CN110102170B - 基于微旋流分离的短流程氧化锰矿浆脱硫方法、脱硫吸收塔及锰硫资源回收系统 - Google Patents

基于微旋流分离的短流程氧化锰矿浆脱硫方法、脱硫吸收塔及锰硫资源回收系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于微旋流分离的短流程氧化锰矿浆脱硫方法、脱硫吸收塔及锰硫资源回收系统，本发明首先使含有SO2的锰渣煅烧烟气与氧化锰矿浆液逆流接触反应，SO2在催化氧化下能够被高效脱除；然后进一步通过微旋流技术，强化气‑液‑固相的传质过程，达到深度脱硫，同时将对脱硫烟气中夹带的硫酸锰、硫酸雾滴和氧化锰矿颗粒进行有效分离和回收，在实现PM2.5关键前体物的源头减排的同时使生成的MnSO4能够更全面的资源化。本发明提供的脱硫吸收塔及锰硫回收系统，将脱硫吸收塔作为脱除烟气中SO2、耦合制MnSO4的主要反应分离设备，微旋流分离装置设计在该吸收塔内部，具有结构紧凑简单、占地面积小，脱硫效率高、分离速度快，运行高效稳定的优势，适于在本领域内推广使用。

Description

基于微旋流分离的短流程氧化锰矿浆脱硫方法、脱硫吸收塔 及锰硫资源回收系统
技术领域
本发明属于烟气脱硫技术领域，涉及深度脱除烟气中高浓度SO2的氧化锰矿脱硫技术，具体涉及一种基于微旋流强化分离的短流程氧化锰矿脱硫方法及装置，该方法及装置适用于化工、冶金等工业上需要对高浓度SO2烟气进行净化处理及资源化的领域。
背景技术
金属锰是重要的工业原料，被广泛应用于钢铁冶炼、有色冶金、电池生产、电子产品等行业。我国金属锰产能占世界的90％以上，每年产生的过滤酸性锰渣1400～1800万吨，累积量近1亿吨；电解锰渣中硫酸盐含量较高(＞30％)，堆放不仅侵占大量土地，而且容易造成二次污染。目前通用的处理方法是通过高温煅烧降低其硫含量，然后用作水泥添加料，实现固废的减量化及资源化。电解锰渣煅烧烟气中SO2(也可能会夹杂一些SO3)浓度高达2～9％，对锰渣煅烧烟气进行脱硫及资源化是实现锰渣综合利用的重要举措。
利用氧化锰矿进行烟气脱硫并生产硫酸锰及电解锰，是近几年发展起来的新兴资源化技术。该方法利用氧化锰矿中不同锰氧化物如MnO2、Mn2O3、MnCO3和烟气中SO2的氧化还原反应(如公式(1)-(4)所示)同步进行气相脱硫与液相浸锰，同时实现锰矿中锰和烟气中SO2的资源化利用。与传统的电解锰生产工艺“SO2制酸-锰矿焙烧-酸浸制锰”相比，该方法不需要高温还原焙烧氧化锰矿，也不需要利用烟气中SO2制取硫酸，是一种“短流程”生产工艺，大大简化了电解锰的生产工艺流程，节省了设备投资，避免了锰矿焙烧过程和SO2制酸的能源消耗和废气排放，能够显著降低生产成本。可采用多级逆流方式实现高效脱硫和深度浸锰效果。
MnO2(s)+SO2(aq)→MnSO4 (1)
Mn2O3(s)+2SO2(aq)+0.5O2(aq)→2MnSO4 (2)
Figure BDA0002029131660000011
MnCO3(s)+H2SO4→MnSO4+CO2+H2O (4)
但是，该“短流程”生产工艺是一种湿法烟气脱硫方法，随着SO2烟气与锰浆循环液的充分接触，净化后的排出尾气往往会携带大量雾滴，大量硫酸盐(主要为硫酸锰，还包括因氧化锰矿中含有的三氧化二铁、三氧化二铝而生成的硫酸铁、硫酸铝等其它硫酸盐)、硫酸雾滴、氧化锰矿微细颗粒以及少量未完全吸收的SO2会残留于净化后的烟气中，若直接排放入大气中，硫酸、硫酸盐等气溶胶细颗粒物是PM2.5的关键前体物，对PM2.5的贡献高达35％，含硫雾滴还可能与空气中的氨等碱性微液滴反应生成无机纳米级颗粒，更是促进了PM2.5的生成。因此，在烟气排放到大气之前，必须高效、稳定地对这些物质进行去除。
