CN112892188A - So2吸收副产物制高附加值产品的智能调控系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种SO2吸收副产物制高附加值产品的智能调控系统及方法，包括顺次设置的烟气净化冷却子系统、烟气脱硫子系统、亚硫酸氢铵精制子系统、硫酸羟胺制备子系统、高附加值产品制备子系统，烟气净化冷却子系统、烟气脱硫子系统布置于SCR脱硝系统至电厂烟囱间的烟道中，烟气脱硫子系统、硫酸羟胺制备子系统、高附加值产品制备子系统分别与智能调控子系统相连接。本发明采用烟气净化冷却、分段高效脱硫、亚硫酸氢铵精制、高附加值产品制备、智能多因子调控等多元手段，实现烟气预净化洗涤‑亚硫酸氢铵抑制氧化‑肟中间体精制等全流程多手段匹配优化控制，在高效实现SO2脱除的同时，低成本实现成品肟等高附加值产品制备。

Description

SO2吸收副产物制高附加值产品的智能调控系统及方法
技术领域
本发明属于大气污染治理和资源回收技术领域，涉及一种从高硫煤烟气中回收二氧化硫并利用副产物生产高附加值化工产品的智能调控系统及方法。
背景技术
我国是世界上最大的煤炭生产国和消费国，工业燃料中的75％，发电能源的76％和民用商品能源的80％都是煤炭。煤的组成分和结构非常复杂且繁多，这些成分在煤燃烧的过程中会形成烟尘、SO2、NOx、CO2以及微量重金属等多种有害物质，引起酸雨、温室效应、阴霾天气、臭氧层破坏等诸多环境问题。高硫煤电厂的脱硫问题一直是我国研究的重点。传统氨法脱硫存在着运行成本高，而且存在着脱硫副产品硫酸铵附加值低而最终影响运行成本的问题。目前，氨-亚硫酸氢铵法副产亚硫酸氢铵，可生产高附加值产品硫酸羟胺。硫酸羟胺是工业上合成肟等高附加值产品的重要原料。
肟，一般是指含有羰基的醛、酮类化合物与羟胺作用生成的有机化合物，可以参与许多有机化学反应，也是合成许多化工产品的重要原料。传统拉西法制羟胺需烧制大量硫磺产生SO2，且副产大量低附加值的硫酸铵。已有的中试装置对氨法烟气脱硫工艺进行改进，脱硫产物不直接转化为硫酸铵，而是先转化为亚硫酸氢铵盐溶液，在传统拉西法羟胺合成工艺基础上加以改进，用脱硫产物亚硫酸盐合成硫酸羟胺。但该方法在氨水加入、S/C(亚硫酸氢铵/亚硫酸铵)配比、反应物配比、反应环境参数控制等工艺上仍不完善，且磺化反应条件难以实现。
中国专利CN 105731400A设计了一种制备硫酸羟胺的设备。设备包括：钙盐调制降温釜、二磺酸盐制备反应釜和水解反应器。其中钙盐调制降温釜和二磺酸盐制备反应器内含蛇形排布的换热管，管内有冷却循环介质(乙醇水溶液、氨水、丙烷、二氧化碳中的一种)。可以满足磺化反应条件。但该技术具有以下不足：反应原料为钙盐(亚硫酸氢钙)，对现有的氨法脱硫技术得到的副产物为亚硫酸氢铵，在盐的调制、反应物配比、反应环境参数设置等方面均有差异。降温釜为常压降温釜，无法满足高压反应条件。
高硫烟气进行脱硫时，SO2的高效吸收是高硫烟气净化的最大问题，而大量的SO2资源化利用也是一个难题。抛弃法脱硫存在着运行成本高，且脱硫副产品因没有回收利用容易造成二次污染；而回收法脱硫存在着回收产品的附加值低而最终影响运行成本的问题。
因此，针对现有技术的不足，亟需研究一种成本低廉、稳定高效、转化率高的脱硫副产高附加值产品的系统和方法。
发明内容
本发明提供了一种SO2吸收副产物制高附加值产品的智能调控系统及方法，在发挥其脱硫效率高的优点的同时，使脱硫产物能满足后续化工工艺要求，大幅度提高二氧化硫的资源价值，工艺流程便捷易操作。
为实现上述目的，本发明所采取的技术方案为：
一种SO2吸收副产物制高附加值产品的智能调控系统，所述智能调控系统包括烟气净化冷却子系统、烟气脱硫子系统、亚硫酸氢铵精制子系统、硫酸羟胺制备子系统、高附加值产品制备子系统、智能调控子系统，所述烟气净化冷却子系统、烟气脱硫子系统、亚硫酸氢铵精制子系统、硫酸羟胺制备子系统、高附加值产品制备子系统顺次设置，所述烟气净化冷却子系统、烟气脱硫子系统布置于SCR脱硝系统至电厂烟囱间的烟道中，所述智能调控子系统与烟气脱硫子系统、硫酸羟胺制备子系统、高附加值产品制备子系统相连接。
作为优选，所述烟气净化冷却子系统包括顺次连接的动力波洗涤装置和气液分离装置，所述动力波洗涤装置包括动力波洗涤塔和动力波循环泵，所述动力波洗涤塔包括相连通的洗涤管和动力波洗涤器，所述动力波洗涤器通过动力波循环泵与洗涤管中的喷嘴相连通；所述气液分离装置包括气液分离塔、沉降槽给料泵、斜板斜管沉降槽、沉降槽中和池、沉清池、缓冲池和沉降槽循环泵，所述动力波洗涤器与气液分离塔相连通，气液分离塔底部通过沉降槽给料泵与斜板沉降槽相连通，沉降槽中部与气液分离塔相连通，沉降槽底部与沉降槽中和池相连通，沉降槽中和池顺次与沉清池、缓冲池相连通，缓冲池通过沉降槽循环泵与斜板沉降槽相连通。
