CN106377988A - 一种催化裂化焚烧烟气中二氧化硫的去除回收方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种催化裂化焚烧烟气中二氧化硫的去除回收方法及其装置。该方法流程为：含二氧化硫的烟气和吸附液同时进入旋流喷射吸附器，旋流喷射吸附器中吸收了二氧化硫的含硫吸附液从旋流喷射吸附器的底流口流出至含硫吸附液缓冲罐；溶液循环泵将含硫吸附液抽送至脱附反应器，脱附反应器中利用金属离子催化剂氧化脱附出单质硫，并对其进行分离回收；脱附反应流出物进入催化剂再生器，脱附反应流出物中的多酚物质与空气中的氧气反应生成醌，醌将再生器中被还原的金属离子催化剂氧化复活，使其恢复氧化脱硫能力，完成吸附—脱硫—再生的循环。

Description

一种催化裂化焚烧烟气中二氧化硫的去除回收方法及装置
技术领域
本发明属于石油化工与环保领域，涉及一种催化裂化焚烧烟气中二氧化硫的去除回收工艺及装置，适用于催化裂化焚烧烟气中二氧化硫气体的回收过程。
背景技术
我国大气污染物排放量巨大。据统计，我国SO2年排放量超过2000万吨，居世界首位。SO2是大气污染的重要指标，是酸雨的前体物之一，人体吸入后对眼及呼吸道粘膜有强烈的刺激作用，排入大气后更是会造成严重的资源浪费和空气污染。
研究发现，氨液对二氧化硫有较好的吸收效果，同时吸收产生的副产物为硫酸铵可作为化肥用于农业生产，不但可以给电厂带来经济效益，弥补烟气污染控制费用支出，还能实现二氧化硫的土壤和生物固定。
目前常用的二氧化硫脱除回收方法，艺流程较复杂，在线仪表较多，设备台数较多，操作难度较大，占地空间大，工艺投资高，化速度太慢，副产物多，不适用于小规模的气体处理装置。
用液相脱除气体实质是一个气液传质过程，这需要在气液传质设备中进行。目前，气液传质设备主要有各种填料塔、筛板塔、鼓泡塔，也有较先进的气液强制混合传质的气液静态混合器、旋转式超重力气液传质设备等。这些设备在结构上各有其特点，传质效率也各不相同。本发明根据超重力场中强化传质的有关理论，提出了一种催化裂化焚烧烟气中二氧化硫的去除回收工艺及装置。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种催化裂化焚烧烟气中二氧化硫的去除回收方法及装置。
本发明的具体技术方案是一种催化裂化焚烧烟气中二氧化硫的去除回收方法，其特征在于：
(1)催化裂化焚烧烟气中二氧化硫吸附：含二氧化硫的催化裂化焚烧烟气降温后进入旋流喷射吸附器，同时吸附液(液氨或氢氧化钙溶液)作为吸附液经泵送入旋流喷射吸附器。含二氧化硫烟气从旋流喷射吸附器顶部入口高速切向进入，吸附液(液氨或氢氧化钙溶液等)从吸附器圆筒壁小孔喷入；径向喷入的流线型吸附液被切向高速旋转的烟气持续切割，形成无数吸附液雾滴；经吸收后富含硫的吸附液从旋流喷射吸附器的底部流出，流入含硫吸附液缓冲罐；含少量吸附液的气体从旋流喷射吸附器的顶部流出进入气液聚结分离器，聚结回收的吸附液流入吸附液贮存罐，净化后的气体排入大气；
(2)产物脱附：富含二氧化硫的吸附液经循环泵抽送至脱附反应器中，脱附反应器中利用金属离子催化剂脱附出产物硫，金属离子催化剂被还原，产物硫从脱附反应器顶部溢流口离开，送入后续设备，分离回收单质硫；脱附反应流出物从脱附反应器底部流出；
(3)催化剂再生：脱附反应流出物同空气一起进入催化剂再生器，催化剂再生器中的多酚物质与空气中的氧气结合生成醌，醌将金属离子催化剂氧化复活，恢复氧化脱硫能力，由催化剂再生器顶部溢流口离开，进入脱附反应器，完成工艺的脱硫—再生循环。
优选的，步骤(1)中所述的旋流喷射吸附器可为单级也可为多级串并联。
优选的，步骤(1)中所述的所述的单级旋流喷射吸附器操作压降为1～5kpa。
优选的，步骤(1)中所述的旋流喷射吸附器的旋流圆筒体外壁上轴对称地从上到下开有若干个0.5～5mm水力喷射雾化小孔。
优选的，步骤(1)中所述的脱硫后SO2含量可达20mg/Nm3以下。
优选的，步骤(2)中所述的金属离子催化剂可循环使用。