通常，采用传统的折流式除雾器来达到该目的，它能够通过惯性和离心力捕捉小液滴，但对于细小颗粒状雾滴往往不能去除到位，除雾效率相对偏低(约60％～80％)。并且，在定期冲洗过程中容易出现冲洗盲区，最终造成除雾器堵塞，阻力增大。而湿式静电除雾器能够有效脱除微细粉尘，但是其较低的气速(1m/s左右)大大影响了它在烟气量巨大的工业中的应用，使运行成本增大。因此，急需提出一种能高效降低锰矿浆烟气脱硫制硫酸锰出口气体夹带含硫雾滴的方法与装置。
发明内容
针对现有氧化锰矿烟气脱硫不彻底及脱硫过程中携带的大量硫酸盐、硫酸雾滴和氧化锰矿微细颗粒等难有效去除的技术问题，本发明的目的旨在提供一种基于微旋流分离的短流程氧化锰矿浆脱硫方法，能够将烟气中携带的大量硫酸盐、硫酸雾滴、氧化锰矿颗粒等有效分离出，并进行回收利用实现资源化应用。
本发明的另一目的旨在提供一种基于微旋流分离的短流程氧化锰矿浆脱硫吸收塔。
本发明的第三个目的旨在提供一种基于微旋流分离的短流程氧化锰矿浆脱硫系统。
本发明提供的基于微旋流分离的短流程氧化锰矿浆脱硫方法，氧化锰矿浆脱硫在吸收喷淋塔内完成，其过程包括：
(1)含有SO2的锰渣煅烧烟气从脱硫吸收塔的下部通入与从上方喷淋下来作为喷淋液的氧化锰矿浆在逆流过程中进行充分接触吸收反应，反应生成硫酸锰及硫酸；
(2)与氧化锰矿浆反应后的烟气进入设置在脱硫吸收塔顶部的微旋流分离器，烟气在微旋流分离器由内向外快速运行的过程中，烟气中的SO2与烟气所夹带的氧化锰矿浆液之间的传质界面得以强化，进一步地进行脱硫吸收反应，反应生成硫酸锰及硫酸，脱硫达标的尾气排入大气；同时脱除烟气中夹带的硫酸锰、硫酸雾滴和氧化锰矿颗粒；
(3)步骤(1)喷淋吸收反应后浆液以及步骤(2)微旋流分离出来的硫酸锰、硫酸雾滴和氧化锰矿颗粒返回作为氧化锰矿浆喷淋液循环使用。
对于SO2体积浓度大于1％的烟气，通过上述基于微旋流分离的短流程氧化锰矿浆脱硫方法，经2～6个脱硫吸收塔串联重复上述步骤(1)-(3)净化过程，最终使烟气中SO2含量低于200mg/m3。
上述基于微旋流分离的短流程氧化锰矿浆脱硫方法，步骤(1)中，SO2烟气通入吸收塔后与喷淋下来的氧化锰矿浆液充分接触，SO2与浆液固相中锰氧化物(如MnO2、Mn2O3、MnCO3等)反应生成MnSO4，或是被浆液液相中Mn2+催化氧化为SO4 2-，达到去除烟气中SO2的目的，由于氧化锰矿还可能会含有三氧化二铁和三氧化二铝，因而也会与SO2反应生成硫酸铁、硫酸铝等其它硫酸盐，由于其它硫酸盐量较少，这里以硫酸锰为主。新鲜的氧化锰矿的浆液是由80～200目的氧化锰矿粉和水混合均匀得到，水的用量为8～20mL/g，在优选的实现方式中，采用硫酸将氧化锰矿浆的pH值调节为1～2。所述氧化锰矿主要包含MnO2、Mn2O3和MnCO3等锰氧化物。
上述基于微旋流分离的短流程氧化锰矿浆脱硫方法，步骤(2)中，通过对经步骤(1)与氧化锰矿浆反应后的烟气进行微旋流分离，利用含硫液滴在旋流气相流场中的高速自转和公转耦合，可实现气-液-固相界面的快速更新，从而强化气-液-固相的传质过程，达到深度脱硫要求，以深度净化残余的SO2。同时利用分散相含硫液滴的高速公转实现非均相分离，脱除净化后烟气中夹带的硫酸锰、硫酸雾滴等液态物质以及氧化锰矿等微细颗粒物，并使其沿轴向向下运动，回落至氧化锰矿浆中进行循环使用。经微旋流分离后的脱硫烟气中夹带的硫酸锰、硫酸雾滴等液态物质以及氧化锰矿颗粒等的分离效率高达95％以上。
上述基于微旋流分离的短流程氧化锰矿浆脱硫方法，当步骤(3)返回后的浆液中其硫酸锰浓度大于350g/L时，说明浆液中MnSO4的浓度已经很高，此时移出浆液，并将其作为制取硫酸锰或金属锰的硫酸锰母液。硫酸锰母液经纯化得到硫酸锰，或经纯化、电解制备得到金属锰，实现硫资源循环利用。移出硫酸锰浆液后，及时补充新鲜的氧化锰矿浆进行吸收脱硫循环。
