CN104226096B - 多流路循环脱硫系统及多流路循环脱硫的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多流路循环脱硫系统，包括吸收塔、贫液罐、富液罐和解吸塔，富液罐与解吸塔的富液进口连通，解吸塔的塔釜贫液出口则与贫液罐相连通，贫液罐还与吸收塔的塔顶液相进口连通，吸收塔的塔釜液相出口与并联设置的至少两条液流管路相连通，其中，至少一条连通至富液罐，至少一条连通至贫液罐。本发明还公开了多流路循环脱硫的方法，通过吸收塔对烟气进行吸收脱除二氧化硫，通过并联设置的多条液流管路将吸收塔排出的吸收液进行可选择性输送；通过解吸塔对吸收塔排出的吸收液富液进行解吸再生；且将解吸再生后的吸收液贫液最终循环返回至吸收塔。本发明的结构合理、节能降耗、成本低，能更好地适应烟气中二氧化硫浓度波动。
Description
技术领域
本发明属于烟气脱硫技术领域，尤其涉及需要利用热能(例如蒸汽)参与实现吸收液循环再生的脱硫系统及方法。
背景技术
我国是受二氧化硫污染最严重的国家之一。由于二氧化硫排放所形成的酸雨给工农业带来了严重的损害，全国因此每年损失超过数千亿元。随着国家环保法规的不断完善和国家对二氧化硫污染重视程度的不断提高，越来越多的脱硫技术如雨后春笋般涌现出来。
目前国内外工业化的脱硫技术主要有石膏法、钠碱法、循环吸收脱硫法等。石膏法、钠碱法均需不断投加脱硫药剂，不同程度地存在运行费用高、脱硫副产物难利用等问题。近年来，以有机胺(或离子液)作为吸收介质的循环脱硫技术得到很大的发展。相对石膏法、钠碱法来说，循环脱硫技术具有工艺流程简单、脱硫吸收液可循环使用、副产物经济价值高等特点，受到了国内外广泛的重视，有着广阔的应用前景。
循环脱硫技术的工艺原理为化工过程中的吸收-解吸组合工艺，吸收液低温下对烟气中二氧化硫进行吸收，在高温下解吸再生。低压蒸汽作为吸收液解吸再生的主要热源，也是循环脱硫技术的主要运行能耗指标。对于某些二氧化硫浓度波动大、规律性差的烟气，循环脱硫技术往往存在脱硫吸收剂饱和度低、平均蒸汽耗量高等问题，给企业带来很大的成本压力。特别是某些间歇进料的有色冶炼工艺，在整个冶炼周期中，会有很长一段时间烟气处于贫硫期(二氧化硫浓度仅：600～2000mg/Nm3)，而保证吸收塔正常运行必须保证一定的贫液喷淋量，从而造成吸收液吸收不饱和、富液解吸量大、最终导致解吸塔设备体积庞大，单位二氧化硫蒸汽耗量过高的问题。
因此，有必要对现有的循环脱硫技术进行改进，最大限度提高吸收液的吸收容量，降低设备投资和蒸汽消耗量，使循环脱硫技术在二氧化硫浓度无规波动的烟气处理领域获得更大的成功。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种结构合理、设计巧妙、节能降耗、运行成本低、能更好地适应烟气中二氧化硫浓度波动的多流路循环脱硫系统及脱硫方法。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为一种多流路循环脱硫系统，包括吸收塔、贫液罐、富液罐和解吸塔，所述富液罐通过富液输送管路与解吸塔的富液进口连通，所述解吸塔的塔釜贫液出口则通过贫液输送管路与所述贫液罐相连通，所述贫液罐通过塔顶液相进口管路与所述吸收塔的塔顶液相进口连通，所述吸收塔的塔釜液相出口与并联设置的至少两条液流管路相连通，其中，至少一条液流管路连通至富液罐，至少一条液流管路连通至贫液罐，且各液流管路上均设置有控制通断启闭的控制阀。
上述的多流路循环脱硫系统中，优选的，所述吸收塔的塔釜液相出口与并联设置的三条液流管路相连通，其中，第一液流管路连通至富液罐，第二液流管路连通至贫液罐，第三液流管路连通至吸收塔的塔顶液相进口管路。
