CN104998530A - 一种硫酸尾气脱硫装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种硫酸尾气脱硫装置及方法，脱硫塔内多层喷淋清洗除雾装置和防堵塞设计，将脱硫、清洗、除雾三项功能集于一塔，脱硫塔底部接入出液管并接入循环泵，循环泵通过管道接入混合器，混合器上通过管道接有氨水泵并接入氨水槽，塔内循环溶液均为亚硫酸铵和亚硫酸氢铵，可达到较高的脱硫效率，混合器通过管道接入一级氧化槽并接入二级氧化槽，脱硫塔外二次双氧水氧化，使亚硫酸铵溶液与双氧水通过空气的搅动充分反应，亚硫酸铵的氧化率可达到98％以上，切实确保了副产品硫酸铵溶液的品质，硫酸尾气经吸收、调节、氧化、生成硫酸铵，本发明运转设备少，电耗低节能。

Description

一种硫酸尾气脱硫装置及方法

技术领域

本发明属于工业废气处理领域，涉及硫酸生产过程中尾气处理达标排放，或合理利用副产物无污染物排放，具体地涉及一种硫酸尾气脱硫装置及方法。

背景技术          

目前，工业上普遍使用的脱硫技术有半干法和干法、石灰石－石膏湿法（FGD）、双碱法、海水脱硫法等多种尾气脱硫的工艺技术，但上述脱硫技术普遍存在一些问题，如系统复杂、催化剂损耗高、设备成本高、投资大、系统运行维护费用高、脱硫效率低、副产物无法处理等。

近年来氨法脱硫技术发展应用较快，氨法脱硫技术是一种液相脱硫技术，氨法脱硫技术有副产30%硫酸铵溶液或硫酸铵固体的优点，因此用于脱除尾气中的二氧化硫具有广泛的应用价值，副产品硫酸铵可作为复合肥生产的原料直接使用，节约了复合肥的生产成本，又满足了企业的环保需求。

将氨法脱硫生产的亚硫酸铵通过空气氧化生产30%以上硫酸铵溶液，设备投资相对较大，稳定性不够，产品中仍然存在亚硫酸铵，作为复合肥生产的原料会产生二氧化硫 排放，影响复合肥的生产，对环境不利。双氧水-氨法脱硫技术的发明彻底解决了硫酸尾气排放及副产物的综合利用问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种硫酸尾气脱硫装置，通过塔内多层喷淋清洗除雾装置和防堵塞设计，将脱硫、清洗、除雾三项功能集于一塔，运转设备少，电耗低节能，塔内循环溶液均为亚硫酸铵和亚硫酸氢铵，可达到较高的脱硫效率，使硫酸生产尾气脱硫达标排放及副产物综合处理利用。

本发明的另一个目的是提供一种硫酸尾气脱硫方法， 通过塔外二次双氧水氧化的方法，使亚硫酸铵溶液与双氧水通过空气的搅动充分反应，亚硫酸铵的氧化率可达到98％以上，切实确保了副产品硫酸铵溶液的品质，杜绝了脱硫塔堵塞现象的发生，降低了循环泵的动力消耗，保证较低的尾气排放温度。

本发明采用的技术方案：一种硫酸尾气脱硫装置，主要是在脱硫塔底部接有尾气总管，尾气总管上接有进液管和进水管，脱硫塔上接有进水管，脱硫塔底部接入出液管并接入循环泵，循环泵通过管道接入混合器，混合器通过管道接入一级氧化槽并接入二级氧化槽；

所述脱硫塔内，脱硫塔下部设置有喷淋头一，中部设置升气帽，升气帽上方设置有喷淋头二，脱硫塔上部设置有多层喷淋头，脱硫塔顶部安装有除雾器，所述除雾器上方设置有清洗喷头；