作为优选，所述烟气脱硫子系统包括脱硫塔，所述脱硫塔包括自下而上逐级串联的一段NH4HSO3成品段、二段SO2主吸收段和三段除铵雾段，所述一段NH4HSO3成品段包括由下而上顺次设置的一段填料层、一段液体分布器、第一隔板和第一升气帽，脱硫塔底部通过一段循环泵、一段循环冷却器与一段液体分布器相连通；所述二段SO2主吸收段包括由下而上顺次设置的二段填料层、二段液体分布器、第二隔板和第二升气帽，二段SO2主吸收段底部与二段循环槽相连通，所述二段循环槽通过二段循环泵、二段循环冷却器与二段液体分布器相连通，所述二段循环槽还与一段循环泵相连通；所述三段除铵雾段包括由下而上顺次设置的三段填料层和三段液体分布器，三段除铵雾段底部与三段循环槽相连通，所述三段循环槽通过三段循环泵、三段循环冷却器与三段液体分布器相连通，所述三段循环槽还与二段循环泵相连通；所述三段除铵雾段上方设有丝网除沫器。
作为优选，所述亚硫酸氢铵精制子系统包括顺次相连通的微孔过滤器、离子交换进料槽、离子交换器、亚盐中间槽和亚盐槽，所述微孔过滤器与一段循环泵相连通，微孔过滤器底部设有排料口，所述排料口与滤渣桶相连通，所述微孔过滤器和离子交换器均为一开一备。
作为优选，所述硫酸羟胺制备子系统包括顺次连通的氨氧化炉、二磺酸盐制备反应器和水解反应器，所述氨氧化炉中设有铂金网，所述铂金网放置于铂金网支撑架上，所述二磺酸盐制备反应器包括高压反应釜、冷却液层、搅拌装置、真空泵、pH计、温度计和压力表，冷却液层包裹在高压反应釜外层，搅拌装置包括电机、转轴和叶，叶片共有三层，每层间距12cm，每层有向上叶片2个，向下叶片2个，均与转轴夹角60°，每个叶片平面与水平面的夹角为15～25°；所述水解反应器包括水解反应釜、搅拌器和测温计。
作为优选，所述高附加值产品制备系统包括第一肟化反应器、第二肟化反应器、硫酸铵萃取分离器、硫酸铵萃取沉降槽、肟萃取分离器、肟萃取沉降槽、肟中间泵槽、硫酸铵泵槽、优化调控单元，所述第一肟化反应器、硫酸铵萃取分离器、硫酸铵萃取沉降槽、肟中间泵槽顺次连通，所述第二肟化反应器、肟萃取分离器、肟萃取沉降槽、硫酸铵泵槽顺次连通，所述肟中间泵槽与第二肟化反应器连通，硫酸铵泵槽与第一肟化反应器连通。
本发明还提供了上述智能调控系统用于SO2吸收副产物制高附加值产品的智能调控方法，包括下述步骤：
(1)烟气经增压风机增压后进入动力波洗涤系统降温除尘，再进入气液分离塔进行气液分离；
(2)来自气液分离塔的饱和湿烟气进入脱硫塔，依次进入一段NH4HSO3成品段、二段SO2主吸收段和三段除铵雾段，与喷淋液逆向接触；
(3)脱硫吸收液从脱硫一段循环泵进入微孔过滤器，交换后得到的精制亚硫酸氢铵盐溶液送至硫酸羟胺制备系统；
(4)氨气与空气的混合气体进入氨氧化炉进行催化氧化反应，反应产生气体进入二磺酸盐制备反应器，随后二磺酸盐在水解反应器中水解并蒸发提浓；
(5)将合成肟所需原料加入第一肟化反应器，并同时通入少量氨，反应液由第一肟化反应器底部流至硫酸铵萃取分离器，分离器下层为硫酸铵液，去硫酸铵结晶装置，上层去肟中间泵槽，将含有硫酸羟胺的溶液加入第二肟化反应器，并同时通入少量氨，反应液由第二肟化反应器底部流至肟萃取分离器，分离器上层为有机相，去硫酸铵泵槽。
作为优选，所述SO2吸收副产物制高附加值产品的智能调控方法，具体为：
(1)经增压后的烟气自上而下进入洗涤管，洗涤液经过动力波循环泵通过喷嘴自下向上逆向喷入气流中，气液两相高速逆向对撞，形成一个高度湍动的泡沫区，将烟气中残留的部分灰分洗去，并通过动力波洗涤器中水的绝热蒸发降低了烟气的温度；饱和湿烟气经动力波洗涤器后切向进入气液分离塔，气液分离塔底液经沉降槽给料泵进入斜板沉降槽，沉降槽中部的清液溢流回气液分离塔，底部的淤泥经手动阀门控制合适的排量流到沉降槽中和池，与来自氨水槽的氨水发生中和反应，调节pH值在6～8，中和池经pH调整后的水再流至沉清池、缓冲池，经沉降槽循环泵送回到斜板沉降槽循环使用；
(2)气液分离塔来的烟气进入一段NH4HSO3成品段，塔釜液经一段循环泵、一段循环冷却器返回到一段上部的一段液体分布器，另一部分作为出料送后面亚硫酸氢铵精制系统；一段的烟气经塔内第一隔板上的第一升气帽进入中段，第一隔板上的液体进入二段循环槽，再经二段循环泵、二段循环冷却器返回到二段上部的二段液体分布器，二段循环槽的出料液体依靠位差流入一段循环泵出口；二段的烟气经塔内第二隔板上的第二升气帽进入三段除铵雾段，第二隔板上的液体进入三段循环槽，再经三段循环泵、三段循环冷却器返回到到三段上部的三段液体分布器，三段循环槽的出料液体依靠位差流入二段循环泵的出口，三段串级吸收后的烟气再经过两层丝网除沫器，避免了尾气带液和氨的逃逸，达标从烟囱排放；
