CN106310943A - 一种亚硫酸钠脱硫液再生及回收二氧化硫装置与应用 - Google Patents

一种亚硫酸钠脱硫液再生及回收二氧化硫装置与应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种亚硫酸钠脱硫液再生及回收二氧化硫装置与应用，装置包括呈同心圆设置的再生器内筒及再生器外筒、位于再生器内筒与再生器外筒之间的内外筒环隙、设置于再生器外筒底部的再生液储存槽、与再生液储存槽相连通的结晶槽、设置于再生器外筒顶部的再生SO2混合气出口以及与再生SO2混合气出口相连通的冷凝除湿器，再生器内筒、内外筒环隙及再生器外筒共同构成气升式内循环结构再生器；装置用于一级脱硫塔脱硫液的再生循环利用。与现有技术相比，本发明利用热蒸汽与氮气联合气提为动力，采用气升式大通量内循环SO2再生装置(不需要增设循环泵)，增加其对浆液或过饱和循环溶液再生的适应性，可明显降低再生温度和能量消耗。

Description

一种亚硫酸钠脱硫液再生及回收二氧化硫装置与应用
技术领域
本发明属于环境保护大气污染控制技术与装备领域，涉及一种烟气脱硫及循环再生装置及其应用，尤其是涉及一种亚硫酸钠脱硫液再生及回收二氧化硫装置与应用。
背景技术
二氧化硫是造成光化学烟雾和酸雨污染的主要大气污染物。在我国，电力、化工、金属冶炼等工业行业使用的燃煤锅炉和窑炉排放烟气量大，且烟气中含有大量的二氧化硫污染物。因此，工业燃煤和生产产生的烟气必须进行脱硫处理达标后才能排放。
目前，针对燃煤烟气脱硫和工业窑炉废气脱硫工艺的报道很多，工程上比较成熟常用的是石灰石-石膏法、双碱法等。虽然，石灰石价格低廉，但进入脱硫系统前需要磨制成粉状并制成浆液，对于烟气量不大、含硫浓度高的工业烟气来说，建设成本和运行成本均较高，难以在工业窑炉烟气脱硫领域普遍应用。同时可以注意到，对于含中高浓度二氧化硫的烟气具备较好的回收价值。目前，市场上开发的回收型脱硫技术主要有亚硫酸钠-亚硫酸氢钠循环法(Wellman-Lord法)、柠檬酸钠法、离子液体法以及活性焦(碳)法。
专利CN1660474A公开了一种钠-钙双减法脱硫技术，以质量百分比为5～15％的亚硫酸钠溶液为脱硫剂，通过石灰石与脱硫废液中的亚硫酸氢钠反应使脱硫剂得到再生，但该方法不能解决固体硫酸钙废物的问题。
专利CN101254392A通过加热脱硫废液，使废液中的亚硫酸氢钠分解生成亚硫酸钠和二氧化硫，释放出的二氧化硫经提纯后用于制备液态产品，该方法的缺点是富液再生效率低和系统能耗很高。
专利CN101444699A通过改进增加了亚硫酸钠溶液三效蒸发结晶系统和硫酸钠电解系统，可以回收无水Na2SO3、H2SO4和NaOH，但仍然存在再生效率低和能耗高等问题。
专利CN102049186A公开了一种含高浓度二氧化硫烟气脱硫技术，该方法采用Na2SO3溶液做脱硫剂，通过加热回收SO2，其特点在于烟气在进入吸收塔之前先进入脱氧系统，通过喷淋NaOH(或Na2CO3)溶液吸收一定量的SO2，同时向循环溶液中加入一定量具有催化功能的铜、锰、铁、钴、锌的硫酸盐中的一种或几种，使烟气中的残余氧气与吸收的SO2反应达到脱氧的目的。上述技术方案的优点是在后续的吸收、再生阶段不发生氧化反应，无Na2SO4废液外排，但其缺点是虽然在吸收再生阶段不消耗碱液，不外排Na2SO4废液，但这些过程都发生在前面的脱氧系统，本质上并没有减少系统的碱耗、能耗和废液外排量。
