CN112939029A - 一种高浓度so2富气制备焦亚硫酸钠的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高浓度SO2富气制备焦亚硫酸钠的装置及方法，包括水洗塔，所述水洗塔的上部设有鼓风机，所述鼓风机将活性炭再生富气依次吹入第一反应器、第二反应器和第三反应器，所述第一反应器的一侧与热解反应器连接，另一侧与离心机连接，所述离心机的一侧与干燥机连接，另一侧与配碱罐连接，所述干燥机与包装机连接，所述配碱罐与纯碱储仓通过螺旋输送机衔接；所述水洗塔处设有水洗循环泵，所述配碱罐与第三反应器通过补液泵衔接；本发明的三个反应器均采用塔式结构，阻力小，反应彻底，稳定可靠，特别适用于大规模生产，适用范围广，对富气的要求低，SO2浓度高于1％即可产出产品，设备均封闭生产，厂房内无二氧化硫溢出，环境好，无二次污染。
Description
技术领域
本发明涉及一种高浓度SO2富气制备焦亚硫酸钠的装置及方法，属于化工环保技术领域。
背景技术
近年来，活性炭干法烟气脱硫脱硝技术得到广泛应用，它的处理过程在一个反应器内进行，能够一步达到脱硫脱硝的处理效果，该工艺可以同时脱除烟气中SO2、NOX，并可以附带脱除二噁英、重金属、尘等其他多种污染物。活性炭干法烟气脱硫脱硝装置其采用的活性炭为循环使用，通常带有一套活性炭再生系统，吸附SO2后的活性炭被输送到再生塔，经过加热，在高温下释放出含有SO2的气体，称之为活性炭再生富气。
传统方法是将活性炭再生富气制成硫酸，由于国内现阶段硫酸产能过剩，市场需求受区域性影响较大，且硫酸难以贮存和运输，存在胀库风险，经济价值较低，而利用SO2生产焦亚硫酸钠可以实现良好的经济效益，不失为一种好方法。
由于焦亚硫酸钠的生产对原料气SO2浓度要求高，且原料气中SO2浓度越高，负荷越稳定，产出的产品品质越好；来气SO2浓度低时会造成反应不彻底，产品品质低；通常原料气中SO2浓度低于6％时，产品质量会大幅下降，容易产出不合格品。
由于活性炭干法烟气脱硫脱硝装置其活性炭再生富气中SO2含量通常较低，正常工况SO2浓度为1～8％，且负荷波动大，不利于生成焦亚硫酸钠的反应，已有的同类装置产出的产品品质不稳定，结晶均匀度不佳，且存在废水排放等问题。
发明内容
本发明提供一种高浓度SO2富气制备焦亚硫酸钠的装置及方法用来克服现有技术中活性炭干法烟气脱硫脱硝装置产出的产品品质不稳定，结晶均匀度不佳且存在废水排放的缺陷。
为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：
本发明公开了一种高浓度SO2富气制备焦亚硫酸钠的装置，包括水洗塔，所述水洗塔的上部设有鼓风机，所述鼓风机将活性炭再生富气依次吹入第一反应器、第二反应器和第三反应器，所述第一反应器的一侧与热解反应器连接，另一侧与离心机连接，所述离心机的一侧与干燥机连接，另一侧与配碱罐连接，所述干燥机与包装机连接，所述配碱罐与纯碱储仓通过螺旋输送机衔接；所述水洗塔处设有水洗循环泵，所述第一反应器、第二反应器和第三反应器处分别设有第一循环泵、第二循环泵和第三循环泵，所述配碱罐与第三反应器通过补液泵衔接。
一种高浓度SO2富气制备焦亚硫酸钠的装置，其制备方法包括：
(1)水洗净化，活性炭再生富气通过水洗塔，经水洗脱除富气中的杂质，净化后的富气通过鼓风机送至第一反应器；
(2)亚硫酸氢钠分解，第一反应器将部分浆液送入热解反应器，通过加热将亚硫酸氢钠分解，分解出的SO2气送至鼓风机入口，以提高第一反应器进气的SO2浓度，热解后的贫液送至第二反应器；
(3)反应结晶，亚硫酸钠浆液依次通过第三反应器、第二反应器和第一反应器，含二氧化硫气体依次通过第一反应器、第二反应器和第三反应器，在第一反应器内亚硫酸钠全部反应，过饱和生成大量焦亚硫酸钠晶体，反应尾气从第三反应器排出。从第一反应器采出含有焦亚硫酸钠晶体的浆液送至离心机；
(4)晶体分离，第一反应器的晶体浆液送至离心机；离心出的晶体被送至干燥机干燥；
(5)干燥和包装，离心出的焦亚硫酸钠晶体在干燥机内与热风换热，将晶体表面水分蒸干，之后固体粉料送入包装机包装成袋装产品；
(6)配碱，纯碱经卸料至纯碱储仓储存，定量进料至配碱罐，在配碱罐内与离心母液反应，经消泡、脱气后送至第三反应器。
