CN103977694A - 一种脱除烟气中二氧化硫的方法及其系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种脱除烟气中二氧化硫的方法及其系统,本发明采用了碳酸钠、亚硫酸钠和亚硫酸氢钠吸收液先将烟气中的二氧化硫吸收转化为Na2SO3和NaHSO3的混合液,然后通过与碳酸钠溶液发生中和反应,使混合吸收液中的NaHSO3转化为Na2SO3并结晶析出;结晶液在浓缩塔经换热器产生的热风浓缩后,离心分离出母液返回浓缩塔继续浓缩,结晶则通过热风干燥后形成脱硫副产品无水亚硫酸钠。该工艺流程短、脱硫效率高、能耗低、运行成本低;烟气吸收、吸收液中和结晶、热风浓缩、干燥系统采用全封闭循环运行,不产生二次污染;适用于冶金、钢铁、火电等行业的各种工业窑炉和燃煤锅炉烟气中二氧化硫的脱除和回收利用。
Description
技术领域
本发明属于资源环境保护技术领域,尤其涉及一种脱除烟气中二氧化硫的方法及其系统。
背景技术
低浓度二氧化硫(SO2)烟气主要来自于化石燃料的燃烧、含硫矿石的焙烧、冶炼及化工生产等热过程,具有分布广、治理难的特点,且易形成酸雨和二次颗粒污染物,对生态环境造成严重危害。现有技术中,烟气脱硫通常采用湿法脱硫法,主要利用各种碱性的吸收剂或吸附剂捕集烟气中的二氧化硫,将之转化为较为稳定且易机械分离的硫化合物或单质硫,从而达到脱硫的目的。目前工业化的主要烟气脱硫技术有:1、普通湿式石灰石-石膏法,该法用石灰或石灰石的浆液吸收烟气中的SO2,生成带水亚硫酸钙或石膏,其工艺技术较为成熟,脱硫效率稳定,可达90%以上。该法缺点是石膏品质难以保证,容易造成二次污染,运行费用较高;2、喷雾干燥法,该法是采用石灰乳为吸收剂的烟气脱硫法,其一次性设备投资比湿式石灰石-石膏法低。该法缺点是对设备的要求比较高,喷头易堵塞,而且运行费用很高,且脱硫效率仅达80%-90%;3、吸收再生法,主要有氧化镁法、双碱法、W-L法。脱硫效率可达95%左右,技术较成熟。该法缺点是占地面积比较大,运行成本也较高;4、钠碱法:该法一般采用NaOH作为脱硫剂,脱硫效率高,单级效率可达90%以上,技术成熟。该法缺点是系统流程长,投资较大,脱硫副产品为间断制取,且高温烟气的热能未得到利用,而回收副产品需消耗大量蒸汽,运行成本高。
发明内容
本发明为解决现有的脱除烟气中二氧化硫的方法存在脱硫效率低、运行成本高的技术问题,提供一种脱硫效率高、成本低的脱除烟气中二氧化硫的方法及系统。
本发明提供了一种脱除烟气中二氧化硫的方法,该方法包括以下步骤:
S1、换热,含有SO2的高温烟气通过换热器与常温空气换热后,烟气温度降至150℃~180℃;
S2、净化、降温,将换热后的含有SO2的烟气进行除尘净化、除去SO3,使烟气温度降至60℃~70℃;
S3、吸收SO2,含有SO2的烟气经净化、降温后进入吸收装置,与吸收液逆流接触进行吸收反应,烟气中的SO2被吸收液吸收生成含有Na2SO3和NaHSO3的混合液,经过吸收液吸收了SO2的后的烟气成为洁净烟气排放;所述吸收液含有按质量比为30~40%碳酸钠、15~20%亚硫酸钠、5~10%亚硫酸氢钠,pH值为7.2~8.0的水溶液;
S4、将步骤S3得到的含有Na2SO3和NaHSO3的混合液进入中和塔与质量浓度为30~40%的碳酸钠溶液发生中和反应,控制反应终点pH 值为7.2~8.0,反应温度为40~80℃,使混合液中的NaHSO3转化为Na2SO3并结晶析出;