(3)脱硫吸收液从脱硫一段循环泵进入微孔过滤器，滤除副产品溶液中的杂质，过滤后的滤渣至滤渣桶，微孔过滤器出料进入离子交换进料槽，再通过离子交换进料泵送入一开一备的离子交换器，交换后的出料进入亚盐中间槽，在通过亚盐中间泵进入亚盐槽，亚盐槽出料通过亚盐泵送至硫酸羟胺制备系统；
(4)氨气与空气的混合气体进入氨氧化炉在高温下进行催化氧化反应，反应产生气体由气体进口进入二磺酸盐制备反应器，控制高压反应釜内溶液温度小于5℃，尾气从气体出口排出进行尾气处理，调节高压反应釜内溶液pH至1.5，采用分散式加酸方式；二磺酸盐制备反应器生成的二磺酸盐经泵进入水解反应釜，将上述pH值为1.5的混合溶液在95～100℃加热2h，水解过程在搅拌器搅拌下进行，水解后的混合溶液进行减压蒸馏提浓，提浓后的产品经出料口进入高附加值产品制备系统；其中，pH计、温度计、测温计与智能调控系统相连，实时传输运行参数；
(5)将合成肟所需原料和含有硫酸羟胺的硫酸铵溶液加入第一肟化反应器，原料进料量为6.3mol/min，第一肟化反应器内原料：硫酸羟胺摩尔比为3：2，溶液中硫酸羟胺量为4.5mo1/min；并同时通入少量氨，pH值保持在4；反应液由第一肟化反应器底部流至硫酸铵萃取分离器，分离器下层为硫酸铵液，去硫酸铵结晶装置，上层去肟中间泵槽；向硫酸铵萃取分离器加入有机溶剂甲苯，加入量为1440g/min，分离器上层为甲苯、原料、肟，去肟中间泵槽，下层为硫酸铵液，去硫酸铵结晶装置；离开肟化系统的无机机相中，原料+肟质量浓度为0.35％；将提浓后的硫酸羟胺和由肟中间泵槽送来的原料、肟加入第二肟化反应器，并同时通入少量氨，硫酸羟胺进料量为7.2mol/min，第二肟化反应器内原料与硫酸羟胺摩尔比为2：7，溶液中原料量为1.8mo1/min，同时通氨，控制反应液pH值在4.5；反应液由第二肟化反应器底部流至肟萃取分离器，分离器上层为原料、肟和有机溶剂，去硫酸铵泵槽；其中，优化调控子单元根据pH、温度实时运行参数对成品肟品质参数进行建模优化，实时调整运行参数至最佳。
作为优选，所述智能调控系统包括优化调控子单元，所述优化调控单元分别与第一肟化反应器、第二肟化反应器、肟萃取沉降槽相连；所述优化调控子单元基于pH调控关键参数模型和脱硫系统全局优化参数模型实现脱硫系统及副产物制备的稳定高效低成本运行，pH调控关键参数模型和脱硫系统全局优化参数模型的构建包括以下步骤：
(a)基于在线监测和离线数据，建立涵盖多设备多断面进出口烟气参数、反应液参数及成品肟品质参数的参数数据库；
(b)基于参数数据库，利用机器学习和大数据分析技术实时寻找成品肟品质参数与烟气脱硫系统一段NH4HSO3成品段和二段SO2主吸收段pH值、二磺酸制备反应器pH值以及第一、二肟化反应器的pH的关系，获得pH调控关键参数模型；
(c)基于参数数据库，通过滚动优化、反馈校正实现操纵量的实时调节寻找SO2脱除效率以及成品肟品质参数与烟气流量、烟气温度、入口SO2浓度、反应液温度、pH参数的关系，获得脱硫系统全局优化参数模型；
(d)当成品肟品质参数变差时，根据pH调控关键参数模型调节源头pH值；
(e)当SO2脱除效率下降时，根据脱硫系统全局优化参数模型，在保证成品肟品质参数在可控范围内的同时调节各系统运行参数。
作为优选，步骤(4)中，酸是浓度为50％以下的硫酸、20％以下的盐酸、50％以下的硝酸、50％以上的醋酸中的一种或几种；步骤(5)中，第一肟化反应器的反应温度控制在60℃；第二肟化反应器的反应温度控制在65～75℃；反应终点pH值控制在5.5。
本发明提供的高硫煤烟气SO2吸收副产物制高附加值产品的智能调控方法的特点在于：高硫烟气进行脱硫时，SO2的高效吸收是高硫烟气净化的最大问题，而大量的SO2资源化利用也是一个难题。抛弃法脱硫存在着运行成本高，且脱硫副产品因没有回收利用容易造成二次污染；而回收法脱硫存在着回收产品的附加值低而最终影响运行成本的问题，因此采用烟气净化冷却、分段高效脱硫、亚硫酸氢铵精制、高附加值产品制备、智能多因子调控等多元手段，以低成本稳定高效为寻优目标，耦合智能化调控全局优化控制，实现烟气预净化洗涤-亚硫酸氢铵抑制氧化-肟中间体精制等全流程多手段匹配优化控制，在高效实现SO2脱除的同时，低成本实现成品肟高品质制备。其中，烟气净化冷却系统，将烟气中残留的部分灰分洗去，并通过动力波洗涤器中水的绝热蒸发降低了烟气的温度，使得SO2在烟气脱硫系统中具有更高的溶解度，减少了烟气中颗粒对管道及塔体的磨损作用。本发明在脱硫段采用分级喷淋，可使不同喷淋段处于不同的pH值，从而发挥各段不同的作用，这种方式将不同功能结合到一起，使吸收塔体积大为减少，结构紧凑，同时制备高浓度亚硫酸氢铵，为进一步合成高附加值产品打下基础。利用智能调控平台中的pH调控关键参数模型和脱硫系统全局优化参数模型，实现高硫烟气SO2高效脱除，同时稳定产出高品质参数的成品肟，提高了抑制外界因素波动的响应速度。
相对于现有技术，本发明的有益效果在于：