优选的，步骤(2)中所述的金属离子催化剂中含有离子型表面活性物质，可以降低溶液的表面张力，使单质硫易富集，易析出。
另一方面，本发明提出一种催化裂化焚烧烟气中二氧化硫的回收去除装置，该装置包括：
与液氨贮存罐相连的旋流喷射吸附器，用于吸附催化裂化焚烧炉烟气中的二氧化硫；
与旋流喷射吸附器相连的气液聚结分离器用于气体中吸附液的聚结分离，经气液聚结分离器分离出的液体流入液氨贮存罐，经气液聚结分离器净化的气体排入大气；
与旋流喷射吸附器连接的缓冲罐，用于缓存旋流喷射吸附器中流出的含硫吸附液；与缓冲罐连接的脱附反应器，用于脱附出单质硫并回收；与脱附反应器连接的催化剂再生器，用于失活金属离子催化剂的氧化复活，并进行循环。
本发明的工艺特点如下：
(1)旋流喷射吸附器的多级串并联，可有效提高二氧化硫的去除效果，增加二氧化硫气体处理量。
(2)金属离子催化剂脱硫效率高，再生完全，可长期循环使用。
(3)金属离子催化剂中含有离子型表面活性物质，可以降低溶液的表面张力，使单质硫易富集，易析出。
本发明的装置特点如下：
(1)单级旋流喷射吸附器的脱硫吸附效率在97％以上。
(2)旋流喷射吸附器由空气旋流器和水力喷射雾化室组成，旋流圆筒体外壁上开有小孔，旋流筒体上设置有切向进气管，旋流筒体上部分的外围有一个圆柱状外夹套，与旋流筒体外壁连接构成水力喷射雾化室，水力喷射雾化室上部设置有进液管。
(3)该装置具有传质效率高、结构简单、占地面积小、投资少、成本低、易于装配维修等显著特点。
附图说明
图1是本发明的单级旋流喷射吸附器工艺流程图。
图2是本发明的旋流喷射吸附器内壁喷射示意图。
符号说明：
1气液聚结分离器；2催化裂化焚烧炉；3液氨贮存罐；4泵；
5旋流喷射吸附器；6缓冲罐；7循环泵；8脱附反应器；9催化剂再生器；
具体实施方式
本发明的技术构思如下：
催化裂化焚烧炉(2)中的烟气进入旋流喷射吸附器(5)，与此同时，液氨贮存罐(3)中的液氨经过泵(4)的作用进入旋流喷射吸附器(5)的雾化室。SO2被吸收后的烟气含有少量液滴，从旋流喷射吸附器(5)的溢流口流出后经气液聚结分离器(1)分离后，净化的液体排入空气，回收的液氨进入液氨贮存罐(3)；含有SO2的废液流入缓冲罐，在循环泵(7)的作用下进入脱附反应器(8)，经催化器的作用富集出单质硫并进入下游设备，同时失活的催化剂溶液流出进入催化剂再生器(9)，经空气氧化复活的催化剂再次进入脱副反应器(8)，如此循环。
在本发明的第一方面，提供了一种催化裂化焚烧烟气中二氧化硫的回收去除工艺，该工艺包括：
含二氧化硫的催化裂化焚烧烟气降温后进入旋流喷射吸附器，同时液氨(或氢氧化钙溶液)作为吸附液经泵送入旋流喷射吸附器。含二氧化硫烟气从吸附器顶部入口高速切向进入，液氨(或氢氧化钙溶液)从吸附器圆筒壁小孔喷入；径向喷入的流线型吸附液被切向高速旋转的烟气持续切割，形成无数吸附液雾滴；经吸收后富含硫的吸附液从旋流喷射吸附器的底部流出，流入含硫吸附液缓冲罐；含少量吸附液的气体从旋流喷射吸附器的顶部流出进入气液聚结分离器，聚结回收的吸附液流入吸附液贮存罐，净化后的气体排入大气。
富含二氧化硫的吸附液经循环泵抽送至脱附反应器中，脱附反应器中利用金属离子催化剂脱附出产物硫，金属离子催化剂被还原，产物硫从脱附反应器顶部溢流口离开，送入后续设备，分离回收单质硫；脱附反应流出物从脱附反应器底部流出。
催化剂再生单元：脱附反应流出物同空气一起进入催化剂再生器，催化剂再生器中的多酚物质与空气中的氧气结合生成醌，醌将金属离子催化剂氧化复活，恢复氧化脱硫能力，由催化剂再生器顶部溢流口离开，进入脱附反应器，完成工艺的脱硫—再生循环。
在本发明中，所述的旋流喷射吸附器可为单级也可为多级串并联。
在本发明中，所述的单级旋流喷射吸附器操作压降为1～5kpa。
在本发明中，所述的旋流喷射吸附器的旋流圆筒体外壁上轴对称地从上到下开有若干个0.5～5mm水力喷射雾化小孔。
在本发明中，所述的工艺脱硫后SO2含量可达20mg/Nm3以下。
在本发明中，所述的金属离子催化剂可循环使用。
