CN109603491B - 一种氨法脱硫装置控制硫酸铵粒径的塔内饱和结晶装置及方法 - Google Patents

一种氨法脱硫装置控制硫酸铵粒径的塔内饱和结晶装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种氨法脱硫装置控制硫酸铵粒径的塔内饱和结晶的装置，包括吸收塔和由下至上分布的氧化段，烟气入口，预洗段、结晶段，吸收段，细微颗粒物控制段；吸收塔结晶段隔板上方设有循环液出口并通过管道与所述预洗循环槽相连接，所述预洗循环槽通过预洗循环泵和管道与所述吸收塔预洗段的喷淋层相连接，所述吸收循环泵通过管道与所述吸收塔预洗段的喷淋层相连接，所述预洗循环槽设有浆液排出口，浆液排出口和硫铵后处理系统连接。通过控制吸收循环液补入量、喷淋液气比、喷淋覆盖率、结晶停留时间，控制产品硫酸铵粒径0.85‑2.8mm粒径产品硫酸铵重量占90％以上；结晶运行稳定可靠，自动化程度高，工艺简单。

Description

一种氨法脱硫装置控制硫酸铵粒径的塔内饱和结晶装置及 方法
技术领域：
本发明属于环保技术领域，具体涉及一种氨法脱硫装置控制硫酸铵粒径的塔内饱和结晶的装置及方法。
背景技术：
目前全球脱除气体中二氧化硫的主流工艺是石灰石-石膏方法，该方法在脱硫过程中会产生大量的废水、石膏渣，每脱除1吨二氧化硫同步产生0.7吨二氧化碳，处理这些废水、废渣需要大量的投资和运行成本。而氨法脱硫不产生废水和废渣，投入的脱硫剂氨转化成硫酸铵化肥，变废为宝，通常硫铵化肥的销售收入大于氨的投入成本。但长期以来由于氨法脱硫存在的氨逃逸、气溶胶等问题，制约了这一先进技术的推广和应用。本专利的发明人通过过程的创新设计，通过分段控制、多点加氨从根本上消除氨逃逸和气溶胶的产生，这一阻碍氨法脱硫发展和推广的重大技术难题已得到彻底解决，可以使净烟气SO2≤35mg/Nm3，总尘(含气溶胶)≤5mg/Nm3，氨逃逸≤3mg/Nm3。
塔内饱和结晶可充分利用原烟气热量，省去蒸发结晶的投资及能耗，但饱和结晶可能因烟气与浓缩液温度相差大，直接接触过饱和度大形成大量晶核，导致产品粒径小。由于部分下游用户对硫酸铵产品粒径有要求，本发明通过控制吸收循环液补入量、喷淋液气比、喷淋覆盖率、结晶停留时间等，控制产品硫酸铵粒径(0.85-2.8mm粒径产品硫酸铵重量占90％以上)，可拓宽产品应用范围，提高产品售价，为氨法脱硫技术的进一步推广奠定基础。
申请号CN201110226038.7的中国发明专利提出一种大颗粒硫酸铵结晶制备工艺，包括以下步骤：将硫酸铵粗品和水按质量比70～85∶100的比例混合后放入结晶器内，加入占硫酸铵溶液质量分数0.2％～1.0％的添加剂，升温至30～55℃，保温并充分搅拌，使固体物完全溶解，然后，再加入占硫酸铵溶液质量分数1％～5％的硫酸铵晶种，维持在上述温度下减压蒸发，结晶器内真空度维持在0.01～0.07Mpa，待蒸出水分量达到加入水分总量的20％～60％后，停止减压蒸发，进行控温冷却，降温速率为6～20℃/h，当温度降至10～30℃时，停止降温，养晶0.5～2h后，过滤、洗涤、干燥得到硫酸铵结晶产品；所述添加剂为硫酸锰、硫酸铜和硫酸锌中的一种或几种。此工艺采用重结晶+减压蒸发方式得到大颗粒硫酸铵，投资大，能耗高，且添加剂会影响产品质量。
申请号CN201210449146.5的中国发明专利提出一种大颗粒硫酸铵晶体的生产方法，将硫酸铵水溶液加入结晶器，经蒸发结晶、分离及干燥处理后得到固体硫酸铵晶体，其特征在于蒸发结晶是采用波段温度操作，先将温度从40-45℃提升至50-60℃，当结晶罐晶浆浓度达到60-90(体积)％，再由50-60℃降至40-45℃，系统在此温度下循环以促使硫酸铵晶体长大，循环液是晶浆液经过澄清后的清硫铵溶液，晶浆主要集中在结晶器中下部，循环液是从结晶罐上部清液循环至结晶器底部；延长结晶停留时间，晶浆浓度达到60-90(体积)％时，蒸发结晶温度降至40-45℃，并在该温度条件下循环2-3小时，促使硫铵晶体长大，颗粒粒径达到2～4mm。此工艺采用蒸发+冷却结晶方式，投资大，能耗大，运行成本高。