S5、将步骤S4 得到的Na2SO3结晶液送入浓缩塔经热风浓缩后,离心分离出母液和结晶,所述母液返回浓缩塔继续浓缩,所述结晶通过热风干燥后形成脱硫副产品无水亚硫酸钠。
本发明还提供了一种脱除烟气中二氧化硫的系统,所述系统包括换热器、洗涤装置、吸收装置、反应装置、浓缩装置、离心分离器和干燥器;所述换热器、洗涤装置、吸收装置、反应装置、浓缩装置、离心分离器和干燥器通过管路依次连接;
所述换热器,用于将含有SO2的高温烟气降温降至150℃~180℃;
所述洗涤装置,用于将换热后的含有SO2的烟气除尘净化、除去SO3,并将烟气温度降至60℃~70℃;
所述吸收装置,用于将净化、降温后含有SO2的烟气与吸收液逆向接触反应,将烟气中的二氧化硫吸收后形成洁净烟气排放,并生成含有Na2SO3和NaHSO3的混合液;
所述反应装置,用于将含有Na2SO3和NaHSO3的混合液进入中和塔与质量浓度为30~40%的碳酸钠溶液发生中和反应,使混合液中的NaHSO3转化为Na2SO3并结晶析出;
所述浓缩装置,用于将Na2SO3结晶液进行浓缩;
所述离心分离器,用于将Na2SO3结晶液进行离心分离出,得到母液和结晶;所述母液返回浓缩装置继续浓缩;
所述干燥器,用于将结晶进行干燥形成脱硫副产品无水亚硫酸钠。
本发明所涉及的反应原理有:
SO3+H2O==H2SO4
SO2 + Na2CO3 == Na2SO3 + CO2↑
2SO2 + Na2CO3 + H2O == 2NaHSO3 + CO2↑
Na2CO3+2NaHSO3=CO2↑+2Na2SO3+H2O
本发明与现有技术相比,具有以下优点:
1、本发明由于采用了由碳酸钠、亚硫酸钠和亚硫酸氢钠配制成的吸收液将烟气中的二氧化硫吸收,原料成本低,吸收过程中所得到含有Na2SO3和NaHSO3的混合吸收液,既可以成为获得副产品的原料,仍可以用于再循环作为吸收剂,实现了吸收剂和副产品原料之间的同一性,奠定了连续化生产的前提,并进一步采用热风浓缩等强制结晶析出方式,使脱硫副产品亚硫酸钠的制取实现了连续性。本发明采用碳酸钠为主要原料配制脱硫吸收剂,比传统钠碱法采用氢氧化钠为脱硫吸收剂,其运行成本更低;系统体积更小,投资更少;本发明采用逆流接触吸收方式,使得烟气中的二氧化硫与吸收液接触时间长,反应充分,脱硫效率达到99%以上,脱硫浓度范围大,对二氧化硫浓度为1000~40000mg/m3的烟气均可有效吸收处理;
2、本发明设置了二次降温、净化、吸收步骤,可充分利用烟气的热能,采用烟气的余热对亚硫酸钠结晶液进行浓缩、干燥制得无水亚硫酸钠,比传统钠碱法采用蒸汽浓缩、干燥节省大量能源,系统能耗低,生产成本低;系统体积更小,投资更少;降低运行成本;
3、本发明在烟气吸收、吸收液中和结晶、热风浓缩、干燥系统采用全封闭循环运行,脱硫产物为工业级的无水亚硫酸钠,产品经济价值大,且便于储存运输,不产生二次污染。
4、本发明先对烟气进行降温,一方面提高净化、吸收的效果,另一方面充分利用烟气的余热对脱硫产物进行浓缩、干燥,节省了能源,降低了系统运行成本。
总之,本发明具有工艺流程短、脱硫效率高、能耗低、运行成本低;烟气吸收、吸收液中和结晶、热风浓缩、干燥系统采用全封闭系统循环运行,吸收转化过程中无废水、废渣产出,不产生二次污染,属于清洁环保工艺。适用于冶金、钢铁、火电等行业的各种工业窑炉和燃煤锅炉烟气中二氧化硫的脱除和回收利用。
附图说明
图1为本发明的脱除烟气中二氧化硫的系统示意图。