1、提供了一种高硫煤烟气中SO2吸收副产物制高附加值产品的方法，在发挥其脱硫效率高的优点的同时，使脱硫产物能满足后续化工工艺要求，大幅度提高二氧化硫的资源价值，工艺流程便捷易操作。用电厂高硫煤中的硫替代化工厂所需的硫磺，不但解决了电厂烟气硫污染问题，同时节约了化工生产成本，为电厂取得可观的经济效益；
2、基于智能调控系统建立的参数数据库，获得了pH调控关键参数模型和脱硫系统全局优化参数模型，当成品肟品质参数下降时根据pH调控关键参数模型，利用优化调控子系统改变前端设备运行参数使成品肟品质参数回归正常范围；当SO2脱除效率下降时，根据脱硫系统全局优化参数模型，利用优化调控子系统改变全局设备运行参数使SO2脱除效率回归正常范围；
3、本发明烟气脱硫系统实现了SO2的吸收和亚硫酸氢铵浓缩有序分开，既保证了脱硫效率，又实现了亚硫酸氢铵的浓缩；根据液气比和pH参数的科学设置，保证了各工序和整个系统稳定可靠；
4、本发明硫酸羟胺制备系统设置有氨氧化炉，利用氨气催化氧化直接制取磺化反应所需的氮氧化物，可大幅度降低原料成本，提高电厂的经济效益；
5、本发明在加入有机溶剂后，扩散性能增强，肟化转化率提高，并且可以在较低的温度下进行，最终产品肟纯度高(合成肟所需原料通常在0.05％以下)，减少了原料的消耗；同时，由于有机溶剂萃取作用，无机相中肟、合成肟所需原料总含量可降低到0.2wt％以下，提高了肟化反应的收率。
附图说明
图1为本发明烟气净化冷却系统示意图；
图2为本发明烟气脱硫系统示意图；
图3为本发明亚硫酸氢铵精制系统示意图；
图4为本发明硫酸羟胺制备系统结构示意图；
图5为本发明高附加值产品制备系统结构示意图。
具体实施方式
下面通过实施例，对本发明的技术方案作进一步具体的说明，这些实施例是对本发明的说明而作，不是对本发明的限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
一种烟气中SO2吸收副产物制高附加值产品的智能调控系统，所述智能调控系统包括烟气净化冷却子系统、烟气脱硫子系统、亚硫酸氢铵精制子系统、硫酸羟胺制备子系统、高附加值产品制备子系统、智能调控子系统，所述烟气净化冷却子系统、烟气脱硫子系统、亚硫酸氢铵精制子系统、硫酸羟胺制备子系统、高附加值产品制备子系统顺次设置，所述烟气净化冷却子系统、烟气脱硫子系统布置于SCR脱硝系统至电厂烟囱间的烟道中，所述智能调控子系统与烟气脱硫子系统、硫酸羟胺制备子系统、高附加值产品制备子系统相连接。
参照图1，所述烟气净化冷却子系统包括顺次连接的动力波洗涤装置和气液分离装置，烟气经增压风机增压后进入动力波洗涤装置降温除尘，再进入气液分离装置进行气液分离。所述动力波洗涤装置包括动力波洗涤塔和动力波循环泵1-2，所述动力波洗涤塔包括相连通的洗涤管1-10和动力波洗涤器1-1，所述动力波洗涤器1-1通过动力波循环泵1-2与洗涤管1-10中的喷嘴相连通。经增压后的烟气自上而下进入洗涤管1-10，洗涤液经过动力波循环泵1-2通过喷嘴自下向上逆向喷入气流中，烟气随后进入动力波洗涤塔1-1本体，塔体材质为用耐温、耐氟FRP。烟气经过洗涤后，温度降至100℃以下，然后进入气液分离装置。
所述气液分离装置包括气液分离塔1-3、沉降槽给料泵1-4、斜板斜管沉降槽1-5、沉降槽中和池1-6、沉清池1-7、缓冲池1-8和沉降槽循环泵1-9，所述动力波洗涤器1-1与气液分离塔1-3相连通，气液分离塔1-3底部通过沉降槽给料泵1-4与斜板沉降槽1-5相连通，斜板沉降槽1-5中部与气液分离塔1-3相连通，斜板沉降槽1-5底部与沉降槽中和池1-6相连通，沉降槽中和池1-6顺次与沉清池1-7、缓冲池1-8相连通，缓冲池1-8通过沉降槽循环泵1-9与斜板沉降槽1-5相连通。饱和湿烟气经动力波洗涤器1-1后切向进入气液分离塔1-3，中部设置一段2m高海尔环填料；气液分离塔1-3底液经沉降槽给料泵1-4进入斜板沉降槽1-5，沉降槽1-5中部的清液溢流回气液分离塔1-3，底部的淤泥经手动阀门控制合适的排量流到沉降槽中和池1-6，与来自氨水槽的氨水发生中和反应，调节pH值在6～8，中和池1-6经pH调整后的水再流至沉清池1-7、缓冲池1-8，经沉降槽循环泵1-9送回到斜板沉降槽1-5循环使用。烟气经进一步洗涤、降温，温度将至32℃左右。
参照图2，所述烟气脱硫子系统包括脱硫塔，所述脱硫塔包括自下而上逐级串联的一段NH4HSO3成品段、二段SO2主吸收段和三段除铵雾段，饱和湿烟气进入脱硫塔首先进入一段NH4HSO3成品段。
