CN103301748A - 湿式喷淋吸收塔添加有机催化剂烟气脱硫脱汞系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种湿式喷淋吸收塔添加有机催化剂烟气脱硫脱汞系统,包括烟气吸收设备、氨水储存与供给设备、粉尘分离及催化剂回收设备、蒸发结晶设备和工艺水设备,氨水储存与供给设备和粉尘分离及催化剂回收设备分别与烟气吸收设备相连通,粉尘分离及催化剂回收设备与蒸发结晶设备相连,蒸发结晶设备与工艺水设备相连。本发明同时还公开了利用该系统的脱硫脱汞的方法。其利用有机催化剂混合乳液在湿式喷淋塔内与烟气逆流接触、净化吸收,然后将脱硫盐液送入三相分离器、蒸发结晶装置生产出硫酸铵,从而达到烟气多效治理、节能降耗,降低成本的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种湿式喷淋吸收塔添加有机催化剂烟气脱硫脱汞系统及方法。
背景技术
目前,大气污染十分严重。为实现大气环境保护,烟气脱硫技术近几年已被广泛采用,主要有以下几种方法:一、石灰石——石膏湿法:采用粉状石灰石作为脱硫剂,脱硫效率在90一95%,脱除成分单一,副产品石膏不稳定,不能广泛应用,同时存在废水污染,管路堵塞问题;二、流化床(半)干法:采用氧化钙或氢氧化钙作为脱硫剂,脱硫效率在88-92%,脱除成分单一,副产品成分复杂,不稳定,有二次污染,同时存在磨损、阻力大等问题;三、氨——硫酸铵法:利用高浓度氨水或液氨作为碱性吸收剂,脱硫效率在90-95%,副产品硫酸铵可回收,但亚硫酸铵强制氧化不充分,有氨逃逸、气溶胶和管路腐蚀现象。目前国内采用较多的为石灰石——石膏湿法,其具有效率较高、吸收剂易得等特点,但存在受副产品使用制约、废水污染及管路堵塞等问题。氨——硫酸铵法也有很多应用,但该技术也受上述技术难题而影响使用效果。国内企业欲研究开发一种更优的新型脱硫技术,以实现纯资源消耗型技术向兼效益回收型综合技术转变。降低运行成本一直是生产和环保企业所追求的目标。
氨——硫酸铵法一般是设置浓缩降温辅助塔和主吸收塔,先将烟气引入辅塔经浓缩降温后自主塔底部液面以上烟气口通入主塔,并自下往上通过,而脱硫循环泵将塔底的循环液加压后自塔体中部喷淋装置淋下,与烟气逆向接触,完成烟气净化吸收;塔底设循环液池,配氧化风机完成强制氧化,达到一定浓度的循环肥液经循环液出料泵经过滤、蒸发结晶系统,制成硫酸铵。
该工艺采用一定浓度的氨水或液氨,采用液氨时,需配置液氨稀释装置。由于氨具有强挥发性和易燃易爆性,必需做好消防安全设施。工艺受脱硫反应温度影响明显,需前置降温槽。因亚硫酸氢铵稳定性差,且不易氧化,需保证足够的强制氧化强度和氧化时间,同时亚硫酸铵的氧化过程致使塔内有效氨浓度下降,脱硫正向反应速度受限,不利于SO2的脱除。硫酸铵的蒸发结晶系统采用现有蒸发加热器和结晶器技术,存在蒸汽耗量大的问题,同时系统存在氨损失大,氨逃逸大和气溶胶现象,对氮氧化物的脱除率不高,脱硝率仅达30-40%,不具备脱汞功能。现有的过滤技术无法保证硫酸铵不含有烧结粉尘杂质等,反而影响硫酸铵的品质。
发明内容
本发明的目的是为克服上述现有技术的不足,提供一种湿式喷淋吸收塔添加有机催化剂烟气脱硫脱汞系统及方法,其利用有机催化剂混合乳液在湿式喷淋塔内与烟气逆流接触、净化吸收,然后将脱硫盐液送入三相分离器、蒸发结晶装置生产出硫酸铵,从而达到烟气多效治理、节能降耗,降低成本的目的。