本发明进一步提供了一种能够实现上述基于微旋流分离的短流程氧化锰矿浆脱硫的吸收塔，该吸收塔包括塔体，设置在塔体壁下部的烟气进入口，设置在塔体上部的尾气排出口、浆液入口，位于塔体内塔底的浆液池，位于塔体内上部的喷淋装置，位于喷淋装置上方的微旋流分离装置以及喷淋循环泵；微旋流分离装置出口与尾气排出口连通；所述喷淋装置由若干层喷淋管网组成，每层喷淋管网包括一根主喷淋管和从主喷淋管延伸出的若干喷淋支管，每根喷淋支管上开设有若干喷嘴，每层喷淋管的主喷淋管均与吸收塔主体上的浆液入口连通，浆液入口通过管道及喷淋循环泵与连接塔体底部浆液池的浆液出口连通；所述微旋流分离装置包括固定于吸收塔体上部内壁的支撑板和固定于支撑板上的若干微旋流分离器，微旋流分离器包括微旋流分离器主体和溢流口，微旋流分离器主体为由圆柱段和圆锥段组成的中空洞状结构，其上端设有气体入口，底部设有底流口，设置在微旋流分离器主体顶部的溢流口固定于支撑板的安装孔内。
上述脱硫吸收塔，通过喷淋装置的喷淋管喷淋氧化锰矿浆液，喷淋的浆液与含有SO2的锰渣煅烧烟气逆流，从而使气液充分接触，安装于尾气排出口的微旋流分离装置用于强化气、液、固相的传质过程，以达到烟气深度脱硫，同时对夹带的硫酸锰、硫酸雾滴和氧化锰矿微细颗粒的脱硫烟气进行气-液-固微旋流分离，实现硫酸锰、硫酸和氧化锰矿颗粒等PM2.5关键前体物的源头减排及回收利用。
上述脱硫吸收塔，烟气进入口与塔体之间的夹角为30～60°。
上述脱硫吸收塔，采用3～5层喷淋管网设计，若干层喷淋管网按照螺旋上升的方式排布，相邻两层喷淋管网之间的螺旋上升的升角为18～22°，以保证SO2烟气和氧化锰矿浆液充分接触。
上述脱硫吸收塔，使用的微旋流分离器为单级并联，并联个数为1～100个，圆柱段内孔直径在1～100mm之间。微旋流分离器主体的圆柱段为旋流腔，该圆柱段与圆锥段的长度比为(0.1～0.5)：1。若干微旋流分离器在支撑板上均匀排布，微旋流分离器与支撑板之间可以通过螺纹副、过盈配合或胶结等方式固定。从微旋流分离器上端切向气体入口进入的气体压力为10～100kPa。本发明提供的微旋流分离器分离精度为1～2μm，压降低于0.02Mpa，分离效率高达95％以上。
基于上述脱硫吸收塔，本发明进一步提供了一种基于微旋流分离的短流程锰硫资源回收系统，包括依次连接的锰渣煅烧炉、除尘器、风机、由若干上述脱硫吸收塔串联成的脱硫吸收塔组、深度浸锰槽、净化池、电解槽、浆液槽；锰渣于煅烧炉煅烧后的残渣作为水泥原料，煅烧生成的烟气经风机鼓入脱硫吸收塔组，烟气于脱硫吸收塔内与氧化锰矿浆吸收脱硫反应后由烟囱排除，从脱硫吸收塔排出的浆液进入深度浸锰槽中除杂，除杂后的浆液进一步送入净化池中净化，净化所得硫酸锰溶液进入电解槽进行电解得到金属锰，净化所得锰渣经干燥返回煅烧炉进行下一个循环，浆液槽中配制的新鲜氧化锰矿浆通过脱硫吸收塔上的另一浆液入口注入浆液池。电解槽中电解得到的阳极液可以输入到浆液槽中用于配制氧化锰矿浆。
本发明针对氧化锰矿浆脱硫过程中脱硫深度有限、出口含硫雾滴夹带等问题，利用含硫液滴在旋流气相流场中的高速自转(15000r/min)和公转耦合，可实现气-液-固相界面的快速更新，从而强化气-液-固相的传质过程，达到深度脱硫；同时利用分散相含硫液滴的高速公转实现非均相分离，可控制出口含硫液滴夹带以及硫酸/硫酸盐回收。本发明通过调节旋转流分离装置的强度和结构，可以实现旋转流分离装置中颗粒自转和公转耦合行为的调控，进而实现纳米微米级污染物分离过程、多相界面传质过程的强化。因此，通过本发明提供的脱硫吸收塔及锰硫资源回收系统能够实现SO2深度脱除及硫酸锰、硫酸雾滴等液态物质和氧化锰矿微细颗粒物等PM2.5关键前体物的源头减排及回收利用。
与现有技术相比，本发明具有如下十分突出的优点和有益技术效果：