CN 105771307采用在硫铵后系统设置两级稠厚器的方式，逐步提高浆液浓度，浆液固含量由一级稠厚器进口的10％提升到二级稠厚器出口的50～60％，浆液进入离心机后能分离出更多晶体，实现顺利出料。
CN 106345257公开了一种提升硫酸铵品质的装置及方法，脱硫塔出来的浆液经料液净化槽、料液过滤器与硫酸铵储罐再进入结晶器，在料液净化槽中加入稀氨水并鼓泡，使重金属离子沉淀，悬浮颗粒物聚集，并由料液过滤器过滤，得到洁净滤液。该工艺料液净化槽与硫酸铵储罐的设置实现了去除杂质的，但并未对晶体的成长有过多关注。
CN 104689705公开了一种氨基排烟净化方法和装置，设置洗涤塔、净化塔、洗涤循环槽和养晶槽，洗涤塔出来的洗涤液由洗涤循环槽经旋流器提升浓度后进入养晶槽储存，养晶槽浆液再进入硫铵后处理系统干燥得到硫酸铵产品，另该专利权人有多篇其他专利公开了类似的工艺。该工艺需在养晶槽与洗涤塔间设置旋流器提浓，结晶条件只控制了PH，实际上较难达到理想的结晶条件。
因此，研发一种能生产大颗粒硫酸铵，且工艺简单、投资运行成本低的塔内饱和结晶系统成了本领域研究的重点。
发明内容：
本发明的目的在于，提供一种氨法脱硫装置控制硫酸铵粒径的塔内饱和结晶的装置及方法，通过控制吸收循环液补入量、喷淋液气比、喷淋覆盖率、结晶停留时间等，控制产品硫酸铵粒径(0.85-2.8mm粒径产品硫酸铵重量占90％以上)，拓宽产品应用范围，提高产品售价，为氨法脱硫技术的进一步推广奠定基础。
本发明技术方案是：一种氨法脱硫控制硫酸铵粒径的塔内饱和结晶装置，其特征在于，包括吸收塔和由下至上分布的氧化段，烟气入口，预洗段、结晶段，吸收段，细微颗粒物控制段；烟气出口；另设有预洗循环槽，预洗循环泵，吸收循环泵；所述预洗段设有若干层喷淋层，其中至少1层为预洗循环液喷淋层，至少1层为吸收循环液喷淋层，且吸收循环液喷淋层在预洗循环液喷淋层上方，预洗段、结晶段之间设有隔板，隔板上设有连通的孔，吸收塔结晶段隔板(底板)上方设有循环液出口并通过管道与所述预洗循环槽相连接，所述预洗循环槽通过预洗循环泵和管道与所述吸收塔预洗段的喷淋层相连接，所述吸收循环泵通过管道与所述吸收塔预洗段的喷淋层相连接，所述预洗循环槽设有浆液排出口，浆液排出口和硫铵后处理系统连接。
设有结晶槽，预洗循环槽浆液排出口通过泵及管道和结晶槽连接，结晶槽设置搅拌装置，结晶槽通过管道及泵和硫铵后处理系统连接。
结晶段隔板(底板)上方设有循环液出口，出口和隔板垂直距离不小于0.3m，尤其是0.5-1m。结晶槽设有液位计、pH计、密度计接口，并设有塔壁冲洗设备。
利用所述的装置进行塔内饱和结晶方法，通过控制吸收循环液补入量、喷淋液气比、喷淋覆盖率、结晶停留时间，控制产品硫酸铵粒径0.85-2.8mm粒径产品硫酸铵重量占90％以上；吸收循环液流量为预洗循环液流量的0.5-20％，作为预洗循环液的补充；吸收循环液铵盐浓度20-35％，pH 4.5-6.5。
吸收塔单位面积预洗循环液流量不小于5m3/m2/h，预洗循环液单层喷淋覆盖率不小于165％，总喷淋覆盖率不小于220％。
预洗循环液固含量5-35％，pH 3.5-5.5。
结晶段预洗循环液停留时间不小于10min。
结晶槽浆液停留时间不小于20min，固含量10-35％，通过加入吸收剂调节pH 4-6。密度1.3-1.5g/cm3。
结晶槽搅拌器转速3-50r/min，优选为5-30r/min。
