CN1087180C - 燃煤锅炉废气中so2的净化回收工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种燃煤锅炉废气中SO₂的净化回收工艺。该工艺主要包括烟气的除尘、降温和SO₂的吸收过程、亚硫铵溶液的中和过程、硫酸制备过程和硫铵制备过程。本发明以氨为吸收剂、以硫酸和硫铵为产品，并公开了一种集洗涤、除尘、降温和吸收SO₂为一体的组合式吸收塔。操作费用和能耗较低，每回收1吨SO₂的氨用量为350～380kg，比传统的工艺降低了30～40%，设备紧凑，占地面积小，投资费用低，是一种很有应用前景的燃煤锅炉废气中SO₂的净化回收工艺。

Description

燃煤锅炉废气中SO2的净化回收工艺

本发明属于环境保护领域，涉及燃煤锅炉废气中SO₂的净化回收工艺。

众所周知，燃煤锅炉的烟气污染是大气污染最主要的根源之一，一直是环境治理工作的主要对象。燃煤所产生的废气中，SO₂的含量一般在1000ppm以上，有的甚至高达3000～4000ppm，对于如火力发电厂和有色金属冶炼厂等以煤为燃料的部门.烟气量巨大，如不加以处理，将会对环境带来严重危害，已引起有关部门的高度重视。目前，燃煤锅炉废气中SO₂的处理主要有以下几种方法：

(1)抛弃法：以石灰石浆液为吸收剂，吸收废气中的SO₂，生成硫酸钙后抛弃。该方法设备投资大，运行费用高，因此，该方法很难令有关的工厂接受；

(2)亚硫酸钠热浓缩法：该方法是一个典型的回收法，但是副反应很严重，SO₂的损失可高达15％，相当于每回收1吨SO₂的NaOH的损失为220kg，因此，吸收剂的损耗相当高，操作费用很大；其次，该方法的蒸汽消耗也较大，每回收1吨SO₂的蒸汽消耗可达10吨以上，同时设备投资也较大；

(3)美国专利U.S.P.3,843,789(1974)公开了一种氨吸收直接氧化硫铵法，该方法也是一个典型的回收法，该方法的主要缺陷是氨的损失大，能耗高，氧化率低，设备复杂，操作难度大；

(4)美国专利U.S.P.4,519,994(1985)公开了一种磷酸盐法，可使氧化损失降低到1％以下，回收1吨SO₂的碱耗小于10kg，但是解吸SO₂的蒸汽消耗依然较大。

除此之外，尚有其它一些方法，如电子束法和等离子体法，在实施上均存在着能耗大，设备制造困难等缺点。因此，开发研究新的燃煤锅炉废气中SO₂的处理方法已成为产业部门和环境保护的迫切需要。

本发明的目的在于：1.公开一种以氨为吸收剂、以硫酸和硫铵为最终产品的燃煤锅炉废气中SO₂的净化回收工艺，以克服现有技术存在的能耗和操作费用高、回收产品单一的缺点；2.公开一种集洗涤、除尘、降温和吸收SO₂为一体的组合式设备——吸收塔，以提高吸收效率和降低设备投资。

本发明的构思是这样的：

1.采用氨为SO₂的吸收剂，吸收烟气中的SO₂，生成亚硫酸氢铵和亚硫酸铵的混合物，简称亚硫铵，将生成的亚硫铵与硫酸进行中和反应解吸出气态SO₂，其浓度一般可达50％(V₀/V)以上(V₀为SO₂的体积，V为气体混合的体积，下同)，同时生成硫铵溶液。该中和反应过程中释放出的大量反应热，将有助于SO₂的解吸和硫铵溶液的蒸发浓缩，因此，便可降低硫铵蒸发浓缩的蒸汽消耗。SO₂采用常规的方法经氧化和吸收，制成硫酸，部分循环使用，部分可作产品。由于SO₂浓度较高，不仅可以降低硫酸制备装置的投资，而且可以副产蒸汽，降低能耗；生成的硫铵溶液则可采用常规的方法制成硫铵；