(1)本发明首先使含有SO2的锰渣煅烧烟气与氧化锰矿浆液逆流接触反应，SO2在催化氧化下能够被高效脱除；然后进一步通过微旋流技术，强化气-液-固相的传质过程，达到深度脱硫，同时将对脱硫烟气进中夹带的硫酸锰、硫酸雾滴和氧化锰矿颗粒进行有效分离和回收，在实现PM2.5关键前体物的源头减排的同时使生成的MnSO4能够更全面的资源化。
(2)本发明通过微旋流分离回收的含有高浓度硫酸锰的浆液经纯化后可以用于制备高纯度硫酸锰或电解制备金属锰，实现硫资源循环利用。
(3)本发明通过微旋流分离回收的氧化锰矿颗粒，返回浆液中继续用于脱硫反应，在节省了氧化锰矿浆液的用量同时减轻了脱硫系统能耗。
(4)本发明提供的脱硫吸收塔，作为脱除烟气中SO2、耦合制MnSO4的主要反应分离设备，微旋流分离装置设计在该吸收塔内部，具有结构紧凑简单、占地面积小，脱硫效率高、分离速度快，运行高效稳定的优势，适于在本领域内推广使用。
附图说明
图1为本发明一种基于微旋流分离的短流程氧化锰矿浆脱硫吸收塔的结构示意图。
图2为主喷淋管结构示意图。
图3为微旋流分离器结构示意图。
图4为本发明另一种基于微旋流分离的短流程氧化锰矿浆脱硫吸收塔的结构示意图。
图5为基于微旋流分离的短流程氧化锰矿浆脱硫系统构成示意图。
图中，1-塔体，2-烟气进入口，3-浆液池，4-尾气排出口，5-喷淋装置，51-喷淋管网，52-主喷淋管，53-喷淋支管，54-喷嘴，6-微旋流分离装置，61-支撑板，62-微旋流分离器，621-微旋流分离器主体，622-气体入口，623-底流口，624-溢流口，63-烟气收集器，7-浆液入口，8-喷淋循环泵，9-浆液出口，A1-煅烧炉，A2-除尘器，A3-风机，A4-脱硫吸收塔，A5-深度浸锰槽，A6-净化池，A7-电解槽，A8-浆液槽。
具体实施方式
以下将结合附图给出本发明实施例，并通过实施例对本发明的技术方案进行进一步的清楚、完整说明。显然，所述实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明内容，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。
实施例1短流程氧化锰矿浆脱硫吸收塔
本实施例提供的基于微旋流分离的短流程氧化锰矿浆脱硫吸收塔，如图1至图3所示，其包括塔体1，设置在塔体壁下部的烟气进入口2，设置在塔体上部的尾气排出口4、浆液入口7，位于塔体内塔底的浆液池3，位于塔体内上部的喷淋装置5，位于喷淋装置上方的微旋流分离装置6以及喷淋循环泵8。烟气进入口2与塔体1之间的夹角为45°。微旋流分离装置出口与尾气排出口4连通。
如图1及图2所示，喷淋装置5由三层平行设置的喷淋管网51组成，每层喷淋管网包括一根主喷淋管52和从主喷淋管延伸出的若干喷淋支管53，每根喷淋支管53上开设有若干喷嘴54，每层喷淋管的主喷淋管均与吸收塔主体上的浆液入口7连通，浆液入口7通过管道及液压泵8与吸收塔主体底部设置的浆液出口9连通。
如图1及图3所示，微旋流分离装置6包括固定于吸收塔主体上部内壁的支撑板61和固定于支撑板上的若干微旋流分离器62。微旋流分离器包括微旋流分离器主体621，微旋流分离器主体621为由圆柱段和圆锥段组成的中空洞状结构，其上端设有气体入口622，底部设有底流口623，设置在微旋流分离器主体顶部的溢流口624固定于支撑板的安装孔内。本实施例中，微旋流分离器的数量为1～100个，微旋流分离器圆柱段长度h1与圆锥段长度h2比为0.4：1。微旋流分离器圆柱段内孔直径为75mm，长度为150mm。