附图标记:
1-换热器,2-洗涤装置,3-吸收装置,4-浓缩装置,5-反应装置,6-干燥器,7-离心分离器。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白,以下结合实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
本发明提供了一种脱除烟气中二氧化硫的方法,该方法包括包括以下步骤:
S1、换热,含有SO2的高温烟气通过换热器1与常温空气换热后,烟气温度降至150℃~180℃;
S2、净化、降温,将换热后的含有SO2的烟气进行除尘净化、除去SO3,使烟气温度降至60℃~70℃;
S3、吸收SO2,含有SO2的烟气经净化、降温后进入吸收装置3,与吸收液逆流接触进行吸收反应,烟气中的SO2被吸收液吸收生成含有Na2SO3和NaHSO3的混合液,经过吸收液吸收了SO2的后的烟气成为洁净烟气排放;所述吸收液含有按质量比为30~40%碳酸钠、15~20%亚硫酸钠、5~10%亚硫酸氢钠,pH值为7.2~8.0的水溶液;
S4、将步骤S3得到的含有Na2SO3和NaHSO3的混合液进入中和塔与质量浓度为30~40%的碳酸钠溶液发生中和反应,控制反应终点pH 值为7.2~8.0,反应温度为40~80℃,使混合液中的NaHSO3转化为Na2SO3并结晶析出;
S5、将步骤S4 得到的Na2SO3结晶液送入浓缩塔经热风浓缩后,离心分离出母液和结晶,所述母液返回浓缩塔继续浓缩,所述结晶通过热风干燥后形成脱硫副产品无水亚硫酸钠。
根据本发明所提供的脱除烟气中二氧化硫的方法,为了进一步提高烟气中二氧化硫的脱除率,优选地,所述吸收装置3为旋切流洗涤器和/或喷淋洗涤塔。
根据本发明所提供的脱除烟气中二氧化硫的方法,为了确保烟气中二氧化硫的脱除率达到99%以上,优选地,所述吸收装置3为串联连接的旋切流洗涤器和喷淋洗涤塔;所述烟气先进入旋切流洗涤器,再进入喷淋洗涤塔。
根据本发明所提供的脱除烟气中二氧化硫的方法,优选地,所述步骤S2中除尘净化、除去SO3的方法为水洗。
根据本发明所提供的脱除烟气中二氧化硫的方法,优选地,所述步骤S5中所述热风为步骤S1中所述高温烟气通过换热器1后加热的热空气。利用烟气余热进行热风浓缩、干燥的工艺,能耗低、运行成本低。
根据本发明所提供的脱除烟气中二氧化硫的方法,优选地,所述热空气的温度为110~120℃。
本发明还提供了一种脱除烟气中二氧化硫的系统,所述系统包括换热器1、洗涤装置2、吸收装置3、反应装置5、浓缩装置4、离心分离器7和干燥器6;所述换热器1、洗涤装置2、吸收装置3、反应装置5、浓缩装置4、离心分离器7和干燥器6通过管路依次连接;
所述换热器1,用于将含有SO2的高温烟气降温降至150℃~180℃;
所述洗涤装置2,用于将换热后的含有SO2的烟气除尘净化、除去SO3,并将烟气温度降至60℃~70℃;
所述吸收装置3,用于将净化、降温后含有SO2的烟气与吸收液逆向接触反应,将烟气中的二氧化硫吸收后形成洁净烟气排放,并生成含有Na2SO3和NaHSO3的混合液;
所述反应装置5,用于将含有Na2SO3和NaHSO3的混合液进入中和塔与质量浓度为30~40%的碳酸钠溶液发生中和反应,使混合液中的NaHSO3转化为Na2SO3并结晶析出;
所述浓缩装置4,用于将Na2SO3结晶液进行浓缩;
所述离心分离器7,用于将Na2SO3结晶液进行离心分离出,得到母液和结晶;所述母液返回浓缩装置4继续浓缩;