2.由于燃煤锅炉废气中除了SO₂之外，尚有大量的烟尘，且温度也较高，本发明将洗涤、除尘、降温、吸收、尾气中NH₃的洗涤和除雾六个功能集于一体，设计了一种占地面积小、采用大孔径、高开孔率筛板与规整填料作为塔的内构件的吸收塔，以提高传质效率、减小雾沫夹带和压降、降低设备投资。

依据上述构思，本发明设计了一条新的工艺流程用于烟气中SO₂的净化和回收，该流程主要包括4个过程，①烟气的除尘、降温和SO₂的吸收过程，②亚硫铵溶液的中和过程，③硫酸制备过程，④硫铵制备过程。以下结合附图对本发明的有关内容进行详细的说明。

图1为该流程方框图。

图2为该工艺的流程图。

图3为吸收塔的结构示意图。

图4为图3中的A-A向示意图。

图5为设置了洗涤管的吸收塔。

图1中：

1——烟气的除尘、降温和SO₂的吸收过程

2——亚硫铵溶液的中和过程

3——硫酸制备过程

4——硫铵制备过程

燃煤锅炉废气先经过烟气的除尘、降温和SO₂的吸收过程1，由水洗涤除去烟尘，并降低温度，氨水溶液吸收其中的SO₂，生成亚硫铵，净化后的烟气通过烟囱排空，污水排出系统。吸收温度为40～60℃，吸收液中总铵含量为0.2～10mol/L，气液比为1,000～10,000(体积比，下同)，洗涤气液比为1,000～5,000(体积比，下同)。该过程的反应式为：

式中：X＝0.6～0.8

生成的亚硫铵溶液在中和过程2中与硫酸中和，解吸出浓度高于50％的气态SO₂，并生成浓度为50～75％(wt％)的硫铵溶液。加入的硫酸与亚硫铵溶液的总铵比为0.4～0.5(摩尔比)。该过程为放热反应过程，会放出大量的热量，有助于SO₂的解吸和硫铵溶液的蒸发浓缩，因此，可以降低硫铵蒸发浓缩的蒸汽消耗。该过程的反应式为：

X同上所述。

解吸出的SO₂送往硫酸制备过程3，制成的硫酸一部分导入中和过程2中循环使用，多余部分可作为产品；

中和过程2中生成的硫铵溶液则送往硫铵制备过程4，制成产品硫铵。

图2为该工艺的流程图。图中：

5——再热器             6——吸收塔

7——中和槽             8——硫酸制备装置

9——硫铵制备装置

来自燃煤锅炉温度为120～200℃的含有SO₂的烟气，通过再热器5，温度降低至90～120℃，进入吸收塔6下部的冷却、除尘段，温度降低为40～60℃后进入中部的吸收段，含氨水溶液由上部进入塔内。为了使吸收液在吸收段各截面维持一定的浓度，也可使吸收液分段进入吸收塔，分段补氨，并使吸收液在段内循环；洗涤水由塔6下部的冷却、除尘段进入塔内。在该吸收塔内，SO₂的吸收率可达95％以上，除尘率可达99％以上，吸收后气体的温度降为40～50℃，其SO₂的含量可降至100ppm以下，通过再热器5后由烟囱排放；吸收了SO₂的氨水溶液反应生成亚硫铵，进入中和槽7，与来自硫酸制备装置9的硫酸中和，解吸出SO₂，其浓度一般为50～70％，送往硫酸制备装置9，用于制备浓度为98％的硫酸。为了SO₂的完全解吸，也可将空气通入中和槽7，空气鼓入量为SO₂体积的5～10倍，并将SO₂的浓度稀释至10～12％；中和槽7底部流出的硫铵进入硫铵制备装置9，用于制备成品硫铵；污水由吸收塔6的底部排出。