为实现上述目的,本发明采用下述技术方案:
一种湿式喷淋吸收塔添加有机催化剂烟气脱硫脱汞系统,包括烟气吸收设备、氨水储存与供给设备、粉尘分离及催化剂回收设备、蒸发结晶设备和工艺水设备,氨水储存与供给设备和粉尘分离及催化剂回收设备分别与烟气吸收设备相连通,粉尘分离及催化剂回收设备与蒸发结晶设备相连,蒸发结晶设备与工艺水设备相连。
所述烟气吸收设备包括吸收塔,吸收塔包括隔开的上下两层,上层上部设有除雾器,中部设有喷淋装置,下层设有反应池,上层与吸收塔外部的工艺水箱通过工艺水泵相连,反应池通过吸收塔外部的乳液循环泵与上层喷淋装置相连通,反应池还通过盐液排出泵与粉尘分离及催化剂回收设备相连通。
所述氨水储存与供给设备包括氨水罐,氨水罐分别与卸氨泵和氨水供给泵相连,所述氨水供给泵与烟气吸收设备的吸收塔相连。
所述粉尘分离及催化剂回收设备包括与盐液排出泵相连的三相分离机,三相分离机的出口分三路,第一路与催化剂罐相连,催化剂罐经催化剂泵与过滤器相连,过滤器与吸收塔相连;
第二路与渣储罐相连,渣储罐经渣浆泵与卧螺离心机相连通,卧螺离心机的出液口与吸收塔相连;
第三路与盐液储罐相连,盐液储罐经料液泵与蒸发结晶设备相连。
所述蒸发结晶设备包括与料液泵相连的一效加热分离器,一效加热分离器底部设有第一强制循环泵,一效加热分离器出液口与二效加热分离器相连,二效加热分离器底部设有第二强制循环泵,二效加热分离器底部经晶浆出料泵与稠厚器相连,稠厚器与双级活塞推料离心机相连,双级活塞推料离心机的液体出口与母液罐相连,母液罐经母液泵与蒸发室相连通。
所述工艺水设备包括与二效加热分离器相连的冷凝器,冷凝器经冷凝水泵与工艺水箱相连,冷凝器上还设有真空泵。
一种利用湿式喷淋吸收塔添加有机催化剂烟气脱硫脱汞系统的方法,步骤如下:
1)供氨,外购或焦化来氨水经罐车运至氨水罐区域,经由卸氨泵装入氨水罐;氨水供给泵为计量泵结构,根据吸收塔反应池内PH值将氨水罐内的氨水精确投加入吸收塔内,保证反应池内的PH值在5.5~6.5间;
2)催化反应吸收,烟气进入吸收塔并垂直向上行;循环泵将塔底反应池中的有机催化剂和水乳液加压,经吸收塔塔体中部喷淋装置向下喷淋,形成雾状粒珠;雾状粒珠与向上的烟气逆向接触反应后,落入吸收塔下部含有碱性中和剂——氨水的反应池中,反应池内通过一系列化学反应将烟气中SO2、NOx控制在规定范围内,并生成稳定的硫酸铵、硝酸铵混合盐液;净烟气经吸收塔上部除雾器,去除烟气内的水分、氨分,上升至塔顶出口烟道,再由净烟道挡板门排至烟囱,排入大气;
3)三相分离,当吸收塔底部反应池内混合盐液密度达到1.35t/m3时,混合盐液排出泵自动开启,混合盐液被泵入三相分离器;其中,轻相有机催化剂分离出后,经催化剂罐、催化剂泵返回吸收塔继续捕捉SO2;重相不饱和盐液进入料液罐,经料液泵进入化肥结晶干燥系统;分离后第三相粉尘进入二级离心分离系统,进行催化剂回收分离;最终剥离后的粉尘收集后,运输至烧结原料堆放场,作为烧结原料;
4)双效蒸发浓缩,硫酸铵混合盐液经料液泵首先进入一效加热器,在真空作用下,料液从一效加热器经由管道进入一效分离器,重组份由弯道回到加热室,再次受热又进入蒸发室形成循环;料液进入蒸发室时成雾状,水分迅速蒸发;利用真空再送至二效结晶分离器循环蒸发;当物料达到所需浓度,开启晶浆出料泵,到稠厚器,再到双极活塞推料离心机,分离出的液体进入母液罐,由母液泵进入蒸发室继续蒸发;
5)离心结晶及干燥包装成品,由双极活塞推料离心机分离出的硫酸铵晶体通过流化床气流干燥机干燥后,得到硫酸铵,再用自动包装机组包装,制成化肥。