所述混合器上通过管道接有氨水泵并接入氨水槽，所述氨水泵接入脱硫塔底部；

所述一级氧化槽和二级氧化槽上通过管道并联接有双氧水泵并接入双氧水槽。

所述升气帽内安装有帽杆，帽杆固定在脱硫塔底部，升气帽直径小于脱硫塔内径。

所述一级氧化槽和二级氧化槽上通过管道分别接有一级循环泵和二级循环泵。

所述进水管分别接入脱硫塔内的喷淋头一、喷淋头二、多层喷淋头、除雾器。

一种硫酸尾气脱硫的方法，其工艺步骤如下：

（1）吸收：硫酸尾气经尾气总管输送至脱硫塔下部，脱硫塔下部尾气在塔内自下而上运行，尾气中的二氧化硫与喷入的亚硫酸铵溶液进行反应，未反应的亚硫酸铵溶液与反应生成的亚硫酸氢铵混合溶液一起进入脱硫塔下部，尾气在喷淋层内脱硫后向上；尾气通过升气帽进入湍球清洗层，去除尾气中少量微米级亚硫酸氢铵、硫酸铵和微小固体颗粒以及游离氨，尾气在清洗层清洗后向上；尾气进入除雾层，除雾器上部设置的清洗喷头除去尾气中夹带的雾滴，并清洗除雾器、并对尾气中夹带的氨和二氧化硫再次吸收。

（2）调节：脱硫塔塔底溶液经循环泵反复循环后，生成一定浓度的亚硫酸氢铵和亚硫酸铵的混合溶液，当溶液总浓度达到25—35%左右时，部分混合溶液经过循环泵送至静态混合器。在静态混合器中，通过控制氨水的加入量调节混合溶液的PH值，将溶液中的亚硫酸氢铵全部转化为亚硫酸铵。

（3）氧化：将静态混合器中亚硫酸铵溶液，送入一、二级氧化槽进行两级氧化，亚硫酸铵被快速氧化生成硫酸铵，送入硫酸铵溶液槽。

所述步骤（3）中，一级氧化槽中加入等质量双氧水中和，使亚硫酸铵被快速氧化生成硫酸铵，所述二级氧化槽中加入微过量双氧水使其静置稳定。

所述步骤（3）中，亚硫酸铵经过氧化、静置转化率达到98%以上，硫酸铵溶液浓度在280—420g/L之间，生产浓度为25~35%硫酸铵溶液。

所述步骤（3）中，经清洗和除雾后的尾气温度降到30℃左右，硫酸尾气出口SO₂浓度≤200mg/Nm³，氨含量≤10mg/Nm³，雾状液滴≤75 mg/Nm³。

本发明技术方案的有益效果在于：

1、本发明硫酸尾气脱硫装置采用塔内尾气三层喷淋清洗及一层除雾的方法高效脱硫，脱硫塔下部尾气的二氧化硫与喷入的亚硫酸铵溶液进行反应，第一层尾气进入喷淋层内脱硫后向上；第二层尾气通过升气帽进入湍球清洗层，去除尾气中少量微米级亚硫酸氢铵、硫酸铵和微小固体颗粒以及游离氨，第三层尾气进入清洗层清洗后向上，最后尾气进入除雾层，除雾器上部设置的清洗喷头除去尾气中夹带的雾滴，并清洗除雾器、并对尾气中夹带的氨和二氧化硫再次吸收，气液两相接触面积大，脱硫效率高，操作弹性大。

2、本发明硫酸尾气脱硫装置采用高效脱硫和防堵塞设计，始终保持脱硫塔内溶液PH值在合适的范围内，有利于对二氧化硫的循环吸收，提高装置的脱硫效率；避免了硫酸铵在塔内的形成，塔内循环溶液均为亚硫酸铵和亚硫酸氢铵，循环液中的有效吸收成分大大增加，有利于提高吸收效率，降低溶液循环量及系统电耗；合理控制循环溶液中亚硫酸铵的浓度为20%左右，从根本上杜绝了塔内结晶的形成，避免了塔内结晶堵塔和堵塞管道、喷头，也降低了循环溶液中含有结晶对管道和设备的磨损，大大提高了设备的稳定运行周期。

3、本发明硫酸尾气脱硫装置采用双级喷射再生氧化法，脱硫塔下部尾气中的二氧化硫与喷入的亚硫酸铵溶液进行反应，喷射器内液体高速流动形成的负压将空气吸入后通过空气搅动氧化亚硫酸铵，提高了亚硫酸铵氧化成硫酸铵的机率，亚硫酸铵的氧化率≥98%，确保了副产品硫酸铵溶液的品质，优于塔内的空气曝气氧化，氧化后的硫酸铵产品中亚硫酸铵成分含量很低，硫酸铵产品回收率高且品质纯正，杜绝了脱硫塔堵塞现象的发生，保证较低的尾气排放温度，，较好地解决了氨法脱硫的气氨逃逸和尾气拖白问题。