所述干燥器6,用于将结晶进行干燥形成脱硫副产品无水亚硫酸钠。
根据本发明所提供的系统,优选地,所述换热器1的热空气出口分别通过管路与所述浓缩装置4和所述干燥器6连接。
根据本发明所提供的系统,优选地,所述吸收装置3为旋切流洗涤器和/或喷淋洗涤塔。
根据本发明所提供的系统,优选地,所述吸收装置3为串联连接的旋切流洗涤器和喷淋洗涤塔;所述烟气先进入旋切流洗涤器,再进入喷淋洗涤塔。
如图1所示,提供一种脱除烟气中二氧化硫的系统,包括换热器1、洗涤装置2、吸收装置3、反应装置5、浓缩装置4、离心分离器7和干燥器6;所述换热器1、洗涤装置2、吸收装置3、反应装置5、浓缩装置4、离心分离器7和干燥器6通过管路依次连接;所述换热器1的热空气出口分别通过管路与所述浓缩装置4和所述干燥器6连接。
含有二氧化硫的烟气通过换热器1降温及洗涤塔除尘净化后,进入吸收装置3与吸收液逆向接触,烟气中的二氧化硫经吸收液吸收后形成洁净烟气排放,而生成的含有Na2SO3和NaHSO3的混合吸收液则进入中和塔与碳酸钠溶液反应生成亚硫酸钠结晶液,结晶液在浓缩塔经换热器1产生的热风浓缩后,离心分离出母液返回浓缩塔继续浓缩,结晶则通过热风干燥后形成脱硫副产品无水亚硫酸钠。本发明采用了高效烟气吸收装置3、连续中和结晶、利用烟气余热进行热风浓缩、干燥的工艺,该工艺流程短、脱硫效率高、能耗低、运行成本低;烟气吸收、吸收液中和结晶、热风浓缩、干燥系统采用全封闭循环运行,不产生二次污染;适用于冶金、钢铁、火电等行业的各种工业窑炉和燃煤锅炉烟气中二氧化硫的脱除和回收利用。
下面通过具体实施例对本发明进行进一步详细说明。
实施例1
1)、将待处理的SO2浓度为35000mg/Nm3、温度为280℃的锌冶炼回转窑烟气和常温空气分别通入换热器1进行热交换,使烟气温度降至160℃,同时,空气被加热成110℃的热风;
2)经换热后的含硫烟气送入洗涤塔进行水洗,除去烟气中的烟尘、SO3等杂质,并进一步将烟气温度降至60℃;
3)净化、降温后的含硫烟气先后送入管式旋切流吸收器和喷淋吸收塔与质量比浓度为35%的碳酸钠、15%的亚硫酸钠、5%的亚硫酸氢钠混合溶液逆向接触反应,含硫烟气经吸收后形成洁净烟气排放,并生成含有Na2SO3和NaHSO3的混合液;
4)将步骤(3)得到的混合吸收液一部分返回至吸收装置3,另一部分送入中和塔与质量比浓度为35%的碳酸钠溶液发生中和反应,控制反应终点pH 值为8.0,反应温度为60℃,使混合吸收液中的NaHSO3转化为Na2SO3并结晶析出;
5)将步骤(4)得到的Na2SO3结晶液送入浓缩塔,同时,向浓缩塔通入经步骤1)产生的热风,使Na2SO3结晶液浓缩成固含量为60%的浆液;
6)将步骤5)得到的浆液送入离心机,分离出母液返回浓缩塔继续浓缩,结晶则送入干燥器6,经步骤1)产生的热风干燥后制得无水亚硫酸钠。
经过对排放的烟气及得到的无水亚硫酸钠进行分析检测,排放烟气含SO2≤300mg/Nm3,优于排放标准,脱硫效率≥99%,无水亚硫酸钠品位≥93%,达到工业级品质。
实施例2
1)将待处理的含有SO2浓度20000 mg/Nm3、温度为250℃的锌冶炼挥发窑烟气和常温空气分别通入换热器1进行热交换,使烟气温度降至150℃,同时,空气被加热成110℃的热风;
2)经换热后的含硫烟气送入洗涤塔进行水洗,除去烟气中的烟尘、SO3等杂质,并进一步将烟气温度降至70℃;
