出料口明顯高于氧化固硫器1的脫硫劑顆粒返料入料口，床層顆粒在其自身重力作用下，可從還原再生器2向氧化固硫器1單向返料?？諝饨?jīng)過(guò)返料器3內(nèi)的床層后，從返料器頂部出口排出。

本發(fā)明的技術(shù)原理如下：

本發(fā)明對(duì)火電廠或化工廠煙氣脫硫工序中，干燥后的濕法氧化鎂煙氣脫硫產(chǎn)物實(shí)現(xiàn)了再生和循環(huán)利用。這部分脫硫產(chǎn)物主要成分為mgso3、mgso4、mg(oh)2和mgco3，它和硫磺顆粒分別經(jīng)螺旋給料器5、6進(jìn)入攪拌器8攪拌混合，然后進(jìn)入氧化固硫器1。另外，由返料器3也有大量再生后的脫硫劑返至氧化固硫器1，這部分脫硫劑的主要成分為mgo。脫硫產(chǎn)物、硫磺和再生后的脫硫劑均與從氧化固硫器1底部進(jìn)入的空氣發(fā)生反應(yīng)。由于進(jìn)入固硫器1內(nèi)的空氣流量較大，氧氣相比于反應(yīng)器內(nèi)的硫磺顆粒和床料顆粒中各種組分均是過(guò)量的?？諝鈹y帶床層內(nèi)固相顆粒由下而上流動(dòng)時(shí)，氧氣首先與硫磺顆粒迅速反應(yīng)生成so2氣體，如反應(yīng)方程式(1)所示。so2與剩余的空氣通過(guò)曳力繼續(xù)攜帶固相顆粒向上流動(dòng)，上行過(guò)程中會(huì)發(fā)生多個(gè)反應(yīng)。首先，so2可與床料顆粒中的mg(oh)2、mgco3和mgo等組分反應(yīng)生成mgso3，反應(yīng)如方程式(2)-(4)所示。其次，氧氣將生成的mgso3進(jìn)一步氧化為mgso4，反應(yīng)如方程式(5)所示。

經(jīng)過(guò)氧化固硫器1內(nèi)的眾多反應(yīng)后，固體顆粒中的大部分mgso3、mg(oh)2、mgco3和mgo組分轉(zhuǎn)化為mgso4。由于進(jìn)入固硫器1的空氣氣速很高，反應(yīng)后殘余的氣體將固體顆粒從固硫器頂部的出口帶出，經(jīng)旋風(fēng)分離器4氣固分離后，固體顆粒沿分離器4下部的料腿落下堆積于還原再生器2床層內(nèi)。因發(fā)生于固硫器1內(nèi)的反應(yīng)均為強(qiáng)放熱反應(yīng)，固硫器1的反應(yīng)溫度高于再生器2，脫硫劑顆粒由固硫器1移至再生器2后具有載熱體的作用，將熱量傳遞給再生器2內(nèi)的床料。

還原再生器2為一鼓泡流化床反應(yīng)器，其底部連接焚燒爐9的出口?？諝獗还娘L(fēng)機(jī)10送入焚燒爐9后，與已堆積于焚燒爐9內(nèi)的由螺旋給料器7送入的硫磺顆粒發(fā)生反應(yīng)。與固硫器1不同，空氣進(jìn)入焚燒爐內(nèi)的流量較小，氧氣相比于爐9內(nèi)已有的硫磺顆粒是不足量的，它很快即與硫磺完全反應(yīng)生成so2，爐內(nèi)始終保持在貧氧或無(wú)氧的氣氛下。硫磺燃燒過(guò)程中釋放出的熱量可將爐內(nèi)剩余的部分硫磺顆粒氣化為硫蒸氣，與反應(yīng)后殘余的n2、生成的so2氣體一同進(jìn)入再生器2。由于此混合氣體在還原再生器2中氣速較小，再生器2內(nèi)的床層顆粒僅作鼓泡流化，不會(huì)被氣流帶出。再生器2內(nèi)氣固相遇后，硫蒸氣(以s2與s6蒸汽為主)與從旋風(fēng)分離器4落入的mgso4顆粒發(fā)生反應(yīng)，該反應(yīng)方程式如式(6)-(7)所示，硫蒸氣將一部分mgso4還原為mgo并釋放出so2氣體，反應(yīng)后的固體顆粒以mgo和mgso4組分為主。反應(yīng)(6)-(7)并不生成其他氣體，so2在再生器2頂部出口處的氣體產(chǎn)物中含量可達(dá)50％以上。考慮到再生器2內(nèi)為還原性氣氛，反應(yīng)(8)很難發(fā)生。由于還原再生器2側(cè)部脫硫劑顆粒出料口明顯高于返料器3的顆粒入口，反應(yīng)后流化的mgo顆粒經(jīng)還原再生器2側(cè)部顆粒出料口進(jìn)入傾斜的返料管，在重力作用下下行流入返料器3。