总体来说，传统的亚硫酸钠-亚硫酸氢钠循环法在SO2吸收及再生过程中伴随着许多副反应，从而降低了Na2SO3的吸收能力，导致Na2SO3的大量损耗并降低脱硫效率，所生产的Na2S2O3虽然可以再生，但其在有氧的情况下，更容易被氧化为Na2SO4，导致再生效率低，能耗高等问题。虽然，亚硫酸钠-亚硫酸氢钠循环法在我国还未得到很好的应用，但其的确是一种实际应用价值较高的技术，具有进行开发的必要性和应用潜力。因此，研究亚硫酸钠法脱硫过程中脱硫液再生并回收二氧化硫的装置及其应用方法非常必要。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种高效、稳定、低耗并具有资源循环利用功能的亚硫酸钠脱硫液再生回收二氧化硫装置与应用。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种亚硫酸钠脱硫液再生及回收二氧化硫装置，该装置包括呈同心圆设置的再生器内筒及再生器外筒、位于再生器内筒与再生器外筒之间的内外筒环隙、设置于再生器外筒底部的再生液储存槽、与再生液储存槽相连通的结晶槽、设置于再生器外筒顶部的再生SO2混合气出口以及与再生SO2混合气出口相连通的冷凝除湿器，所述的再生器内筒、内外筒环隙及再生器外筒共同构成气升式内循环结构再生器。
所述的再生器内筒中由下而上依次设有蒸汽喷射口、氮气气提喷射口以及旋流叶片。
所述的蒸汽喷射口共设有4-6个，呈圆盘形均匀布设在再生器内筒底部，并且所述的蒸汽喷射口的喷嘴朝上设置。热蒸汽可以推动内筒中的液体向上运动，并且使液体快速升温，促进溶液中的亚硫酸氢根的分解，释放SO2。
所述的氮气气提喷射口的喷嘴朝上设置，并设置在再生器内筒中部，可增加气提程度，也有利于增加液-气相SO2解吸的驱动力，使液相中的SO2充分释放。
所述的旋流叶片设置于再生器内筒顶部，使从再生器内筒顶部流出的气流发生旋转，避免其过量夹带液末。
所述的内外筒环隙中部设有开口朝下的进液口。
作为优选的技术方案，所述的内外筒环隙的间隙为0.3-0.5m，在热蒸汽和氮气作用下使再生器内筒与再生器外筒的液体发生循环和混合。
一种亚硫酸钠脱硫液再生及回收二氧化硫装置的应用，所述的装置用于一级脱硫塔脱硫液的再生循环利用。
所述的一级脱硫塔中由下而上依次设有脱硫液循环槽、脱硫液喷淋器、管束式除雾器及烟气出口，所述的脱硫液循环槽底部通过再生液回流管与再生液储存槽相连通，上部通过第一循环支路、第二循环支路分别与脱硫液喷淋器、进液口相连通。
所述的装置进行脱硫液再生回收二氧化硫的方法具体包括以下步骤：
步骤(1)：除尘后的含硫烟气从一级脱硫塔下部的烟气进口进入脱硫塔，通过与脱硫液喷淋器喷出的Na2SO3-NaHSO3混合脱硫液逆气流接触脱硫，然后烟气再经一级脱硫塔顶部的管束式除雾器进行除雾，后从一级脱硫塔顶部的烟气出口进入二级脱硫塔；
步骤(2)：当脱硫液循环吸收后，脱硫液循环槽中NaHSO3质量百分含量达到10-20％时，将脱硫液通过第二循环支路由进液口注入内外筒环隙中，并由再生液回流管向脱硫液循环槽中补充相同量的再生后的脱硫液；
步骤(3)：脱硫液从进液口进入内外筒环隙中，向下流动，从再生器内筒底部进入，并向上行进；热蒸汽则由再生器内筒底部的蒸汽喷射口向上喷射，推动再生器内筒中的脱硫液向上运动，同时对液体进行加热，促进溶液中的NaHSO3分解生成Na2SO3并释放SO2，实现脱硫液的再生；
步骤(4)：从氮气气提喷射口向上喷射氮气，增强气提效果使SO2充分释放，混合气体上行并通过再生器内筒顶部的旋流叶片，进行除雾，随后由再生器外筒顶部的再生SO2混合气出口排出，再经过冷却除湿器后，输送至制酸系统；
步骤(5)：步骤(3)中再生后的脱硫液从再生器内筒顶部溢流至内外筒环隙中，并向下流至再生液储存槽中，而再生液储存槽中再生后的脱硫液一部分经再生液回流管返回至脱硫液循环槽中，另一部分输送至结晶槽中用于回收硫酸钠。
步骤(3)所述的再生器内筒中回收的SO2的体积百分浓度控制为10-60％。