有益效果：本发明通过控制塔内饱和结晶的补充液浓度、pH，循环液的喷淋量、喷淋覆盖率、固含量及pH，结晶条件优化控制产品硫酸铵粒径(0.85-2.8mm粒径产品硫酸铵重量占90％以上)，得到大颗粒硫酸铵以利于后续固液分离、干燥，降低硫铵后处理系统的劳动强度，改善操作环境，降低投资和运行成本，且产品可直接施用，提高了产品售价。
附图说明
图1为本发明示意图。
具体实施方式
附图标记说明，1.吸收塔；2.氧化段；3.烟气入口；4.预洗段、结晶段；5.吸收段；6.细微颗粒物控制段；7.烟气出口；8.预洗循环槽；9.结晶槽；10.旋流器；11.离心机；12.干燥机；13.包装机；14.循环洗涤槽。
如图所示，一种氨法脱硫装置控制硫酸铵粒径的塔内饱和结晶装置，包括吸收塔预洗段，结晶段，预洗循环槽，预洗循环泵，吸收循环泵，所述吸收塔预洗段设有若干层喷淋层，其中至少1层为预洗循环液喷淋，至少1层为吸收循环液喷淋，且吸收循环液喷淋在预洗循环液上方。结晶段隔板(底板)上方设有出口并通过管线与所述预洗循环槽相连接，所述预洗循环槽通过预洗循环泵和管线与所述吸收塔预洗段的喷淋层相连接，所述吸收循环泵通过管线与所述吸收塔预洗段的喷淋层相连接，所述预洗循环槽设有浆液排出口，浆液排出口和硫铵后处理系统连接。预洗段、结晶段之间设有隔板上也可设连通孔；或预洗段、结晶段以循环液液面为分界线。
结晶段隔板上方设有预洗循环液出口，预洗循环液出口和隔板距离不小于0.3m，优选0.5-1m。
装置还包括结晶槽，预洗循环槽浆液排出口通过泵及管道和结晶槽连接，结晶槽设置搅拌，结晶槽通过管道及泵和硫铵后处理系统连接。
结晶槽设有液位计、pH计、密度计接口，并设有搅拌和塔壁冲洗设备。
吸收塔结晶段下方根据需要设置氧化段，预洗段上方依次设置吸收段、细微颗粒物控制段、烟气出口，并设置循环洗涤槽。
硫铵后处理系统包括依次连接的旋流器、离心机、干燥机、包装机。
工艺流程为：一种氨法脱硫装置控制硫酸铵粒径的塔内饱和结晶方法的工艺流程为：
120-160℃的原烟气通过烟气进口进入吸收塔，如140℃的原烟气通过烟气进口进入吸收塔，在预洗段与预洗循环液、吸收循环液逆流接触，烟气热量传递给循环液，冷却后的烟气进入下游处理工段。
吸收热量后的预洗循环液、吸收循环液在结晶段混合，控制循环液停留时间和结晶温度，混合液通过结晶段隔板(底板)上方出口进入预洗循环槽，大部分预洗循环液通过预洗循环泵和管线送所述吸收塔预洗段的喷淋层循环吸收，当预洗循环液固含量达到15-25％时，通过预洗循环槽的浆液排出口经结晶泵将硫酸铵浆液送硫铵后处理系统加工成产品硫酸铵，0.85-2.8mm粒径产品硫酸铵重量占90％以上。
通过控制吸收循环液补入量、喷淋液气比、喷淋覆盖率、结晶停留时间等，控制产品硫酸铵粒径(0.85-2.8mm粒径产品硫酸铵重量占90％以上)。
吸收循环液流量为预洗循环液流量的1-3％。吸收循环液铵盐浓度28.7％，pH5.6。
单位吸收塔截面积预洗循环液流量11.3m3/m2/h，预洗循环液单层喷淋覆盖率180％，总喷淋覆盖率260％。
预洗循环液固含量20％，pH 4.3。
结晶段预洗循环液停留时间8min，结晶段操作温度50-60℃。
结晶槽浆液停留时间30min，固含量15-20％，通过加入吸收剂调节pH 4.5-5.5，密度1.35-1.45g/cm3。
结晶槽搅拌器转速22r/min。
实施例1
本发明的一种氨法脱硫装置控制硫酸铵粒径的塔内饱和结晶方法，应用于烟气氨法脱硫装置，烟气量510000Nm3/h，烟气进口温度150℃，进口烟气SO2浓度4500mg/Nm3，进口烟气粉尘浓度18.6mg/Nm3。采用图1的工艺流程，经处理后，出口烟气SO2浓度23mg/Nm3，出口烟气尘浓度2.6mg/Nm3。
如图1所示的控制氨法脱硫硫酸铵粒径的装置，吸收塔1直径8米，高46米，预洗循环槽8直径5米，结晶槽9直径7米。
