CN111482066A - 一种脱除高温烟气中so3的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种脱除高温烟气中SO3的方法，该方法将粉末还原剂注入工业装置高温烟气流经区域，在一定条件下粉末还原剂与烟气中的SO3充分混合、发生氧化还原反应，达到降低SO3排放的目的。本发明使用的工艺系统主要包括：粉末还原剂储罐、还原剂输送管段、粉末还原剂仓泵计量加剂系统、粉末喷射装置。本发明不需要催化剂、不额外增加反应器，反应条件简单，投资及运营成本低，经济、环保效益明显，可满足工业装置降低烟气中SO3排放的普遍需求。

Description

一种脱除高温烟气中SO3的方法
技术领域
本发明涉及一种脱除高温烟气中SO3的方法，更确切地说，涉及一种利用粉末还原剂脱除高温烟气中SO3的还原法，应用于工业废气治理领域。
背景技术
我国的硫氧化物排放量巨大，是目前主要的大气污染物。目前，社会关注点主要集中于二氧化硫，2016年1月1日起全国开始实施新的环境空气质量标准GB3095-2012，该标准进一步收紧了其排放浓度限值。目前虽然没有对SO3排放做明确要求，但对与其直接相关的硫酸雾的排放限值进行了规定(GB 16297—1996限值70.0mg/m3)，2015年11月30日，上海市环境保护局、上海市质量技术监督局联合发布《大气污染物综合排放标准》(DB31/933—2015)，将硫酸雾最高允许排放浓度确定为不超过5.0mg/m3，最高允许排放速率为不超过1.1kg/h。随着环保法规的日益完善和人们环保意识的提高，SO3(或硫酸雾)排放标准将越来越严。
我国石化、煤电、窑炉等相关工业企业每年都会排放大量硫氧化物，且其排放区域相对集中，对局部环境污染非常严重。烟气中SOX的SO2/SO3≈9:1，烟气中SO3达到一定浓度时，增加了烟气管道或容器的腐蚀和结垢的可能性，导致设备和元件(部件)的效率降低，检修(维修)成本增加。只要烟气中存在8％左右的水蒸气，99％的SO3都将转化为H2SO4蒸气，当温度低于H2SO4蒸气的露点温度时，H2SO4蒸气冷凝形成硫酸液滴；大颗粒液滴造成了设备腐蚀，而0.5～3.0μm的硫酸液滴会生成硫酸气溶胶，形成硫酸雾，加重雾霾和酸沉降污染。当含有硫酸雾的烟气被排入到大气中之后，由于这些雾滴粒径与可见光的波长接近，会对光线产生瑞利散射，瑞利散射的特点是散射光的强度与波长的四次方成反比，短波的蓝色光线散射要比长波的红色光线强许多，最终使得烟囱在阳光照射侧烟气的烟羽呈蓝色，而在烟羽的另一侧(透射侧)呈黄褐色，这就是一些烟气出现黄色或蓝色烟羽的原因。
目前，工业烟气中三氧化硫处置方案主要有：1、烟气干法脱硫，干法脱硫对于SO3的脱除效率很高，一般可达到90％以上，干法脱硫后的烟气酸露点温度大大降低，一般在60℃以下，因此未脱除的SO3不会生成硫酸气溶胶，不会产生蓝烟现象，但该技术实际应用中存在着设备运行稳定性不足、硫酸盐二次处理等问题。2、烟气湿法脱二氧化硫后使用静电除雾设施，利用静电除雾技术脱除烟气中硫酸雾和液滴，该技术面临投资成本高、与烟脱装置匹配性不足等难题。此外，在石油加工催化裂化领域还使用硫转移类型的助剂，SO3在再生器中直接被硫转移剂(或助剂)吸附和转移，但硫转移剂(或助剂)适用于完全再生方式的催化裂化装置，适用性不足且脱除过程不可控。
CN206701071U公开了一种脱除三氧化硫的装置，包括溶解罐、储液罐、稀释水罐、SCR反应器和空气预热器，利用向烟道内喷射碱液吸收的方法脱除SO3。按照此发明提供的方法，提高了吸收剂的利用率，有效降低了对后端空气预热器腐蚀和积灰的影响。
CN109876616A公开了一种燃煤锅炉烟气三氧化硫脱除装置，包括悬浮液制备系统和悬浮液喷射系统，该发明利用向烟道内喷射碱性盐溶液的方法吸收脱除SO3。按照此发明提供的方法，能克服传统喷射装置的缺点，一定程度上降低脱除成本、减少对烟气温度的影响，保证一定的脱除硫效率。
CN105854537A公开了一种工业炉窑预脱除三氧化硫和脱硝装置及方法，在脱硝之前脱除三氧化硫；所述装置由管道、三氧化硫脱除塔、脱硝反应塔、引风机、氨喷射装置、工艺水喷头、整流器以及烟气检测设备、阀门、流量计等组成。按照此发明提供的方法，延长了脱硝催化剂的寿命，还可达到部分除尘的效果。