在本发明中，所述的金属离子催化剂中含有离子型表面活性物质，可以降低溶液的表面张力，使单质硫易富集，易析出。
在本发明的第二方面，提供了一种催化裂化焚烧烟气中二氧化硫回收去除的装置，该装置包括：
液氨贮存罐与旋流喷射吸附器相连，液氨在旋流喷射吸附器的雾化室雾化后，用于吸附催化裂化焚烧炉烟气中的二氧化硫；
与旋流喷射吸附器相连的气液聚结分离器，用于气体中所含吸附液的聚结分离，经气液聚结分离器分离出的液体流入液氨贮存罐，经气液聚结分离器净化的气体排入大气；与旋流喷射吸附器连接的缓冲罐，用于缓存旋流喷射吸附器中流出的含硫吸附液；与缓冲罐连接的脱附反应器，用于脱附出单质硫并回收；
与脱附反应器连接的催化剂再生器，用于失活金属离子催化剂的氧化复活，并进行循环；
在本发明中，单级旋流喷射吸附器的脱硫吸附效率在97％以上；
在本发明中，旋流喷射吸附器由空气旋流器和水力喷射雾化室组成，旋流圆筒体外壁上开有小孔，旋流筒体上设置有切向进气管，旋流筒体上部分的外围有一个圆柱状外夹套，与旋流筒体外壁连接构成水力喷射雾化室，水力喷射雾化室上部设置有进液管；
本发明工艺和装置的优点在于：
采用旋流喷射吸附器多级串联或并联，有效提高去除二氧化硫效果；金属离子催化剂脱硫效率高，再生完全，可循环使用；金属离子催化剂中含有离子型表面活性物质，可以降低溶液的表面张力，使单质硫易富集，易析出；该装置易集成，旋流喷射吸附器、脱附反应器、催化剂再生器直径小，减少了装置的总占地面积和投资费用。
下面结合具体的实施例进一步阐述本发明。但是，应该明白，这些实施例仅用于说明本发明而不构成对本发明范围的限制。下列实施例中未注明具体条件的试验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。除非另有说明，所有的百分比和份数按重量计。
在某石化公司的催化装置焚烧CO焚烧锅炉烟气的处理中，按照本发明的工艺及装置，对烟气进行中的SO2进行去除回收，其具体运作过程及效果描述如下：
1.物料性质及相关参数
催化裂化CO焚烧锅炉烟气的流量为128761Nm3/h，初始温度为160℃，压力为5000Pa，NOX为350mg/Nm3，SO2为1500mg/Nm3，H2O为10.1％。
2.催化裂化焚烧烟气中二氧化硫的旋流喷射去除回收整套装置
该旋流喷射吸附装置为立式，且该套装置由SO2吸附单元、产物脱附单元、催化剂再生单元组成。含SO2的催化裂化焚烧烟气进入旋流喷射吸附装置，与此同时，液氨经循环泵送入旋流喷射吸附器。烟气的SO2被吸收后，经气液聚结分离器净化后排入大气。含SO2的吸附液进入脱附单元，在催化剂的作用下富集出单质硫。与此同时，含有失活的催化剂的溶液进入催化剂再生单元，在氧气的作用下，催化剂复活后再次进入产物托付单元，如此循环。
3.实施过程
含二氧化硫的催化裂化焚烧烟气降温后进入旋流喷射吸附器，同时液氨(或氢氧化钙溶液)作为吸附液经泵送入旋流喷射吸附器。含二氧化硫烟气从吸附器顶部入口高速切向进入，液氨(或氢氧化钙溶液)从吸附器圆筒壁小孔喷入；径向喷入的流线型吸附液被切向高速旋转的烟气持续切割，形成无数吸附液雾滴；经吸收后富含硫的吸附液从旋流喷射吸附器的底部流出，流入含硫吸附液缓冲罐；含少量吸附液的气体从旋流喷射吸附器的顶部流出进入气液聚结分离器，聚结回收的吸附液流入吸附液贮存罐，净化后的气体排入大气。
富含二氧化硫的吸附液经循环泵抽送至脱附反应器中，脱附反应器中利用金属离子催化剂脱附出产物硫，金属离子催化剂被还原，产物硫从脱附反应器顶部溢流口离开，送入后续设备，分离回收单质硫；脱附反应流出物从脱附反应器底部流出。
催化剂再生单元：脱附反应流出物同空气一起进入催化剂再生器，催化剂再生器中的多酚物质与空气中的氧气结合生成醌，醌将金属离子催化剂氧化复活，恢复氧化脱硫能力，由催化剂再生器顶部溢流口离开，进入脱附反应器，完成工艺的脱硫—再生循环。
4.结果分析
