CN100430113C - 一种脱除烟气中二氧化硫的方法及装置 - Google Patents

一种脱除烟气中二氧化硫的方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种脱除烟气中二氧化硫的方法及装置，属化工与环保技术领域。工艺利用焦化生产的低浓度废氨水作为吸收剂的氨源，用于烧结烟气或燃煤锅炉烟气SO2的脱除；在两级氧化的亚盐氧化过程中加入Fe+3或S2O3 -2，处理烟气达标排放，回收硫酸铵。采用的装置由通过管路连接的氨水高位槽(1)、吸收塔(2)、吸收液循环泵(3)、催化剂溶液槽(4)、吸收液输送泵(5)、鼓风机(6)、烟气冷却及母液浓缩塔(7)、亚盐氧化塔(8)、硫酸铵母液循环槽(9)、星形阀(10)、硫铵液输出过滤泵(11)、过滤机(12)、硫铵循环泵(13)组成。具有直接利用废氨水，用于烟气SO2的脱除，以废治废，工艺简单，生产成本低，除尘效果佳，经济效益高等优点。

Description

一种脱除烟气中二氧化硫的方法及装置
技术领域：
本发明涉及一种脱除烟气中二氧化硫的方法及装置，属化学工程与环境保护技术领域。
涉及钢铁、煤化企业利用炼焦装置自产低浓度废氨水脱除钢铁烧结烟气或锅炉烟气SO2，达到治理环境污染、资源综合利用生产化肥产品的目的。
背景技术：
氨法吸收SO2是利用经典的化学原理，一种是氨水直接喷淋与烟气中的SO2直接生成(NH4)2SO3、NH4HSO3，这种直接法氨损失大、二次污染大、成本高。工业上应用脱硫是利用(NH4)2SO3吸收SO2形成NH4HSO3，补充的氨使NH4HSO3又转化为(NH4)2SO3，实现
Figure C20061004870100031
循环氨耗小、稳定吸收。利用氨法回收硫酸生产尾气中的低浓度SO2，使烟气达标排放，吸收后可获得(NH4)2SO3、NH4HSO3，在一般硫酸厂应用氨-酸法，吸收后的母液加入过量H2SO4分解亚盐，分解亚盐过程中解吸出适宜浓度的SO2返回制酸，解吸液经NH3中和后得到(NH4)2SO4溶液经蒸发、结晶、干燥后得到产品。传统技术适用于烟气量和SO2浓度稳定情况脱硫，利用外购液氨或碳酸氨作氨源，液氨气化溶解于水形成氨水作为初始吸收剂加入吸收母液或气氨直接加入吸收母液，利用液氨作原料加氨的方法需要设有压力设备的氨站，投资较大，且氨蒸发耗能。利用碳氨则成本较高，大型脱硫装置一般不采用。
对于无硫酸生产装置的企业烟气脱硫用上述方法需建设硫酸装置，投资大，目前国内外均在开发氨法吸收SO2形成的亚盐直接氧化为硫酸铵的方法。
本发明已获专利权的“低浓度SO2烟气吸收氧化后直接制备K2SO4的方法及其装置”公开了一种较好的烟气SO2的脱除方法。
发明内容：
本发明针对有焦化装置的企业烟气脱硫，直接利用焦化生产的低浓度废氨水作为吸收剂的氨源，将焦化的氨回收与烟气脱硫工艺链接，减少焦化蒸氨能耗，不需要建设氨站，实现烟气SO2及焦化废氨水资源化利用的工艺，达到治理环境污染，同时获得化肥的目的。
本发明是在传统氨法吸收及亚盐氧化工艺的基础上改进而成。本工艺对现有技术进行了改进。本工艺直接利用焦化生产的2％-20％的低浓度废氨水作为吸收剂的氨源，用于烧结烟气或燃煤锅炉烟气SO2的脱除；在两级氧化的亚盐氧化过程中加入Fe+3或S2O3 -2，处理后烟气达标排放，回收硫酸铵；具体过程如下：
a.130-150℃来自钢铁或煤化企业烧结的热烟气或锅炉烟气，以20-27m/s气速从烟气冷却及母液浓缩塔(7)顶的逆喷管上部进入，逆喷管下部由喷嘴向上喷入50℃、密度1200-1230g/cm3的硫铵盐溶液，液气体积比L/G为3/1000，在该湍流逆喷塔中绝热冷却至50-65℃后，烟气从烟气冷却及母液浓缩塔(7)顶部排出并以20-27m/s气速从吸收塔(2)上部逆喷管进入，与总盐浓度250-350g/L、碱度5-15tt°的吸收母液逆流形成泡沫吸收，体积比L/G＝5/1000～7/1000，吸收率＞95％，气体SO2达标排放；
