CN108079767A - 一种吸附回收高含硫量烟气中co2的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种吸附回收高含硫量烟气中CO2的装置，其通过将电石渣溶解在水中先进行脱碳生成碳酸钙，并经沉降池的沉降作用使得碳酸钙和电石渣中的还原性物质进行分离，最后将获得电石渣通入脱硫塔中进行脱硫实现了增浓烟气中二氧化碳浓度以满足使用吸附装置回收二氧化碳的需求，具有很强的经济性。

Description

一种吸附回收高含硫量烟气中CO2的装置
技术领域
本申请涉及一种吸附回收高含硫量烟气中CO2的装置，尤其涉及一种以电石渣为原料对高含硫量烟气进行脱硫脱碳并回收其中CO2的装置。
背景技术
国家对环保越来越重视，开展SO2的治理工作已成为当前许多工厂的重要任务。我国对烟气进行脱硫的工作起步较晚，比较成熟的脱硫工艺技术还比较少，多数停留在积累工程经验阶段。无论是采用CaCO3、CaO或Ca（OH）2，其共同的原理都是通过化学反应，使钙元素以Ca（OH）2形态与烟气中的SO2反应，生成CaSO3和CaSO4。然而，一般的普通火电厂排放的烟气中SO2含量一般低于1%，而对于某些硫化矿冶炼厂其排放的烟气SO2含量一般高于10%，对于这种高含硫量的烟气处理方式目前还不成熟，而对这种高含硫量的烟气进行脱碳的研究更少之更少。常用的烟气脱碳方法有吸附法和吸收法，相对于其他的处理方法，吸附法可以以最低的处理成本回收烟气中的CO2，因此对于大规模脱碳而言是一种最为经济理想的方式。但是现实情况是采用吸附法需要烟气中CO2浓度较高，一般要求15%以上，然而，高含硫量烟气中含碳量一般为8-10%，难以采用吸附法处理烟气中CO2。
而以Ca（OH）2为主要成分的电石渣，每年都会在全国许多大、中型化工企业中大量产生，其易溶于水，长期露天堆放会污染土壤和浅层地下水，使土壤盐渍化和盐碱化，大量电石渣的堆放还挤占宝贵的土地资源。许多公司排往堆放场的电石渣和废水，每年需向环保部门交纳相当费用，电石渣的综合治理已成为许多公司的环保大事。
由于电石渣的主要成分为Ca（OH）2，因此众多企业和科研院所开展了以电石渣为原料进行脱硫的研究工作，但是总体而言，该工作尚处于实验室阶段。其中主要的一个原因是电石渣中含有一定量的还原性离子，尤其是S2-，其对于电石渣的吸收SO2并无较大影响，但是其严重影响亚硫酸根的氧化。针对该问题，杭州天蓝环保设备公司提出了塔外氧化的方法，也有公司提出了往电石渣中添加强氧化剂以氧化硫化物，但是上述方法在实践的效果并不显著。
针对上述技术问题，如何处理工艺以满足使用低成本的吸附装置进行回收烟气中的CO2并实现烟气的脱硫脱碳工作是一项亟待解决的问题。
发明内容
本发明提供了一种吸附回收高含硫量烟气中CO2的装置，其用于将脱硝烟气进行脱硫脱碳处理，该装置包括溶解池、磁选机、脱硫塔、吸附器、脱碳塔、沉降池；其中脱硫塔从上到下依次设置除雾器、喷管、塔内氧化池，塔内氧化池通过外部的浆液循环管道与喷管连接，脱硫塔的顶部出气管道一分为二，其一与吸附器连接，其二与脱碳塔连接；溶解池入口与电石渣粉末输送管道和水供应管道连接，溶解池出口与磁选机入口连接，磁选机出口的脱碳液排出管道与脱碳塔的脱碳液循环管道连接，脱碳塔底部浆液出口与沉降池入口连接，沉降池的底部沉淀出口与脱硫塔的脱硫浆液入口管道连接，沉降池的上部与废水处理装置连接，脱碳塔的顶部出口管道与吸附器的出口管道连接净化气体排放管道。
优选的，脱硫塔的浆液喷管具有向下喷淋的喷淋管和向上喷射的喷射管，其中喷射管的位置不低于喷淋管的位置。
优选的，喷射管为一组，喷淋管为至少两组，优选喷射管的位置与较高位置处的喷淋管处于同一水平面。
优选的，脱碳塔的顶部出口管道与吸附器的出口管道连接精脱碳塔，精脱碳塔的底部连接精沉降池，其中精沉降池的上部与废水处理装置连接。