4、本发明硫酸尾气脱硫装置采用塔外二次双氧水氧化的方法，单独设置一级、二级氧化槽，将塔内一定浓度的亚硫酸铵溶液送往塔外氧化成硫酸铵，该工艺脱硫塔内部溶液为亚硫酸铵、亚硫酸氢铵及氨水的混合溶液，基本不含硫酸铵，不影响对尾气中二氧化硫的吸收。

5、本发明硫酸尾气脱硫装置采用塔外氧化流程，避免塔内氧化流程需要较大的液气比，较大的循环溶液量，循环泵的电耗也较高，设置较大功率的氧化风机，塔外氧化技术方案大大降低了脱硫液的循环量，无需氧化风机，将脱硫、清洗、除雾三项功能集于一塔，运转设备少，电耗低节能，脱硫装置塔内溶液均是吸收二氧化硫的有效成分，可达到较高的脱硫效率。

6、本发明硫酸尾气脱硫装置采用优化操作控制方法，通过控制加入静态混合器中氨水的加入量来调节混合溶液的PH值，以PH值控制氨水流量，以液位控制尾气总管喷淋水流量，以最终产品密度控制产品硫酸铵流量；同时氨水直接加入脱硫塔底部，一方面与脱硫塔内循环液中的亚硫酸氢铵反应生成亚硫酸铵，另一方面主要是控制循环液的PH值；各项数据采用现场和DCS双系统指示，控制指标均接入DCS控制系统，具有很好的稳定性和安全性，可实现完全的自动化运行，操作简单。

附图说明

图1为本发明一种硫酸尾气脱硫装置及工艺方法流程图。

图2为本发明一种硫酸尾气脱硫方法工艺流程图。

尾气总管101、脱硫塔102、进液管103、进水管104、进水管105、出液管106、循环泵107、喷淋头一108、升气帽109、喷淋头二110、多层喷淋头111、除雾器112、清洗喷头113、帽杆114、混合器201、氨水泵202、氨水槽203、一级氧化槽301、二级氧化槽302、双氧水泵303、双氧水槽304、一级循环泵305、二级循环泵306。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进一步说明。

一种硫酸尾气脱硫方法工艺流程，硫酸尾气总管101上接有亚硫酸铵溶液进液管103和进水管104，脱硫塔102底部接有硫酸尾气总管101，脱硫塔102上接有进水管105，脱硫塔102底部接入出液管106并接入循环泵107，循环泵107通过管道接入混合器201，混合器201上通过管道接有氨水泵202并接入氨水槽203，同时氨水泵201接入脱硫塔102底部；混合器201通过管道接入一级氧化槽301并接入二级氧化槽302，一级氧化槽301和二级氧化槽302上通过管道并联接有双氧水泵303并接入双氧水槽304。

1、脱硫塔结构及材料，脱硫塔102内，脱硫塔102下部设置有喷淋头一108，中部设置升气帽109，升气帽109内安装有帽杆114，帽杆114固定在脱硫塔102底部，升气帽109直径小于脱硫塔102内径；升气帽109上方设置有喷淋头二110，脱硫塔102上部设置有多层喷淋头111，脱硫塔102顶部安装有除雾器112，所述除雾器112上方设置有清洗喷头113。

脱硫塔102外壳采用整体玻璃钢材质，材料乙烯基树脂并部分采用了特种耐高温树脂，脱硫塔配有无泄漏人孔和观察孔，人孔上装有手柄易开易关尺寸至少是DN500，观察镜易于更换且内部清洗措施。

脱硫塔的气体进口采用与水平夹角30°方向进入，气体及夹带的亚硫酸氢铵溶液喷射到塔底的液面上，避免了直接喷射到塔壁而造成的冲刷损害。

2、脱硫塔102下部设置有喷淋头一108，喷淋头一108下分布洗涤段，由开孔率为32%的分布板组成，分布板使脱硫塔内向上的尾气均匀分布，使得该段的气液传质增加，将尾气中的杂质捕集下来，加大吸收二氧化硫。

