CN113082958B - 含硫酸铵的干燥尾气处理方法及装置 - Google Patents

含硫酸铵的干燥尾气处理方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种含硫酸铵的干燥尾气处理方法，其中将来自硫酸铵生产装置的所述干燥尾气送入氨法脱硫吸收塔的吸收段内喷淋层上方且在水洗除雾段的下方。此外，本发明还涉及协同处理来自硫酸铵生产装置的干燥尾气与脱硫烟气的吸收塔，其中在吸收段内喷淋层上方且在水洗除雾段的下方之间具有尾气导入口。最后，本发明还涉及连接有硫酸铵生产装置的氨法脱硫设备。

Description

含硫酸铵的干燥尾气处理方法及装置
发明领域
本申请属于氨法脱硫技术领域，具体而言涉及一种含硫酸铵的干燥尾气处理方法以及实施该方法的装置。
发明背景
目前全球脱除气体中二氧化硫的一种主流工艺是石灰石-石膏方法，该方法在脱硫过程中会产生大量的废水、石膏渣等，每脱除1吨二氧化硫同步产生0.7吨二氧化碳。处理这些废水、废渣需要大量的投资和运行成本。
另一种脱硫的方法，即氨法脱硫则产生较少的废水和废渣，投入的脱硫剂氨会在此过程中与含硫化合物转化成可作为化肥的硫酸铵。在氨法脱硫过程中，生成的硫酸铵需要结晶析出，经过离心分离、干燥后得到硫酸铵产品，常采用流化床方法进行。干燥后含尘和含少量水的尾气需要进一步处理才能排放。
CN202460375U公开了一种脱硫含尘尾气洗涤回收装置，带有粉尘的干燥尾气经干燥尾气入口进入洗涤塔，在洗涤塔入口及塔中部与洗涤循环液接触并洗涤，再经除雾器除去夹带的液滴后从干燥尾气出口排出。洗涤塔内定期补入工艺水，洗涤循环液的溢流液去脱硫系统循环利用。该方法需单独设置洗涤塔，配置循环泵，增加排放监测口。
CN209451551U公开了一种尾气洗涤系统，将收集来的尾气分成两部分，一部分经过尾气洗涤塔进行处理后进入放空烟囱，另一部分经过袋式除尘器，去除其中的颗粒物，然后排放到大气中。尾气洗涤塔循环液通过外接凉水塔，实现对洗液的降温，从而降低排放的尾气的温度，进而使其中的水汽凝结成小水滴，降低排放气体中的水含量，降低尾气的排放量。且所述尾气洗涤塔与放空烟囱之间设置有电除雾器。该方法需单独设置洗涤塔，配置循环泵，为达到环保排放指标，相比常规尾气洗涤塔新增凉水塔和电除雾器。因此本方案工艺流程复杂，将增加运行消耗，增加投资成本。
CN110314505A公开了一种干铵工段含氨尾气处理装置及其处理方法。干燥尾气经布袋除尘器后由引风机抽引到尾气洗涤塔内洗涤除去氯化铵粉尘，洗涤后的洗涤水通过循环洗涤泵进入尾气洗涤塔循环使用。洗涤后的尾气再送入氨尾气吸收塔，依次经过规整波纹填料、第一喷淋装置、气体分盘器、第二规整波纹填料、第二喷淋装置、第三喷淋装置和屋脊除雾器从氨尾气吸收塔的顶部出口处排出，其中，含氨尾气吸收塔内的吸收液为氨法脱硫装置的过滤母液。该方法单独设置尾气洗涤塔及氨尾气洗涤塔，分别配置循环泵，循环液来自不同区域。为达到环保排放要求，相比常规尾气洗涤塔新增含氨尾气吸收塔，因此本方案工艺流程复杂，将增加运行消耗，增加投资成本。
发明内容
现有技术中，针对来自氨法脱硫的干燥尾气，通常需要在现有的氨法脱硫吸收塔之外单独设置尾气洗涤装置(洗涤塔)来对其进行处理。这就会使得整个生产工艺的成本增加，操作复杂。因此，希望一种既能够达到环保超低排放指标(例如环境保护部、发展改革委、能源局于2015年12月11日联合颁布的《全面实施燃煤电厂超低排放和节能改造工作方案》，规定净烟气中氮氧化物、SO2、颗粒物排放浓度不大于50/35/≤10mg/Nm3(标态、干基、6％氧))，同时能够简化尾气处理工艺，最好可以省去单独设置尾气洗涤装置从而减少排放口和排放检测口，由此降低运行成本和能耗，提高经济效益。此外，也希望能提高产品收率和氨回收率。
为此，本发明的第一个方面提供了一种含硫酸铵的干燥尾气处理方法，其中将来自硫酸铵生产装置的所述干燥尾气送入氨法脱硫吸收塔的吸收段内喷淋层上方且在水洗除雾段的下方，优选送入洗涤除雾段内的喷淋层下方至吸收段内喷淋层上方之间。
本申请的发明人发现，通过将干燥尾气送入氨法脱硫吸收塔的吸收段内喷淋层上方且在水洗除雾段下方，优选洗涤除雾段内的喷淋层下方至吸收段内喷淋层上方之间的区域，可以实现将干燥尾气与脱硫烟气在一套系统内协同处理，由此省去了单独的尾气处理或尾气洗涤装置，大大简化了工艺流程和节约了成本，进而实现上述的发明任务。