本发明装置对Na2SO3溶液吸收SO2过程中所形成的NaHSO3溶液进行再生的应用原理为：
当脱硫液循环吸收后亚硫酸氢钠达到一定浓度时，从进液口进入再生器的内外筒环隙，热蒸汽由再生器的内筒底部向上喷射，推动内筒中的脱硫液向上运动，同时对液体进行加热，使之快速升温，促进溶液中的亚硫酸氢钠分解生成亚硫酸钠并释放二氧化硫，实现脱硫液的再生；在内筒的中段通入氮气，增强气提效果使二氧化硫充分释放，混合气体上行通过内筒上端的旋流叶片除雾，排出再生器，经过冷却除湿后可送至制酸系统；再生后的脱硫液从内筒顶部溢流至外筒，自上而下流动，并从底部再进入内筒，从而实现溶液在内筒及内外筒环隙间的大流量循环和混合，使溶液得到充分再生和二氧化硫的充分释放。
与现有技术相比，本发明具有以下特点：
1)利用热蒸汽与氮气联合气提为动力，采用气升式大通量内循环SO2再生装置(不需要增设循环泵)，增加其对浆液或过饱和循环溶液再生的适应性，也可防止循环液中的颗粒物在再生器中的沉积或结垢现象；
2)本发明再生器装置回收的SO2浓度控制在10-60％，则NaHSO3-Na2SO3-SO2的解吸气液平衡可明显向有利于再生方向解吸，由此可明显降低再生温度和能量消耗。
附图说明
图1为本发明整体结构示意图；
图2为本发明用于一级脱硫塔脱硫液的再生循环利用的工艺流程示意图；
图中标记说明：
1、进液口；2、再生器外筒；3、再生器内筒；4、内外筒环隙；5、蒸汽喷射口；6、氮气气提喷射口；7、旋流叶片；8、再生SO2混合气出口；9、再生液储存槽；10、冷凝除湿器；11、结晶槽；12、烟气进口；13、脱硫液喷淋器；14、管束式除雾器；15、脱硫液循环槽；16、烟气出口；17、再生液回流管；18、第一循环支路；19、第二循环支路。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1：
如图1所示，一种亚硫酸钠脱硫液再生及回收二氧化硫装置，该装置包括呈同心圆设置的再生器内筒3及再生器外筒2、位于再生器内筒3与再生器外筒2之间的内外筒环隙4、设置于再生器外筒2底部的再生液储存槽9、与再生液储存槽9相连通的结晶槽11、设置于再生器外筒2顶部的再生SO2混合气出口8以及与再生SO2混合气出口8相连通的冷凝除湿器10，再生器内筒3、内外筒环隙4及再生器外筒2共同构成气升式内循环结构再生器
再生器内筒3中由下而上依次设有蒸汽喷射口5、氮气气提喷射口6以及旋流叶片7。
蒸汽喷射口5共设有4-6个，呈圆盘形均匀布设在再生器内筒3底部，并且蒸汽喷射口5的喷嘴朝上设置。热蒸汽可以推动内筒中的液体向上运动，并且使液体快速升温，促进溶液中的亚硫酸氢根的分解，释放SO2。
氮气气提喷射口6的喷嘴朝上设置，并设置在再生器内筒3中部，可增加气提程度，也有利于增加液-气相SO2解吸的驱动力，使液相中的SO2充分释放。
旋流叶片7设置于再生器内筒3顶部，使从再生器内筒3顶部流出的气流发生旋转，避免其过量夹带液末。
内外筒环隙4中部设有开口朝下的进液口1。
内外筒环隙4的间隙为0.3-0.5m，在热蒸汽和氮气作用下使再生器内筒3与再生器外筒2的液体发生循环和混合。
本实施例装置对Na2SO3溶液吸收SO2过程中所形成的NaHSO3溶液进行再生的应用原理为：当脱硫液循环吸收后亚硫酸氢钠达到一定浓度时，由进液口1进入内外筒环隙4，热蒸汽由再生器内筒3底部向上喷射，推动再生器内筒3中的脱硫液向上运动，同时对液体进行加热，使之快速升温，促进溶液中的亚硫酸氢钠分解生成亚硫酸钠并释放二氧化硫，实现脱硫液的再生；在再生器内筒3的中段通入氮气，增强气提效果使二氧化硫充分释放，混合气体上行通过再生器内筒3上端的旋流叶片7除雾，排出再生器，经过冷却除湿后可送至制酸系统；再生后的脱硫液从再生器内筒3顶部溢流至内外筒环隙4，自上而下流动，并从底部再进入再生器内筒3，从而实现溶液在再生器内筒3及内外筒环隙4间的大流量循环和混合，使溶液得到充分再生和二氧化硫的充分释放。