3、 脱硫塔102内部亚硫酸铵溶液喷淋装置，由升气帽109及喷淋头二110吸收段组成，喷淋装置的设计合理分布的喷淋量，将利用计算机进行模拟使烟气流向均匀，并确保亚硫酸铵溶液与烟气充分接触和反应。喷淋管材料选用耐腐、耐磨的复合材料，由乙烯基树脂、玻璃纤维和316L不锈钢构成。

在脱硫塔102的主吸收段即喷淋吸收段，被均匀分布的尾气，与脱硫塔喷淋层均匀多层喷淋头111雾化喷下的亚硫酸铵溶液逆流接触，尾气中的二氧化硫等酸性气体和亚硫酸铵溶液反应生成亚硫酸氢铵落入塔底；同时尾气中的夹带氨也被喷淋洗涤下来。

4、脱硫塔气液分离装置

气液分离装置，即除雾器112安装在脱硫塔102顶部，除雾器112上方设置有清洗喷头113用以分离净烟气夹带的雾滴，除雾器出口尾气雾滴不大于75mg/Nm³（干基），除雾器材料采用增强聚丙稀，能承受高速水流冲刷。

5、混合器201上通过管道接有氨水泵202并接入氨水槽203，同时氨水泵201接入脱硫塔102底部；一级氧化槽301和二级氧化槽302上通过管道并联接有双氧水泵303并接入双氧水槽304。

硫酸尾气经尾气总管101输送至脱硫塔102，进入脱硫塔102下部的尾气在塔内自下而上运行，在脱硫塔内尾气中的二氧化硫与喷入的亚硫酸铵溶液进行反应，生成亚硫酸氢铵溶液，有三氧化硫、酸雾与氨水生成硫酸铵等；未反应的亚硫酸铵溶液与反应生成的亚硫酸氢铵混合溶液一起随进入脱硫塔102下部，尾气经第一层喷淋头一108喷淋脱硫后向上。

尾气在喷淋层内脱硫后，通过升气帽109进入脱硫塔第二层为湍球清洗层，经喷淋头二110喷淋清洗，去除尾气中少量微米级亚硫酸氢铵、硫酸铵和微小固体颗粒以及游离氨，解决气溶胶、氨逃逸和尾气拖白。

尾气进入第三层为除雾层，尾气经多层喷淋头111喷淋清洗进入除雾器112，除雾器112除去尾气中夹带的雾滴，除雾器112上部设有清洗喷头113，不仅可以清洗除雾器、预防堵塞，而且可以对尾气中夹带的氨和二氧化硫再次吸收，降低其尾气排出中的含量，经清洗和除雾后的尾气温度降到30℃左右经烟囱排放到大气。经过脱硫、洗涤、除雾，硫酸尾气出口二氧化硫浓度小于200mg/Nm³，氨含量小于10mg/Nm³，雾状液滴小于75 mg/Nm³。

脱硫塔102塔底溶液经循环泵107反复循环后，生成一定浓度的亚硫酸氢铵和亚硫酸铵的混合溶液，当亚硫酸铵溶液浓度达到25—35%左右时，部分混合溶液经过循环泵107送至混合器201。在混合器201中，通过控制氨水的加入量来调节混合溶液的PH值，将溶液中的无效组分亚硫酸氢铵全部转化为亚硫酸铵，后继续送入，一级氧化槽301和二级氧化槽302进行两级氧化。一级氧化槽301加入双氧水中和，使亚硫酸铵被快速氧化生成硫酸铵，二级氧化槽302加入微过量双氧水使其静置稳定。反应方程式如下：

2(NH₄)₂SO₃ + H₂O₂= 2(NH₄)₂SO₄ + H₂O

经过氧化、静置，亚硫酸铵的转化率达到98%以上，硫酸铵溶液浓度在280—420g/L之间，送入硫酸铵溶液槽，至此回收过程完成。

氨法脱硫是一个典型的化学吸收过程，包括两个具体步骤：

(1) 吸收：SO₂+2NH₃+H₂O =(NH₄)₂SO₃

SO₂+(NH₄)₂SO₃+H₂O = 2NH₄HSO₃

NH₃+NH₄HSO₃ =(NH₄)₂SO₃

SO₃+H₂O=H₂SO₄

H₂SO₄+2NH₃·H₂O=(NH₄)₂SO₄+2H₂O

(2) 氧化：2(NH₄)₂SO₃+ H₂O₂ = 2(NH₄)₂SO₄+ H₂O

总反应为：SO₂＋2NH₃＋H₂O₂＝(NH₄)₂SO₄ (液体)。

Claims (8)

