CN103736383B - 纯碱烟气脱硫工艺及烟气脱硫系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纯碱烟气脱硫工艺及烟气脱硫系统。利用纯碱使脱硫塔内的SO₂吸收完成液析出Na₂SO₃晶体经固液离心机分离后进入湿料干燥系统得到成品Na₂SO₃，分理处的液体返回脱硫塔内循环吸收烟气中的SO₂，在循环母液中反复进行溶解、复分解和结晶的过程，使无水Na₂SO₃的结晶过程不消耗水份，不外排母液，实现了脱硫过程中除产品外“三废”物零排放的目的。利用该工艺的脱硫系统包括通用设备脱硫塔、脱硫循环泵、结晶反应槽、螺旋定量给料机、固液离心机和皮带输送装置。脱硫塔和结晶反应槽均连接有自动PH计。脱硫循环泵的出口分别连通脱硫塔的喷淋口和结晶反应槽的进液口，螺旋定量给料机往结晶反应槽内加入纯碱。

Description

纯碱烟气脱硫工艺及烟气脱硫系统

技术领域

本发明涉及一种烟气循环脱硫系统，具体涉及一种利用纯碱对净化烟气进行脱硫的工艺方法及系统。

背景技术

在湿法烟气脱硫领域中，由于传统的石灰石/石膏法需消耗大量的石灰原料，并副产出大量的石膏，堆存起来无法再利用，已经被行业内越来越多的企业认为是一个处于不得不逐步淘汰的工艺。取而代之的新工艺应该是一种对二氧化硫吸收效果显著，且吸收介质能循环利用的新工艺，目前世界上发展出符合这种要求的新型湿法脱硫工艺主要有：柠檬酸盐吸收法、有机氨吸收法、活性焦吸收法、氧化锌吸收法等。

柠檬酸循环吸收法和有机胺离子液循环吸收法这两种方法在原理上类似，采用柠檬酸盐溶液或者有机胺离子液将烟气中的SO₂吸收下来，再用低压蒸汽将从饱和的吸收液中解吸出高浓度的SO₂气体，解析后的贫液降温后又能够循环吸收烟气中SO₂。

活性焦吸收法利用具有独特吸附性能的活性焦对烟气中的SO₂进行选择性吸附，吸附态的SO₂在烟气中氧气和水蒸气存在的条件下被氧化为H₂SO₄并被储存在活性焦孔隙内储存。吸附SO₂后的活性焦，在加热情况下，其所吸附的H₂SO₄与C（活性焦）反应被还原为SO₂，同时活性焦恢复吸附性能，再循环吸收SO₂。

氧化锌法采用配水后的氧化锌浆液做脱硫剂，将烟气中的SO₂吸收下来，生成亚硫酸锌溶液，亚硫酸锌溶液能通过热分解法，硫酸酸解法，或是强制氧化法这三种方式中任意一种方法对其进行处理，再送冶炼厂回用。因此该法特别适用于锌冶炼厂，适用范围有限。

发明内容

本发明的目的在于提供一种脱硫过程中除产品外对系统外零排放的烟气脱硫工艺及利用该工艺的烟气脱硫系统。

本发明公开了一种纯碱烟气脱硫工艺，包括以下步骤：

（1）、配置温度为40℃以下，质量浓度为20%~24%的纯碱溶液通过循环泵泵入脱硫塔内从上往下喷淋，作为塔内SO₂吸收液在系统开车时使用；

（2）、往脱硫塔内通入经净化后的烟气，脱硫塔内从上往下喷淋的纯碱溶液吸收烟气中的SO₂生成含有NaHSO₃和Na₂SO₃的混合溶液，当监测到混合溶液的pH值为6.6时，将其中的一部分溶液输送至结晶反应槽中；

（3）、当脱硫塔内喷淋完成液的pH值小于6.6时，加大输送至结晶反应槽中的溶液量，当pH值大于7.2时，减少输送至结晶反应槽中的溶液量，使脱硫塔内混合溶液的pH值稳定在6.6~7.2之间；

（4）、往结晶反应槽中加入固体纯碱，直至结晶反应槽内溶液的pH值稳定在10.7-10.9之间，同时给结晶反应槽内的溶液加热并搅拌，使其温度保持在60-90℃之间；