返料器3底部連接鼓風(fēng)機(jī)10的出口，送入返料器3的空氣被稱(chēng)為“松動(dòng)風(fēng)”?！八蓜?dòng)風(fēng)”流經(jīng)返料器3內(nèi)床層時(shí)，床內(nèi)顆粒出現(xiàn)松動(dòng)，顆粒間空隙增大，床層體積明顯膨脹，減小了顆粒間的摩擦阻力，顆粒也表現(xiàn)出一定的流化特性。流化的床層顆粒經(jīng)返料器3側(cè)下部的出口進(jìn)入傾斜返料管，同樣在重力作用下沿返料管下行。下行時(shí)固體顆粒被分為兩部分，一部分收集后重新送入煙氣脫硫工序進(jìn)行煙氣脫硫，另一部分返回至固硫器1。因返料器3的高度高于還原再生器2，固體顆粒在“松動(dòng)風(fēng)”和重力的作用下實(shí)現(xiàn)從返料器3向還原再生器1的單向返料。由于顆粒在返料器3內(nèi)有一定的堆積高度，這部分顆粒也起到了“料封”作用，防止氧化固硫器1和還原再生器2之間氣體的串混。進(jìn)入返料器3內(nèi)的空氣與床內(nèi)顆粒并不反應(yīng)，空氣經(jīng)過(guò)床層后從返料器3頂部的出氣口排出。

通過(guò)上述的裝置，循環(huán)利用濕法氧化鎂脫硫產(chǎn)物生產(chǎn)含高濃度so2原料氣的方法，具體包括以下步驟：

1、濕法氧化鎂脫硫顆粒的選擇

選擇60目與500目之間的濕法氧化鎂煙氣脫硫工序中煙氣脫硫并干燥后得到的脫硫產(chǎn)物，密度為0.4×10³kg/m³-0.6×10⁴kg/m³，孔容為0.001ml/g-0.4ml/g。

2、脫硫產(chǎn)物的氧化固硫反應(yīng)

脫硫產(chǎn)物主要成分為mgso3、mgso4、mg(oh)2和mgco3，它和硫磺顆粒分別經(jīng)螺旋給料器5、6進(jìn)入攪拌器8攪拌混合后進(jìn)入氧化固硫器1。同時(shí)，大量再生后的脫硫劑顆粒也經(jīng)返料器3返至氧化固硫器1，這部分脫硫劑的主要成分為mgo和mgso4。脫硫產(chǎn)物、硫磺和再生后的脫硫劑均與從氧化固硫器1底部進(jìn)入的空氣發(fā)生反應(yīng)。由于進(jìn)入固硫器1內(nèi)的空氣流量很大，氧氣相比于反應(yīng)器內(nèi)的硫磺顆粒和床料顆粒中各種組分均是過(guò)量的?？諝庥上露狭鲃?dòng)時(shí)，氧氣首先與硫磺顆粒迅速反應(yīng)生成so2氣體。so2與剩余的空氣通過(guò)曳力繼續(xù)攜帶固相顆粒向上流動(dòng)，上行過(guò)程中會(huì)發(fā)生多個(gè)反應(yīng)。首先，生成的so2氣體可與床料顆粒中的mg(oh)2、mgco3和mgo等組分反應(yīng)生成mgso3；其次，氧氣將生成的mgso3進(jìn)一步氧化為mgso4。因此，從固硫器1排出的固體顆粒中主要成分為mgso4。由于進(jìn)入固硫器1的空氣氣速很高，反應(yīng)后殘余的氮?dú)鈱⒐腆w顆粒從固硫器頂部的出口帶出，經(jīng)旋風(fēng)分離器4氣固分離后，固體顆粒沿分離器4下部的料腿落下堆積于還原再生器2內(nèi)床層上部。因發(fā)生于固硫器1內(nèi)的反應(yīng)均為強(qiáng)放熱反應(yīng)，固硫器1的反應(yīng)溫度高于再生器2，固體顆粒由固硫器1移至再生器2后具有載熱體的作用，將熱量傳遞給再生器2內(nèi)的床料。

3、脫硫劑的還原再生反應(yīng)