CN108554170A公开了一种FCC再生烟气中NOx、SOx的脱除系统及脱除方法，该脱除系统包括余热锅炉和烟囱，介于余热锅炉和烟囱之间设置有脱除反应装置；余热锅炉包括高温蒸发段和低温蒸发段，高温蒸发段依次通过SCR反应器和第一脱硫塔与低温蒸发段连通，高温蒸发段通过过热段和三级旋风分离器与催化裂化再生器连通，低温蒸发段依次通过省煤器和第二脱硫塔与烟囱连通；第一脱硫塔用于烟气中三氧化硫的脱除，第二脱硫塔用于烟气中二氧化硫的脱除。烟气在进行排放前先经过脱硝处理，再分别进行三氧化硫和二氧化硫的去除。该发明中吸收剂溶液为碱性盐溶液。按照此发明提供的方法，一方面能够有效提高烟气的NOx和SOx的脱除效率，避免环境污染，另一方面能够有效避免三氧化硫与水蒸气混合形成酸液对设备造成腐蚀。
现有主要的脱硫工艺是基于酸碱中和的反应原理，其技术特征主要是利用碱性物质与烟气中SO2、SO3进行反应生成硫酸盐或亚硫酸盐再进行二次处理，其中应用最多是湿法脱硫工艺。湿法脱硫工艺利用氢氧化钠溶液或其他碱性溶液，能脱除99％以上的SO2，而对SO3的脱除存在瓶颈，其主要原因是：湿法脱硫时SO3是以硫酸气溶胶颗粒的形式存在，且粒径一般在纳米级。碱液与硫酸气溶胶颗粒之间的传质作用主要依靠惯性碰撞、布朗扩散、重力沉降、电泳、热泳等作用实现，而对于纳米级的硫酸气溶胶颗粒而言，其斯托克斯数很小(<<1)，很容易沿气流绕过浆液滴后逃逸，此时，布朗扩散是气溶胶颗粒的主要传质方式，其传质速率很慢，因此，湿法脱硫对SO3的脱除率不高。本发明基于湿法脱硫工艺易脱除SO2而不易脱除SO3的技术现状，尝试将SO3在进入烟气脱硫工序前变为易脱除的SO2，同时研究实施这一设想的还原剂及其还原反应工艺。经过对反应机理、工艺方案的研究，本发明突破传统酸碱中和、湿法脱硫的工艺束缚，形成了粉末还原法还原脱除SO3的新方法，利用这一方法，在降低SO3排放浓度的同时，不产生氨气等非目标产物，同时不影响烟气系统温度场，不影响机械设备稳定运行，达到环保效益与经济效益的最优化。
发明内容
本发明针对现有工艺的不足，提供一种利用粉末还原剂脱除高温烟气中SO3的方法，或者说降低工业烟气中SO3排放的方法，可用于突破现有装置工艺瓶颈。
本发明所采用的工艺流程及方案：
1、本发明使用的物料主要有：还原剂粉末、输送风、仪表风。粉末还原剂选自三聚氰胺、三聚氰酸一酰胺、三聚氰酸二酰胺、三聚氰酸、三聚氰胺氰尿酸中的一种或多种混合物。还原剂粉末粒径不大于300μm，优选150μm-200μm。输送风选自净化空气(不含水蒸气、有机气体、粉尘或其他杂质)、氮气、经加压后的烟气中的一种或多种。仪表风为净化空气(不含水蒸气、有机气体、粉尘或其他杂质)。
2、本发明使用的工艺系统主要包括：粉末还原剂储罐、还原剂一次输送管段、粉末还原剂仓泵计量加剂系统、还原剂二次输送管段、粉末喷射装置及相应公用配套设施；设备设施使用380V工业用电。
3、本发明的主要工艺方案特点：本发明所述的烟气水蒸气体积含量不低于0.01％。输送风将粉末还原剂直接带入烟气温度为400℃-1000℃的烟气流经区域，粉末还原剂与烟气充分混合均匀，还原剂与烟气中的SO3发生氧化还原反应，还原剂粉末在400℃-1000℃的烟气流经区域内的反应停留时间0.2s-20s；SO3被还原为SO2，当SO2排放浓度高于政策标准时，则用碱液吸收或其他烟气脱二氧化硫系统使其达标排放；还原剂被氧化为N2、CO2、CO、H2O，随烟气无害化排放；粉末还原剂的加入量依据SO3质量确定，具体地，还原剂与高温烟气中SO3反应量的摩尔比为(0.3-5.0)：1，粉末还原剂的加入量由粉末输送仓泵系统内的变频计量设备进行控制。为了保证粉末接触烟气的分散性，输送风加注还原剂的线速度不能小于1m/s。为了提升反应效率，还原剂粉末进入烟气流经区域内的温度优选600℃—900℃。
本发明的有益效果
1、本发明使用高活性固体粉末还原剂，不需要使用催化剂，工艺简单，400℃-1000℃的工业烟气均能满足还原反应要求，且在此条件下可以达到80％以上的还原脱除率，另外还原剂不带来二次污染。
2、本发明的实施方法简单，对工业生产过程工艺及其装置无较大改动、结构简单，仅在烟气流经区域添加还原剂注入口或利旧现有烟气采样口，特别地，把烟气流经区域作为实际反应器，不需要额外增加反应器。此外，注入口前的还原剂加注系统也比较简单，占用空间小，易于安装、维修。