（5）、往所述结晶反应槽中加入固体纯碱消耗量的0.01~0.02%的对苯二胺或者对苯二酚作为抗氧化剂，抑制NaHSO₃和Na₂SO₃在脱硫过程中被烟气中存在的O₂氧化为Na₂SO₄。

（6）、将结晶反应槽底部的Na₂SO₃晶浆进行脱水分离处理，将分离出的液体返回脱硫塔内循环吸收烟气中的SO₂，分离出的湿亚硫酸钠晶体送往干燥系统制成品Na₂SO₃。

本发明还公开了一种上述工艺进行烟气脱硫的系统，该系统包括脱硫塔、结晶反应槽、固液离心机和固料输送装置；脱硫塔底部的出液口连接至脱硫循环泵，结晶反应槽的上端连接有螺旋定量给料机，脱硫循环泵的出口管路的一支连接至脱硫塔的上部喷淋口，一支连接至结晶反应槽，固液离心机位于结晶反应槽的底部出口下方；脱硫塔和结晶反应槽均连接有自动pH计；固液离心机分离出的固体经固料输送装置进入湿料干燥系统，结晶母液通过管路返回脱硫塔内。

所述脱硫循环泵出口与所述结晶反应槽连通的支路上连接有自动调节阀，以控制泵入结晶反应槽内的混合液流量。

所述结晶反应槽内有搅拌装置，以利于加速结晶并使反应过程均匀进行

所述搅拌装置采用电机驱动。

本发明利用反应产物的水盐体系相图中溶解度数据以及溶液pH值来控制反应进度的原理，在脱硫循环母液中反复进行溶解、复分解和结晶过程，使无水亚硫酸钠在结晶反应中不消耗水份，不外排母液，实现了脱硫过程除产品外，达到“三废”物零排放的目的。具体脱硫工艺原理如下：

往结晶反应槽中加入纯碱Na₂CO₃主要是为了析出Na₂SO₃晶体，实际上主要的脱硫剂是Na₂SO₃，循环脱硫的反应主要按以下步骤进行：

反应一、Na₂SO₃+SO₂+H₂O→2NaHSO₃

反应二、2NaHSO₃+Na₂CO₃→2Na₂SO₃+H₂O+CO₂↑

反应一在脱硫塔中进行，反应二在溶液析晶槽中进行。当然，反应二是在纯碱Na₂CO₃刚好适量的情况下的反应，当纯碱过量时会有反应三进行：

反应三、Na₂CO₃+NaHSO₃→Na₂SO₃+NaHCO₃

但是考虑到NaHCO₃的溶解度是同温度下反应中这几种盐里溶解度最小的，因此要控制纯碱Na₂CO₃过量的程度，不使其在Na₂SO₃结晶槽或是脱硫塔中饱和，不至析出。反应3生成少量的NaHCO₃在吸收塔中与气体中过量的SO₂反应按式四进行：

反应四、NaHCO₃+SO₂→NaHSO₃+CO₂↑

因此，经过脱硫塔吸收后，气体中的SO₂绝大部分都进入溶液中形成NaHSO₃的近饱和溶液。

从上述反应式中可以看出循环反应过程的水可达到平衡，不增不减。因此，脱硫循环吸收过程中可不补加新水稀释脱硫剂，也不会使系统因补水需开路排出过量的吸收液而白白损失掉脱硫剂Na₂CO₃，可以最大限度的使纯碱转化为Na₂SO₃结晶产品。

本脱硫工艺的关键是要控制脱硫塔内喷淋完成液的PH值，既要使脱硫塔中的脱硫液完全吸收气体中SO₂，又不要让Na₂SO₃全部转化为NaHSO₃而达到饱和析晶的状态，让循环液中溶质以大量而未达饱和的NaHSO₃及少量的Na₂SO₃形式存在。当脱硫塔内溶液的pH值达到一定值时，引出部分循环液进入Na₂SO₃结晶反应槽中，加入纯Na₂CO₃固体粉末后，使NaHSO₃充分转变为Na₂SO₃，使其达到过饱和状态，再通过热源将该过饱和溶液加热至60~90℃之间，以析出无水Na₂SO₃晶体，Na₂SO₃晶浆离心分离并干燥后制成Na₂SO₃成品。Na₂SO₃晶浆的离心母液和结晶反应槽的结晶母液再一并返回脱硫塔喷淋循环吸收气体中SO₂生成NaHSO₃不饱和溶液，如此循环反复。

