CN110280125A - 一种含砷和so3的冶炼烟气的干式净化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种含砷和SO3的冶炼烟气干式净化方法，包括以下步骤，1)向余热锅炉和高温除尘器中的烟气喷入水溶液，进行降温，形成固态颗粒；(2)利用旋风除尘器将固态颗粒捕集；(3)将吸附剂喷入旋风除尘器的出口烟道中，在烟道和反应器内进行吸附反应；(4)利用布袋除尘器将吸附剂以及残余的固态As2O3捕集下来，形成烟尘；(5)将部分烟尘通过循环装置输送回反应器内继续反应，剩余的烟尘作为冶炼配料返炉使用。与现有技术相比，本发明可实现砷和SO3等多污染物同步捕集，总砷回收率高达95％以上，对SO3去除率可达95％以上，具有明显的环保和经济效益。此外本发明对烟气中细颗粒物、汞、氟及氯也具有高效协同净化功能。

Description

一种含砷和SO3的冶炼烟气的干式净化方法
技术领域
本发明涉及烟气净化方法，尤其是涉及一种含砷和SO3的冶炼烟气的干式净化方法。
背景技术
我国十种常规有色金属产量已经连续十余年位居世界第一。有色金属冶炼的长足发展带来了日趋严重的环境问题，尤其以冶炼过程中排放的二氧化硫、重金属等气体污染物最具代表性。因此，我国已经颁布了极为严格的有色金属冶炼烟气污染物排放标准，旨在减少有色金属冶炼烟气的污染物排放。
冶炼原料中普遍含有一定浓度的砷，在焙烧过程中形成含有大量As2O3的冶炼烟气。在高温烟气中，As2O3主要以气态形式存在，且伴有高浓度SO2和SO3。为了避免烟气中的砷流入制酸工序，毒害矾催化剂，或者排放至大气中污染环境，需要对其进行回收。关于含砷烟气的处理，国内外一直在进行研究。德国Lurgi提出了湿法除砷工艺，将专利DE19823227063和DE3514471应用在了处理铜冶炼烟气湿法除砷中；山东恒邦冶炼股份有限公司提出了骤冷除砷工艺，将CN105536475A和CN205360870U应用在了处理冶金行业高砷矿高温烟气；中国恩菲工程技术有限公司提出了骤冷变相除砷工艺，将专利ZL.201310204680.4和ZL.201420831059.0应用在了处理有色金属行业含砷烟气；昆明理工大学提出了水闪蒸干法除砷工艺，将CN106377922A应用在了处理云铜冶炼烟气。
这些烟气除砷的方法普遍采用湿法骤冷除砷，将烟气温度降低后，利用布袋除尘器收砷，除尘后的烟气送去制酸烟气净化工序。但是通过湿式降温方式改变了烟气成分，尤其是水的大量使用使得后续水处理负荷量加重。此外，由于烟气中SO3的存在，降温过程SO3在低于酸露点时易凝结产生酸雾，对管道和设备造成严重腐蚀，粘结烟尘，导致无法正常运行。而除砷后的烟气通常采用湿法洗涤及电除雾作为降温、除尘、除SO3的手段，SO3、汞和砷会溶于水中形成较多的污酸。这类含重金属污酸废水污染强度高，治理难度大，亟待有效的处理方法。因此，亟待开发一种干式捕集技术将SO3和砷在洗涤前同时捕集，以解决As2O3的回收问题，并减少洗涤污酸的产生量，降低污酸处理系统的负荷，实现危废液废渣减量化。