进一步的，所述水洗塔水洗脱除活性炭再生富气中的杂质，第一反应器内亚硫酸钠反应生成焦亚硫酸钠，纯碱经纯碱储仓通过螺旋输送机送入配碱罐，所述第一反应器、第二反应器和第三反应器上均设有便于反应尾气排出的排气口，所述热解反应器采用蒸汽或电作为热源。
进一步的，所述活性炭再生富气指的是活性炭脱硫脱硝装置产出的含硫气体，其中含硫浓度大于1％，适用于含硫烟气。
进一步的，所述热解反应器为立式结构，上部为气相分离空间，下部为浆液加热区，上部直径是下部直径的1.2～2.0倍，底部设有搅拌器，防止堵塞。
进一步的，所述第一反应器、第二反应器和第三反应器均采用塔式结构，其下部是浆液区，上部为混合段，第一循环泵、第二循环泵和第三循环泵分别从各自反应器下部抽取含亚硫酸钠的浆液，浆液与二氧化硫在混合段进行气液接触，吸收二氧化硫气体生成的焦亚硫酸钠浆液落入其下部，反应尾气从第一反应器、第二反应器和第三反应器上部排气口排出。
进一步的，所述热解反应器下部浆液加热区装有pH计、温度计，以对反应过程进行控制。
进一步的，所述第一反应器、第二反应器和第三反应器的中部均装有pH计、温度计、密度计，以对反应过程进行控制。
本发明所达到的有益效果是：第一反应器、第二反应器、第三方反应器采用塔式结构，阻力小，反应彻底，稳定可靠，特别适用于大规模生产，适用范围广，对富气的要求低，SO2浓度高于1％即可产出产品，设备均封闭生产，厂房内无二氧化硫溢出，环境好，无二次污染。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的工作原理图。
图中：1-水洗塔，101-活性炭再生富气，102-焦亚硫酸钠，103-纯碱，104-反应尾气，105-蒸汽，2-水洗循环泵，3-鼓风机，4-热解反应器，5-第一循环泵，6-第一反应器，7-第二循环泵，8-第二反应器，9-第三循环泵，10-第三反应器，11-包装机，12-干燥机，13-离心机，14-配碱罐，15-补液泵，16-螺旋输送机，17-纯碱储仓。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
如图1-2所示，一种高浓度SO2富气制备焦亚硫酸钠的装置，包括水洗塔1，所述水洗塔1的上部设有鼓风机3，所述鼓风机3将活性炭再生富气101依次吹入第一反应器6、第二反应器8和第三反应器10，所述第一反应器6的一侧与热解反应器4连接，另一侧与离心机13连接，所述离心机13的一侧与干燥机12连接，另一侧与配碱罐14连接，所述干燥机12与包装机11连接，所述配碱罐14与纯碱储仓17通过螺旋输送机16衔接。
所述水洗塔1处设有水洗循环泵2，所述第一反应器6、第二反应器8和第三反应器10处分别设有第一循环泵5、第二循环泵7和第三循环泵9，所述配碱罐14与第三反应器10通过补液泵15衔接。
所述水洗塔1水洗脱除活性炭再生富气101中的杂质，第一反应器6内亚硫酸钠反应生成焦亚硫酸钠102，纯碱103经纯碱储仓17通过螺旋输送机16送入配碱罐14，所述第一反应器6、第二反应器8和第三反应器10上均设有便于反应尾气104排出的排气口，所述热解反应器4采用蒸汽105或电作为热源。
为实现上述方案，一种高浓度SO2富气制备焦亚硫酸钠的方法，包括以下步骤：
(1)水洗净化，活性炭再生富气101通过水洗塔1，经水洗脱除富气中的杂质，净化后的富气通过鼓风机送至第一反应器6；
(2)亚硫酸氢钠分解，第一反应器6部分浆液送入热解反应器，通过加热将亚硫酸氢钠分解，分解出的SO2气送至鼓风机3入口，以提高第一反应器6进气的SO2浓度，热解后的贫液送至第二反应器8；
(3)反应结晶，亚硫酸钠浆液依次通过第三反应器10、第二反应器8、第一反应器6，含二氧化硫气体依次通过第一反应器6、第二反应器8、第三反应器10，在第一反应器6内亚硫酸钠全部反应，过饱和生成大量焦亚硫酸钠102晶体，反应尾气104从第三反应器10排出。从第一反应器6采出含有焦亚硫酸钠102晶体的浆液送至离心机13；
(4)晶体分离，第一反应器6的晶体浆液送至离心机13；离心出的晶体被送至干燥机12干燥；
(5)干燥和包装，离心出的焦亚硫酸钠102晶体在干燥机内与热风换热，将晶体表面水分蒸干，之后固体粉料送入包装机包装成袋装产品；