所述一段NH4HSO3成品段包括由下而上顺次设置的一段填料层2-1、一段液体分布器2-2、第一隔板2-3和第一升气帽2-4，脱硫塔底部通过一段循环泵2-5、一段循环冷却器2-6与一段液体分布器2-2相连通；该段循环喷淋的液气比为4～15L/m3，循环液pH控制在4.5～5.0。气液分离塔来的烟气进入脱硫塔下段，塔釜液经一段循环泵2-5、一段冷却器2-6返回到下段上部的一段液体分布器2-2，另一部分作为出料送后面精制岗位的微孔过滤工序，一段循环泵2-5扬程32m，一段冷却器2-6为板式换热器，换热面积88.8m2。烟气依次经过填料层2-1、隔板2-3和升气帽2-4进入二段SO2主吸收段。
所述二段SO2主吸收段包括由下而上顺次设置的二段填料层2-7、二段液体分布器2-8、第二隔板2-9和第二升气帽2-10，二段SO2主吸收段底部与二段循环槽2-11相连通，所述二段循环槽2-11通过二段循环泵2-12、二段循环冷却器2-13与二段液体分布器2-8相连通，所述二段循环槽2-11还与一段循环泵2-5相连通；该段循环喷淋的液气比为2～9L/m3，循环液pH控制在5.5～6.5。一段的烟气经塔内第一隔板上的第一升气帽2-4进入中段，第一隔板2-3上的液体进入二段循环槽2-11，再经二段循环泵2-12、二段循环冷却器2-13返回到二段上部的二段液体分布器2-8，二段循环槽2-11的出料液体依靠位差流入一段循环泵2-5出口。二段循环槽2-11容积32m3，保持液位2.0m，二段循环泵2-12扬程32m，二段冷却器2-13为板式换热器，换热面积88.8m2。
所述三段除铵雾段包括由下而上顺次设置的三段填料层2-14和三段液体分布器2-15，三段除铵雾段底部与三段循环槽2-16相连通，所述三段循环槽2-16通过三段循环泵2-17、三段循环冷却器2-18与三段液体分布器2-15相连通，所述三段循环槽2-16还与二段循环泵2-12相连通；所述三段除铵雾段上方设有丝网除沫器。二段的烟气经塔内第二隔板2-9上的第二升气帽2-10进入三段除铵雾段，第二隔板2-9上的液体进入三段循环槽2-16，再经三段循环泵2-17、三段循环冷却器2-18返回到三段上部的三段液体分布器2-15，三段循环槽2-16的出料液体依靠位差流入二段循环泵2-12的出口。三段循环槽2-16容积18m3，顶部加入软水，保持液位1.5m，三段循环泵2-17扬程20m，三段冷却器2-18为板式换热器，换热面积88.8m2。
参照图3，所述亚硫酸氢铵精制子系统包括顺次相连通的微孔过滤器3-1、离子交换进料槽3-2、离子交换器3-3、亚盐中间槽3-4和亚盐槽3-5，所述微孔过滤器3-1与一段循环泵2-5相连通，微孔过滤器3-1底部设有排料口，所述排料口与滤渣桶3-6相连通，所述微孔过滤器3-1和离子交换器3-3均为一开一备。脱硫吸收液从脱硫一段循环泵2-5进入微孔过滤器3-1，滤除副产品溶液中的杂质，过滤后的滤渣至滤渣桶3-6。微孔过滤器3-1出料进入离子交换进料槽3-2，再通过离子交换进料泵3-7送入一开一备的离子交换器3-3，离子交换进料泵3-7扬程20m，流量调至6.3m3/h。离子交换后的出料进入亚盐中间槽3-4，在通过亚盐中间泵3-8进入亚盐槽3-5，盐中间泵3-8扬程20m，流量调至6.3m3/h。亚盐槽3-5出料通过亚盐泵3-9送至硫酸羟胺制备子系统。
参考图4，所述硫酸羟胺制备子系统包括顺次连通的氨氧化炉4-1、二磺酸盐制备反应器和水解反应器，所述氨氧化炉4-1中设有铂金网，所述铂金网放置于铂金网支撑架上。氨气与空气的混合气体进入氨氧化炉4-1在高温下进行催化氧化反应，反应产生气体由气体进口4-12进入二磺酸盐制备反应器。
所述二磺酸盐制备反应器包括高压反应釜4-2、冷却液层4-3、搅拌装置4-4、真空泵4-5、pH计4-6、温度计4-7和压力表4-8，冷却液层4-3包裹在高压反应釜4-2外层，冷却液由冷却液入口进入，由冷却液出口排出，控制溶液温度小于5℃条件下，反应在搅拌过程中进行。搅拌装置包括电机、转轴和叶，叶片共有三层，每层间距12cm，每层有向上叶片2个，向下叶片2个，均与转轴夹角60°，每个叶片平面与水平面的夹角为15～25°。尾气从气体出口4-13排出进行尾气处理；调节pH至1.5，采用分散式加酸方式，避免局部酸性过高SO2气体逸出，酸是浓度为50％以下的硫酸、20％以下的盐酸、50％以下的硝酸、50％以上的醋酸中的一种或几种。
所述水解反应器包括水解反应釜4-9、搅拌器4-10和测温计4-11，所述水解反应釜4-9置于加热器4-14中。降温时在搅拌下进行，确保不出现大量结冰，冷却介质可以是乙醇水溶液、氨水、丙烷、二氧化碳，冷却介质循环冷却。二磺酸盐制备反应器生成的二磺酸盐经泵4-15进入水解反应釜4-9，将上述pH值为1.5的混合溶液在100℃加热2h；水解过程在搅拌器4-10搅拌下进行，避免出现爆沸现象；水解后的混合溶液进行减压蒸馏提浓；提浓后的产品经出料口4-16进入高附加值产品制备子系统。所述的pH计4-6、温度计4-7、测温计4-11与智能调控系统相连，实时传输运行参数。
