CN105148683A - 烟气中so2净化的负压多级嵌套吸收-解析的柠檬酸盐工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种烟气中SO₂净化的负压多级嵌套吸收-解析的柠檬酸盐工艺，包括：多级吸收；溶液在吸收设备级间梯级利用；吸收液部分在级内循环嵌套使用；多级解析；解析在负压条件下进行。本发明具有吸收剂利用效能提高；工艺介质流程明晰；工艺单元各级设备配置优化；解析推动力大；解析温度低，可采用低品位热源进行加热，解析用热源成本下降；减缓柠檬酸盐(缓冲剂)的热分解；吸收设备体积小；总体吸收剂用量小，输送电耗低；工艺设备少；压力体系一致，操作方便等优点。

Description

烟气中SO2净化的负压多级嵌套吸收-解析的柠檬酸盐工艺

技术领域

本发明属于烟气脱除SO₂的领域，涉及到使用柠檬酸盐溶液作为吸收剂的负压多级嵌套吸收-解析的工艺方法。

背景技术

目前的烟气脱硫技术中，应用较广泛的钙法、镁法、氨法、海水法都属于对脱硫剂不进行再生的吸收——转移法。其主要特点是：均采用脱硫剂吸收烟气中的SO₂；生成的产物不进行再生，而是转移或者抛弃。

1)湿式钙法的脱硫剂采用CaCO₃或者CaO，产物为CaSO₄，总体反应是：

CaO+SO₂+1/2O₂+2H₂O→CaSO₄·2H₂O

2)镁法以MgO浆液为脱硫剂，产物为MgSO₃，总体反应是：

MgO+SO₂→MgSO₃

3)氨法是利用氨液吸收烟气中的SO₂生成亚硫酸铵溶液，并在有氧条件下将亚硫酸铵氧化成硫酸铵，总体反应是：

2NH₃+H₂O+SO₂+1/2O₂→(NH₄)₂SO₄

4)海水法是利用海水的天然碱性吸收烟气中SO₂后排入大海，海水与烟气中的SO₂接触发生以下主要反应：

SO₂(g)+H₂O+1/2O₂＝2H⁺+SO₄ ^2-

这类方法的缺点是形成了事实上的转移污染。

关于柠檬酸盐脱硫法见诸报道的有：

1)美国矿产局于实验室开发的柠檬酸盐溶液吸收烟气中的SO₂——通过化学反应对吸收液进行再生的方法。吸收液再生的产物是可从溶液中分离的硫磺颗粒。溶液再生后循环用于吸收烟气中的SO₂。两步反应是：

吸收：SO₂(g)+H₂O(l)＝HSO₃ ^—+H⁺

吸收液再生：H⁺+HSO₃ ^—+2H₂S＝3S(s)+3H₂O

2)国内金川集团采用了柠檬酸盐溶液吸收烟气中的SO₂并通过加热对吸收液进行再生。

现有技术中的方法均为单级柠檬酸盐溶液吸收工艺，目前，没有使用柠檬酸盐溶液吸收烟气中的SO₂的负压多级嵌套吸收——解析的工艺方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：为以柠檬酸盐溶液为吸收剂的烟气脱SO₂工艺提供负压多级嵌套吸收-解析设备叠加的工艺应用，以降低烟气脱硫装置能耗、减少装置设备重量。

为了更好地理解本发明，在对技术方案进行详细描述之前，需要对本发明描述中所使用的部分术语进行解释。

在本发明中，待脱硫的含硫烟气(简称“烟气”)包括烧结烟气、冶金烟气、电站锅炉烟气等中的一种或多种，所说脱硫是指脱除烟气中的SO₂。

柠檬酸盐溶液，依据在吸收过程中的作用区分为吸收剂和吸收液；“吸收剂”指用于吸收烟气中SO₂的柠檬酸盐溶液；“吸收液”指已经吸收了SO₂的柠檬酸盐溶液。

“吸收液”依据吸收剂应用于所对应的吸收设备的吸收级数和SO₂富集程度区分为“第R级富液、……、第2级富液、直至第1级吸收得到的富液。因此第R级富液、……、第2级富液到第1级富液的SO₂含量依次增加，即从第R级富液、……、第2级富液、到第1级富液吸收SO₂的能力依次降低。