如图2所示，本实施例亚硫酸钠脱硫液再生及回收二氧化硫装置用于一级脱硫塔脱硫液的再生循环利用。
其中，一级脱硫塔中由下而上依次设有脱硫液循环槽15、脱硫液喷淋器13、管束式除雾器14及烟气出口16，脱硫液循环槽15底部通过再生液回流管17与再生液储存槽9相连通，上部通过第一循环支路18、第二循环支路19分别与脱硫液喷淋器13、进液口1相连通。
本实施例装置进行脱硫液再生回收二氧化硫的方法具体包括以下步骤：
步骤(1)：除尘后的含硫烟气从一级脱硫塔下部的烟气进口12进入脱硫塔，通过与脱硫液喷淋器13喷出的Na2SO3-NaHSO3混合脱硫液逆气流接触脱硫，然后烟气再经一级脱硫塔顶部的管束式除雾器14进行除雾，后从一级脱硫塔顶部的烟气出口16进入二级脱硫塔；
步骤(2)：当脱硫液循环吸收后，脱硫液循环槽15中NaHSO3质量百分含量达到10-20％时，将脱硫液通过第二循环支路19由进液口1注入内外筒环隙4中，并由再生液回流管17向脱硫液循环槽15中补充相同量的再生后的脱硫液；
步骤(3)：脱硫液从进液口1进入内外筒环隙4中，向下流动，从再生器内筒3底部进入，并向上行进；热蒸汽则由再生器内筒3底部的蒸汽喷射口5向上喷射，推动再生器内筒3中的脱硫液向上运动，同时对液体进行加热，促进溶液中的NaHSO3分解生成Na2SO3并释放SO2，实现脱硫液的再生；
步骤(4)：从氮气气提喷射口6向上喷射氮气，增强气提效果使SO2充分释放，混合气体上行并通过再生器内筒3顶部的旋流叶片7，进行除雾，随后由再生器外筒2顶部的再生SO2混合气出口8排出，再经过冷凝除湿器10后，输送至制酸系统；
步骤(5)：步骤(3)中再生后的脱硫液从再生器内筒3顶部溢流至内外筒环隙4中，并向下流至再生液储存槽9中，而再生液储存槽9中再生后的脱硫液一部分经再生液回流管17返回至脱硫液循环槽15中，另一部分输送至结晶槽11中用于回收硫酸钠。
步骤(3)再生器内筒3中回收的SO2的体积百分浓度控制为10-60％。
实施例2：
利用一外筒半径为500mm，内筒半径为250mm，有效高度为1600mm的同心不锈钢筒体，搭建亚硫酸钠脱硫液再生并回收二氧化硫的再生器作为试验装置。试验所用烟气含二氧化硫浓度为2000mg/Nm3，烟气量为80m3/h，烟气温度为40℃。烟气经过亚硫酸钠-亚硫酸氢钠循环法一级脱硫塔后，将产生的含脱硫循环液按60L/h通入到试验装置进行再生。再生器内筒3底部通入的热蒸汽温度为150度，气量为7m3/h，喷射的氮气气量为5m3/h。脱硫液经过加热释放SO2后，SO2混合气体上行排出试验装置。再生后的脱硫液从再生器内筒3顶部溢流至内外筒环隙4，一部分排入再生液储存槽9用于脱硫塔脱硫，一部分排出试验装置进入结晶槽11回收硫酸钠。检测的再生器尾气中SO2浓度为24％，核算后可知SO2回收效率为92％左右。
实施例3：
采用与实施例2相同的结构处理含有高浓度二氧化硫的烟气的脱硫液，要求对烟气进行同时脱硫除汞。设计烟气量为100Nm3/h，烟气温度为40℃，烟气二氧化硫浓度为5000mg/Nm3。烟气经过亚硫酸钠-亚硫酸氢钠循环法一级脱硫塔后，将产生的含脱硫循环液按75L/h通入到试验装置进行再生。再生器内筒3底部通入的热蒸汽温度为150度，气量为9m3/h，喷射的氮气气量为6m3/h。脱硫液经过加热释放SO2后，SO2混合气体上行排出试验装置。再生后的脱硫液从再生器内筒3顶部溢流至内外筒环隙4，一部分排入再生液储存槽9用于脱硫塔脱硫，一部分排出试验装置进入结晶槽11回收硫酸钠。检测的再生器尾气中SO2浓度为21％，核算后可知SO2回收效率为94％左右。