3)净化、降温后的含硫烟气先后送入管式旋切流吸收器和喷淋吸收塔与质量比浓度为40%的碳酸钠、18%的亚硫酸钠、8%的亚硫酸氢钠混合溶液逆向接触反应,含硫烟气经吸收后形成洁净烟气排放,并生成含有Na2SO3和NaHSO3的混合液;
4)将步骤(3)得到的混合吸收液一部分返回至吸收装置3,另一部分送入中和塔与质量比浓度为40%的碳酸钠溶液发生中和反应,控制反应终点pH 值为7.2,反应温度为80℃,使混合吸收液中的NaHSO3转化为Na2SO3并结晶析出;
5)将步骤(4)得到的Na2SO3结晶液送入浓缩塔,同时,向浓缩塔通入经步骤1)产生的热风,使Na2SO3结晶液浓缩成固含量为50%的浆液;
6)将步骤5)得到的浆液送入离心机,分离出母液返回浓缩塔继续浓缩,结晶则送入干燥器6,经步骤1)产生的热风干燥后制得无水亚硫酸钠。
经过对排放的烟气及得到的无水亚硫酸钠进行分析检测,排放烟气含SO2≤180mg/Nm3,优于排放标准,脱硫效率≥99%,无水亚硫酸钠品位≥93%,达到工业级品质。
实施例3
1)将待处理的含有SO2浓度40000 mg/Nm3、温度为250℃的锌冶炼挥发窑烟气和常温空气分别通入换热器1进行热交换,使烟气温度降至180℃,同时,空气被加热成120℃的热风;
2)经换热后的含硫烟气送入洗涤塔进行水洗,除去烟气中的烟尘、SO3等杂质,并进一步将烟气温度降至65℃;
3)净化、降温后的含硫烟气先后送入管式旋切流吸收器和喷淋吸收塔与质量比浓度为40%的碳酸钠、20%的亚硫酸钠、10%的亚硫酸氢钠混合溶液逆向接触反应,含硫烟气经吸收后形成洁净烟气排放,并生成含有Na2SO3和NaHSO3的混合液;
4)将步骤(3)得到的混合吸收液一部分返回至吸收装置3,另一部分送入中和塔与质量比浓度为40%的碳酸钠溶液发生中和反应,控制反应终点pH 值为7.8,反应温度为80℃,使混合吸收液中的NaHSO3转化为Na2SO3并结晶析出;
5)将步骤(4)得到的Na2SO3结晶液送入浓缩塔,同时,向浓缩塔通入经步骤1)产生的热风,使Na2SO3结晶液浓缩成固含量为50%的浆液;
6)将步骤5)得到的浆液送入离心机,分离出母液返回浓缩塔继续浓缩,结晶则送入干燥器6,经步骤1)产生的热风干燥后制得无水亚硫酸钠。
经过对排放的烟气及得到的无水亚硫酸钠进行分析检测,排放烟气含SO2≤320mg/Nm3,优于排放标准,脱硫效率≥99%,无水亚硫酸钠品位≥93%,达到工业级品质。
对比例1
将待处理的SO2浓度为35000 mg/Nm3、温度为280℃的锌冶炼回转窑烟气,采用公开号为CN102580484A实施例1中的烟气中二氧化硫的回收方法。
经过对排放的烟气及得到的无水亚硫酸钠进行分析检测,排放烟气含SO2≤550mg/Nm3,脱硫效率≥98%,无水亚硫酸钠品位≥85%。
从实施例和对比例的对比中可以看出,本发明采用了高效烟气吸收装置3、连续中和结晶、利用烟气余热进行热风浓缩、干燥的工艺,该工艺流程短、脱硫效率高、能耗低、运行成本低;烟气吸收、吸收液中和结晶、热风浓缩、干燥系统采用全封闭循环运行,不产生二次污染;适用于冶金、钢铁、火电等行业的各种工业窑炉和燃煤锅炉烟气中二氧化硫的脱除和回收利用。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种脱除烟气中二氧化硫的方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:
S1、换热,含有SO2的高温烟气通过换热器与常温空气换热后,烟气温度降至150℃~180℃;
S2、净化、降温,将换热后的含有SO2的烟气进行除尘净化、除去SO3,使烟气温度降至60℃~70℃;
S3、吸收SO2,含有SO2的烟气经净化、降温后进入吸收装置,与吸收液逆流接触进行吸收反应,烟气中的SO2被吸收液吸收生成含有Na2SO3和NaHSO3的混合液,经过吸收液吸收了SO2的后的烟气成为洁净烟气排放;所述吸收液含有按质量比为30~40%碳酸钠、15~20%亚硫酸钠、5~10%亚硫酸氢钠,pH值为7.2~8.0的水溶液;
S4、将步骤S3得到的含有Na2SO3和NaHSO3的混合液进入中和塔与质量浓度为30~40%的碳酸钠溶液发生中和反应,控制反应终点pH 值为7.2~8.0,反应温度为40~80℃,使混合液中的NaHSO3转化为Na2SO3并结晶析出;
S5、将步骤S4 得到的Na2SO3结晶液送入浓缩塔经热风浓缩后,离心分离出母液和结晶,所述母液返回浓缩塔继续浓缩,所述结晶通过热风干燥后形成脱硫副产品无水亚硫酸钠。
2. 根据权利要求1所述的脱除烟气中二氧化硫的方法,其特征在于,所述吸收装置为旋切流洗涤器和/或喷淋洗涤塔。
3.根据权利要求2所述的脱除烟气中二氧化硫的方法,其特征在于,所述吸收装置为串联连接的旋切流洗涤器和喷淋洗涤塔;所述烟气先进入旋切流洗涤器,再进入喷淋洗涤塔。
4.根据权利要求1所述的脱除烟气中二氧化硫的方法,其特征在于,所述步骤S2中除尘净化、除去SO3的方法为水洗。
5.根据权利要求1所述的脱除烟气中二氧化硫的方法,其特征在于,所述步骤S5中所述热风为步骤S1中所述常温空气与高温烟气通过换热器换热后的热空气。
6.根据权利要求5所述的脱除烟气中二氧化硫的方法,其特征在于,所述热空气的温度为110~120℃。
7. 一种脱除烟气中二氧化硫的系统,其特征在于,所述系统包括换热器、洗涤装置、吸收装置、反应装置、浓缩装置、离心分离器和干燥器;所述换热器、洗涤装置、吸收装置、反应装置、浓缩装置、离心分离器和干燥器通过管路依次连接;
所述换热器,用于将含有SO2的高温烟气降温降至150℃~180℃;
所述洗涤装置,用于将换热后的含有SO2的烟气除尘净化、除去SO3,并将烟气温度降至60℃~70℃;
所述吸收装置,用于将净化、降温后含有SO2的烟气与吸收液逆向接触反应,将烟气中的二氧化硫吸收后形成洁净烟气排放,并生成含有Na2SO3和NaHSO3的混合液;
所述反应装置,用于将含有Na2SO3和NaHSO3的混合液进入中和塔与质量浓度为30~40%的碳酸钠溶液发生中和反应,使混合液中的NaHSO3转化为Na2SO3并结晶析出;
所述浓缩装置,用于将Na2SO3结晶液进行浓缩;
所述离心分离器,用于将Na2SO3结晶液进行离心分离出,得到母液和结晶;所述母液返回浓缩装置继续浓缩;
所述干燥器,用于将结晶进行干燥形成脱硫副产品无水亚硫酸钠。
8. 根据权利要求7所述的系统,其特征在于,所述换热器的热空气出口分别通过管路与所述浓缩装置和所述干燥器连接。
9.根据权利要求7所述的系统,其特征在于,所述吸收装置为旋切流洗涤器和/或喷淋洗涤塔。
10.根据权利要求7所述的系统,其特征在于,所述吸收装置为串联连接的旋切流洗涤器和喷淋洗涤塔;所述烟气先进入旋切流洗涤器,再进入喷淋洗涤塔。
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