跟现有技术相比，本发明具有以下优势：纯碱原料的来源广泛，产品亚硫酸钠价格相对较高，比硫酸钠销路可观；脱硫过程中不存在消耗外部能量对吸收液进行解吸过程，具有节能的优势；对系统加入的是固体碳酸钠粉末，不需要配新水成一定浓度溶液吸收SO₂，对循环吸收系统不产生溶液量的增加，因此，不耗水，不排放过剩循环液，除了产品亚硫酸钠，做到了脱硫系统零排放；本纯碱吸收法完全基于碳酸钠、亚硫酸氢钠、亚硫酸钠在吸收过程中的相互转化，利用一定温度下溶解度的不同，饱和析晶的方式产出亚硫酸钠晶体，反应过程简单直接，流程较短。因此投资省、建设快。

本系统中的设备均可采用通用设备，无需针对该脱硫工艺而特别设计。

附图说明

图1为本发明的一个实施例的结构示意图。

图2为本发明的另一个实施例的结构示意图。

具体实施方式

实施例一，如图1所示，本发明公开的这种纯碱烟气循环脱硫系统，包括通用设备脱硫塔1、脱硫循环泵2、自动调节阀3、结晶反应槽4、螺旋定量给料机5、固液离心机6、湿料皮带7。脱硫循环泵2与脱硫塔1底部的出液口连接，螺旋定量给料机5连接于结晶反应槽2的上端。脱硫循环泵2的出口管路的一支路连接至脱硫塔1的上部喷淋口；另一支连接至结晶反应槽4上端的进液口，自动调节阀3连接于该支路上。固液离心机6位于结晶反应槽4的底部出口下方；脱硫塔1和结晶反应槽4均连接有自动pH计14，分别用于实时监测脱硫塔1内吸收完成液pH值和结晶反应槽4内溶液的pH值；固液离心机6分离出的固体经湿料皮带7送入湿料干燥系统，结晶母液返回脱硫塔1内。

在脱硫塔1塔中心进气口高度设置可收集少量喷淋完成液的即时存液盒体12，自动pH计14接入该盒体内准确测量吸收液的pH值。

利用上述系统进行烟气脱硫的工艺方法，具体方法如下：先根据脱硫塔1的喷淋量，配置温度为40℃以下、质量浓度为20%~24%的纯碱溶液经脱硫循环泵2泵入脱硫塔内喷淋，作为塔内SO₂吸收液在系统开车时使用，此时关闭自动调节阀3。开车时往脱硫塔1内通入经净化后的烟气，净化后的烟气是指烟气经过洗涤并完成绝热蒸发过程，温度为40~70℃之间的近饱和气体。脱硫塔1内从上往下喷淋的纯碱溶液吸收烟气中的SO₂生成含有NaHSO₃和Na₂SO₃的混合溶液，当脱硫塔1连接的自动pH计14监测到脱硫塔1内的溶液pH值为6.6时，脱硫循环泵2将该混合溶液的大部分泵入脱硫塔内循环吸收烟气中的SO₂，小部分泵入结晶反应槽4中。当脱硫塔1内喷淋完成液的pH值小于6.6时，控制加大自动调节阀3的开度，当该pH计显示的pH值大于7.2时控制减小自动调节阀3的开度，使NaHSO₃溶液的pH值稳定在6.6~7.2之间。然后再通过螺旋定量给料机5往结晶反应槽4中加入固体纯碱，直至结晶反应槽4内溶液的pH值稳定在10.7-10.9之间，再给结晶反应槽4内的溶液加热，通过图示的温度监测计13观察使其温度保持在60-90℃之间，以以析出无水Na₂SO₃晶体。为了加速结晶并使反应过程均匀进行，在结晶反应槽4内配置有搅拌装置15，搅拌装置15可以采用电机驱动。

本实施例采用在结晶反应槽4的壳体内设置盘管10，在盘管10中通入热源的方式来加热结晶反应槽4内的溶液。

在结晶反应槽4内溶液的温度保持在60-90℃之间时，通过螺旋定量给料机5往结晶反应槽4中加入纯碱消耗量的0.01~0.02%的对苯二胺或者对苯二酚作为抗氧化剂，抑制NaHSO₃和Na₂SO₃在脱硫过程中被烟气中存在的O₂氧化为Na₂SO₄。