“富液”指送往解析单元的、吸收了SO₂的柠檬酸盐溶液；“贫液”指已经解析出所吸收的SO₂的柠檬酸盐溶液，并依据溶液历经的解析级数和解析程度区分为“第1级贫液”、“第2级贫液”……最后一级解析得到的溶液为“末级贫液”；如果富液仅通过一级解析来脱出所吸收的SO₂，那么一级解析后的溶液就成为“末级贫液”。因此从第1级贫液、第2级贫液、……、到末级贫液的SO₂含量依次减少，即从第1级贫液、第2级贫液、……、到末级贫液吸收SO₂的能力依次提高。

为了更好地解释本发明，在此对各实施例中各种设备、介质和介质特性的代码和编号规则做以下统一的说明。

设备编号由3位数构成。首位数为0～5，分别对应为：0——体化设备内的隔板；1—吸收设备；2—换热设备；3—解析设备；4—流体输送设备；5—塔内液体分布器。吸收设备和解析设备后两位数为吸收设备和解析设备的级数号，对应于吸收或解析流程中的级数依次编号；—体化设备内的隔板、换热设备、流体输送设备和塔内液体分布器依流程顺序依次编号。

介质代码为i，用作下标的标注；i的编号由两位数构成，对工艺中各介质依流程顺序依次编号。

各介质特性用x_i、y_i和F_i描述。x_i为液相介质中的SO₂浓度，单位为g/L；y_i为气相介质中的SO₂浓度，单位为g/m³；F_i为介质的流量，单位为m³/h。i为介质编号。

本发明解决技术问题的技术方案为：

1、多级吸收：吸收单元的吸收装置由多级吸收设备叠加配置组合而成，用以分级吸收净化烟气中的SO₂。以烟气流动方向经过的各级吸收设备依次称为：第1级、第2级……第R级。含SO₂的烟气依次由第1级至最后一级的吸收设备的底部进入，与吸收剂逆流接触，经过多级吸收后排放。

2、溶液在吸收设备级间梯级利用：后一级吸收器排出的吸收液全部作为前一级吸收器的吸收剂使用。例如：二级吸收器中，吸收了烟气中的SO₂的二级吸收液称为第二级富液，全部送往一级吸收器作一级吸收剂。

3、吸收液部分在级内循环嵌套使用，吸收器中富集SO₂的吸收液，可以部分送往该级吸收器的顶部，与解析器送来的贫液汇集成为吸收剂，吸收烟气中的SO₂。最终，减少各级吸收器所需补充吸收剂的量以及需解析再生的吸收液(富液)量。例如：一级吸收器中，吸收了烟气中的SO₂的一级吸收液称为第1级富液，部分送往一级吸收器作为一级吸收剂。

4、多级解析：解析单元的解析装置由多级解析设备叠加配置，用以分级解析富液。以需解析的吸收液的流动方向经过的各级解析设备依次称为：第1级、第2级……第R级。出一级吸收器的富液部分送入第一级解析器解析再生，得到的解析溶液部分送到吸收单元，其余部分再送入后一级解析器进一步解析再生，直至最后一级解析器得到的解析溶液(末级贫液)全部送到吸收单元；各级解析器得到的解析气体(酸汽)由后至前经过前设各级解析器后，所有解析的SO₂气体从第一级解析器顶排出。