上述的多流路循环脱硫系统中，优选的，所述富液输送管路与所述贫液输送管路共用一贫富液换热器，且在该贫富液换热器中贫液放出的热量被富液吸收；所述贫液输送管路上位于贫富液换热器下游的位置还设有一贫液再冷器，贫液再冷器中设有冷却水循环管道。
上述的多流路循环脱硫系统中，优选的，所述解吸塔的塔顶蒸汽出口依次连通至塔顶冷凝器和气液分离器，所述解吸塔的下部与一再沸器相连。富液在解吸塔中被解吸再生后形成贫液，贫液进入再沸器，被进入再沸器的一次蒸汽间接加热，部分汽化，汽相为二次蒸汽，回解吸塔解吸，液相(贫液)由塔釜排出，进入贫富液换热器。
作为一个总的技术构思，本发明还提供一种多流路循环脱硫的方法，包括以下步骤：
通过一吸收塔对含二氧化硫烟气进行吸收脱除二氧化硫的吸收步骤；
通过并联设置的多条液流管路将吸收塔排出的吸收液进行可选择性输送的输送步骤；
通过一解吸塔对吸收塔排出的吸收液富液进行解吸再生的解吸步骤；
且将解吸再生后的吸收液贫液最终循环返回至吸收塔的循环输送步骤；
所述可选择性输送具体是指根据进入吸收塔中的含二氧化硫烟气的二氧化硫浓度大小进行液流管路的选择，且可选择性输送的选择范围至少包括以下一种操作方式：
(a)在含二氧化硫烟气的浓度富硫期，将吸收塔排出的吸收液通过第一液流管路输送至一富液罐的操作；
(b)在含二氧化硫烟气的浓度中硫期，将吸收塔排出的吸收液通过第二液流管路输送至一贫液罐的操作；
(c)在含二氧化硫烟气的浓度贫硫期，将吸收塔排出的吸收液通过第三液流管路输送至吸收塔的塔顶液相进口管路的操作。
上述的方法中，优选的，所述可选择性输送是指择一选用上述操作方式(a)～(c)中任意一种。
上述的方法中，优选的，所述浓度富硫期是指一段时间内进吸收塔的含二氧化硫烟气的二氧化硫浓度稳定维持在2000mg/Nm3以上；所述浓度中硫期是指一段时间内进吸收塔的含二氧化硫烟气的二氧化硫浓度稳定维持在600mg/Nm3～2000mg/Nm3；所述浓度贫硫期是指一段时间内进吸收塔的含二氧化硫烟气的二氧化硫浓度稳定维持在600mg/Nm3以下。
上述的方法中，优选的，所述吸收步骤中的具体操作包括：含二氧化硫烟气是从吸收塔(1)底部气相进口进入，与塔顶液相进口喷淋而下的吸收液贫液逆流接触，完成二氧化硫的吸收过程，脱除二氧化硫后的净化烟气从吸收塔(1)顶部排出。
上述的方法中，优选的，所述吸收塔中吸收液贫液的流量和进入吸收塔中含二氧化硫烟气的二氧化硫摩尔流量按以下关联关系式进行控制：
L＝N/X；
其中，L表示吸收液贫液的流量，单位为m3/h；N表示含二氧化硫烟气的二氧化硫摩尔流量，单位为kmol/h；X为比例因子，其取值范围控制在0.0625～1.25；
且控制吸收液贫液的流量不低于保证吸收塔正常运行所需的最小喷淋量。
上述的方法中，优选的，所述解吸步骤中的具体操作包括，吸收塔排出的吸收液是先输送至富液罐中，富液罐排出的吸收液富液再经贫富液换热器升温后从解吸塔的富液进口进入，在解吸塔中被外设的再沸器产生的二次蒸汽加热后释放出二氧化硫，完成对吸收液富液的解吸再生，生成的吸收液贫液则由解吸塔的塔釜贫液出口排出；且排出的吸收液贫液在所述的循环输送步骤中是先经过一贫富液换热器回收热量，再经过一贫液再冷器降温、最后通过贫液罐和塔顶液相进口管路返回至吸收塔中。
上述的方法中，优选的，所述再沸器产生的蒸汽流量和解吸塔中的吸收液富液进液流量按以下关联关系式进行控制：
Q＝Y·M；
其中，Q表示进入再沸器的一次蒸汽流量，单位为kg/h；M表示吸收液富液进液流量，单位为m3/h；Y为比例因子，其取值范围控制在100～300。