b.吸收塔(2)下部为吸收母液循环槽，2％-20％的焦化氨水直接补到吸收塔(2)下部的母液循环槽内，吸收液碱度5-15tt°、PH值5.5-6.2、密度1130-1150g/cm3，由吸收液循环泵(3)循环吸收母液，吸收液输送泵(5)将排出的吸收塔母液打入亚盐氧化塔(8)，同时通过鼓风机(6)向亚盐氧化塔(8)鼓入空气进行氧化，鼓入空气的量按塔截面60-100m3/m2.h计算，亚盐氧化率＞98％，剩余气体经泡罩风帽汇入烟气冷却及母液浓缩塔(7)；氧化母液溢流入硫酸铵母液循环槽(9)，由硫酸铵循环泵(13)按体积比L/G＝3/1000输送母液至烟气冷却及母液浓缩塔(7)逆喷管下端从喷头向气体逆向喷淋，气体绝热冷却至50-65℃，母液浓缩至400-500g/L，浓缩槽母液加氨水调节PH为6时，用硫酸铵液输出过滤泵(11)送至过滤机(12)过滤，再经蒸发、浓缩、结晶干燥后得产品；
c.催化剂Fe+3或S2O3 -2的加入：催化剂添加量按每小时的吸收母液排出量的0.01-0.03mol/L补充，配成20％水溶液，分别在吸收液循环泵(3)和吸收液输送泵(5)进口处间歇补入，其中：水溶液的1/3补入吸收液循环泵(3)入口，水溶液的2/3补入吸收液输送泵(5)入口。
本方法采用装置中设备吸收塔(2)、烟气冷却及母液浓缩塔(7)、亚盐氧化塔(8)为本工艺设计自制设备，其余为市场购买。该装置由氨水高位槽(1)、通过管路与氨水高位槽(1)连接的吸收塔(2)、分别置于吸收塔(2)下部的吸收液循环泵(3)和吸收液输送泵(5)、分别与吸收液循环泵(3)和吸收液输送泵(5)的输送管连接的催化剂溶液槽(4)、通过管路与吸收塔(2)和吸收液输送泵(5)连接的亚盐氧化塔(8)、置于亚盐氧化塔(8)下部的鼓风机(6)、通过管路与烟气冷却及母液浓缩塔(7)连接且下部设有星形阀(10)的硫酸铵母液循环槽(9)、与星形阀(10)连接的硫酸铵液输出过滤泵(11)、与硫酸铵液输出过滤泵(11)连接的过滤机(12)、通过管路分别与烟气冷却及母液浓缩塔(7)和硫酸铵母液循环槽(9)连接的硫酸铵循环泵(13)组成。
本发明与现有技术相比，具有直接利用2％-20％的废氨水，用于烧结烟气或燃煤锅炉烟气SO2的脱除，省去有压力设备的附设氨站建设，同时减少了焦化冷凝氨水蒸氨的能耗，减少了焦化含氨废水的处理量，因而提高了焦化的经济效益；同时，降低了脱硫和硫铵的生产成本，除尘效果显著提高，使烟气脱硫生产硫酸铵具有较好的经济效益等优点。
附图说明：
附图为本发明的工艺流程示意图及装置的结构示意图。
具体实施方式：
实施例1：
直接利用焦化生产的2％的低浓度废氨水作为吸收剂的氨源，用于烧结烟气或燃煤锅炉烟气SO2的脱除；在两级氧化的亚盐氧化过程中加入Fe+3，处理后烟气达标排放，并回收硫酸铵。具体过程如下：
1、130℃来自钢铁烧结的热烟气或锅炉烟气(SO2浓度1000mg-2000mg/Nm3，含尘＜200mg/Nm3，已经电除尘或布袋除尘)，以20m/s气速从上部进入烟气冷却及母液浓缩塔(7)的逆喷管，逆喷管下部由喷嘴向上喷入50℃、密度1200g/m3的硫铵盐溶液，液气体积比L/G为3/1000，在该湍流逆喷塔中绝热冷却至50℃后，烟气从烟气冷却及母液浓缩塔(7)顶部排出并以20m/s气速进入吸收塔(2)上部逆喷管，与总盐浓度250g/L、碱度5tt°的吸收母液逆流形成泡沫吸收，体积比L/G＝5/1000，吸收率＞95％，气体SO2达标排放；