本发明中的有机催化剂是现有产品,在市场上均有售,在此不再赘述。
本发明脱硫脱硝的工作原理为:
1.脱硫反应原理
SO2+H2O+LPC→H2SO3+LPC
H2SO3+LPC→LPC·H2SO3
当SO2转化为H2SO3后,催化剂与其结合形成一种稳定的复合物,有效地抑制亚硫酸再次分解成二氧化硫,大大提高脱硫效率。
LPC·H2SO3+1/2O2→H2SO4+LPC
H2SO4+2NH4OH→(NH4)2SO4+2H2O
复合物在氧气的作用下,直接生成H2SO4,并且与氨水发生快速反应,生成高品质的硫酸铵化肥。催化剂重新恢复捕捉能力,重复之前的反应。
2.脱硝反应原理
烟气中的NO难溶于水,需要先加入双氧水H2O2氧化,然后在水溶液中被吸收。
2NO+H2O2=N2O3+H2O或NO+H2O2=NO2+H2O
NO2+2H2O+LPC→2HNO2+LPC
HNO2+LPC→LPC·HNO2
当NOX转变成亚硝酸时,有机催化剂与之结合成稳定复合物。
LPC·HNO2+1/2O2→HNO3+LPC
HNO3+NH4OH→NH4NO3+H2O
复合物在氧气的作用下,直接生成HNO3,并与中和剂氨水发生快速反应,生成硝酸铵化肥。催化剂重新恢复捕捉能力,重复之前的反应。
本发明的有益效果是:
本脱硫系统具有对烟气参数波动大的强适应性,不仅能有效去除烟气中的SO2,与此同时,还可以去除烟气的NOX和重金属汞,特别是有机催化剂大大加强SO2的去除率,将脱硫效率及出口SO2浓度分别提高至99%和30mg/Nm3,满足国家更高环保标准的要求。反应过程杜绝NH4HSO3和NH4HSO4的产生,保证化肥含氮率,防止土壤板结。另外,对中和剂——氨水浓度要求低,可利用焦化氨水,大大降低生产成本。该方法采用双效加热,真空蒸发浓缩结晶技术,减少生产蒸汽耗量。该方法采用三相、过滤技术,实现有机催化剂、盐液及渣的高效分离,实现有机催化剂的循环回收利用,保证硫酸铵化肥高的品质。具体如下:
一、利用含亚硫酰基官能团的有机催化剂对SO2、NOx的强捕捉能力,持续地将SO2、NOx吸收生成亚硫酸和亚硝酸的稳定复合物,在氧气作用下直接转化为硫酸和硝酸,而有机催化剂重新恢复捕捉能力,在反应池内硫酸和硝酸与中和剂氨水生成高品质化肥。其摆脱氨法工艺中氨既作脱硫剂又作中和剂的状况,避免亚硫酸氢铵的二次分解以及硫酸氢铵的生成,保证化肥含氮率。
二、有机催化剂对烟气中汞有极强的物理溶解和吸附能力,持续地对废气中的汞吸附、收集,当催化剂吸收重金属饱和后进行清洗分离,催化剂重新具有捕获汞的能力。
三、催化剂在整个流程不发生化学性状变化,长期循环使用,节约成本。
四、克服常规湿法工艺中结垢、堵塞、磨损、CO2增排等弊端。
五、由于氨供给位置不同于氨法,明显降低氨逃逸现象,无NH4HSO3的生成与二次分解环节,无气溶胶现象。
六、避免氨法化肥品质不高问题,化肥不含大量NH4HSO4或NH4HSO3,含氮率高,避免土壤板结。
七、吸收反应中亚硫酸、亚硝酸与催化剂的稳定复合物轻易与氧发生氧化反应,不需要强制氧化系统与设备。
八、该法脱硫效率、脱硝效率明显优于常规方法,具备脱汞能力,实现多效合一,出口SO2浓度达30mg/Nm3。
九、该法可利用较低浓度的氨水,可使用焦化氨水,变废为宝,扩大收益空间,耗能低,降低生产成本,并无二次污染。
附图说明
图1是本发明脱硫系统的示意图;