本发明的上述脱硫系统及脱硫方法主要基于以下思路：通过对脱硫吸收液多条循环流路的控制与切换，提高吸收液的吸收饱和度，同时降低解吸塔富液进液量，达到减小解吸塔设备体积、降低蒸汽消耗量的目的。本发明的技术方案特别适用于采用有机胺类化合物(或离子液)作为吸收介质的可再生脱硫工艺，
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)本发明采用吸收多流路循环设计，可针对烟气中二氧化硫浓度波动的特点灵活地切换循环流路，使烟气工况变化和吸收调节无缝对接，保证了工艺的平稳连续运行，提高了吸收液富液的饱和程度。
(2)吸收塔顶脱硫尾气的SO2浓度决定于塔顶进口贫液中SO2的分压，本发明优选的方案中可通过液流管路切换将吸收富液直接循环至吸收塔，以处理贫硫期(即间歇冶炼中SO2浓度的断档期)的烟气，还可通过液流管路切换使不饱和富液与贫液混合再回流至吸收塔，以处理低浓度的二氧化硫烟气，也可直接采用贫液罐中解吸再生后的贫液对2000mg/m3以上的高浓度烟气进行处理，能够更好地适应脱硫烟气排放的各种工况，大大提高运营效率。
(3)本发明的脱硫系统中特别设置了富液罐和贫液罐，以贫液罐作为低饱和度富液的均化设备，利用贫液罐对低饱和度的吸收富液进行稀释，得到“均化贫液”用于循环吸收，减小了送解吸的富液量。
(4)本发明中吸收液富液的解吸量与前级循环流路的选择相关联，从一段较长的时间来看，大大减小了解吸塔对富液的平均解吸量，降低了蒸汽能耗；同时，更低的富液解吸量也会减小解吸塔、塔顶冷凝器、贫富液换热器、气液分离器等的设备体积，降低设备投资，减小运行成本。
总的来说，本发明的脱硫系统结构合理，设计巧妙，对吸收液的循环流路和控制方法进行了有针对性创新，以更好地适应二氧化硫浓度波动大、规律性差的烟气特点，在节能降耗、提高资源利用率、减小工艺成本方面具有十分重要的意义。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中多流路循环脱硫系统的结构示意图。
图例说明：
1、吸收塔；2、贫液罐；3、富液罐；4、贫液再冷器；5、贫富液换热器；6、解吸塔；7、再沸器；8、塔顶冷凝器；9、气液分离器；10、控制阀；11、第一液流管路；12、第二液流管路；13、第三液流管路；14、富液输送管路；15、贫液输送管路。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。
需要特别说明的是，当某一元件被描述为“固定于、固接于、连接于或连通于”另一元件上时，它可以是直接固定、固接、连接或连通在另一元件上，也可以是通过其他中间连接件间接固定、固接、连接或连通在另一元件上。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
实施例：
某铅冶炼企业采用有机胺类化合物循环脱硫工艺处理烟化炉冶炼烟气。该企业的烟化炉冶炼周期设定为120min，其中烟气流量50000Nm3/h，浓度富硫期(二氧化硫浓度≥2000mg/Nm3)约35分钟，浓度中硫期(二氧化硫浓度在600～2000mg/Nm3)约60分钟，浓度贫硫期(二氧化硫浓度＜600mg/Nm3)约25分钟。
采用如图1所示本发明的多流路循环脱硫系统对该企业的烟化炉冶炼烟气进行脱硫处理，包括吸收塔1、贫液罐2、富液罐3和解吸塔6，富液罐3通过富液输送管路14与解吸塔6上部的富液进口连通，解吸塔6的塔釜贫液出口则通过贫液输送管路15与贫液罐2相连通，贫液罐2通过塔顶液相进口管路与吸收塔1的塔顶液相进口连通。
本实施例的吸收塔1的塔釜液相出口与并联设置的三条液流管路相连通，其中，第一液流管路11连通至富液罐3，第二液流管路12连通至贫液罐2，第三液流管路13连通至吸收塔1的塔顶液相进口管路；且各液流管路上均设置有控制通断启闭的控制阀10，三个液流管路分别由控制阀HC101、HC102和HC103控制。