2、吸收塔(2)下部为吸收母液循环槽，2％的焦化氨水直接补到吸收塔(2)下部的母液循环槽内，吸收液碱度5tt°、PH值5.5、密度1130g/cm3，由吸收液循环泵(3)循环吸收母液，吸收液输送泵(5)将排出的吸收塔母液打入亚盐氧化塔(8)，同时通过鼓风机(6)向亚盐氧化塔(8)鼓入空气进行氧化，鼓入空气的量按塔截面60m3/m2.h计算，亚盐氧化率＞98％，剩余气体经泡罩风帽汇入烟气冷却及母液浓缩塔(7)。氧化母液溢流入硫酸铵母液循环槽(9)，由硫酸铵循环泵(13)输送母液按体积比L/G＝3/1000送至烟气冷却及母液浓缩塔(7)逆喷管下部与气体逆向喷淋，气体绝热冷却至50℃，母液浓缩至400g/L，浓缩槽母液经硫酸铵液输出过滤泵(11)送至过滤机(12)过滤，再经蒸发、浓缩、结晶干燥后得产品。
3、催化剂Fe+3的加入：催化剂添加量按每小时的吸收母液排出量的0.01mol/L补充，配成20％(质量浓度)水溶液，分别在吸收液循环泵(3)和吸收液输送泵(5)进口处间歇补入，其中：水溶液的1/3补入吸收液循环泵(3)入口，水溶液的2/3补入吸收液输送泵(5)入口。
实施例2：
直接利用焦化生产的10％的低浓度废氨水作为吸收剂的氨源，用于烧结烟气或燃煤锅炉烟气SO2的脱除；在两级氧化的亚盐氧化过程中加入S2O3 -2，处理后烟气达标排放，并回收硫酸铵。具体过程如下：
1、140℃来自钢铁烧结的热烟气或锅炉烟气(SO2浓度2000mg-5000mg/Nm3，含尘＜200mg/Nm3，已经电除尘或布袋除尘)，以22m/s气速从上部进入烟气冷却及母液浓缩塔(7)的逆喷管，逆喷管下部由喷嘴向上喷入50℃、密度1215g/m3的硫铵盐溶液，液气体积比L/G为3/1000，在该湍流逆喷塔中绝热冷却至60℃后，烟气从烟气冷却及母液浓缩塔(7)顶部排出并以23m/s气速进入吸收塔(2)上部逆喷管，与总盐浓度300g/L、碱度10tt°的吸收母液逆流形成泡沫吸收，体积比L/G＝6/1000，吸收率＞95％，气体SO2达标排放。
2、吸收塔(2)下部为吸收母液循环槽，10％的焦化氨水直接补到吸收塔(2)下部的母液循环槽内，吸收液碱度10tt°、PH值5.8、密度1140g/cm3，由吸收液循环泵(3)循环吸收母液，吸收液输送泵(5)将排出的吸收塔母液打入亚盐氧化塔(8)，同时通过鼓风机(6)向亚盐氧化塔(8)鼓入空气进行氧化，鼓入空气的量按塔截面80m3/m2.h计算，亚盐氧化率＞98％，剩余气体经泡罩风帽汇入烟气冷却及母液浓缩塔(7)。氧化母液溢流入硫酸铵母液循环槽(9)，由硫酸铵循环泵(13)输送母液按体积比L/G＝3/1000送至烟气冷却及母液浓缩塔(7)逆喷管下部与气体逆向喷淋，气体绝热冷却至60℃，母液浓缩至450g/L，浓缩槽母液经硫酸铵液输出过滤泵(11)送至过滤机(12)过滤，再经蒸发、浓缩、结晶干燥后得产品。
3、催化剂S2O3 -2的加入：催化剂添加量按每每小时的吸收母液排出量的0.018mol/L补充，配成20％(质量浓度)水溶液，分别在吸收液循环泵(3)和吸收液输送泵(5)进口处间歇补入，其中：水溶液的1/3补入吸收液循环泵(3)入口，水溶液的2/3补入吸收液输送泵(5)入口。
实施例3：
直接利用焦化生产的20％的低浓度废氨水作为吸收剂的氨源，用于烧结烟气或燃煤锅炉烟气SO2的脱除；在两级氧化的亚盐氧化过程中加入Fe+3，处理后烟气达标排放，并回收硫酸铵。具体过程如下：
1、150℃来自钢铁烧结的热烟气或锅炉烟气(SO2浓度3000mg-5000mg/Nm3，含尘＜200mg/Nm3，已经电除尘或布袋除尘)，以27m/s气速从上部进入烟气冷却及母液浓缩塔(7)的逆喷管，逆喷管下部由喷嘴向上喷入50℃、密度1230g/m3的硫铵盐溶液，液气体积比L/G为3/1000，在该湍流逆喷塔中绝热冷却至65℃后，烟气从烟气冷却及母液浓缩塔(7)顶部排出并以24m/s气速进入吸收塔(2)上部逆喷管，与总盐浓度350g/L、碱度15tt°的吸收母液逆流形成泡沫吸收，体积比L/G＝7/1000，吸收率＞95％，气体SO2达标排放。