5、负压解析：在负压条件下进行解析，解析温度降低。

本发明吸收烟气中SO₂所用的吸收剂为：柠檬酸盐的水溶液。

所述柠檬酸盐通常是柠檬酸钾或柠檬酸钠中的一种；柠檬酸盐在溶液中起缓冲剂作用。

所述吸收-解析单元的设备是一座集成的一体化设备或者是串联的多座。

所述吸收单元中，可以通过吸收液部分在级内循环嵌套使用的方法来调整每级吸收设备的吸收剂浓度和液气比。

所述吸收单元中，从第1级吸收设备开始，所得到的液相和气相的SO₂浓度依次减小。

所述吸收单元中，可对吸收装置中的各级设备应用不同或相同的液气比；液气比如若不相同，则从第1级开始依次减小。

所述R通常为2～4级，优选为2～3级。

当R为3级时，烟气从一级吸收器底部进入，在一级吸收器内部与一级吸收剂逆流接触，脱除部分SO₂；再进入后一级吸收器即：二级吸收器，在二级吸收器内部与二级吸收剂逆流接触。烟气经过多级叠加配置的吸收器达到净化指标后排放。

所述每级吸收设备排出的、所需解析再生的吸收液流量不大于该级所用的吸收剂流量。

所述多级解析中，各级排出解析液的SO₂浓度依次降低，最后1级解析设备排出的吸收剂中SO₂浓度为最低。

所述多级解析中，各级解析器得到的解析气体(酸汽)由后至前经过前设各级解析器后，酸汽中SO₂分压提高；酸汽中所含的水汽则在前级解析器中被冷凝的同时，也为前级解析器提供解析所需的部分热量。

所述多级解析，其级数不多于相配套的多级吸收设备的级数，即：不多于R级(R优选为2～4)。

所述解析单元中，气液两相逆流接触，从第1级解析设备到最后一级，各级所得到的解析液和出口解析气体(酸汽)的SO₂浓度依次减小。

所述解析单元中，解析装置的各级设备的溶液处理负荷均不相同；从第1级开始依次减小。

所述负压解析，负压条件通常为1kPa(a)～99kPa(a)。优选40kPa(a)～85kPa(a)。

本发明与现有技术中柠檬酸盐工艺相比，具有以下优点：

1.第二级及以后级的吸收设备的液气比低于单级吸收工艺，从而使得吸收设备体积减小；吸收剂根据浓度差进行配置，后一级吸收液作为前一级吸收剂梯级利用；并且可在级内循环套用，送往解析单元的富液浓度升高；总体吸收剂用量减小，吸收剂利用效能提高；输送电耗降低。

2.各级解析过程中能耗降低，富液浓度比单级吸收工艺升高，提高了解析推动力：1)吸收液部分在级内循环嵌套使用，第1级解析处理量减少，X_i提高，推动力增加，分离所需解析器理论板数减少，因此解析设备体积、能耗均减小；2)至最末级排出末级贫液X_i等于现有技术，但从第二级至最后级各级处理量(依次)进一步减少，相应解析设备体积减小，进一步降低能耗。

3.出一级吸收器的富液部分送入第一级解析器解析再生，得到的解析溶液部分送到吸收单元，其余部分再送入后一级解析器进一步解析再生，流程简单，工艺设备减少。

4.前一级贫液只有一部分送往下一级解析器，入下一级解析器的SO₂浓度较低，分离所需的理论板数减少，下一级解析器的塔高较低，节约设备投资。

5.整个解析塔的各级解析器为串联操作，压力体系一致，便于操作。

6.根据烟气进出口SO₂浓度，本工艺负压嵌套吸收-解析的级数情况可叠加配置，工艺介质流程明晰；工艺单元各级设备配置优化。

7.负压解析降低了解析温度，降低了需解析的吸收液的加热温度，可采用低品位热源进行加热，解析用热源成本下降，冷却解析液的冷却水量相应减少，也减缓了柠檬酸盐(缓冲剂)的热分解。

附图说明

图1负压多级嵌套吸收-解析工艺流程

图中：

01：入一级吸收器的烟气；02：出一级吸收器烟气；03：出二级吸收器烟气；04：出三级吸收器烟气；05：三级吸收剂；06：入二级吸收器的第3级富液；07：出三级吸收器第3级富液；08：二级吸收剂；09：入一级吸收器的第2级富液；10：一级吸收剂；11：出一级吸收器的第1级富液；12：入一级吸收器的第1级富液；13：送往解析单元的富液；14：入一级吸收器的第1级贫液；15：入二级解析器的第1级贫液；16：入二级吸收器的第2级贫液；17：入三级解析器的第2级贫液；18：末级贫液；19：出三级解析器的酸汽；20：出二级解析器的酸汽；21：出一级解析器的酸汽；