其中1.吸收塔,2.卸氨泵,3.氨水罐,4.氨水供给泵,5.工艺水泵,6.工艺水箱,7.盐液排出泵,8.三相分离机,9.催化剂罐,10.催化剂泵,11.过滤器,12.乳液循环泵,13.渣储罐,14.渣浆泵,15.卧螺离心机,16.盐液储罐,17.料液泵,18.一效加热分离器,19.二效加热分离器,20.第一强制循环泵,21第二强制循环泵,22.晶浆出料泵,23.冷凝器,24.冷凝水泵,25.真空泵,26.稠厚器,27.双级活塞推料离心机,28.有机催化剂。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
如图1所示,湿式喷淋吸收塔添加有机催化剂烟气脱硫脱汞系统,包括烟气吸收设备、氨水储存与供给设备、粉尘分离及催化剂回收设备、蒸发结晶设备和工艺水设备,氨水储存与供给设备和粉尘分离及催化剂回收设备分别与烟气吸收设备相连通,粉尘分离及催化剂回收设备与蒸发结晶设备相连,蒸发结晶设备与工艺水设备相连。
烟气吸收设备包括吸收塔1,吸收塔1包括隔开的上下两层,上层上部设有除雾器,中部设有喷淋装置,下层设有反应池,上层与吸收塔外部的工艺水箱6通过工艺水泵5相连,反应池通过吸收塔外部的乳液循环泵12与上层喷淋装置相连通,反应池还通过盐液排出泵7与粉尘分离及催化剂回收设备相连通。
氨水储存与供给设备包括氨水罐3,氨水罐3分别与卸氨泵2和氨水供给泵4相连,所述氨水供给泵4与烟气吸收设备的吸收塔1相连。
粉尘分离及催化剂回收设备包括与盐液排出泵7相连的三相分离机8,三相分离机8的出口分三路,第一路与催化剂罐9相连,催化剂罐9经催化剂泵10与过滤器11相连,过滤器11与吸收塔1相连;
第二路与渣储罐13相连,渣储罐13经渣浆泵14与卧螺离心机15相连通,卧螺离心机15的出液口与吸收塔1相连;
第三路与盐液储罐16相连,盐液储罐16经料液泵17与蒸发结晶设备相连。
蒸发结晶设备包括与料液泵17相连的一效加热分离器18,一效加热分离器18底部设有第一强制循环泵20,一效加热分离器出液口与二效加热分离器19相连,二效加热分离器底部设有第二强制循环泵21,二效加热分离器底部经晶浆出料泵22与稠厚器26相连,稠厚器26与双级活塞推料离心机27相连,双级活塞推料离心机27的液体出口与母液罐相连,母液罐经母液泵与蒸发室相连通。
工艺水设备包括与二效加热分离器相连的冷凝器23,冷凝器23经冷凝水泵24与工艺水箱相连,冷凝器上还设有真空泵25。
本发明工艺流程为:供氨-催化反应吸收-三相分离-双效蒸发浓缩-离心结晶-干燥包装-成品。
吸收塔1底部为反应池,池内装有脱硫剂——有机催化剂28与水乳液,循环泵12将反应池内有机催化剂28乳液吸出加压,供至吸收塔1中部喷淋装置,经雾化后下落,与垂直向上行的烟气中的SO2反应,当SO2转变成H2SO3时,有机催化剂与之结合成稳定复合物,并利用烟气中富O2被持续氧化成硫酸,同时催化剂与之分离,重新具备捕捉SO2能力。通过吸收塔1底部反应池加入碱性中和剂——氨水,制成硫酸铵化肥。当NOX转变成HNO2时,有机催化剂与之结合成稳定复合物,并在烟气富O2作用下持续氧化成硝酸。通过加入碱性中和剂——氨水,制成硝酸铵化肥。上述过程基本不产生NH4HSO3或NH4HSO4,保证化肥品质。工艺水箱6内的工艺水经工艺水泵5加压后进入吸收塔1上部的除雾器,分离净化净烟气夹带的液滴。