该基于微旋流分离的短流程氧化锰矿浆脱硫吸收塔的工作原理为：含有SO2的烟气从塔体的烟气进入口2进入，在喷淋循环泵带动下，氧化锰矿浆液从浆液出口9经管道由浆液入口7进入喷淋管网51，并从喷嘴54喷出。含有SO2的锰渣煅烧烟气与喷淋下的浆液逆流充分接触反应，SO2在催化氧化下能够被高效脱除，脱硫后的烟气进入安装于尾气排出口4下方的微旋流分离器62，在圆柱段旋流腔内产生高速微旋流场，脱硫烟气中密度大的硫酸锰、硫酸雾滴和氧化锰矿微细颗粒在离心旋流场的作用下同时沿轴向向下运动，沿径向向外运动，在到达圆锥段壁面后沿壁面向下运动，并由底流口623排出，返回至浆液池3；脱硫烟气中密度小的净化烟气(或称尾气)向中心轴向方向运动，并在轴线中心形成向上运动的内旋涡，然后由溢流口624排出，排出的净化烟气再由尾气排出口4排出。这样在深度脱硫的同时实现了硫酸锰、硫酸和氧化锰矿颗粒等PM2.5关键前体物的源头减排及回收利用。
实施例2短流程氧化锰矿浆脱硫吸收塔
本实施例提供的基于微旋流分离的短流程氧化锰矿浆脱硫吸收塔，如图4所示，其包括塔体1，设置在塔体壁下部的烟气进入口2，设置在塔体上部的尾气排出口4、浆液入口7，位于塔体内塔底的浆液池3，位于塔体内上部的喷淋装置5，位于喷淋装置上方的微旋流分离装置6以及喷淋循环泵8。烟气进入口2与塔体1之间的夹角为30～60°。微旋流分离装置出口与尾气排出口4连通。
如图4所示，喷淋装置5由四层喷淋管网组成。每层喷淋管的主喷淋管均与吸收塔主体上的浆液入口7连通。四层喷淋管网按照螺旋上升的方式排布，相邻两层喷淋管网之间的螺旋上升的升角为20°。喷淋管网结构与实施例1中的相同，这里不再赘述。
如图4所示，微旋流分离装置6包括固定于吸收塔主体上部内壁的支撑板61、固定于支撑板上的若干微旋流分离器62和烟气收集器63。微旋流分离器62和支撑板的结构与实施例1中的相同，这里不再赘述。烟气收集器主体为倒T型结构外壳，内部形成用于收集烟气的腔室，壳体上部设计有与尾气排出口4连通的管道，壳体下端面与微旋流分离器的溢流口固连。
该基于微旋流分离的短流程氧化锰矿浆脱硫吸收塔的工作原理与实施例1中的基本相同，不同之处在于，从微旋流分离器溢流口排出的净化烟气由烟气收集器收集后从与尾气排出口4连通的管道排出。这样能够使净化烟气集中排放，便于统一监测和管理。
实施例3短流程锰硫资源回收系统
本实施例提供了一种基于微旋流分离的短流程氧化锰矿浆脱硫系统，如图5所示，其包括通过管道依次连接的锰渣煅烧炉A1、除尘器A2、风机A3、由三个实施例1中给出的脱硫吸收塔A4串联成的脱硫吸收塔组、深度浸锰槽A5、净化池A6、电解槽A7、浆液槽A8。与脱硫吸收塔组、深度浸锰槽A5、净化池A6、电解槽A7、浆液槽A8连通的管道上安装有液压泵。
三个脱硫吸收塔串联的实现方式为：为了便于实现脱硫吸收塔的连续化运作，脱硫吸收塔塔体上还设置有用于注入新鲜氧化锰矿浆的浆液输入口和用于将浆液池中浆液输出的浆液输出口。第一个脱硫吸收塔的烟气进入口通过管道与风机连通，尾气排出口与第二个脱硫吸收塔的烟气进入口通过管道连通，第二个脱硫吸收塔的尾气排出口与第三个脱硫吸收塔的烟气进入口通过管道连通，尾气排出口通过管道与烟囱连通。第三个脱硫吸收塔塔体上的浆液输入口通过管道和液压泵与浆液槽连通，浆液输出口通过液压泵和管道与第二脱硫吸收塔塔体上的浆液输入口连通，第二脱硫塔塔体上的浆液输出口通过液压泵和管道与第一脱硫吸收塔塔体上的浆液输入口连通，第一脱硫吸收塔塔体上的浆液输出口通过液压泵和管道与深度浸锰槽连通。
上述脱硫系统的工作流程为：锰渣于煅烧炉煅烧后的残渣作为水泥原料，煅烧生成的烟气经风机鼓入脱硫吸收塔组，烟气于脱硫吸收塔内与氧化锰矿浆吸收脱硫反应后由烟囱排除，从脱硫吸收塔排出的浆液进入深度浸锰槽中除杂，除杂后的浆液进一步送入净化池中净化，净化所得硫酸锰溶液进入电解槽进行电解得到金属锰，净化所得锰渣经干燥返回煅烧炉进行下一个循环，浆液槽中配制的新鲜氧化锰矿浆通过脱硫吸收塔上的另一浆液入口注入浆液池。电解槽中电解得到的阳极液可以输入到浆液槽中用于配制氧化锰矿浆。