2、吸收塔(2)下部为吸收母液循环槽，20％的焦化氨水直接补到吸收塔(2)下部的母液循环槽内，吸收液碱度15tt°、PH值6.2、密度1150g/cm3，由吸收液循环泵(3)循环吸收母液，吸收液输送泵(5)将排出的吸收塔母液打入亚盐氧化塔(8)，同时通过鼓风机(6)向亚盐氧化塔(8)鼓入空气进行氧化，鼓入空气的量按塔截面100m3/m2.h计算，亚盐氧化率＞98％，剩余气体经泡罩风帽汇入烟气冷却及母液浓缩塔(7)。氧化母液溢流入硫酸铵母液循环槽(9)，由硫酸铵循环泵(13)输送母液按体积比L/G＝3/1000送至烟气冷却及母液浓缩塔(7)逆喷管下部与气体逆向喷淋，气体绝热冷却至65℃，母液浓缩至500g/L，浓缩槽母液经硫酸铵液输出过滤泵(11)送至过滤机(12)过滤，再经蒸发、浓缩、结晶干燥后得产品。
3、催化剂Fe+3的加入：催化剂添加量按每每小时的吸收母液排出量的0.025mol/L补充，配成20％(质量浓度)水溶液，分别在吸收液循环泵(3)和吸收液输送泵(5)进口处间歇补入，其中：水溶液的1/3补入吸收液循环泵(3)入口，水溶液的2/3补入吸收液输送泵(5)入口。

Claims (2)

1、一种脱除烟气中二氧化硫的方法，采用氨法吸收及亚盐氧化工艺，其特征是直接利用焦化生产的2％-20％的低浓度废氨水作为吸收剂的氨源，脱除烟气中的二氧化硫；具体过程如下：
a.130-150℃来自钢铁或煤化企业烧结的热烟气或锅炉烟气，以20-27m/s气速从烟气冷却及母液浓缩塔(7)顶的逆喷管上部进入，逆喷管下部由喷嘴向上喷入50℃、密度1200-1230g/cm3的硫铵盐溶液，液气体积比L/G为3/1000，在该湍流逆喷塔中绝热冷却至50-65℃后，烟气从烟气冷却及母液浓缩塔(7)顶部排出并以20-27m/s气速从吸收塔(2)上部逆喷管进入，与总盐浓度250-350g/L、碱度5-15tt°的吸收母液逆流形成泡沫吸收，体积比L/G＝5/1000～7/1000，吸收率＞95％，气体SO2达标排放；
b.吸收塔(2)下部为吸收母液循环槽，2％-20％的焦化氨水直接补到吸收塔(2)下部的母液循环槽内，吸收液碱度5-15tt°、PH值5.5-6.2、密度1130-1150g/cm3，由吸收液循环泵(3)循环吸收母液，吸收液输送泵(5)将排出的吸收塔母液打入亚盐氧化塔(8)，同时通过鼓风机(6)向亚盐氧化塔(8)鼓入空气进行氧化，鼓入空气的量按塔截面60-100m3/m2.h计算，亚盐氧化率＞98％，剩余气体经泡罩风帽汇入烟气冷却及母液浓缩塔(7)；氧化母液溢流入硫酸铵母液循环槽(9)，由硫酸铵循环泵(13)按体积比L/G＝3/1000输送母液至烟气冷却及母液浓缩塔(7)逆喷管下端从喷头向气体逆向喷淋，气体绝热冷却至50-65℃，母液浓缩至400-500g/L，浓缩槽母液加氨水调节PH为6时，用硫酸铵液输出过滤泵(11)送至过滤机(12)过滤，再经蒸发、浓缩、结晶干燥后得产品；
c.催化剂Fe+3或S2O3 -2的加入：催化剂添加量按每小时的吸收母液排出量的0.01-0.03mol/L补充，配成20％水溶液，分别在吸收液循环泵(3)和吸收液输送泵(5)进口处间歇补入，其中：水溶液的1/3补入吸收液循环泵(3)入口，水溶液的2/3补入吸收液输送泵(5)入口。
2、权利要求1所述工艺采用的装置，其特征在于该装置由氨水高位槽(1)、通过管路与氨水高位槽(1)连接的吸收塔(2)、分别置于吸收塔(2)下部的吸收液循环泵(3)和吸收液输送泵(5)、分别与吸收液循环泵(3)和吸收液输送泵(5)的输送管连接的催化剂溶液槽(4)、通过管路与吸收塔(2)和吸收液输送泵(5)连接的亚盐氧化塔(8)、置于亚盐氧化塔(8)下部的鼓风机(6)、通过管路与烟气冷却及母液浓缩塔(7)连接且下部设有星形阀(10)的硫酸铵母液循环槽(9)、与星形阀(10)连接的硫酸铵液输出过滤泵(11)、与硫酸铵液输出过滤泵(11)连接的过滤机(12)、通过管路分别与烟气冷却及母液浓缩塔(7)和硫酸铵母液循环槽(9)连接的硫酸铵循环泵(13)组成。
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