中国发明专利ZL201510203636.0公开了一种有色冶炼制酸烟气三氧化硫及重金属干式脱除方法，虽然该专利也是采用了干式捕集技术，但是该专利使用过程中将SO3/重金属的吸附剂同时喷入烟道，造成多种吸附剂混合在一起难于分离，因而也难以实现两类污染物的资源化利用；而且该专注重点关注的重金属是零价汞，其对应的吸附剂主要是吸附捕集烟气中的重金属汞，无法实现对砷的有效去除。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种能将SO3、砷同步捕集，从而实现砷的高效捕集回收，同时明显减少冶炼烟气洗涤污酸产量的含砷和SO3的冶炼烟气的干式净化方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
通过向烟气中喷入冷却水降温，并通过旋风除尘器将析出的砷氧化物颗粒去除，随后利用高选择性吸附剂将烟气中的SO3和残余砷及其他重金属进行吸附，并通过布袋除尘器将吸附剂进行脱除，最终实现砷和SO3的同步去除目的。
一种含砷和SO3的冶炼烟气的干式净化方法，包括以下步骤：
(1)向余热锅炉和高温除尘器中的烟气喷入化学凝并组分和雾化水组成的水溶液进行降温，将烟气温度从300-350℃降至120-180℃，使气态砷凝结成固态颗粒，部分SO3形成硫酸气溶胶；
(2)利用旋风除尘器将固态颗粒捕集；
(3)将吸附剂喷入旋风除尘器的出口烟道中，在烟道和反应器内进行吸附反应，吸附烟气中的SO3、硫酸气溶胶和砷；
(4)利用布袋除尘器将吸附了SO3、硫酸气溶胶和砷的吸附剂以及残余的固态砷捕集下来，并对残留的SO3及气态砷进行吸附，形成烟尘；
(5)将部分从布袋除尘器灰斗收集的烟尘通过循环装置输送回反应器内继续反应，剩余的烟尘作为冶炼配料返炉使用。
进一步地，步骤(1)中所述的雾化水为工艺水或者洗涤废水。
进一步地，步骤(1)中所述的化学凝并组分包括羧甲基纤维素钠(CMC)、聚丙烯酰胺(PAM)或黄原胶的一种或多种，在所述的水溶液中的含量为0.01-1wt.％。
进一步地，步骤(1)中所述的水溶液中还包括亚硫酸铁，其在水溶液中含量为0.1-10wt.％。
进一步地，步骤(1)中所述的水溶液的喷入量与烟气的体积比例为0.05-2L/m3，水溶液的雾化粒径为10-100μm。
进一步地，步骤(2)中所述的旋风除尘器阻力小于800Pa，具有耐硫酸腐蚀能力，由单个或多个旋风除尘器并联。
进一步地，步骤(2)中所述旋风除尘器捕集的固态颗粒，作为砷资源进行回收利用。
进一步地，步骤(3)中所述的吸附剂包括碳酸钙、氧化钙、氧化镁、氧化铁、氧化锌、活性炭中的一种或几种。
进一步地，步骤(3)中所述的吸附剂为小于300目的粉状细颗粒物，吸附剂的喷入量与烟气中SO3的摩尔比为1-3:1。
进一步地，步骤(5)中输送回反应器内的烟尘占布袋除尘器收集烟尘的40-70％。
本发明方法，首先，直接向经过余热锅炉和高温除尘器后的焙烧烟气中喷入含有化学凝并组分的雾化水，将烟气温度降至SO3的酸露点附近，此时气态As2O3将冷凝为固态颗粒析出，并在凝并剂的作用下团聚为大颗粒；然后利用旋风除尘器将冷凝下来的砷烟尘捕集回收；随后将碱性吸附剂粉末喷入烟道中，在管道及反应器内对SO3及其气溶胶进行选择性吸附捕集；同时吸附剂粉末也可吸附残余的砷等重金属，并且诱导细颗粒物的凝并长大，增强其去除效率；最后利用布袋除尘器对烟气中的吸附剂和硫酸盐类/As2O3等颗粒进行捕集，吸附剂经分离后可循环使用，以提高其利用效率并降低运行成本。该工艺可实现砷和SO3等多污染物同步捕集，总砷回收率高达95％以上，对SO3去除率可达95％以上，具有明显的环保和经济效益。此外本发明对烟气中细颗粒物、汞、氟及氯也具有高效协同净化功能。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、该方法首先利用降温和旋风除尘将大部分砷烟尘捕集，然后利用碱性吸附剂捕集SO3，可以直接实现粗As2O3的回收，避免了砷烟尘和硫酸盐的难分离问题；