为了使上述短流程锰硫资源回收系统实现连续化运作，当脱硫吸收塔内浆液池3中的硫酸锰浓度大于350g/L时，将浆液池中的部分浆液从浆液输出口排入深度浸锰槽中，作为制取硫酸锰或金属锰的硫酸锰母液；同时通过浆液输入口注入新鲜的氧化锰矿浆，至浆液中硫酸锰浓度小于50g/L。
对比例
本对比例采用脱硫吸收塔模拟烟气脱硫过程。未安装微旋流分离器。
本对比例中新鲜的氧化锰矿浆是由200目的氧化锰矿粉和水搅拌均匀得到，通过加入硫酸调节浆液pH值为2，水的用量为10mL/g。
将1.2L/min的SO2烟气从脱硫吸收塔的下部通入与从上方喷淋下来作为喷淋液的氧化锰矿浆在逆流过程中进行充分接触吸收反应，SO2被高效脱除，并且与氧化锰矿中锰化合物反应生成产物MnSO4及硫酸。脱硫后的烟气上升至塔顶排出，含MnSO4的浆液循环至塔底做脱硫浆液循环使用。经检测，排出的净化烟气中硫酸锰雾滴为1200ppm。
当浆液池的浆液中硫酸锰浓度大于350g/L时，移出浆液作为制取硫酸锰或金属锰的硫酸锰母液。硫酸锰母液经纯化后可用于制备高纯硫酸锰和电解制备金属锰，实现资源循环利用。
实施例4模拟烟气脱硫
本实施例采用实施例1中脱硫吸收塔模拟烟气脱硫过程。微旋流分离器的个数为6个，微旋流分离器的精度为2μm。
本实施例中新鲜的氧化锰矿浆是由200目的氧化锰矿粉和水搅拌均匀得到，通过加入硫酸调节浆液pH值为2，水的用量为15mL/g。
将1.2L/min的SO2烟气从脱硫吸收塔的下部通入与从上方喷淋下来作为喷淋液的氧化锰矿浆在逆流过程中进行充分接触吸收反应，SO2被高效脱除，并且与氧化锰矿中锰化合物反应生成产物MnSO4及硫酸。脱硫后的烟气上升至塔顶，利用微旋流分离器强化气、液、固相的传质过程，达到烟气深度脱硫，同时对夹带的硫酸锰、硫酸雾滴和氧化锰矿微细颗粒的脱硫烟气进行气-液-固微旋流分离，脱硫反应生成的MnSO4和硫酸及微旋流脱除的硫酸锰、硫酸雾滴和氧化锰矿颗粒物等循环至塔底做脱硫浆液循环使用。经检测，脱硫后烟气中夹带的硫酸锰雾滴浓度降至25ppm以下。
当浆液池的浆液中硫酸锰浓度大于350g/L时，移出浆液作为制取硫酸锰或金属锰的硫酸锰母液。硫酸锰母液经纯化后可用于制备高纯硫酸锰和电解制备金属锰，实现资源循环利用。
从实施例4与对比例的对比可以看出：(1)脱硫后烟气中夹带的硫酸锰、硫酸雾滴和氧化锰矿颗粒物得到了很好的净化，分离效率达到95％以上；(2)从配制浆液用水量可以看出，所需氧化锰矿明显减少，能够大大降低生产成本。因此，该基于微旋流分离的短流程氧化锰矿浆脱硫方法在深度脱硫的同时实现了硫酸锰、硫酸和氧化锰矿颗粒等PM2.5关键前体物的源头减排及回收利用，并降低了生产成本，适于在本领域内推广使用。
实施例5模拟烟气脱硫
本实施例采用实施例1中脱硫吸收塔模拟烟气脱硫过程。微旋流分离器的个数为20个，微旋流分离器的精度为1.5μm。
本实施例中新鲜的氧化锰矿浆是由200目的氧化锰矿粉和水搅拌均匀得到，通过加入硫酸调节浆液pH值为1，水的用量为20mL/g。
将1.5L/min的SO2烟气从脱硫吸收塔的下部通入与从上方喷淋下来作为喷淋液的氧化锰矿浆在逆流过程中进行充分接触吸收反应，SO2被高效脱除，并且与氧化锰矿中锰化合物反应生成产物MnSO4及硫酸。脱硫后的烟气上升至塔顶，利用微旋流分离器强化气、液、固相的传质过程，达到烟气深度脱硫，同时对夹带的硫酸锰、硫酸雾滴和氧化锰矿微细颗粒的脱硫烟气进行气-液-固微旋流分离，脱硫反应生成的MnSO4和硫酸及微旋流脱除的硫酸锰、硫酸雾滴和氧化锰矿颗粒物等循环至塔底做脱硫浆液循环使用。经检测，脱硫后烟气中夹带的硫酸锰雾滴浓度降至30ppm以下。