本实施例的富液输送管路14与贫液输送管路15共用一贫富液换热器5，且在该贫富液换热器5中贫液输送管路15的贫液将放出热量传递给富液输送管路14中的富液；贫液输送管路15上位于贫富液换热器5下游的位置还设有一贫液再冷器4，贫液再冷器4中设有冷却水循环管道。
本实施例的多流路循环脱硫系统中，解吸塔6的塔顶蒸汽出口依次连通至塔顶冷凝器8和气液分离器9，解吸塔6的下部还与一再沸器7相连。
本实施例的多流路循环脱硫的方法是在上述的多流路循环脱硫系统中进行，具体包括以下步骤：
(1)含二氧化硫的烟化炉冶炼烟气经预处理系统洗涤降温后，从吸收塔1下部的气相进口进入吸收塔1，进塔温度为44℃；吸收液贫液从吸收塔1顶部的塔顶液相进口进入，烟化炉冶炼烟气中的二氧化硫经吸收液贫液逆流接触吸收后，脱除二氧化硫后的净化烟气从吸收塔1顶部排出；
(2)通过并联设置的三条液流管路将吸收塔1排出的吸收液进行可选择性输送；本实施例的可选择性输送具体是指根据进入吸收塔1中的含二氧化硫烟气的二氧化硫浓度大小进行液流管路的选择，且可选择性输送的具体操作方式为(参见下表1)：
表1：可选择性输送的具体操作方式
a)在含二氧化硫烟气的浓度富硫期(即一段时间内进吸收塔的含二氧化硫烟气的二氧化硫浓度稳定维持在2000mg/Nm3以上)，将吸收塔1塔釜液相出口排出的吸收液通过第一液流管路11输送至富液罐3中；此时开关控制阀10中的HC101处于打开状态，控制阀10中的HC102和HC103处于关闭状态；此时，吸收液富液将从富液罐3出料口流出，经一贫富液换热器5升温到85℃后，通过解吸塔6顶部的富液进口进入解吸塔6，进塔流量为7m3/h；吸收液富液在解吸塔6内自上而下流经填料层，并与自下而上的二次蒸汽逆流接触，完成对吸收液富液的解吸过程；解吸后得到的吸收液贫液从解吸塔6上部流下，进入再沸器7的冷侧进口，并被再沸器7热侧的低压一次蒸汽加热，蒸汽压力0.35Mpa，流量1400kg/h；进入再沸器7的贫液部分气化产生解吸所需的二次蒸汽回到解吸塔6内，未汽化部分从解吸塔6的塔釜贫液出口流出，再经贫富液换热器5回收热量、贫液再冷器4降温后，回到贫液罐2中储存；贫液罐2中储存的吸收液贫液再经塔顶液相进口管路进入到吸收塔1的顶部循环利用；吸收塔1中吸收液贫液的进液流量控制为25m3/h。另外，解吸塔6塔顶排出的含SO2的蒸汽依次进入塔顶冷凝器8和气液分离器9，冷凝下的液相进入解吸塔6精馏段填料层上部，气相则为高浓度的二氧化硫气体，进入后续工序制备硫酸或液体二氧化硫等硫产品。
b)在含二氧化硫烟气的浓度中硫期(即一段时间内进吸收塔的含二氧化硫烟气的二氧化硫浓度稳定维持在600mg/Nm3～2000mg/Nm3)，将吸收塔1塔釜液相出口排出的吸收液通过第二液流管路12输送至贫液罐2中；此时开关控制阀10中的HC102处于打开状态，控制阀10中的HC101和HC103处于关闭状态；吸收塔1塔釜液相出口排出的吸收液直接进入贫液罐2中储存，并直接经由贫液罐2返回至吸收塔1的塔顶液相进口；此时，吸收塔1内的贫液进液流量保持在吸收塔1正常运行的最小喷淋量15m3/h即可，解吸塔6中的富液进液流量则控制为7m3/h。
c)在含二氧化硫烟气的浓度贫硫期(即一段时间内进吸收塔的含二氧化硫烟气的二氧化硫浓度稳定维持在600mg/Nm3以下)，将吸收塔1塔釜液相出口排出的吸收液通过第三液流管路13输送至吸收塔1的塔顶液相进口管路；此时开关控制阀10中的HC103处于打开状态，控制阀10中的HC101和HC102处于关闭状态；吸收塔1塔釜液相出口排出的吸收液直接经第三液流管路13和塔顶液相进口管路进入吸收塔1的塔顶液相进口，进行脱硫吸收内循环。此时，吸收液贫液的进液流量保持在吸收塔1正常运行的最小喷淋量15m3/h，解吸塔6中的富液进液流量则控制为7m3/h。