101：一级吸收器；102：二级吸收器；103：三级吸收器；104：一体化吸收塔。

201：第1级贫液冷却器；202：第2级贫液冷却器；203：第3级贫液冷却器；204：第1级贫富液换热器；205：第2级贫富液换热器；206：第3级贫富液换热器；207：一级再沸器；208：二级再沸器；209：三级再沸器；

301：一级解析器；302：二级解析器；303：三级解析器；304：一体化解析塔。

401：第1级富液泵；402：第1级贫液泵；403：第2级贫液泵；404：末级贫液泵；405：第3级富液级内循环泵；406：真空泵。

501：一级吸收器的液体分布器；502：二级吸收器的液体分布器；503：三级吸收器的液体分布器；504：一级解析器的液体分布器；505：二级解析器的液体分布器；506：三级解析器的液体分布器。

001～004：一体化设备内的级间隔板。

具体实施方式

下面结合附图对本发明详细说明，以下仅为本发明的较佳实施例，不能以此限定本发明的范围。即大凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应仍属本发明专利涵盖的范围内。

实施例1(图1)

烟气流程：

经除尘和冷却后的入一级吸收器的烟气01，其y₀₁为10g/m³，F₀₁为200000m³/h(干基)，从一级吸收器101底部进入，在一级吸收器101内与从液体分布器501喷淋而下的一级吸收剂10逆流接触，脱除了部分SO₂后为出一级吸收器烟气02，其y₀₂为2g/m³；烟气02通过设在一级吸收器101和二级吸收器102之间的隔板001进入二级吸收器102的底部，在二级吸收器102内与从液体分布器502喷淋而下的二级吸收剂08逆流接触，脱除了部分SO₂后为出二级吸收器烟气03，其y₀₃为0.5g/m³；烟气03通过设在二级吸收器102和三级吸收器103之间的隔板002进入三级吸收器103的底部，在吸收器103内与液体分布器503喷淋而下的三级吸收剂05逆流接触，脱除了SO₂为出三级吸收器烟气04，由吸收器103顶部排出，其y₀₄为0.05g/m³，F₀₄为200000m³/h(干基)。

吸收液流程:

解析部分

吸收了SO₂并送往解析器的吸收液称为送往解析单元的富液13，其X₁₃为37.62g/L、F₁₃为130m³/h，由第1级富液泵401送入并联的贫富液换热器204、205、206，预热后汇总送入一级解析器301顶部。送往解析单元的富液13在一级解析器301内与上升的解析气体逆流接触的同时，富液13中的SO₂也部分解析出来，溶液中的SO₂浓度下降，溶液得以再生。一级解析器301中再生得到的溶液称为第1级贫液，部分由第1级贫液泵402抽出送往第1级贫富液换热器204冷却后，再由第1级贫液冷却器201冷却到吸收所需的温度，这部分入一级吸收器的第1级贫液14，其X₁₄为30g/L、F₁₄为65m³/h；其余部分的第1级贫液为入二级解析器的第1级贫液15，由一级解析器301底部隔板003上的溢流槽溢流进入二级解析器302进行解析，其X₁₅为30g/L、F₁₅为65m³/h。

入二级解析器的第1级贫液15在二级解析器302内与上升的解析气体逆流接触的同时，第1级贫液15中的SO₂也部分解析出来，溶液中的SO₂浓度下降，溶液得以再生。二级解析器302中再生得到的溶液称为第2级贫液，部分由第2级贫液泵403抽出送往第2级贫富液换热器205冷却后，再由第2级贫液冷却器202冷却到吸收所需的温度，这部分贫液为入二级吸收器的第2级贫液16，其X₁₆为20g/L、F₁₆为40m³/h；其余部分的第2级贫液为入三级解析器的第2级贫液17，由二级解析器302底部隔板004上的溢流槽溢流进入三级解析器303进行解析，其X₁₇为20g/L、F₁₇为25m³/h。