2、该方法能高效且选择性的去除烟气中的SO3，同时回收砷，由此可显著减少湿法洗涤液中硫酸、重金属和砷的含量，降低污酸处理系统的负荷；
3、该工艺设置有物料循环系统，能够将吸附剂重复利用，增大吸收剂的利用率，减少固体废弃物的产生；
4、该方法不产生污酸废水，无二次污染，能够降低污水处理成本，提高企业经济效益；
5、该工艺除了捕集SO3和砷以外，还将对细颗粒物、汞、氟及氯也具有高效协同去除能力。
附图说明
图1为本发明采用工艺的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
本实施例从实际铅冶炼厂富氧底吹炉烟气表冷器后引出10000m3/h烟气，建立了一套中试烟气净化装置。该中试装置分别配套了降温喷淋系统、一个旋风除尘器、吸附剂喷入装置、流化床反应器和布袋除尘器。
采用上述装置进行含砷和SO3的冶炼烟气的干式净化方法，如图1所示，包括以下步骤：
(1)降温喷淋系统利用气液两相雾化喷头，将一定量的降温冷却水和压缩空气作喷入到旋风除尘器入口前的烟道中，将烟气温度从300℃降温至170℃，从而使烟气中的气态砷冷凝为As2O3固态颗粒析出。同时，烟气温度接近SO3酸露点，部分SO3以更容易被吸附剂捕集的硫酸气溶胶形式存在；
其中，烟道中的烟气来自余热锅炉和高温除尘器排出的烟气，烟气中As2O3浓度约为20mg/m3，向烟气中按照6.8L/min的速度向烟道中喷入水溶液，即水溶液的喷入量与烟气的体积比例为0.4L/m3，与烟气温度高低有关，水溶液的雾化粒径为10-100μm。
向烟气中喷入的水溶液中含有化学凝并组分和雾化水，化学凝并组分包括羧甲基纤维素钠(CMC)和亚硫酸铁，CMC在水溶液的中的含量为0.01wt.％，亚硫酸铁在水溶液中含量为10％。
烟气中的砷蒸汽快速发生冷凝相变，转化为As2O3细颗粒，并在化学凝并剂的作用下团聚长大为粗颗粒。
(2)烟气中的As2O3颗粒在化学凝并组分的作用逐渐团聚长大，并进入旋风除尘器，利用旋风除尘器将固态颗粒捕集，作为粗三氧化二砷产品回收；
旋风除尘器阻力小于800Pa，具有耐硫酸腐蚀能力，由单个或多个旋风除尘器并联。旋风除尘器捕集的固态颗粒，作为砷资源进行回收利用，且亚硫酸铁可增加砷的稳定性。经旋风除尘器除尘后的烟气中As2O3浓度降低至6mg/m3。
(3)利用文丘里喷射装置将对SO3、硫酸气溶胶和砷具有吸附作用的吸附剂喷入旋风除尘器的出口烟道(烟道内烟气中SO3浓度约为3000mg/m3)中，在烟道和反应器内进行高效流态化反应，选择性脱除SO3及硫酸气溶胶；同时，吸附剂颗粒也将吸附残余的砷，并且诱导细颗粒物的凝并长大，以增强其去除效率；
其中，吸附剂为粒径小于300目的碳酸钙粉末，吸附剂的喷入量为37.5kg/h，即与烟气中SO3的摩尔比约为1:1。
(4)利用布袋除尘器将吸附了SO3、硫酸气溶胶和砷的吸附剂以及残余的固态As2O3捕集下来，同时，布袋除尘器的颗粒过滤层也会进一步对残留的SO3及气态砷进行吸附，形成烟尘；布袋除尘器出口的烟气中SO3浓度降低至1000mg/m3。