由上述流程可见，本发明所说的工艺，具有十分显著的优点：1.由氨水溶液吸收的烟气中的SO₂几乎全部被浓缩为浓度大于50％的SO₂气体，确保了其总量的30～40％可以制成浓度为98％的工业硫酸，有60～70％为硫铵；2.操作费用较低，每回收1吨SO₂的氨用量为350～380kg，比传统的工艺降低了30～40％。

本发明所说的工艺可以采用常规的吸收塔，也可以优选采用一种组合式的吸收塔，图3为该吸收塔的示意图。图中：

10——烟气入口             11——洗涤板

12——分隔板               13——吸收板

14——波纹板规整填料       15——升气帽

16——除沫器               17——烟气出口

18——吸收液入口           19——循环吸收液出口

20——吸收液出口           21——洗涤水入口

22——排污口               23——气体分布器

24——塔体

图4为图3中的A-A向示意图。

所说的组合式的吸收塔为一个组合体，具有一个圆柱形的塔体24，塔体24的底部安装了一个气体分布器23，一般可采用环型分布器，使气体均匀地进入吸收塔，气体入口10和排污口22设置于塔体24的下部；

在塔底气体分布器23的上方设置了1～3块洗涤板11。所说的洗涤板11为大孔筛板，孔径为10～30mm，开孔率为10～30％，亦可采用其它如双孔径筛板、格栅板等类型；

在塔体24的中部设置了1～5块吸收板13和1～5块的分隔板12，每一块吸收板13和分隔板12组成一个吸收段。每块分隔板12上设有10～40个升气帽15，其作用是既能使气体顺利地进入上一层，又可阻挡吸收液流入下一层；分隔板12的下方设有波纹板规整填料14，既能均布气流，提高传质效率，又能起到液滴聚并，减小高气速下的雾沫夹带；每一个吸收段均设置一个吸收液的进口18和循环吸收液的出口19，循环吸收液出口19设置于升气帽15的下方，以利于气体的上升；吸收液出口20设置于最后一块分隔板处；吸收板13为大孔筛板，孔径为10～30mm，开孔率为10～30％，亦可采用其它如双孔径筛板、格栅板等类型；

在塔体24的上部设置了除沫器16。所说的除雾器16可采用常规的除雾器，如丝网除沫器和填料除沫器等；

气体出口17设置于塔体24的顶部。

操作时，烟气由塔底的气体入口10通过气体分布器23进入塔体24内，由洗涤水入口21进入的洗涤水洗涤，然后相继通过分隔板12、吸收板13、除沫器16后由气体出口17离开吸收塔；吸收液由吸收液入口18进入塔内，然后由循环吸收液出口19引出，部分循环使用，部分进入下一吸收段，最后由吸收液出口20引出塔外，进入下一工序。

为了不使高温烟气对吸收塔造成损坏，可使高温烟气在入塔之前先进行洗涤降温，图5为设置了洗涤管的吸收塔。图中：

25——洗涤管          26——水箱

27——挡板

高温烟气先在洗涤管25中用洗涤水进行降温，然后再进入吸收塔。

上述的组合式的吸收塔具有十分显著的优点：

1.将洗涤、除尘、降温、吸收、尾气中NH₃的洗涤回收和除沫六个功能集于一体，流程和设备紧凑，占地面积小；

2.采用筛板与填料复合的塔内件，传质效率明显提高，雾沫夹带少；

3.采用大孔径、高开孔率筛板，压降小，能耗低，通量高；

以下将通过实施例对本发明的内容作进一步的阐述。

实施例1

某25MW机组的燃煤锅炉，其烟气量为10万标准m³/小时，SO₂含量为3000ppm，温度为80℃，采用三段吸收。

操作工艺参数：

吸收液中铵浓度：

0.5～9mol/L，从上往下各段浓度分别为：0.5mol/L，2.4mol/L，9.0mol/L

吸收液循环量：50米³/小时

洗涤水量：80米³/小时

进入中和槽吸收液量：2207公斤/小时，其中：

NH₄HSO₃ 40％(wt％)，(NH₄)₂SO₃ 17.5％(wt％)，(NH₄)₂SO₄ 4％(wt％)