参照图5，所述高附加值产品制备系统包括第一肟化反应器5-1、第二肟化反应器5-2、硫酸铵萃取分离器5-3、硫酸铵萃取沉降槽5-4、肟萃取分离器5-5、肟萃取沉降槽5-6、肟中间泵槽5-7、硫酸铵泵槽5-8，所述第一肟化反应器5-1、硫酸铵萃取分离器5-3、硫酸铵萃取沉降槽5-4、肟中间泵槽5-7顺次连通，所述第二肟化反应器5-2、肟萃取分离器5-5、肟萃取沉降槽5-6、硫酸铵泵槽5-8顺次连通，所述肟中间泵槽5-7与第二肟化反应器5-2连通，硫酸铵泵槽5-8与第一肟化反应器5-1连通。
将合成肟所需原料和含有硫酸羟胺的硫酸铵溶液加入第一肟化反应器5-1，原料进料量为6.3mol/min，第一肟化反应器内原料：硫酸羟胺摩尔比为3：2，溶液中硫酸羟胺量为4.5mo1/min；并同时通入少量氨，pH值保持在4；反应液由第一肟化反应器5-1底部流至硫酸铵萃取分离器5-3，分离器5-3下层为硫酸铵液，去硫酸铵结晶装置，上层去肟中间泵槽5-7。向硫酸铵萃取分离器5-3加入有机溶剂甲苯，加入量为1440g/min，分离器5-3上层为甲苯、原料、肟，去肟中间泵槽5-7，下层为硫酸铵液，去硫酸铵结晶装置。离开肟化系统的无机机相中，原料+肟质量浓度为0.35％。将提浓后的硫酸羟胺和由肟中间泵槽5-7送来的原料、肟加入第二肟化反应器5-2，并同时通入少量氨，硫酸羟胺进料量为7.2mol/min，第二肟化反应器5-2内原料与硫酸羟胺摩尔比为2：7，溶液中原料量为1.8mo1/min，同时通氨，控制反应液pH值在4.5。反应液由第二肟化反应器5-2底部流至肟萃取分离器5-5。分离器5-5上层为原料、肟和有机溶剂，去硫酸铵泵槽5-8。
所述智能调控系统包括优化调控子单元，所述的优化调控子单元5-9与pH计、温度计等实时监测设备相连，根据实时运行参数对成品肟品质参数进行建模优化，实时调整运行参数至最佳。
所述优化调控单元分别与第一肟化反应器5-1、第二肟化反应器5-2、肟萃取沉降槽5-6相连；所述优化调控子单元基于pH调控关键参数模型和脱硫系统全局优化参数模型实现脱硫系统及副产物制备的稳定高效低成本运行，pH调控关键参数模型和脱硫系统全局优化参数模型的构建包括以下步骤：
(a)基于在线监测和离线数据，建立涵盖多设备多断面进出口烟气参数、反应液参数及成品肟品质参数的参数数据库；
(b)基于参数数据库，利用机器学习和大数据分析技术实时寻找成品肟品质参数与烟气脱硫系统一段NH4HSO3成品段和二段SO2主吸收段pH值、二磺酸制备反应器pH值以及第一、二肟化反应器的pH的关系，获得pH调控关键参数模型；
(c)基于参数数据库，通过滚动优化、反馈校正实现操纵量的实时调节寻找SO2脱除效率以及成品肟品质参数与烟气流量、烟气温度、入口SO2浓度、反应液温度、pH参数的关系，获得脱硫系统全局优化参数模型；
(d)当成品肟品质参数变差时，根据pH调控关键参数模型调节源头pH值；
(e)当SO2脱除效率下降时，根据脱硫系统全局优化参数模型，在保证成品肟品质参数在可控范围内的同时调节各系统运行参数。
本发明采用烟气净化冷却、分段高效脱硫、亚硫酸氢铵精制、高附加值产品制备、智能多因子调控等多元手段，以低成本稳定高效为寻优目标，耦合智能化调控全局优化控制，实现烟气预净化洗涤-亚硫酸氢铵抑制氧化-肟中间体精制等全流程多手段匹配优化控制，在高效实现SO2脱除的同时，低成本实现成品肟高品质制备。其中，烟气净化冷却系统，将烟气中残留的部分灰分洗去，并通过动力波洗涤器中水的绝热蒸发降低了烟气的温度，使得SO2在烟气脱硫系统中具有更高的溶解度，减少了烟气中颗粒对管道及塔体的磨损作用。本发明在脱硫段采用分级喷淋，可使不同喷淋段处于不同的pH值，从而发挥各段不同的作用，这种方式将不同功能结合到一起，使吸收塔体积大为减少，结构紧凑，同时制备高浓度亚硫酸氢铵，为进一步合成高附加值产品打下基础。利用智能调控平台中的pH调控关键参数模型和脱硫系统全局优化参数模型，实现高硫烟气SO2高效脱除，同时稳定产出高品质参数的成品肟，提高了抑制外界因素波动的响应速度。
以上所述实施例仅表达了本申请的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种SO2吸收副产物制高附加值产品的智能调控系统，其特征在于：所述智能调控系统包括烟气净化冷却子系统、烟气脱硫子系统、亚硫酸氢铵精制子系统、硫酸羟胺制备子系统、高附加值产品制备子系统、智能调控子系统，所述烟气净化冷却子系统、烟气脱硫子系统、亚硫酸氢铵精制子系统、硫酸羟胺制备子系统、高附加值产品制备子系统顺次设置，所述烟气净化冷却子系统、烟气脱硫子系统布置于SCR脱硝系统至电厂烟囱间的烟道中，所述智能调控子系统与烟气脱硫子系统、硫酸羟胺制备子系统、高附加值产品制备子系统相连接。