(6)配碱，纯碱103经卸料至配碱罐14储存，定量进料至配碱罐14，在配碱罐14内与离心母液反应，经消泡、脱气后送至第三反应器10。
本发明进一步改进在于，所述步骤(1)中活性炭再生富气101指的是活性炭脱硫脱硝装置产出的含硫气体，其中含硫浓度大于1％即可，适用于含硫烟气。
本发明进一步改进在于，所述步骤(2)中热解反应器4采用蒸汽或电作为热源。
本发明进一步改进在于，所述步骤(2)中热解反应器4为立式结构，上部为气相分离空间，下部为浆液加热区，上部直径是下部直径的1.2～2.0倍，底部设有搅拌器，防止堵塞。
本发明进一步改进在于，所述步骤(2)中热解反应器4的运行温度为105～150℃，第一反应器6排出的浆液从上部加入，贫液从底部排出送至第二反应器8。
本发明进一步改进在于，所述步骤(3)中第一反应器6、第二反应器8、第三反应器10均采用塔式结构，其下部是浆液区，上部为混合段，每个反应器有与之对应的循环泵，循环泵从反应器下部抽取含亚硫酸钠的浆液，浆液与二氧化硫在混合段进行气液接触，吸收二氧化硫气体生成的焦亚硫酸钠浆液落入反应器下部，残余尾气从反应器上部排气口排出。
本发明进一步改进在于，所述步骤(3)中第一反应器6、第二反应器8、第三反应器10其循环液的固含量为5～20％，其温度为40～60℃，经过第一反应器6、第二反应器8、第三反应器10循环吸收，可以使SO2的吸收率保持在99.9％以上。
作为本发明的优选技术方案，所述步骤(2)中热解反应器4下部浆液加热区装有pH计、温度计，以对反应过程进行控制。
作为本发明的优选技术方案，所述步骤(3)中第一反应器6、第二反应器8、第三反应器10的中部均装有pH计、温度计、密度计，以对反应过程进行控制。
本发明进一步改进在于，所述步骤(5)中干燥机12采用流化床干燥型式，其进风温度为130～160℃。
本发明进一步改进在于，所述步骤(6)中配碱罐14配有搅拌器，配碱罐14设有消泡装置，纯碱103与离心母液进行中和反应生成亚硫酸钠，经消泡、脱气后送至第三反应器10。
本发明进一步改进在于，所述步骤(6)中配碱罐14固含量为5～20％，中和后pH为5.0～6.0。
本发明进一步改进在于，所述步骤(3)～(5)中，排气收集经碱洗后排放，厂房内无二氧化硫溢出，环境好，无二次污染。
本发明进一步改进在于，所述步骤(1)～(6)中的设备均采用封闭操作，减少了与氧气接触的机会，产品品质好，杂盐含量低，焦亚硫酸钠纯度可达98％。
工作原理：
采用纯碱103和活性炭再生富气101作为原料，活性炭再生富气101经过水洗塔1水洗脱除富气中的杂质，通过鼓风机3将水洗净化后的富气送至第一反应器6；将母液制成含亚硫酸钠的浆液，再将亚硫酸钠浆液送至反应系统，亚硫酸钠依次通过第三反应器10、第二反应器8、第一反应器6，在第一反应器6内亚硫酸钠全部反应生成焦亚硫酸钠102，当一级反应器反应6终止，从第一反应器6采出含有焦亚硫酸钠102晶体的浆液送入离心机13；离心机13分离出的晶体经干燥、包装成产品；离心母液送入配碱罐14，加入纯碱103，制成亚硫酸钠浆液送至第三反应器10；取出第一反应器6部分浆液送入热解反应器4，通过加热将亚硫酸氢钠分解，分解出的SO2气送至鼓风机3入口，以提高第一反应器6进气的SO2浓度，热解后的贫液送至第二反应器8继续反应。
技术原理：
(1)反应结晶，在溶液中亚硫酸钠与过量的SO2反应，过饱和生成焦亚硫酸钠晶体：Na2SO3+SO2＝Na2S2O5；
(2)配碱，反应生成的含焦亚硫酸钠晶体的浆液，经分离后，母液与纯碱反应制成亚硫酸钠浆液：2NaHSO3+Na2CO3＝2Na2SO3+CO2↑+H2O；
(3)亚硫酸氢钠分解，通过加热溶液，将亚硫酸氢钠分解，生成SO2，补充到原料气中，以保证反应器进气浓度稳定：2NaHSO3＝Na2SO3+SO2↑+H2O。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种高浓度SO2富气制备焦亚硫酸钠的装置，其特征在于，包括水洗塔，所述水洗塔的上部设有鼓风机，所述鼓风机将活性炭再生富气依次吹入第一反应器、第二反应器和第三反应器，所述第一反应器的一侧与热解反应器连接，另一侧与离心机连接，所述离心机的一侧与干燥机连接，另一侧与配碱罐连接，所述干燥机与包装机连接，所述配碱罐与纯碱储仓通过螺旋输送机衔接；