碱性中和剂——氨水根据吸收塔1反应池的PH值投加。首先,外购或焦化来氨水经罐车运至氨水罐3区域,经由卸氨泵2装入氨水罐3,氨水供给泵4为计量泵结构,根据吸收塔1反应池内PH值将氨水罐3内的氨水精确投加入吸收塔1内,保证反应池内的PH值在5.5~6.5间。当反应池内(NH4)2SO4富集到一定浓度,混合盐液排出泵7开启,将混合盐液泵入三相分离机8中,经离心和重力分离后,轻相有机催化剂流入催化剂罐9,经催化剂泵10加压,进入过滤器11过滤后,其物理与化学性状未改变,重新具备捕捉SO2和NOX的能力,供至吸收塔1内循环利用。重相浆液进入渣储罐13,内设有搅拌器,防止沉淀并均质,渣浆液由渣浆泵14供至卧螺离心机15进行分离,干渣经堆运至原料场参与配料,而滤液自流入吸收塔1内继续参与反应。不饱和相经管道输至盐液储罐16,经料液泵17加压进入一效加热分离器18蒸发浓缩,底部设置第一强制循环泵20,将浓缩后的盐液循环加热,加强浓缩效果。经一效加热分离器18出来的初步浓缩盐液进入二效加热分离器19和第二强制循环泵21继续加热蒸发浓缩。当浓缩盐液达到一定浓度后,由二效加热分离器19底部的晶浆出料泵22加至输送至稠厚器26,经冷却水冷却,稠密后,稀相进入回收地坑并最终回收至吸收塔,而稠密相进入双级活塞推料离心机27结晶成粒。最后进入干燥包装装置装袋出厂。设置有冷凝器23,对加热蒸汽及盐液蒸汽的冷凝水回收,降低成本,冷凝水经冷凝水泵24加压后输送至工艺水箱6。设置有真空泵25,实现盐液在双效加热分离器18、19的真空蒸发,大大降低加热蒸汽耗量,降低成本。
本发明脱硫脱硝工作原理为:
1.脱硫反应原理
SO2+H2O+LPC→H2SO3+LPC
H2SO3+LPC→LPC·H2SO3
当SO2转化为H2SO3后,催化剂与其结合形成一种稳定的复合物,有效地抑制亚硫酸再次分解成二氧化硫,大大提高脱硫效率。
LPC·H2SO3+1/2O2→H2SO4+LPC
H2SO4+2NH4OH→(NH4)2SO4+2H2O
复合物在氧气的作用下,直接生成H2SO4,并且与氨水发生快速反应,生成高品质的硫酸铵化肥。催化剂重新恢复捕捉能力,重复之前的反应。
2.脱硝反应原理
烟气中的NO难溶于水,需要先加入双氧水H2O2氧化,然后在水溶液中被吸收。
2NO+H2O2=N2O3+H2O或NO+H2O2=NO2+H2O
NO2+2H2O+LPC→2HNO2+LPC
HNO2+LPC→LPC·HNO2
当NOX转变成亚硝酸时,有机催化剂与之结合成稳定复合物。
LPC·HNO2+1/2O2→HNO3+LPC
HNO3+NH4OH→NH4NO3+H2O
复合物在氧气的作用下,直接生成HNO3,并与中和剂氨水发生快速反应,生成硝酸铵化肥。催化剂重新恢复捕捉能力,重复之前的反应。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述,但并非对本发明保护范围的限制,所属领域技术人员应该明白,在本发明的技术方案的基础上,本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (7)
1.一种湿式喷淋吸收塔添加有机催化剂烟气脱硫脱汞系统,其特征是,包括烟气吸收设备、氨水储存与供给设备、粉尘分离及催化剂回收设备、蒸发结晶设备和工艺水设备,氨水储存与供给设备和粉尘分离及催化剂回收设备分别与烟气吸收设备相连通,粉尘分离及催化剂回收设备与蒸发结晶设备相连,蒸发结晶设备与工艺水设备相连。