优选的，精沉降池的底部沉淀出口与脱硫塔的脱硫浆液入口管道连接。
优选的，精沉降池的底部沉淀出口与精碳酸钙产品排出管道连接。
本发明的整体思路是将电石渣进行溶解处理，其中主要成分的Ca(OH)2和还原性物质硫化物均溶于水形成溶液，而不溶于水的铁渣被磁选机脱除，将溶液首先进行脱碳处理使得Ca(OH)2转化为沉淀CaCO3，并经沉降池进行液固分离，而沉淀CaCO3则作为脱硫浆液，而其中的硫化物则进入废水处理系统，从而避免其进入脱硫系统，从根本上解决了其影响亚硫酸钙氧化的技术问题。
当然，将后续脱碳产生的碳酸钙进行脱硫，由于烟气中的SO2被置换为CO2，导致CO2的浓度显著增加，例如当原始烟气中SO2浓度为10%、CO2浓度为8%时，经过碳酸钙的脱硫，烟气中的CO2浓度增加为18%，大于15%，可以采用低成本的吸附装置进行回收CO2。
将脱硫后的烟气一分为二，一部分利用脱碳塔进行脱碳，一部分进入吸附装置进行回收CO2，实质上，进入脱碳塔的烟气实质上是将烟气中的CO2固定在碳酸钙中返回至脱硫塔中进行增浓CO2，而进入吸附塔中的烟气实质上是回收烟气中的CO2。在这里，烟气的一分为二并非绝对的平均分配，而是根据烟气中CO2和SO2的浓度以及实际需求进行控制的，因此在吸附装置和脱碳塔前均设置有控制阀以控制烟气流量的分配。
为了保证烟气脱碳的效果，在并联的吸附装置和脱碳塔后还设置有精脱碳塔，精脱碳塔和脱碳塔所使用的脱碳液均来自于新鲜的电石渣溶液。采用单一的脱硫塔进行脱硫，效果并非完全的百分百脱硫，导致在吸附装置和脱碳塔中依然存在少量或者极少量的SO2会被吸附或者吸收，而进入精脱硫塔的烟气基本不含有SO2，因此在精脱碳塔中生成的碳酸钙纯度高，可以作为精碳酸钙产品排出，也可以作为脱硫塔所用的脱硫剂使用。
在这里使用的吸附装置可以为单个吸附塔，也可以使用多个并联使用的吸附塔。当采用单个吸附塔时，当吸附饱和后，关闭吸附装置前的阀门，使得脱硫后的烟气全部进入脱碳塔中以生成脱硫用碳酸钙，当再生结束后，打开吸附装置前的阀门，使得烟气一部分进入吸附装置回收CO2。当采用多个吸附塔时，由于可以循环吸附塔的吸附、再生，因此无需将吸附装置前的阀门关闭。
烟气中的SO2和CO2浓度并非固定的，因此在沉降器和脱硫塔之间设置有碳酸钙缓冲罐，该碳酸钙缓冲罐上设置有进口和出口以满足根据不同需求将脱碳塔生成的碳酸钙外排或补充外界的碳酸钙产品以满足脱硫需求。
此外，为保证脱硫塔的脱硫效果，本发明采用了“喷淋管+喷射管”的双重喷管组合，其中喷射管的位置不低于喷淋管的位置。为此，脱硫塔的脱硫区域基本分为喷淋区和喷射区，其中，烟气入口位于与最高处的喷淋管之间的区域为喷淋区，喷射管和顶部除雾器之间的距离相当于喷射区，在喷淋区，烟气与喷淋管喷淋的浆液和喷射管喷射的处于下落过程中浆液在的汽液逆向接触，而在喷射区，烟气与喷射管喷射的处于上升过程的浆液的汽液同向接触，由于同向，汽液接触时间长，更能保证脱硫的净化效果。优选的，通入喷淋管和喷射管的浆液来源不同，例如沉降器底部的碳酸钙用于喷淋，而精沉降器或者外部加入的碳酸钙用于喷射。在脱硫塔内汽液接触后，碳酸钙生成亚硫酸钙落入塔底，经氧化风机鼓吹的空气或氧气在塔底氧化装置内氧化成硫酸钙，并进一步经旋流器和石膏脱水器，例如真空皮带脱水机得到石膏产品。
采用上述装置进行回收高含硫量烟气中CO2的方法具有以下步骤：
（1）将电石渣粉末与水在溶解池中搅拌溶解后通入磁选机中进行磁选脱除铁渣得到脱碳液，将脱碳液通入脱碳塔中对烟气进行脱碳处理；
（2）将经过脱硝处理的脱硝烟气注入具有塔内氧化装置的脱硫塔，与脱硫塔上端注入的碳酸钙浆液气液接触后从塔顶排出，汽液接触后的浆液在脱硫塔塔底的塔内氧化装置中被氧化，而未被氧化的浆液则通过浆液循环管道通入喷管中继续脱硫；