通过使用本法发明的催化裂化焚烧烟气中二氧化硫的去除回收设备，烟气中的SO2浓度由1500mg/Nm3及以上降低至20mg/Nm3以下。总体效率在97％以上，大大提高了SO2去除效果与处理量。采用可再生循环的金属离子催化剂，使硫磺单质回收率极大提高。和其他工艺及装置相比，本发明的工艺及装置简化了系统，节省了成本，能产生极大的经济效益。
在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (10)

1.一种催化裂化焚烧烟气中二氧化硫的去除回收方法，其特征在于：
(1)催化裂化焚烧烟气中二氧化硫吸附：含二氧化硫的催化裂化焚烧烟气降温后进入旋流喷射吸附器，同时吸附液作为经泵送入旋流喷射吸附器；含二氧化硫烟气从旋流喷射吸附器的顶部入口高速切向进入，吸附液从吸附器圆筒壁小孔喷入；径向喷入的流线型吸附液被切向高速旋转的烟气持续切割，形成无数吸附液雾滴；经吸收后富含硫的吸附液从旋流喷射吸附器的底部流出，流入含硫吸附液缓冲罐；含少量吸附液的气体从旋流喷射吸附器的顶部流出进入气液聚结分离器，聚结回收的吸附液流入液氨贮存罐，净化后的气体排入大气；
(2)产物脱附：富含二氧化硫的吸附液经循环泵抽送至脱附反应器中，脱附反应器中利用金属离子催化剂脱附出产物硫，金属离子催化剂被还原，产物硫从脱附反应器顶部溢流口离开，送入后续设备，分离回收单质硫；脱附反应流出物从脱附反应器底部流出；
(3)催化剂再生：脱附反应流出物同空气一起进入催化剂再生器，催化剂再生器中的多酚物质与空气中的氧气结合生成醌，醌将金属离子催化剂氧化复活，恢复氧化脱硫能力，由催化剂再生器顶部溢流口离开，进入脱附反应器，完成工艺的脱硫—再生循环。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述的旋流喷射吸附器为单级或为多级串并联。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述的单级旋流喷射吸附器操作压降为1～5kpa。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述的旋流喷射吸附器的旋流圆筒体外壁上轴对称地从上到下开有若干个0.5～5mm水力喷射雾化小孔。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，脱硫后SO2含量达到20mg/Nm3以下。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中所述的金属离子催化剂循环使用。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中所述的金属离子催化剂中含有降低溶液的表面张力，使单质硫易富集，易析出的离子型表面活性物质。
8.一种催化裂化焚烧烟气中二氧化硫的回收去除装置，该装置包括：
与液氨贮存罐(3)相连的旋流喷射吸附器(5)，用于吸附催化裂化焚烧炉(2)烟气中的二氧化硫；与旋流喷射吸附器(5)相连的气液聚结分离器(1)用于气体中吸附液的聚结分离，经气液聚结分离器(1)分离出的液体流入液氨贮存罐(3)，经气液聚结分离器(1)净化的气体排空；与旋流喷射吸附器连接的缓冲罐(6)，用于缓存旋流喷射吸附器(5)中流出的含硫吸附液；与缓冲罐(6)连接的脱附反应器(8)，用于脱附出单质硫并回收；与脱附反应器(8)连接的催化剂再生器(9)，用于失活金属离子催化剂的氧化复活，并进行循环。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，单级旋流喷射吸附器(5)的脱硫吸附效率在97％以上。
10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，旋流喷射吸附器由空气旋流器和水力喷射雾化室组成，旋流圆筒体外壁上开有小孔，旋流筒体上设置有切向进气管，旋流筒体上部分的外围有一个圆柱状外夹套，与旋流筒体外壁连接构成水力喷射雾化室，水力喷射雾化室上部设置有进液管。
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