(5)将部分含有未反应完全反应的吸附剂颗粒的烟尘通过循环装置输送回反应器内继续反应，剩余的烟尘作为冶炼配料返炉使用。输送回反应器内的烟尘占40％，剩余部分烟尘作为冶炼配料返炉使用。
采用本实施例方法，总砷回收率高达95％以上，对SO3去除率可达95％以上。
实施例2
本发明利用上述中试装置进行了效果验证。首先，引出的烟气温度为300℃，烟气中As2O3浓度约为20mg/m3。向烟气中按照6m3/min的速度向烟道中喷入冷却水，在旋风除尘器入口前将烟气温度将低至170℃左右。旋风除尘器后的烟气中As2O3浓度降低至6mg/m3左右。进一步将冷却水的喷入速度提升至6.8L/min，旋风除尘器入口前的烟气温度将低至125℃左右。旋风除尘器后的烟气中As2O3浓度降低至3mg/m3左右。
采用本实施例方法，总砷回收率高达98％以上，对SO3去除率可达98％以上。
实施例3
本发明利用上述中试装置进行了效果验证。首先，引出的烟气温度为300℃，烟气中SO3浓度约为3000mg/m3。向烟气中按照40kg/h的速度向流化床反应器前的烟道中喷入碳酸钙粉末；烟气依次经过流化床反应器和布袋除尘器。布袋除尘器出口的烟气中SO3浓度降低至1000mg/m3。继续将碳酸钙粉末的投加速度提高至80kg/h，则布袋除尘器出口的烟气SO3浓度降低至300mg/m3。
采用本实施例方法，总砷回收率高达99％以上，对SO3去除率可达99％以上。
实施例4
一种含砷和SO3的冶炼烟气的干式净化方法，包括以下步骤：
(1)向余热锅炉和高温除尘器中的烟气喷入化学凝并组分和雾化水组成的水溶液进行降温，将烟气温度从350℃降至180℃，使气态砷凝结成固态颗粒，部分SO3形成硫酸气溶胶；其中雾化水为洗涤废水，化学凝并组分为聚丙烯酰胺(PAM)，其在所述的水溶液中的含量为1wt.％。水溶液的喷入量与烟气的体积比例为0.4L/m3；
(2)利用旋风除尘器将固态颗粒捕集；
(3)将吸附剂喷入旋风除尘器的出口烟道中，在烟道和反应器内进行吸附反应，吸附烟气中的SO3、硫酸气溶胶和砷；吸附剂为小于300目的氧化钙粉状细颗粒物；吸附剂的喷入量与烟气中SO3的摩尔比为1:1；
(4)利用布袋除尘器将吸附了SO3、硫酸气溶胶和砷的吸附剂以及残余的固态砷捕集下来，并对残留的SO3及气态砷进行吸附，形成烟尘；
(5)将部分从布袋除尘器灰斗收集的烟尘通过循环装置输送回反应器内继续反应，剩余的烟尘作为冶炼配料返炉使用。输送回反应器内的烟尘占布袋除尘器收集烟尘的40％。
采用本实施例方法，总砷回收率高达96％以上，对SO3去除率可达96％以上。
实施例5
一种含砷和SO3的冶炼烟气的干式净化方法，包括以下步骤：
(1)向余热锅炉和高温除尘器中的烟气喷入化学凝并组分和雾化水组成的水溶液进行降温，将烟气温度从300℃降至120℃，使气态砷凝结成固态颗粒，部分SO3形成硫酸气溶胶；其中雾化水为洗涤废水，化学凝并组分包括聚丙烯酰胺(PAM)和亚硫酸铁，其中，PAM在所述的水溶液中的含量为0.01wt.％。亚硫酸铁在水溶液中含量为0.1wt.％，水溶液的喷入量与烟气的体积比例为0.43L/m3；
(2)利用旋风除尘器将固态颗粒捕集；
(3)将吸附剂喷入旋风除尘器的出口烟道中，在烟道和反应器内进行吸附反应，吸附烟气中的SO3、硫酸气溶胶和砷；吸附剂为小于300目的活性炭粉状细颗粒物；吸附剂的喷入量与烟气中SO3的摩尔比为3:1；
(4)利用布袋除尘器将吸附了SO3、硫酸气溶胶和砷的吸附剂以及残余的固态砷捕集下来，并对残留的SO3及气态砷进行吸附，形成烟尘；