2.如权利要求1所述的系统,其特征是,所述烟气吸收设备包括吸收塔,吸收塔包括隔开的上下两层,上层上部设有除雾器,中部设有喷淋装置,下层设有反应池,上层与吸收塔外部的工艺水箱通过工艺水泵相连,反应池通过吸收塔外部的乳液循环泵与上层喷淋装置相连通,反应池还通过盐液排出泵与粉尘分离及催化剂回收设备相连通。
3.如权利要求2所述的系统,其特征是,所述氨水储存与供给设备包括氨水罐,氨水罐分别与卸氨泵和氨水供给泵相连,所述氨水供给泵与烟气吸收设备的吸收塔相连。
4.如权利要求3所述的系统,其特征是,所述粉尘分离及催化剂回收设备包括与盐液排出泵相连的三相分离机,三相分离机的出口分三路,第一路与催化剂罐相连,催化剂罐经催化剂泵与过滤器相连,过滤器与吸收塔相连;
第二路与渣储罐相连,渣储罐经渣浆泵与卧螺离心机相连通,卧螺离心机的出液口与吸收塔相连;
第三路与盐液储罐相连,盐液储罐经料液泵与蒸发结晶设备相连。
5.如权利要求4所述的系统,其特征是,所述蒸发结晶设备包括与料液泵相连的一效加热分离器,一效加热分离器底部设有第一强制循环泵,一效加热分离器出液口与二效加热分离器相连,二效加热分离器底部设有第二强制循环泵,二效加热分离器底部经晶浆出料泵与稠厚器相连,稠厚器与双级活塞推料离心机相连,双级活塞推料离心机的液体出口与母液罐相连,母液罐经母液泵与蒸发室相连通。
6.如权利要求5所述的系统,其特征是,所述工艺水设备包括与二效加热分离器相连的冷凝器,冷凝器经冷凝水泵与工艺水箱相连,冷凝器上还设有真空泵。
7.一种利用权利要求6所述系统的脱硫脱汞方法,其特征是,步骤如下:
1)供氨,外购或焦化来氨水经罐车运至氨水罐区域,经由卸氨泵装入氨水罐;氨水供给泵为计量泵结构,根据吸收塔反应池内PH值将氨水罐内的氨水精确投加入吸收塔内,保证反应池内的PH值在5.5~6.5间;
2)催化反应吸收,烟气进入吸收塔并垂直向上行;循环泵将塔底反应池中的有机催化剂和水乳液加压,经吸收塔塔体中部喷淋装置向下喷淋,形成雾状粒珠;雾状粒珠与向上的烟气逆向接触反应后,落入吸收塔下部含有碱性中和剂——氨水的反应池中,反应池内通过一系列化学反应将烟气中SO2、NOx控制在规定范围内,并生成稳定的硫酸铵、硝酸铵混合盐液;净烟气经吸收塔上部除雾器,去除烟气内的水分、氨分,上升至塔顶出口烟道,再由净烟道挡板门排至烟囱,排入大气;
3)三相分离,当吸收塔底部反应池内混合盐液密度达到1.35t/m3时,混合盐液排出泵自动开启,混合盐液被泵入三相分离器;其中,轻相有机催化剂分离出后,经催化剂罐、催化剂泵返回吸收塔继续捕捉SO2;重相不饱和盐液进入料液罐,经料液泵进入化肥结晶干燥系统;分离后第三相粉尘进入二级离心分离系统,进行催化剂回收分离;最终剥离后的粉尘收集后,运输至烧结原料堆放场,作为烧结原料;
4)双效蒸发浓缩,硫酸铵混合盐液经料液泵首先进入一效加热器,在真空作用下,料液从一效加热器经由管道进入一效分离器,重组份由弯道回到加热室,再次受热又进入蒸发室形成循环;料液进入蒸发室时成雾状,水分迅速蒸发;利用真空再送至二效结晶分离器循环蒸发;当物料达到所需浓度,开启晶浆出料泵,到稠厚器,再到双极活塞推料离心机,分离出的液体进入母液罐,由母液泵进入蒸发室继续蒸发;
5)离心结晶及干燥包装成品,由双极活塞推料离心机分离出的硫酸铵晶体通过流化床气流干燥机干燥后,得到硫酸铵,再用自动包装机组包装,制成化肥。
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