（3）从脱硫塔排出的烟气一分为二，其一经压缩机增压后通入吸附器中吸附，其二通入脱碳塔中与脱碳塔上端注入的脱碳液进行汽液接触，反应后的溶液进入沉降池中，未被吸附的气体和未被脱碳液吸收的气体汇合后通过净化气体排放管道排出；
（4）进入沉降池中的溶液进行沉降处理，溶液中的碳酸钙沉淀从底部沉淀出口排出，与水混合后进入脱硫塔的脱硫浆液入口管道中，而从沉降池上部排出的清液则进入废水处理装置进行废水处理。
优选的，进入脱硫塔的烟气先经过喷淋管喷淋的浆液和喷射管喷射的处于下落过程中的浆液汽液接触，再经过喷射管喷射的处于上升过程的浆液的汽液接触。
优选的，未被吸附的气体和未被脱碳液吸收的气体汇合后进入精脱碳塔进行，与精脱碳塔上端注入的脱碳液进行汽液接触，反应后的溶液进入精沉降池中进行沉降处理，从精沉降池上部排出的清液则进入废水处理装置进行废水处理。
优选的，精沉降池的底部排出的碳酸钙沉淀可以通入脱硫塔中进行脱硫，也可以作为精碳酸钙产品排出。
本发明所采用的装置及方法主要应用于高含硫量烟气，其含硫量范围为10-20%，含碳量范围为5-15%。
根据本发明的装置和方法净化烟气有如下优势：
1. 本发明采用电石渣为原料进行脱硫脱碳，实现了以废制废的目的，并通过合理的工艺安排使得电石渣中的硫化物等还原性物质被脱除，避免了其对亚硫酸钙氧化过程的影响。
2. 本发明采用合理的工艺安排，实现了增浓烟气中二氧化碳以满足利用吸附装置回收二氧化碳的目的，成本低，具有很强的经济性。
附图说明
结合附图和实施例对本发明进一步说明：
图1为本发明的一种实施方式。
1- 溶解池，2-磁选机，3-脱硫塔，3-1-塔底氧化池，3-2-喷淋管，3-3-喷射管，3-4-除雾器，4-吸附器，5-脱碳塔，6-沉降池，7-精脱碳塔，8-精沉降池，9-阀Ⅰ，10-阀Ⅱ。
具体实施方式
现在结合附图和实施例对本发明即进一步详细的说明。该附图为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本构造，因此其仅显示与本发明有关的构成。
本实施例所采用的装置如图1所示，一种高含硫量烟气的脱硫脱碳装置，该装置用于将脱硝烟气进行脱硫脱碳处理，该装置包括溶解池1、磁选机2、脱硫塔3、吸附器4、脱碳塔5、沉降池6、精脱硫塔7和精沉降池8；其中脱硫塔从上到下依次设置除雾器3-4、喷射管3-3、喷淋管3-2、塔内氧化池3-1，塔内氧化池3-1通过外部的浆液循环管道与喷射管3-3、喷淋管3-2连接，脱硫塔的顶部出气管道一分为二，其一与吸附器4连接，其二与脱碳塔5连接，在吸附器4前设置有阀Ⅰ9，在脱碳塔5之前设置有阀Ⅱ10；溶解池1入口与电石渣粉末输送管道和水供应管道连接，溶解池1出口与磁选机2入口连接，磁选机2出口的脱碳液排出管道与脱碳塔5的脱碳液循环管道连接，脱碳塔5底部浆液出口与沉降池6入口连接，沉降池6的底部沉淀出口与脱硫塔3的脱硫浆液入口管道连接，沉降池6的上部与废水处理装置连接，脱碳塔5的顶部出口管道与吸附器4的出口管道连接净化气体排放管道。脱碳塔5的顶部出口管道与吸附器4的出口管道连接精脱碳塔7，精脱碳塔7的底部连接精沉降池8，其中精沉降池8的上部与废水处理装置连接。精沉降池8的底部沉淀出口与脱硫塔3的脱硫浆液入口管道连接。在本实施例中，喷射管3-3为一组，喷淋管3-2为两组，喷射管3-3的位置与较高位置处的喷淋管3-2处于同一水平面。
采用该净化装置净化烟气的方法如下：
（1）将电石渣粉末与水在溶解池1中搅拌溶解后通入磁选机2中进行磁选脱除铁渣得到脱碳液，将脱碳液通入脱碳塔5中对烟气进行脱碳处理；
（2） 将经过脱硝处理的脱硝烟气注入具有塔内氧化装置的脱硫塔3，与脱硫塔3上端注入的碳酸钙浆液气液接触后从塔顶排出，进入脱硫塔3的烟气先经过喷淋管3-2喷淋的浆液和喷射管3-3喷射的处于下落过程中的浆液汽液接触，再经过喷射管3-3喷射的处于上升过程的浆液的汽液接触。