2.根据权利要求1所述SO2吸收副产物制高附加值产品的智能调控系统，其特征在于：所述烟气净化冷却子系统包括顺次连接的动力波洗涤装置和气液分离装置，所述动力波洗涤装置包括动力波洗涤塔和动力波循环泵，所述动力波洗涤塔包括相连通的洗涤管和动力波洗涤器，所述动力波洗涤器通过动力波循环泵与洗涤管中的喷嘴相连通；所述气液分离装置包括气液分离塔、沉降槽给料泵、斜板斜管沉降槽、沉降槽中和池、沉清池、缓冲池和沉降槽循环泵，所述动力波洗涤器与气液分离塔相连通，气液分离塔底部通过沉降槽给料泵与斜板沉降槽相连通，沉降槽中部与气液分离塔相连通，沉降槽底部与沉降槽中和池相连通，沉降槽中和池顺次与沉清池、缓冲池相连通，缓冲池通过沉降槽循环泵与斜板沉降槽相连通。
3.根据权利要求2所述SO2吸收副产物制高附加值产品的智能调控系统，其特征在于：所述烟气脱硫子系统包括脱硫塔，所述脱硫塔包括自下而上逐级串联的一段NH4HSO3成品段、二段SO2主吸收段和三段除铵雾段，所述一段NH4HSO3成品段包括由下而上顺次设置的一段填料层、一段液体分布器、第一隔板和第一升气帽，脱硫塔底部通过一段循环泵、一段循环冷却器与一段液体分布器相连通；所述二段SO2主吸收段包括由下而上顺次设置的二段填料层、二段液体分布器、第二隔板和第二升气帽，二段SO2主吸收段底部与二段循环槽相连通，所述二段循环槽通过二段循环泵、二段循环冷却器与二段液体分布器相连通，所述二段循环槽还与一段循环泵相连通；所述三段除铵雾段包括由下而上顺次设置的三段填料层和三段液体分布器，三段除铵雾段底部与三段循环槽相连通，所述三段循环槽通过三段循环泵、三段循环冷却器与三段液体分布器相连通，所述三段循环槽还与二段循环泵相连通；所述三段除铵雾段上方设有丝网除沫器。
4.根据权利要求3所述SO2吸收副产物制高附加值产品的智能调控系统，其特征在于：所述亚硫酸氢铵精制子系统包括顺次相连通的微孔过滤器、离子交换进料槽、离子交换器、亚盐中间槽和亚盐槽，所述微孔过滤器与一段循环泵相连通，微孔过滤器底部设有排料口，所述排料口与滤渣桶相连通，所述微孔过滤器和离子交换器均为一开一备。
5.根据权利要求4所述SO2吸收副产物制高附加值产品的智能调控系统，其特征在于：所述硫酸羟胺制备子系统包括顺次连通的氨氧化炉、二磺酸盐制备反应器和水解反应器，所述氨氧化炉中设有铂金网，所述铂金网放置于铂金网支撑架上，所述二磺酸盐制备反应器包括高压反应釜、冷却液层、搅拌装置、真空泵、pH计、温度计和压力表，冷却液层包裹在高压反应釜外层，搅拌装置包括电机、转轴和叶，叶片共有三层，每层间距12cm，每层有向上叶片2个，向下叶片2个，均与转轴夹角60°，每个叶片平面与水平面的夹角为15～25°；所述水解反应器包括水解反应釜、搅拌器和测温计。
6.根据权利要求5所述SO2吸收副产物制高附加值产品的智能调控系统，其特征在于：所述高附加值产品制备系统包括第一肟化反应器、第二肟化反应器、硫酸铵萃取分离器、硫酸铵萃取沉降槽、肟萃取分离器、肟萃取沉降槽、肟中间泵槽、硫酸铵泵槽、优化调控单元，所述第一肟化反应器、硫酸铵萃取分离器、硫酸铵萃取沉降槽、肟中间泵槽顺次连通，所述第二肟化反应器、肟萃取分离器、肟萃取沉降槽、硫酸铵泵槽顺次连通，所述肟中间泵槽与第二肟化反应器连通，硫酸铵泵槽与第一肟化反应器连通。
7.一种SO2吸收副产物制高附加值产品的智能调控方法，其特征在于：采用权利要求1～6任一种智能调控系统，包括下述步骤：
(1)烟气经增压风机增压后进入动力波洗涤系统降温除尘，再进入气液分离塔进行气液分离；
(2)来自气液分离塔的饱和湿烟气进入脱硫塔，依次进入一段NH4HSO3成品段、二段SO2主吸收段和三段除铵雾段，与喷淋液逆向接触；
(3)脱硫吸收液从脱硫一段循环泵进入微孔过滤器，交换后得到的精制亚硫酸氢铵盐溶液送至硫酸羟胺制备系统；
(4)氨气与空气的混合气体进入氨氧化炉进行催化氧化反应，反应产生气体进入二磺酸盐制备反应器，随后二磺酸盐在水解反应器中水解并蒸发提浓；
(5)将合成肟所需原料加入第一肟化反应器，并同时通入少量氨，反应液由第一肟化反应器底部流至硫酸铵萃取分离器，分离器下层为硫酸铵液，去硫酸铵结晶装置，上层去肟中间泵槽，将含有硫酸羟胺的溶液加入第二肟化反应器，并同时通入少量氨，反应液由第二肟化反应器底部流至肟萃取分离器，分离器上层为有机相，去硫酸铵泵槽。
8.根据权利要求7所述SO2吸收副产物制高附加值产品的智能调控方法，其特征在于所述方法具体为：
(1)经增压后的烟气自上而下进入洗涤管，洗涤液经过动力波循环泵通过喷嘴自下向上逆向喷入气流中，气液两相高速逆向对撞，形成一个高度湍动的泡沫区，将烟气中残留的部分灰分洗去，并通过动力波洗涤器中水的绝热蒸发降低了烟气的温度；饱和湿烟气经动力波洗涤器后切向进入气液分离塔，气液分离塔底液经沉降槽给料泵进入斜板沉降槽，沉降槽中部的清液溢流回气液分离塔，底部的淤泥经手动阀门控制合适的排量流到沉降槽中和池，与来自氨水槽的氨水发生中和反应，调节pH值在6～8，中和池经pH调整后的水再流至沉清池、缓冲池，经沉降槽循环泵送回到斜板沉降槽循环使用；