所述水洗塔处设有水洗循环泵，所述第一反应器、第二反应器和第三反应器处分别设有第一循环泵、第二循环泵和第三循环泵，所述配碱罐与第三反应器通过补液泵衔接。
2.根据权利要求1所述的高浓度SO2富气制备焦亚硫酸钠的装置，其特征在于，所述水洗塔水洗脱除活性炭再生富气中的杂质，第一反应器内亚硫酸钠反应生成焦亚硫酸钠，纯碱经纯碱储仓通过螺旋输送机送入配碱罐，所述第一反应器、第二反应器和第三反应器上均设有便于反应尾气排出的排气口，所述活性炭再生富气指的是活性炭脱硫脱硝装置产出的含硫气体，其中含硫浓度大于1％，适用于含硫烟气。
3.根据权利要求1所述的高浓度SO2富气制备焦亚硫酸钠的装置，其特征在于，所述热解反应器采用蒸汽或电作为热源，呈立式结构设置，上部为气相分离空间，下部为浆液加热区，上部直径是下部直径的1.2～2.0倍，底部设有搅拌器，防止堵塞。
4.根据权利要求1所述的高浓度SO2富气制备焦亚硫酸钠的装置，其特征在于，所述第一反应器、第二反应器和第三反应器均采用塔式结构，其下部是浆液区，上部为混合段，第一循环泵、第二循环泵和第三循环泵分别从各自反应器下部抽取含亚硫酸钠的浆液，浆液与二氧化硫在混合段进行气液接触，吸收二氧化硫气体生成的焦亚硫酸钠浆液落入其下部，反应尾气从第一反应器、第二反应器和第三反应器上部排气口排出。
5.根据权利要求1所述的高浓度SO2富气制备焦亚硫酸钠的装置，其特征在于，所述热解反应器下部浆液加热区装有pH计、温度计，以对反应过程进行控制，所述第一反应器、第二反应器和第三反应器的中部均装有pH计、温度计、密度计，以对反应过程进行控制。
6.根据权利要求1所述的高浓度SO2富气制备焦亚硫酸钠的装置，其制备方法包括：
(1)水洗净化，活性炭再生富气通过水洗塔，经水洗脱除富气中的杂质，净化后的富气通过鼓风机送至第一反应器；
(2)亚硫酸氢钠分解，第一反应器将部分浆液送入热解反应器，通过加热将亚硫酸氢钠分解，分解出的SO2气送至鼓风机入口，以提高第一反应器进气的SO2浓度，热解后的贫液送至第二反应器；
(3)反应结晶，亚硫酸钠浆液依次通过第三反应器、第二反应器和第一反应器，含二氧化硫气体依次通过第一反应器、第二反应器和第三反应器，在第一反应器内亚硫酸钠全部反应，过饱和生成大量焦亚硫酸钠晶体，反应尾气从第三反应器排出。从第一反应器采出含有焦亚硫酸钠晶体的浆液送至离心机；
(4)晶体分离，第一反应器的晶体浆液送至离心机；离心出的晶体被送至干燥机干燥；
(5)干燥和包装，离心出的焦亚硫酸钠晶体在干燥机内与热风换热，将晶体表面水分蒸干，之后固体粉料送入包装机包装成袋装产品；
(6)配碱，纯碱经卸料至纯碱储仓储存，定量进料至配碱罐，在配碱罐内与离心母液反应，经消泡、脱气后送至第三反应器。
7.根据权利要求6所述的高浓度SO2富气制备焦亚硫酸钠的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中第一反应器、第二反应器和第三反应器其循环液的固含量为5～20％，其温度为40～60℃，经过第一反应器、第二反应器和第三反应器循环吸收，可以使SO2的吸收率保持在99.9％以上。
8.根据权利要求6所述的高浓度SO2富气制备焦亚硫酸钠的制备方法，其特征在于，所述步骤(6)中配碱罐配有搅拌器，配碱罐设有消泡装置，纯碱与离心母液进行中和反应生成亚硫酸钠，经消泡、脱气后送至第三反应器，配碱罐中固含量为5～20％，中和后pH为5.0～6.0。
9.根据权利要求6所述的高浓度SO2富气制备焦亚硫酸钠的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)中干燥机采用流化床干燥型式，其进风温度为130～160℃。
10.根据权利要求6所述的高浓度SO2富气制备焦亚硫酸钠的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中热解反应器的运行温度为105～150℃，第一反应器排出的浆液从上部加入，贫液从底部排出送至第二反应器。
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