(5)将部分从布袋除尘器灰斗收集的烟尘通过循环装置输送回反应器内继续反应，剩余的烟尘作为冶炼配料返炉使用。输送回反应器内的烟尘占布袋除尘器收集烟尘的70％。
采用本实施例方法，总砷回收率高达97％以上，对SO3去除率可达97％以上。
以上实施例仅用于说明本发明技术方案，并非是对本发明的限制，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做的改变、替代、修饰、简化均为等效的变换，都不脱离本发明的宗旨，也应属于本发明的权利要求保护范围。

Claims (10)

1.一种含砷和SO3的冶炼烟气的干式净化方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)向余热锅炉和高温除尘器中的烟气喷入化学凝并组分和雾化水组成的水溶液进行降温，将烟气温度从300-350℃降至120-180℃，使气态砷凝结成固态颗粒，部分SO3形成硫酸气溶胶；
(2)利用旋风除尘器将固态颗粒捕集；
(3)将吸附剂喷入旋风除尘器的出口烟道中，在烟道和反应器内进行吸附反应，吸附烟气中的SO3、硫酸气溶胶和砷；
(4)利用布袋除尘器将吸附了SO3、硫酸气溶胶和砷的吸附剂以及残余的固态砷捕集下来，并对残留的SO3及气态砷进行吸附，形成烟尘；
(5)将部分从布袋除尘器灰斗收集的烟尘通过循环装置输送回反应器内继续反应，剩余的烟尘作为冶炼配料返炉使用。
2.根据权利要求1所述的一种含砷和SO3的冶炼烟气的干式净化方法，其特征在于，步骤(1)中所述的雾化水为工艺水或者洗涤废水。
3.根据权利要求1所述的一种含砷和SO3的冶炼烟气的干式净化方法，其特征在于，步骤(1)中所述的化学凝并组分包括羧甲基纤维素钠(CMC)、聚丙烯酰胺(PAM)或黄原胶的一种或多种，在所述的水溶液中的含量为0.01-1wt.％。
4.根据权利要求1或3所述的一种含砷和SO3的冶炼烟气的干式净化方法，其特征在于，步骤(1)中所述的水溶液中还包括亚硫酸铁，其在水溶液中含量为0.1-10wt.％。
5.根据权利要求1所述的一种含砷和SO3的冶炼烟气的干式净化方法，其特征在于，步骤(1)中所述的水溶液的喷入量与烟气的体积比例为0.05-2 L/m3，水溶液的雾化粒径为10-100μm。
6.根据权利要求1所述的一种含砷和SO3的冶炼烟气的干式净化方法，其特征在于，步骤(2)中所述的旋风除尘器阻力小于800 Pa，具有耐硫酸腐蚀能力，由单个或多个旋风除尘器并联。
7.根据权利要求1所述的一种含砷和SO3的冶炼烟气的干式净化方法，其特征在于，步骤(2)中所述旋风除尘器捕集的固态颗粒，作为砷资源进行回收利用。
8.根据权利要求1所述的一种含砷和SO3的冶炼烟气的干式净化方法，其特征在于，步骤(3)中所述的吸附剂包括碳酸钙、氧化钙、氧化镁、氧化铁、氧化锌、活性炭中的一种或几种。
9.根据权利要求1所述的一种含砷和SO3的冶炼烟气的干式净化方法，其特征在于，步骤(3)中所述的吸附剂为小于300目的粉状细颗粒物，吸附剂的喷入量与烟气中SO3的摩尔比为1-3：1。
10.根据权利要求1所述的一种含砷和SO3的冶炼烟气的干式净化方法，其特征在于，步骤(5)中输送回反应器内的烟尘占布袋除尘器收集烟尘的40-70％。
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