当浆液池的浆液中硫酸锰浓度大于350g/L时，移出浆液作为制取硫酸锰或金属锰的硫酸锰母液。硫酸锰母液经纯化后可用于制备高纯硫酸锰和电解制备金属锰，实现资源循环利用。
试验例1短流程锰硫资源回收系统
本试验例采用实施例3给出的短流程锰硫资源回收系统对锰渣煅烧的烟气进行脱硫同时对氧化锰矿浆液脱硫后的浆液进行回收再利用，工艺流程图见图2。脱硫吸收塔组为三级串联(脱硫吸收塔为实施例1所给出的脱硫吸收塔)，1-2级停留时间均为30min，3级的停留时间为120min。在每级吸收塔段尾气排出口处都增设50个单级并联运行的实施例1中给出的微旋流分离器。
本试验例中新鲜的氧化锰矿浆是由200目的氧化锰矿粉(为南非氧化锰矿(外观为紫黑色，主要成分为MnO2，Mn2O3，Mn3O4等锰的氧化物))和水搅拌均匀得到，通过加入硫酸调节浆液pH值为2，水的用量为15mL/g。
本试验例中烟气流量为5000Nm3/h，烟气中SO2浓度为7.6％(v/v)。
将5000Nm3/h的烟气通入脱硫吸收塔组，与喷淋下来的氧化锰矿浆进行充分接触反应(喷嘴覆盖率可达170％)。当第一个脱硫吸收塔的烟气进入口SO2浓度在7.6％时，采用3级串联的脱硫吸收塔组使烟气与浆液逆流吸收，能够实现脱硫吸收塔尾气排出口浓度低于1000ppm的要求(未安装微旋流分离装置时)，再通过微旋流后续深度脱硫，出口烟气的SO2浓度能够达到＜200mg/m3的要求(安装微旋流分离装置时)，锰浸出率大于90％。经检测，最后一级脱硫吸收塔尾气排出口的硫酸锰雾滴浓度小于30ppm，并且在标准状态下，设备操作压力降不大于0.0002MPa，折合20mm水柱高。
该套短流程锰硫资源回收系统投用后运行平稳、易于控制，达到了烟气脱硫、制备硫酸锰产品的协同效果，同时，对脱硫后烟气中硫酸盐雾滴实现了减排，也满足了PM2.5关键前体物减排要求。
试验例2短流程锰硫资源回收系统
本试验例采用实施例3给出的短流程锰硫资源回收系统对锰渣煅烧的烟气进行脱硫同时对氧化锰矿浆液脱硫后的浆液进行回收再利用，工艺流程图见图2。脱硫吸收塔组为三级串联(脱硫吸收塔为实施例1所给出的脱硫吸收塔)，1-2级停留时间均为30min，3级的停留时间为120min。在每级吸收塔段尾气排出口处都增设50个单级并联运行的实施例1中给出的微旋流分离器。
本试验例中新鲜的氧化锰矿浆是由200目的氧化锰矿粉(为南非氧化锰矿(外观为紫黑色，主要成分为MnO2，Mn2O3，Mn3O4等锰的氧化物))和水搅拌均匀得到，通过加入硫酸调节浆液pH值为1，水的用量为20mL/g。
本试验例中烟气流量为5000Nm3/h，烟气中SO2浓度为7％(v/v)。
将5000Nm3/h的烟气通入脱硫吸收塔组，与喷淋下来的氧化锰矿浆进行充分接触反应(喷嘴覆盖率可达170％)。当第一个脱硫吸收塔的烟气进入口SO2浓度在7.0％时，采用3级串联的脱硫吸收塔使烟气与浆液逆流吸收，能够实现脱硫吸收塔出口浓度低于1000ppm的要求(未安装微旋流分离装置时)，再通过微旋流后续深度脱硫，出口烟气的SO2浓度能够达到＜200mg/m3的要求(安装微旋流分离装置时)，可达标排放，锰浸出率大于90％。经检测，最后一级脱硫吸收塔尾气排出口的硫酸锰雾滴浓度不大于20mg/m3，设备压力降不大于0.0002MPa。
该套短流程锰硫资源回收系统投用后运行平稳、易于控制，对高负荷的SO2有稳定的脱除效率，并达到了90％以上的浸锰率，实现了烟气脱硫、制备硫酸锰产品的协同效果，同时，对脱硫后烟气中硫酸盐雾滴实现了减排，也满足了PM2.5关键前体物减排要求。

Claims (7)

1.一种基于微旋流分离的短流程氧化锰矿浆脱硫方法，其特征在于氧化锰矿浆脱硫在脱硫吸收塔内完成，其过程包括：
（1）含有SO2的锰渣煅烧烟气从脱硫吸收塔的下部通入与从上方喷淋下来作为喷淋液的氧化锰矿浆在逆流过程中进行充分接触吸收反应，反应生成硫酸锰及硫酸；