所述控制氨法脱硫装置产品硫酸铵粒径的方法的工艺流程如下：
1)原烟气从烟气入口3进入吸收塔1预洗段4后与预洗循环液逆流接触，烟气被洗涤并降温，预洗循环液利用烟气热量蒸发水分浓缩并产生结晶，通过管路送入预洗循环槽8，预洗循环槽的预洗循环液一部分泵入吸收塔预洗段4循环喷淋，另一部分进入结晶槽9。过程中通过调节循环喷淋量控制预洗循环温度43-50℃；通过调节吸收剂量控制预洗循环液PH3-4.2；结晶段(预洗段)4预洗循环液采出量与循环量之比维持3.11-4.5％，通过调节预洗段(结晶段)4工艺水加入量控制预洗循环液固含量10％～16.8％。
2)预洗循环槽8的浆液泵入结晶槽9，晶体在此长大，通过调节进料量、出料量控制结晶液停留时间在50-120min，在结晶槽内设置较低转速的搅拌器，搅拌器设置为20.5r/min。待晶体充分长大后送入硫酸铵后处理系统，经旋流器、离心机、干燥机、包装机处理后得到最终产品固体硫酸铵。
经检测，硫酸铵产品含水量0.79％，粒径1-4mm的硫酸铵产品质量占总硫酸铵产品质量的81.6-95.1％。
单位吸收塔截面积预洗循环液流量10.8m3/m2/h，预洗循环液单层喷淋覆盖率175％，总喷淋覆盖率250％。
实际运行典型工况取样数据表
Figure BDA0001901979020000061
Figure BDA0001901979020000071
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种氨法脱硫控制硫酸铵粒径的塔内饱和结晶方法，其特征在于，包括吸收塔和由下至上分布的氧化段，烟气入口，预洗段、结晶段，吸收段，细微颗粒物控制段，烟气出口；另设有预洗循环槽，预洗循环泵，吸收循环泵；所述预洗段设有若干层喷淋层，其中至少1层为预洗循环液喷淋层，至少一层为吸收循环液喷淋层，且吸收循环液喷淋层在预洗循环液喷淋层上方，预洗段、结晶段之间设有隔板，隔板上设有连通的孔，吸收塔结晶段隔板上方设有循环液出口并通过管道与所述预洗循环槽相连接，所述预洗循环槽通过预洗循环泵和管道与所述吸收塔预洗段的喷淋层相连接，所述吸收循环泵通过管道与所述吸收塔预洗段的喷淋层相连接，所述预洗循环槽设有浆液排出口，浆液排出口和硫铵后处理系统连接；
设有结晶槽，预洗循环槽浆液排出口通过泵及管道和结晶槽连接，结晶槽设置搅拌装置，结晶槽通过管道及泵和硫铵后处理系统连接；结晶槽设有液位计、pH计和密度计接口，并设有塔壁冲洗设备；
通过控制吸收循环液补入量、喷淋液气比、喷淋覆盖率和结晶停留时间，控制产品硫酸铵粒径0.85-2.8mm粒径产品硫酸铵重量占90%以上；吸收循环液流量为预洗循环液流量的0.5-20%，作为预洗循环液的补充；吸收循环液铵盐浓度20-35%，pH 4.5-6.5；
吸收塔单位面积预洗循环液流量不小于5m3/m2/h，预洗循环液单层喷淋覆盖率不小于165%，总喷淋覆盖率不小于220%。
2.根据权利要求1所述的饱和结晶方法，其特征在于，结晶段隔板上方设有循环液出口，出口和隔板垂直距离不小于0.3m。
3.根据权利要求1所述的饱和结晶方法，其特征是，预洗循环液固含量5-35%，pH 3.5-5.5。
4.根据权利要求1所述的饱和结晶方法，其特征是，结晶段预洗循环液停留时间不小于10min。
5.根据权利要求1所述的饱和结晶方法，其特征是，结晶槽浆液停留时间不小于20min，固含量10-35%，通过加入吸收剂调节pH 4-6。
6.根据权利要求5所述的饱和结晶方法，其特征是，结晶槽浆液密度1.3-1.5g/cm3；结晶槽搅拌器转速3-50r/min。
7.根据权利要求1所述的饱和结晶方法，其特征是， 吸收循环液流量为预洗循环液流量的1-3%。
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