中和硫酸用量：780公斤/小时

氨用量：280公斤/小时

吸收段水用量：850公斤/小时

尾气中SO₂含量：157ppm  尾气中氨含量：34ppm

硫酸产量(98％)：440公斤/小时硫铵产量：1050公斤/小时

组合式吸收塔的结构参数如下：

塔内径：3.35米     塔高：5米

洗涤板块数：1    筛孔直径：15mm    开孔率25％

吸收板块数：3    筛孔直径：15mm    开孔率25％

分隔板块数：3    升气帽数量：36

填料高度：3×200  填料型号：170X

含有3000ppm SO₂的80℃高温烟气经洗涤管25后温度降为68℃进入塔内，通过洗涤后温度降为50℃，再通过吸收、除沫后由烟囱排放；进入中和槽7的吸收液与硫酸的中和温度为90℃，鼓入的空气量为1350公斤/小时。

实施例2

采用与实施例1相同的工艺参数和组合式吸收塔的结构参数，但将吸收段由三段改为四段，吸收液中铵浓度改为0.2～9mol/L，从上往下各段浓度分别为：0.23mol/L，1.7mol/L，3.7mol/L，9.0mol/L，其结果如下：

尾气中SO₂含量：53ppm  尾气中氨含量：7.1ppm

硫酸产量(98％)：460公斤/小时硫铵产量：1080公斤/小时

Claims (6)

1.一种燃煤锅炉废气中SO₂的净化回收工艺，其特征在于主要包括4个过程：

①烟气的除尘、降温和SO₂的吸收过程：燃煤锅炉废气先经过烟气的除尘、降温和SO₂的吸收过程(1)，吸收温度为40～60℃，吸收液中总铵含量为0.2～10mol/L，气液比为1,000～10,000(体积比)，洗涤水气液比为1,000～5,000(体积比)；

②亚硫铵溶液的中和过程：过程①生成的亚硫铵在中和过程(2)中与硫酸中和，解吸出气态SO₂，生成硫铵溶液；

③硫酸制备过程：解吸出的SO₂送往硫酸制备过程(3)，制成的硫酸部分导入中和过程(2)中循环使用，部分可作为产品；

④硫铵制备过程：中和过程(2)中生成的硫铵溶液则送往硫铵制备过程(4)，制成产品硫铵。

2.如权利要求1所述的工艺，其特征在于吸收液分段进入吸收过程(1)。

3.如权利要求1或2所述的工艺，其特征在于在中和过程(2)中鼓入空气，空气鼓入量为SO₂体积的1～10倍。

4.如权利要求1所述的工艺，其特征在于烟气的除尘、降温和SO₂的吸收过程(1)是在组合式吸收塔中进行的，所说的组合式吸收塔为一个组合体，具有一个圆柱形的塔体(24)，塔体(24)的底部安装了一个气体分布器(23)，气体入口(10)和排污口(22)设置于塔体(24)的下部；

在塔底气体分布器(23)的上方设置了1～3块洗涤板(11)；

在塔体(24)的中部设置了1～5块吸收板(13)和1～5块的分隔板(12)，每一块吸收板(13)和分隔板(12)组成一个吸收段，每块分隔板(12)上设有升气帽(15)，分隔板(12)的下方设有波纹板规整填料(14)，每一个吸收段均设置一个吸收液的进口(18)和循环吸收液的出口(19)，循环吸收液出口(19)设置于升气帽(15)的下方，吸收液出口(20)设置于最后一块分隔板处；

在塔体(24)的上部设置了除雾器(16)；

气体出口(17)设置于塔体(24)的顶部。

5.如权利要求4所述的工艺，其特征在于组合式吸收塔的外部设置洗涤管(25)。

6.如权利要求4或5所述的工艺其特征在于在所说的洗涤板(11)为大孔筛板，孔径为10～30mm，开孔率为10～30％；吸收板(13)为大孔筛板，孔径为10～30mm，开孔率为10～30％。

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