以上本实施例的运行指标和传统循环脱硫技术的对比表如下表2所示。
表2：本实施例和传统循环脱硫技术的运行指标对比表
Claims (2)
1.一种多流路循环脱硫的方法，包括以下步骤：
通过一吸收塔（1）对含二氧化硫烟气进行吸收脱除二氧化硫的吸收步骤；
通过并联设置的多条液流管路将吸收塔（1）排出的吸收液进行可选择性输送的输送步骤；
通过一解吸塔（6）对吸收塔（1）排出的吸收液富液进行解吸再生的解吸步骤；
且将解吸再生后的吸收液贫液最终循环返回至吸收塔（1）的循环输送步骤；
所述吸收步骤中的具体操作包括：含二氧化硫烟气是从吸收塔（1）底部气相进口进入，与塔顶液相进口喷淋而下的吸收液贫液逆流接触，完成二氧化硫的吸收过程，脱除二氧化硫后的净化烟气从吸收塔（1）顶部排出；所述吸收塔（1）中吸收液贫液的流量和进入吸收塔（1）中含二氧化硫烟气的二氧化硫摩尔流量按以下关联关系式进行控制：
L=N/X；
其中，L表示吸收液贫液的流量，单位为m3/h；N表示含二氧化硫烟气的二氧化硫摩尔流量，单位为kmol/h；X为比例因子，其取值范围控制在0.0625～1.25；且控制吸收液贫液的流量不低于保证吸收塔（1）正常运行所需的最小喷淋量；
所述解吸步骤中的具体操作包括，吸收塔（1）排出的吸收液是先输送至富液罐（3）中，富液罐（3）排出的吸收液富液再经贫富液换热器（5）升温后从解吸塔（6）的富液进口进入，在解吸塔（6）中被外设的再沸器（7）产生的二次蒸汽加热后释放出二氧化硫，完成对吸收液富液的解吸再生，生成的吸收液贫液则由解吸塔（6）的塔釜贫液出口排出；且排出的吸收液贫液在所述的循环输送步骤中是先经过一贫富液换热器（5）回收热量，再经过一贫液再冷器（4）降温、最后通过贫液罐（2）和塔顶液相进口管路返回至吸收塔（1）中；
所述再沸器（7）产生的蒸汽流量和解吸塔（6）中的吸收液富液进液流量按以下关联关系式进行控制：
Q=Y·M；
其中，Q表示进入再沸器（7）的一次蒸汽流量，单位为kg/h；M表示吸收液富液进液流量，单位为m3/h；Y为比例因子，其取值范围控制在100～300；
所述可选择性输送具体是指根据进入吸收塔（1）中的含二氧化硫烟气的二氧化硫浓度大小进行液流管路的选择，各液流管路上均设置有控制通断启闭的控制阀，且可选择性输送的选择范围包括以下三种操作方式：
（a）在含二氧化硫烟气的浓度富硫期，将吸收塔（1）排出的吸收液通过第一液流管路（11）输送至一富液罐（3）的操作；
（b）在含二氧化硫烟气的浓度中硫期，将吸收塔（1）排出的吸收液通过第二液流管路（12）输送至一贫液罐（2）的操作；
（c）在含二氧化硫烟气的浓度贫硫期，将吸收塔（1）排出的吸收液通过第三液流管路（13）输送至吸收塔（1）的塔顶液相进口管路的操作。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述可选择性输送是指择一选用所述操作方式（a）～（c）中任意一种；
所述浓度富硫期是指一段时间内进吸收塔（1）的含二氧化硫烟气的二氧化硫浓度稳定维持在2000mg/Nm3以上；
所述浓度中硫期是指一段时间内进吸收塔（1）的含二氧化硫烟气的二氧化硫浓度稳定维持在600 mg/Nm3～2000 mg/Nm3；
所述浓度贫硫期是指一段时间内进吸收塔（1）的含二氧化硫烟气的二氧化硫浓度稳定维持在600 mg/Nm3以下。
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