结晶反应槽4底部的Na₂SO₃晶浆通过管道自流进入固液离心机6内脱水，结晶反应槽4上部的溢流液和固液离心机6产生的离心母液均通过管道自流返回脱硫塔1中循环吸收烟气中的SO₂。

固液离心机6的离心产品湿Na₂SO₃晶体由固料输送装置湿料皮带7送干燥系统制成成品Na₂SO₃。

实施例二，如图2所示，本实施例与实施例一的区别在于：结晶反应槽4内溶液的加热采用将结晶反应槽4的壳体设置为夹套结构，通过在夹套11中通入热源的方式。结晶反应槽4上部的溢流液和固液离心机6产生的离心母液汇流至母液槽8中，然后通过母液泵9泵入脱硫塔1上部的另一喷淋液进口，将自动pH计14接入脱硫塔的底部，实时监测脱硫塔1内喷淋完成液的pH值作为完成液终点的pH值在6.6-7.2之间，控制自动调节阀3的开度以调节去结晶反应槽4反应的溶液量。

给结晶反应槽4内溶液加热的方式还可以采用给结晶反应槽4的外壁电加热，然后通过热交换来加热内腔中的溶液，使结晶槽内的浆液温度保持在60-90℃之间使Na₂SO₃析出。

本系统中的设备均可采用通用设备，无需针对该脱硫工艺而特别设计。

本发明并不局限于上述的具体实施方案和应用领域，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在本说明书的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护范围的情况下，还可以做出很多种的形式，如单独设置一台合适的脱硫塔输送泵（带变频）将吸收完成液直接送往结晶槽的管路，替代由循环液泵出口主管分出一带有调节阀的支管路进结晶反应槽。这些均属于本发明保护之列。

Claims (5)

1.一种纯碱烟气脱硫工艺，包括以下步骤：

（1）、配置温度为40℃以下，质量浓度为20%~24%的纯碱溶液通过循环泵泵入脱硫塔内从上往下喷淋，作为塔内SO₂吸收液在系统开车时使用；

（2）、往脱硫塔内通入经净化后的烟气，脱硫塔内从上往下喷淋的纯碱溶液吸收烟气中的SO₂生成含有NaHSO₃和Na₂SO₃的混合溶液，当监测到混合溶液的pH值为6.6时，将其中的一部分溶液输送至结晶反应槽中；

（3）、当脱硫塔内喷淋完成液的pH值小于6.6时，加大输送至结晶反应槽中的溶液量，当pH值大于7.2时，减少输送至结晶反应槽中的溶液量，使脱硫塔内混合溶液的pH值稳定在6.6~7.2之间；

（4）、往结晶反应槽中加入固体纯碱，直至结晶反应槽内溶液的pH值稳定在10.7-10.9之间，同时给结晶反应槽内的溶液加热并搅拌，使其温度保持在60-90℃之间；

（5）、往所述结晶反应槽中加入固体纯碱消耗量的0.01~0.02%的对苯二胺或者对苯二酚作为抗氧化剂，抑制NaHSO₃和Na₂SO₃在脱硫过程中被烟气中存在的O₂氧化为Na₂SO₄；

（6）、将结晶反应槽底部的Na₂SO₃晶浆进行脱水分离处理，将分离出的液体返回脱硫塔内循环吸收烟气中的SO₂，分离出的湿亚硫酸钠晶体送往干燥系统制成品Na₂SO₃。

2.一种利用权利要求1所述的工艺进行烟气脱硫的烟气脱硫系统，其特征在于：该系统包括脱硫塔、结晶反应槽、固液离心机和固料输送装置；脱硫塔底部的出液口连接至脱硫循环泵，结晶反应槽的上端连接有螺旋定量给料机，脱硫循环泵的出口管路的一支连接至脱硫塔的上部喷淋口，一支连接至结晶反应槽，固液离心机位于结晶反应槽的底部出口下方；脱硫塔和结晶反应槽均连接有自动pH计；固液离心机分离出的固体经固料输送装置进入湿料干燥系统，结晶母液通过管路返回脱硫塔内。

3.如权利要求2所述的烟气脱硫系统，其特征在于：所述脱硫循环泵出口与所述结晶反应槽连通的支路上连接有自动调节阀。

4.如权利要求2所述的烟气脱硫系统，其特征在于：所述结晶反应槽内有搅拌装置。

5.如权利要求4所述的烟气脱硫系统，其特征在于：所述搅拌装置采用电机驱动。