由此可见，使用亚硫酸钠脱硫液再生及回收二氧化硫的装置可以有效再生亚硫酸钠法脱硫的脱硫液，并高效回收二氧化硫资源。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种亚硫酸钠脱硫液再生及回收二氧化硫装置，其特征在于，该装置包括呈同心圆设置的再生器内筒及再生器外筒、位于再生器内筒与再生器外筒之间的内外筒环隙、设置于再生器外筒底部的再生液储存槽、与再生液储存槽相连通的结晶槽、设置于再生器外筒顶部的再生SO2混合气出口以及与再生SO2混合气出口相连通的冷凝除湿器，所述的再生器内筒、内外筒环隙及再生器外筒共同构成气升式内循环结构再生器。
2.根据权利要求1所述的一种亚硫酸钠脱硫液再生及回收二氧化硫装置，其特征在于，所述的再生器内筒中由下而上依次设有蒸汽喷射口、氮气气提喷射口以及旋流叶片。
3.根据权利要求2所述的一种亚硫酸钠脱硫液再生及回收二氧化硫装置，其特征在于，所述的蒸汽喷射口共设有4-6个，呈圆盘形均匀布设在再生器内筒底部，并且所述的蒸汽喷射口的喷嘴朝上设置。
4.根据权利要求2所述的一种亚硫酸钠脱硫液再生及回收二氧化硫装置，其特征在于，所述的氮气气提喷射口的喷嘴朝上设置，并设置在再生器内筒中部。
5.根据权利要求1至4任一项所述的一种亚硫酸钠脱硫液再生及回收二氧化硫装置，其特征在于，所述的内外筒环隙中部设有开口朝下的进液口。
6.如权利要求5所述的一种亚硫酸钠脱硫液再生及回收二氧化硫装置的应用，其特征在于，所述的装置用于一级脱硫塔脱硫液的再生循环利用。
7.根据权利要求6所述的一种亚硫酸钠脱硫液再生及回收二氧化硫装置的应用，其特征在于，所述的一级脱硫塔中由下而上依次设有脱硫液循环槽、脱硫液喷淋器、管束式除雾器及再生SO2混合气出口，所述的脱硫液循环槽底部通过再生液回流管与再生液储存槽相连通，上部通过第一循环支路、第二循环支路分别与脱硫液喷淋器、进液口相连通。
8.根据权利要求7所述的一种亚硫酸钠脱硫液再生及回收二氧化硫装置的应用，其特征在于，所述的装置进行脱硫液再生回收二氧化硫的方法具体包括以下步骤：
步骤(1)：除尘后的含硫烟气从一级脱硫塔下部的烟气进口进入脱硫塔，通过与脱硫液喷淋器喷出的Na2SO3-NaHSO3混合脱硫液逆气流接触脱硫，然后烟气再经一级脱硫塔顶部的管束式除雾器进行除雾，后从一级脱硫塔顶部的烟气出口进入二级脱硫塔；
步骤(2)：当脱硫液循环吸收后，脱硫液循环槽中NaHSO3质量百分含量达到10-20％时，将脱硫液通过第二循环支路由进液口注入内外筒环隙中，并由再生液回流管向脱硫液循环槽中补充相同量的再生后的脱硫液；
步骤(3)：脱硫液从进液口进入内外筒环隙中，向下流动，从再生器内筒底部进入，并向上行进；热蒸汽则由再生器内筒底部的蒸汽喷射口向上喷射，推动再生器内筒中的脱硫液向上运动，同时对液体进行加热，促进溶液中的NaHSO3分解生成Na2SO3并释放SO2，实现脱硫液的再生；
步骤(4)：从氮气气提喷射口向上喷射氮气，增强气提效果使SO2充分释放，混合气体上行并通过再生器内筒顶部的旋流叶片，进行除雾，随后由再生器外筒顶部的再生SO2混合气出口排出，再经过冷却除湿器后，输送至制酸系统；
步骤(5)：步骤(3)中再生后的脱硫液从再生器内筒顶部溢流至内外筒环隙中，并向下流至再生液储存槽中，而再生液储存槽中再生后的脱硫液一部分经再生液回流管返回至脱硫液循环槽中，另一部分输送至结晶槽中用于回收硫酸钠。
9.根据权利要求8所述的一种亚硫酸钠脱硫液再生及回收二氧化硫装置的应用，其特征在于，步骤(3)所述的再生器内筒中回收的SO2的体积百分浓度控制为10-60％。
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