入三级解析器的第2级贫液17在三级解析器303内与上升的解析气体逆流接触的同时，第2级贫液17中的SO₂也部分解析出来，溶液中的SO₂浓度下降，溶液得以再生。三级解析器303中再生得到的溶液称为末级贫液18，由末级贫液泵404抽出送往第3级贫富液换热器206冷却后，再由第3级贫液冷却器203冷却到吸收所需的温度，其X₁₈为6g/L、F₁₈为25m³/h。

吸收部分

末级贫液18和出三级吸收器103的第3级富液07汇集于设在三级吸收器103上部的液体分布器503上，即为三级吸收剂05，其X₀₅为8.22g/L、F₀₅为65m³/h；吸收了SO₂的第3级富液积于隔板002上，一部分由第3级富液级内循环泵405送往三级吸收器103顶部循环套用，该介质为出三级吸收器103的第3级富液07，其X₀₇为9.6g/L、F₀₇为40m³/h；其余的第3级富液为入二级吸收器的第3级富液06，通过设在三级吸收器103底部的隔板002上的溢流槽溢流进入二级吸收器102，其X₀₆为9.6g/L、F₀₆为25m³/h。

入二级吸收器的第3级富液06与入二级吸收器的第2级贫液16汇集于设在二级吸收器102上部的液体分布器502上，即为二级吸收剂08，其X₀₈为16g/L、F₀₈为65m³/h，吸收剂08吸收了烟气中的SO₂成为入一级吸收器的第2级富液09，通过设在二级吸收器102底部的隔板001上的溢流槽溢流进入一级吸收器101，其X₀₉为20.62g/L、F₀₉为65m³/h。

入一级吸收器的第2级富液09与入一级吸收器的第1级贫液14、入一级吸收器的富液12汇集于设在一级吸收器101上部的液体分布器501上，即为一级吸收剂10，其X₁₀为30.66g/L、F₁₀为230m³/h，一级吸收剂10吸收了烟气中的SO₂成为出一级吸收器的富液11，其X₁₁为37.62g/L、F₁₁为230m³/h；富液11由第1级富液泵401，一部分送往设在一级吸收器101顶部的液体分布器501，称为入一级吸收器的富液12，其X₁₂为37.62g/L、F₁₂为100m³/h；其余为送往解析单元的富液13送往解析器再生。

解析气体流程：

各级解析器解析所得的SO₂气体，通过由隔板004、003分隔的三级解析器303、二级解析器302、一级解析器301，最后从一级解析器顶部送往后续工序。从三级解析器303至一级解析器301的出口酸气中SO₂分压逐渐提高；从三级解析器303至一级解析器301的出口解析液X_i逐级增大。

三级解析器303的操作温度是79℃、操作压力是58.38kPa(a)。入三级解析器的第2级贫液17在三级解析器303内解析得到出三级解析器的酸汽19，酸汽19进入二级解析器302，这部分酸汽中所含的水汽在二级解析器302中被冷凝的同时，也为二级解析器302提供解析所需的部分热量。

二级解析器302的操作温度是77℃、操作压力是53.86kPa(a)。入二级解析器的第1级贫液15在二级解析器302内解析出的酸汽与三级解析器303送来的酸汽汇集为出二级解析器的酸汽20，然后进入一级解析器301，这部分酸汽中所含的水汽在一级解析器301中被冷凝的同时，也为一级解析器301提供解析所需的部分热量。

一级解析器301的操作温度是75℃、操作压力是49.34kPa(a)。送往解析单元的富液13在一级解析器301内解析出酸汽与二级解析器302送来的酸汽汇集为出一级解析器的酸汽21，从一级解析器301塔顶排出，经真空泵406送往后续SO₂转化装置。

再沸器207～209为各级解析器提供解析所需的绝大部分热源。

一级吸收器101、二级吸收器102、三级吸收器103可以集成为一体化吸收塔104。

一级解析器301、二级解析器302、三级解析器303可以集成为一体化解析塔304。

该流程的技术特征是：吸收-解析的工艺设备为多级叠加配置；不同SO₂含量的吸收液在流程中依据SO₂含量高低顺序梯级使用、并且可在各级吸收设备中循环套用；富液的解析在负压条件下的较低温度中进行。