還原再生器2為一鼓泡流化床反應(yīng)器，其底部連接焚燒爐9的出口。空氣被鼓風(fēng)機(jī)10送入焚燒爐9后，與已堆積于焚燒爐9內(nèi)的由螺旋給料器7送入的硫磺顆粒發(fā)生反應(yīng)。與固硫器1不同，空氣進(jìn)入焚燒爐9內(nèi)的流量較小，氧氣相比于爐內(nèi)已有的硫磺顆粒是不足量的，它很快即與硫磺完全反應(yīng)生成so2，爐內(nèi)始終保持在貧氧或無(wú)氧的氣氛下。生成so2過(guò)程中釋放出的熱量可將爐內(nèi)剩余的部分硫磺顆粒加熱相變?yōu)榱蛘魵?，與反應(yīng)后爐內(nèi)剩余的n2、so2氣體一同進(jìn)入再生器2。這部分混合氣體在還原再生器2中氣速較小，床層顆粒僅做鼓泡流化，而不會(huì)被氣流帶出。生成的硫蒸氣(以s2與s6蒸汽為主)與從旋風(fēng)分離器4落入再生器2床層內(nèi)的mgso4顆粒發(fā)生反應(yīng)，它將一部分mgso4還原為mgo并釋放出so2氣體，反應(yīng)后的固體顆粒以mgo和mgso4組分為主。所生成so2在再生器2頂部出口處氣體產(chǎn)物中含量可達(dá)50％以上。由于還原再生器2側(cè)部脫硫劑顆粒出口明顯高于返料器3的顆粒入口，流化的mgo顆粒經(jīng)還原再生器2側(cè)部出口進(jìn)入傾斜的返料管，在重力作用下下行流入返料器3。

4、再生后脫硫劑顆粒的返料

返料器3底部連接鼓風(fēng)機(jī)10的出口，送入返料器3的空氣被稱(chēng)為“松動(dòng)風(fēng)”?！八蓜?dòng)風(fēng)”流經(jīng)返料器3內(nèi)床層時(shí)，床內(nèi)顆粒出現(xiàn)松動(dòng)，顆粒間空隙增大，床層體積明顯膨脹，減小了顆粒間的摩擦阻力，顆粒在返料器內(nèi)也表現(xiàn)出一定的流化特性。流化的顆粒經(jīng)返料器3側(cè)下部的出口進(jìn)入傾斜返料管，同樣在重力作用下沿返料管下行。下行時(shí)固體顆粒被分為兩部分，一部分收集后重新送入煙氣脫硫工序進(jìn)行煙氣脫硫，另一部分返回至固硫器1。因返料器3脫硫劑顆粒出料口的高度高于固硫器1脫硫劑顆粒返料入口，固體顆粒從返料器3向還原再生器1的單向返料。由于顆粒在返料器3內(nèi)有一定的堆積高度，這部分顆粒也起到了“料封”作用，防止氧化固硫器1和還原再生器2之間氣體的串混。進(jìn)入返料器3內(nèi)的空氣與床內(nèi)顆粒并不反應(yīng)，空氣經(jīng)過(guò)床層后從返料器3頂部的出氣口排出。

圖2為從圖1所示固硫器1頂部出口取得的固體顆粒的sem照片，該顆粒即為固硫器1床層內(nèi)mgo組分與so2和氧氣反應(yīng)后得到的產(chǎn)物顆粒。如圖2所示，該顆粒為多個(gè)不規(guī)則狀顆粒的團(tuán)聚體。由于反應(yīng)中mgo先捕獲so2氣體生成mgso3，進(jìn)而被氧氣充分氧化為mgso4，造成顆粒的摩爾體積逐漸增大，不規(guī)則狀顆粒的團(tuán)聚體即為反應(yīng)后生成的mgso4顆粒。

圖3和圖4分別為從圖1所示的固硫器1頂部和返料器3床料中取得的固體顆粒的xrd譜圖。如圖3所示，從固硫器1頂部所取物料的主要物相成分為mgso4，分別對(duì)應(yīng)了21.6、23.2、25.3、26.1、28.0、30.9、33.8、39.3處的衍射峰。這說(shuō)明床層內(nèi)的mgo組分已在固硫器1內(nèi)被充分氧化。如圖4所示，從返料器3床料中取得的物料的主要物相成分為mgo和mgso4，說(shuō)明進(jìn)入再生器2內(nèi)的部分mgso4顆粒高溫下被硫蒸氣還原為mgo，同時(shí)釋放出so2氣體，采用本發(fā)明提出的方法制備含高濃度so2原料氣是合理可行的。

本發(fā)明通過(guò)控制反應(yīng)器內(nèi)硫磺蒸氣與空氣的相對(duì)比例，實(shí)現(xiàn)濕法氧化鎂煙氣脫硫產(chǎn)物分別于反應(yīng)器內(nèi)的氧化或還原氣氛下進(jìn)行固硫過(guò)程或脫硫過(guò)程的循環(huán)轉(zhuǎn)換，其中脫硫產(chǎn)物的脫硫過(guò)程伴生高濃度so2原料氣的制備。本發(fā)明中mgo脫硫劑的再生可自發(fā)進(jìn)行，脫硫劑可連續(xù)循環(huán)使用，具有對(duì)環(huán)境友好、節(jié)能降耗和節(jié)省投資的優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用前景十分廣闊。本發(fā)明所述技術(shù)方案十分切合國(guó)家十二五期間對(duì)節(jié)能減排方面的規(guī)劃，可達(dá)到“綜合治理、變廢為寶”的目的。

以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其進(jìn)行限制；盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，依然可以對(duì)前述實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明所要求保護(hù)的技術(shù)方案的精神和范圍。