(2)气液分离塔来的烟气进入一段NH4HSO3成品段，塔釜液经一段循环泵、一段循环冷却器返回到一段上部的一段液体分布器，另一部分作为出料送后面亚硫酸氢铵精制系统；一段的烟气经塔内第一隔板上的第一升气帽进入中段，第一隔板上的液体进入二段循环槽，再经二段循环泵、二段循环冷却器返回到二段上部的二段液体分布器，二段循环槽的出料液体依靠位差流入一段循环泵出口；二段的烟气经塔内第二隔板上的第二升气帽进入三段除铵雾段，第二隔板上的液体进入三段循环槽，再经三段循环泵、三段循环冷却器返回到到三段上部的三段液体分布器，三段循环槽的出料液体依靠位差流入二段循环泵的出口，三段串级吸收后的烟气再经过两层丝网除沫器，避免了尾气带液和氨的逃逸，达标从烟囱排放；
(3)脱硫吸收液从脱硫一段循环泵进入微孔过滤器，滤除副产品溶液中的杂质，过滤后的滤渣至滤渣桶，微孔过滤器出料进入离子交换进料槽，再通过离子交换进料泵送入一开一备的离子交换器，交换后的出料进入亚盐中间槽，在通过亚盐中间泵进入亚盐槽，亚盐槽出料通过亚盐泵送至硫酸羟胺制备系统；
(4)氨气与空气的混合气体进入氨氧化炉在高温下进行催化氧化反应，反应产生气体由气体进口进入二磺酸盐制备反应器，控制高压反应釜内溶液温度小于5℃，尾气从气体出口排出进行尾气处理，调节高压反应釜内溶液pH至1.5，采用分散式加酸方式；二磺酸盐制备反应器生成的二磺酸盐经泵进入水解反应釜，将上述pH值为1.5的混合溶液在95～100℃加热2h，水解过程在搅拌器搅拌下进行，水解后的混合溶液进行减压蒸馏提浓，提浓后的产品经出料口进入高附加值产品制备系统；其中，pH计、温度计、测温计与智能调控系统相连，实时传输运行参数；
(5)将合成肟所需原料和含有硫酸羟胺的硫酸铵溶液加入第一肟化反应器，合成肟所需原料进料量为6.3mol/min，第一肟化反应器内原料：硫酸羟胺摩尔比为3：2，溶液中硫酸羟胺量为4.5mo1/min；并同时通入少量氨，pH值保持在4；反应液由第一肟化反应器底部流至硫酸铵萃取分离器，分离器下层为硫酸铵液，去硫酸铵结晶装置，上层去肟中间泵槽；向硫酸铵萃取分离器加入有机溶剂甲苯，加入量为1440g/min，分离器上层为甲苯、原料、肟，去肟中间泵槽，下层为硫酸铵液，去硫酸铵结晶装置；离开肟化系统的无机机相中，原料+肟质量浓度为0.35％；将提浓后的硫酸羟胺和由肟中间泵槽送来的原料、肟加入第二肟化反应器，并同时通入少量氨，硫酸羟胺进料量为7.2mol/min，第二肟化反应器内原料与硫酸羟胺摩尔比为2：7，溶液中原料量为1.8mo1/min，同时通氨，控制反应液pH值在4.5；反应液由第二肟化反应器底部流至肟萃取分离器，分离器上层为原料、肟和有机溶剂，去硫酸铵泵槽；其中，智能调控系统根据pH、温度实时运行参数对成品肟品质参数进行建模优化，实时调整运行参数至最佳。
9.根据权利要求7或8所述SO2吸收副产物制高附加值产品的智能调控方法，其特征在于：所述智能调控系统包括优化调控子单元，所述优化调控单元分别与第一肟化反应器、第二肟化反应器、肟萃取沉降槽相连；所述优化调控子单元基于pH调控关键参数模型和脱硫系统全局优化参数模型实现脱硫系统及副产物制备的稳定高效低成本运行，pH调控关键参数模型和脱硫系统全局优化参数模型的构建包括以下步骤：
(a)基于在线监测和离线数据，建立涵盖多设备多断面进出口烟气参数、反应液参数及成品肟品质参数的参数数据库；
(b)基于参数数据库，利用机器学习和大数据分析技术实时寻找成品肟品质参数与烟气脱硫系统一段NH4HSO3成品段和二段SO2主吸收段pH值、二磺酸制备反应器pH值以及第一、二肟化反应器的pH的关系，获得pH调控关键参数模型；
(c)基于参数数据库，通过滚动优化、反馈校正实现操纵量的实时调节寻找SO2脱除效率以及成品乙肟品质参数与烟气流量、烟气温度、入口SO2浓度、反应液温度、pH参数的关系，获得脱硫系统全局优化参数模型；
(d)当成品肟品质参数变差时，根据pH调控关键参数模型调节源头pH值；
(e)当SO2脱除效率下降时，根据脱硫系统全局优化参数模型，在保证成品肟品质参数在可控范围内的同时调节各系统运行参数。
10.根据权利要求8所述SO2吸收副产物制高附加值产品的智能调控方法，其特征在于：步骤(4)中，酸是浓度为50％以下的硫酸、20％以下的盐酸、50％以下的硝酸、50％以上的醋酸中的一种或几种；步骤(5)中，第一肟化反应器的反应温度控制在60℃；第二肟化反应器的反应温度控制在65～75℃；反应终点pH值控制在5.5。
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