实施例1的详细工艺数据说明：

●消耗数据：

冷却水(以进口温度20℃、出口温度20℃计)：130m³/h；电功率：118kW；

蒸汽(以0.4MPa饱和蒸汽计)：8033kg/h。

●实施例的代码编号详情一览表

表格参数说明：

液气比：指在各级吸收设备当中，吸收液的体积流量与烟气的体积流量之比，单位L/m³。

吸收率：指每级吸收设备当中从烟气转移到吸收液的SO₂的质量流量与烟气带入到设备当中的SO₂总质量流量之比。

解析率：指每级解析设备当中从解析液中解析出来的SO₂的质量流量与解析单元解析出来的SO₂总质量流量之比。

气相负荷：指每级解析设备出口的SO₂质量流量，单位kg/h。

设备直径比例：以解析设备单元中最大工作负荷的某级设备直径为基准，记为100；其余各级设备的直径对应于最大设备直径的百分数。

Claims (10)

1.一种烟气中SO₂净化的负压多级嵌套吸收-解析的柠檬酸盐工艺，包括：

a.多级吸收：吸收单元的吸收装置由多级吸收设备叠加配置组合而成，用以分级吸收净化烟气中的SO₂，含SO₂的烟气依次由第1级至最后一级吸收设备的底部进入，与吸收剂逆流接触，经过多级吸收后排放；

b.溶液在吸收设备级间梯级利用：后一级吸收器排出的吸收液全部作为前一级吸收器的吸收剂使用；

c.吸收液部分在级内循环嵌套使用，吸收器中富集SO₂的吸收液，部分送往该级吸收器的顶部，与解析器送来的贫液汇集成为吸收剂，吸收烟气中的SO₂；

d.多级解析：解析单元的解析装置由多级解析设备叠加配置，用以分级解析富液，出一级吸收器的富液部分送入第一级解析器解析再生，得到的解析溶液部分送到吸收单元，其余部分再送入后一级解析器进一步解析再生，直至最后一级解析器得到的解析溶液全部送到吸收单元；各级解析器得到的解析气体由后至前经过前设各级解析器后，所有解析的SO₂气体从第1级解析器顶排出；

e.负压解析：在负压条件下进行解析，解析温度降低。

2.根据权利要求1所述工艺，其特征在于，吸收烟气中SO₂所用的吸收剂为柠檬酸盐的水溶液；优选柠檬酸钾或柠檬酸钠中的一种。

3.根据权利要求1或2所述工艺，其特征在于，负压嵌套吸收-解析单元的设备是一座集成的一体化设备或者是串联的多座。

4.根据权利要求1～3所述任意一种工艺，其特征在于，通过吸收液部分在级内循环嵌套使用调整每级吸收设备的吸收剂浓度和液气比。

5.根据权利要求1～4所述任意一种工艺，其特征在于，吸收装置中的各级设备应用不同或相同的液气比；液气比不相同时，优选从第1级开始依次减小。

6.根据权利要求1～5所述任意一种工艺，其特征在于，多级吸收-解析为2～4级，优选为2～3级。

7.根据权利要求1～6所述任意一种工艺，其特征在于，每级吸收设备排出的所需解析再生的吸收液流量不大于该级所用的吸收剂流量。

8.根据权利要求1～7所述任意一种工艺，其特征在于，解析单元中，气液两相逆流接触，从第1级解析设备到最后一级，各级所得到的解析液和出口解析气体的SO₂浓度依次减小。

9.根据权利要求1～8所述任意一种工艺，其特征在于，解析单元中，解析装置的各级设备的溶液处理负荷均不相同；从第1级开始依次减小。

10.根据权利要求1～9所述任意一种工艺，其特征在于，负压解析的负压条件通常为1kPa(a)～99kPa(a)；优选40kPa(a)～85kPa(a)。