（2）与氧化锰矿浆反应后的烟气进入设置在脱硫吸收塔顶部的微旋流分离器，烟气在微旋流分离器由内向外快速运行的过程中，烟气中的SO2与烟气所夹带的氧化锰矿浆液之间的传质界面得以强化，进一步地进行脱硫吸收反应，反应生成硫酸锰及硫酸，脱硫达标的尾气排入大气；同时脱除烟气中夹带的硫酸锰、硫酸雾滴和氧化锰矿颗粒；经微旋流分离后的脱硫烟气中夹带的硫酸锰、硫酸雾滴液态物质以及氧化锰矿颗粒的分离效率高达95%以上；
（3）步骤（1）喷淋吸收反应后浆液以及步骤（2）微旋流分离出来的硫酸锰、硫酸雾滴和氧化锰矿颗粒返回作为氧化锰矿浆喷淋液循环使用；
对于SO2体积浓度大于1%的烟气，经2~6个脱硫吸收塔串联重复上述步骤（1）-（3）净化过程，使烟气中SO2含量低于200mg/m3。
2.根据权利要求1所述基于微旋流分离的短流程氧化锰矿浆脱硫方法，其特征在于所述氧化锰矿浆中水的用量为8~10mL/g，氧化锰矿浆的pH值为1~2。
3.根据权利要求1所述基于微旋流分离的短流程氧化锰矿浆脱硫方法，其特征在于所述氧化锰矿为含有MnO2、Mn2O3和MnCO3中至少一种的锰矿。
4.根据权利要求1所述基于微旋流分离的短流程氧化锰矿浆脱硫方法，其特征在于当步骤（3）返回后的浆液中其硫酸锰浓度大于350g/L时，移出浆液作为制取硫酸锰或金属锰的硫酸锰母液。
5.根据权利要求4所述基于微旋流分离的短流程氧化锰矿浆脱硫方法，其特征在于移出硫酸锰浆液后，及时补充新鲜的氧化锰矿浆进行吸收脱硫循环。
6.根据权利要求1所述基于微旋流分离的短流程氧化锰矿浆脱硫方法，其特征在于所述脱硫吸收塔包括塔体（1），设置在塔体壁下部的烟气进入口（2），设置在塔体上部的尾气排出口（4）、浆液入口（7），位于塔体内塔底的浆液池（3），位于塔体内上部的喷淋装置（5），位于喷淋装置上方的微旋流分离装置（6）以及喷淋循环泵（8）；微旋流分离装置出口与尾气排出口连通；所述喷淋装置（5）由若干层喷淋管网（51）组成，所述喷淋管网按照螺旋上升的方式排布，螺旋上升的升角为18~22°；每层喷淋管网包括一根主喷淋管（52）和从主喷淋管延伸出的若干喷淋支管（53），每根喷淋支管（53）上开设有若干喷嘴（54），每层喷淋管的主喷淋管均与吸收塔主体上的浆液入口（7）连通，浆液入口（7）通过管道及喷淋循环泵（8）与连接塔体底部浆液池的浆液出口（9）连通；所述微旋流分离装置（6）包括固定于吸收塔体上部内壁的支撑板（61）和固定于支撑板上的若干微旋流分离器（62），微旋流分离器包括微旋流分离器主体（621）和溢流口（624），微旋流分离器主体为由圆柱段和圆锥段组成的中空洞状结构，其上端设有气体入口（622），底部设有底流口（623），设置在微旋流分离器主体顶部的溢流口固定于支撑板的安装孔内；微旋流分离器主体的圆柱段与圆锥段的长度比为(0.1~0.5)：1。
7.一种适用于权利要求1至6任一项权利要求所述基于微旋流分离的短流程氧化锰矿浆脱硫方法的资源回收系统，其特征在于包括依次连接的锰渣煅烧炉（A1）、除尘器（A2）、风机（A3）、由若干脱硫吸收塔（A4）串联成的脱硫吸收塔组、深度浸锰槽（A5）、净化池（A6）、电解槽（A7）、浆液槽（A8）；锰渣于煅烧炉煅烧后的残渣作为水泥原料，煅烧生成的烟气经风机鼓入脱硫吸收塔组，烟气于脱硫吸收塔内与氧化锰矿浆吸收脱硫反应后由烟囱排除，从脱硫吸收塔排出的浆液进入深度浸锰槽中除杂，除杂后的浆液进一步送入净化池中净化，净化所得硫酸锰溶液进入电解槽进行电解得到金属锰，净化所得锰渣经干燥返回煅烧炉进行下一个循环；浆液槽中配制的新鲜氧化锰矿浆通过脱硫吸收塔上的另一浆液入口注入浆液池。
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