（3）汽液接触后的浆液在脱硫塔3塔底的塔内氧化装置3-1中被氧化，而未被氧化的浆液则通过浆液循环管道通入喷淋管3-2和喷射管3-3中继续脱硫；
（4）从脱硫塔3排出的烟气一分为二，其一经压缩机（图中未示出）增压后通入吸附器4中吸附，其二通入脱碳塔5中与脱碳塔5上端注入的脱碳液进行汽液接触，反应后的溶液进入沉降池6中，未被吸附的气体和未被脱碳液吸收的气体汇合后通过净化气体排放管道排出；
（5）进入沉降池6中的溶液进行沉降处理，溶液中的碳酸钙沉淀从底部沉淀出口排出，与水混合后进入脱硫塔3的脱硫浆液入口管道中，而从沉降池6上部排出的清液则进入废水处理装置进行废水处理；
（6）未被吸附的气体和未被脱碳液吸收的气体汇合后进入精脱碳塔7进行，与精脱碳塔7上端注入的脱碳液进行汽液接触，反应后的溶液进入精沉降池8中进行沉降处理，从精沉降池8上部排出的清液则进入废水处理装置进行废水处理。
（7）精沉降池8的底部排出的碳酸钙沉淀可以通入脱硫塔3中进行脱硫，也可以作为精碳酸钙产品排出。
将原始高含硫量烟气通入采用本装置及本工艺进行脱硫脱碳，对脱硫塔排出的烟气和精脱硫塔排出的烟气进行组分测定，结果如表1。
SO2（V%） CO2（V%）
处理前 12 10
脱硫后 0.2 21
处理后 0.04 0.08
转化率 99.7% 99.2%
结合上表可以看出，经过本实施例的技术方案可以将烟气中SO2浓度降低至0.04(V)%，CO2浓度降低至0.08 (V)%，脱硫效率高达99.7%，脱碳效果高达99.2%。
以上所述仅为本发明的最佳实施例，并不用于限制本发明。凡在本发明的原则和精神之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种吸附回收高含硫量烟气中CO2的装置，其特征在于该装置用于将脱硝烟气进行脱硫脱碳处理，该装置包括溶解池、磁选机、脱硫塔、吸附器、脱碳塔、沉降池；其中脱硫塔从上到下依次设置除雾器、喷管、塔内氧化池，塔内氧化池通过外部的浆液循环管道与喷管连接，脱硫塔的顶部出气管道一分为二，其一与吸附器连接，其二与脱碳塔连接；溶解池入口与电石渣粉末输送管道和水供应管道连接，溶解池出口与磁选机入口连接，磁选机出口的脱碳液排出管道与脱碳塔的脱碳液循环管道连接，脱碳塔底部浆液出口与沉降池入口连接，沉降池的底部沉淀出口与脱硫塔的脱硫浆液入口管道连接，沉降池的上部与废水处理装置连接，脱碳塔的顶部出口管道与吸附器的出口管道连接净化气体排放管道。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于脱硫塔的浆液喷管具有向下喷淋的喷淋管和向上喷射的喷射管，其中喷射管的位置不低于喷淋管的位置。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于喷射管为一组，喷淋管为至少两组，优选喷射管的位置与较高位置处的喷淋管处于同一水平面。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于脱碳塔的顶部出口管道与吸附器的出口管道连接精脱碳塔，精脱碳塔的底部连接精沉降池，其中精沉降池的上部与废水处理装置连接。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于精沉降池的底部沉淀出口与脱硫塔的脱硫浆液入口管道连接。
6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于精沉降池的底部沉淀出口与精碳酸钙产品排出管道连接。
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