1.一种硫酸尾气脱硫装置，其特征在于：脱硫塔（102）底部接有尾气总管（101），尾气总管（101）上接有进液管（103）和进水管（104），脱硫塔（102）上接有进水管（105），脱硫塔（102）底部接入出液管（106）并接入循环泵（107），循环泵（107）通过管道接入混合器（201），混合器（201）通过管道接入一级氧化槽（301）并接入二级氧化槽（302）；

所述脱硫塔（102）内，脱硫塔（102）下部设置有喷淋头一（108），中部设置升气帽（109），升气帽（109）上方设置有喷淋头二（110），脱硫塔（102）上部设置有多层喷淋头（111），脱硫塔（102）顶部安装有除雾器（112），所述除雾器（112）上方设置有清洗喷头（113）；

所述混合器（201）上通过管道接有氨水泵（202）并接入氨水槽（203），所述氨水泵（202）接入脱硫塔（102）底部；

所述一级氧化槽（301）和二级氧化槽（302）上通过管道并联接有双氧水泵（303）并接入双氧水槽（304）。

2.根据权利要求1所述的一种硫酸尾气脱硫装置，其特征在于：所述升气帽（109）内安装有帽杆（114），帽杆（114）固定在脱硫塔（102）底部，升气帽（109）直径小于脱硫塔（102）内径。

3.根据权利要求1所述的一种硫酸尾气脱硫装置，其特征在于：所述一级氧化槽（301）和二级氧化槽（302）上通过管道分别接有一级循环泵（305）和二级循环泵（306）。

4.根据权利要求1所述的一种硫酸尾气脱硫装置，其特征在于：所述进水管（105）分别接入脱硫塔（102）内的喷淋头一（108）、喷淋头二（110）、多层喷淋头（111）、除雾器（112）。

5.根据权利要求1所述的一种硫酸尾气脱硫的方法，其工艺步骤如下：

（1）吸收：硫酸尾气经尾气总管输送至脱硫塔下部，脱硫塔下部尾气在塔内自下而上运行，尾气中的二氧化硫与喷入的亚硫酸铵溶液进行反应，未反应的亚硫酸铵溶液与反应生成的亚硫酸氢铵混合溶液一起进入脱硫塔下部，尾气在喷淋层内脱硫后向上；尾气通过升气帽进入湍球清洗层，去除尾气中少量微米级亚硫酸氢铵、硫酸铵和微小固体颗粒以及游离氨，尾气在清洗层清洗后向上；尾气进入除雾层，除雾器上部设置的清洗喷头除去尾气中夹带的雾滴，并清洗除雾器、并对尾气中夹带的氨和二氧化硫再次吸收；

（2）调节：脱硫塔塔底溶液经循环泵反复循环后，生成一定浓度的亚硫酸氢铵和亚硫酸铵的混合溶液，当溶液总浓度达到25—35%左右时，部分混合溶液经过循环泵送至静态混合器；

在静态混合器中，通过控制氨水的加入量来调节混合溶液的PH值，将溶液中的亚硫酸氢铵全部转化为亚硫酸铵；

（3）氧化：将静态混合器中的亚硫酸铵溶液送入一、二级氧化槽进行两级氧化，亚硫酸铵被快速氧化生成硫酸铵，送入硫酸铵溶液槽。

6.根据权利要求5所述的一种硫酸尾气脱硫的方法，其特征在于：所述步骤（3）中，一级氧化槽中加入等质量双氧水中和，使亚硫酸铵被快速氧化生成硫酸铵，所述二级氧化槽中加入微过量双氧水使其静置稳定。

7.根据权利要求6所述的一种硫酸尾气脱硫的方法，其特征在于：所述步骤（3）中，亚硫酸铵经过氧化、静置转化率达到98%以上，硫酸铵溶液浓度在280—420g/L之间，生产浓度为25~35%硫酸铵溶液。

8.根据权利要求5所述的一种硫酸尾气脱硫的方法，其特征在于：所述步骤（3）中，经清洗和除雾后的尾气温度降到30℃左右，硫酸尾气出口二氧化硫浓度≤200mg/Nm³，氨含量≤10mg/Nm³，雾状液滴≤75 mg/Nm³。