3、本发明不增加额外的反应器、不使用催化剂，其投资及运营成本明显低于现有工艺，经济、环保效益明显，可满足国内工业企业降低烟气中SO3排放的普遍需求。
附图说明
附图是根据本发明的工艺流程示意图：
如图所示：1、还原剂存储罐；2、粉末输送高压仓泵系统；3、供风系统；4、还原剂二次输送管段；5、喷射装置；6、烟气产生单元；7、烟气流经区域；8、烟气余热回收系统；9、二氧化硫处理系统；10、烟囱。
具体实施方式
本发明提供一种脱除高温烟气中SO3的方法，下面结合附图进一步说明。
利用来自供风系统(3)的输送风，存放在还原剂存储罐(1)内的还原剂通过一次输送管段进入到粉末输送高压仓泵系统(2)；利用来自供风系统(3)的输送风，粉末输送高压仓泵系统(2)可将还原剂粉末定量、连续、稳定、均匀地喷入还原剂二次输送管段(4)，还原剂粉末的加入量由粉末输送高压仓泵系统内(2)的变频计量设备进行控制。利用来自供风系统(3)的输送风，还原剂二次输送管段内的粉末还原剂被输送至喷射装置(5)内。从烟气产生单元(6)出来的高温烟气进入烟气余热回收系统(8)前有长短不定的烟气流经区域(7)，在烟气流经区域(7)内选择某一位置安装或加设喷射装置(5)，喷射装置(5)内具有一定压力、线速度的还原剂粉末与输送风的混合物进入烟气流经区域，粉末还原剂均匀分散在烟气中，与烟气中的三氧化硫充分反应，将三氧化硫还原为二氧化硫，还原剂变为无污染可排放的氮气、二氧化碳、水等成为烟气的一部分，烟气经过烟气余热回收系统(8)后进入二氧化硫处理系统(9)，随后烟气进入烟囱(10)合规外排。
本发明提供的方法中，为了优化反应效率，可以在烟气流经区域(7)上不同位置多点安装喷射装置，达到多点加剂的目的，以达到进一步提高脱除率的效果。
尽管已示出和描述了本发明的优选实施方式，可以设想，本领域的技术人员可在所附权利要求的精神和范围内设计对本发明的各种修改。

Claims (9)

1.一种脱除高温烟气中SO3的方法，其特征在于：利用输送风将存放在存储罐内的还原剂粉末通过一次输送管段输送到粉末输送高压仓泵系统；再利用输送风将粉末输送高压仓泵系统将还原剂粉末喷入还原剂二次输送管段，还原剂粉末的加入量由粉末输送高压仓泵系统内的变频计量设备进行控制；接下来利用输送风将还原剂二次输送管段内的还原剂粉末输送至喷射装置内；还原剂粉末与输送风的混合物经喷射装置进入烟气流经区域，粉末还原剂均匀分散在烟气中，与烟气中的SO3发生氧化-还原反应，将SO3还原为易被碱液吸收的SO2。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述还原剂粉末选自三聚氰胺、三聚氰酸一酰胺、三聚氰酸二酰胺、三聚氰酸、三聚氰胺氰尿酸中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述还原剂粉末粒径不大于300μm，优选50μm-200μm。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述输送风选自净化空气(不含水蒸气、有机气体、粉尘或其他杂质)、氮气、经加压后的烟气中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述还原剂粉末进入烟气流经区域的温度为400℃-1000℃，优选600℃—900℃。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述还原剂粉末在烟气流经区域内的停留时间为0.2s-20s。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述粉末还原剂的加入量依据SO3质量确定，具体地，还原剂的加入量与烟气中SO3流量的摩尔比为(0.3-5.0)：1。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述粉末还原剂在烟气流经区域以一点或多点同时注入。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述烟气的水蒸气体积含量不低于0.01％。
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