当洗涤除雾段或吸收段内的喷淋层包含一个或多个层时，将所述干燥尾气送入吸收段的多个喷淋层的最上层的上方，优选送入洗涤除雾段的多个喷淋层的最下层与吸收段的多个喷淋层的最上层之间。
特别的，根据本发明，不另外将所述干燥尾气送入吸收塔的入口烟道、浓缩段或吸收段和水洗除雾段的其他位置处。
已经发现，相比于将干燥尾气从吸收塔入口烟道或浓缩段等位置处送入吸收塔的方案，本发明的方法是更有利的。氨法脱硫吸收塔吸收段喷淋层下部为SO2主要吸收区域，如果将干燥尾气通入氨法脱硫吸收塔的吸收段内喷淋层上方且在水洗除雾段的下方的区域，则干燥尾气的加入不增加洗涤降温段和吸收段负荷，并可减少吸收塔吸收段喷淋层下部烟气量，减小吸收塔塔径。同时，可降低因混合后烟气氧含量高，从而亚硫酸铵于塔内被氧化，对SO2的吸收和出口尘(不利于氨逃逸和气溶胶控制)的影响。此外，因为原脱硫吸收塔中增加了干燥尾气，塔内总气量增加，在原设计不变情况下，当烟气经过除雾器的流速增加时，可改善除雾器的除雾效果。
氨法脱硫工艺本身是已知的，其一般包括脱硫过程(吸收)、氧化过程、浓缩(结晶)过程以及硫酸铵后处理过程。脱硫过程包括SO2吸收、吸收后烟气的水洗除雾以控制烟气中细微颗粒物含量。该方法中，首先用亚硫酸铵吸收二氧化硫得到亚硫酸铵与亚硫酸氢铵混合溶液，加氨中和后又得到亚硫酸铵：
(NH4)2SO3+H2O+SO2＝2NH4HSO3
(NH4)XH(2-x)SO3+(2-x)NH3＝(NH4)2SO3
随后，对溶液通入氧化空气将亚硫酸(氢)铵氧化，得到硫酸(氢)铵：
(NH4)2SO3+1/2O2＝(NH4)2SO4
含硫酸铵的循环吸收液经浓缩、结晶、固液分离、干燥即得最终产品硫酸铵。同时，在经过干燥之后也产生包含少量硫酸铵、粉尘和水蒸汽的尾气。
在本发明上下文中，所述“尾气”或“干燥尾气”指的是来自硫酸铵生产装置的含有硫酸铵的尾气。一般而言，这种尾气主要包含热空气(例如60-100℃的)、少量水蒸气(如低于7％或1-5％左右)和硫酸铵粉尘(其量例如100-2000mg/Nm3)。
氨法脱硫工艺的方法及装置可参考如下这些专利申请，如CN200510040801.1、CN03158258.3、CN201010275966.8、CN200510040800.7、CN03158257.5、CN201710379460.3、CN201710379458.6、CN201710154157.3、CN201710800599.0、CN201710865004.X和CN201810329999.2等。
在一个优选的实施方式中，所述的干燥尾气可以不经过预处理直接送入氨法脱硫吸收塔的吸收段内喷淋层上方且在水洗除雾段的下方。
在另一个优选的实施方式中，也可以将干燥尾气经预除尘后送入氨法脱硫吸收塔的吸收段内喷淋层上方且在水洗除雾段的下方。例如，可以采用旋风除尘、布袋除尘等工艺对干燥含尘尾气进行预除尘。优选的，如果对干燥尾气进行预除尘，则预除尘后的干燥尾气中尘含量≤500mg/Nm3，优选≤150mg/Nm3。
无论是否经过预处理，有利的是，所述干燥尾气送入氨法脱硫吸收塔的压力≥0.5kPa，优选1-3kPa。
在本发明的实施方式中，使来自硫酸铵生产装置的干燥尾气管路连接至吸收塔的吸收段的喷淋层上方与分隔水洗除雾段和洗涤除雾段的气液分布器下方之间的区域，更优选地连接至吸收段的喷淋层上方与分隔吸收段和洗涤除雾段的气液分布器之间，由此使干燥尾气从洗涤除雾段内下部的气液分布器进入洗涤除雾段。
还优选的，控制吸收塔内所述干燥尾气的导入量为烟气量的1-20％，更优选3-10％。
本发明的尾气处理方法可以利用已知的氨法脱硫设备进行。
用于实施氨法脱硫的设备通常相应地包括脱硫单元、氧化单元、浓缩结晶单元和硫铵后处理单元。
脱硫单元包括SO2吸收、吸收后烟气的水洗除雾以控制烟气中细微颗粒物含量。脱硫单元通常包括从下到上依次排列的浓缩段、吸收段、洗涤除雾段和水洗除雾段，它们可以部分或全部地包含在吸收塔中。
氧化单元中的氧化过程通常在吸收塔氧化段或单独的氧化装置中进行。氧化后部分吸收循环液去浓缩结晶，部分加氨后去循环吸收。例如，可以设置单独的氧化循环槽或集成在吸收塔内的氧化段作为实施氧化单元的主要装置。
采用塔内饱和结晶工艺时，脱硫过程、浓缩结晶过程通常在吸收塔中进行。含硫烟气通常从吸收塔浓缩段进入，利用烟气的热量将浓缩循环液浓缩、结晶，降温后的含硫烟气再进行进一步的脱硫、细微颗粒物控制处理后达标排放。浓缩循环液通常被输送到吸收塔浓缩段的上部，通过喷淋器喷洒雾化并与含硫烟气进行充分接触。在浓缩段(也称为洗涤降温段)内，通过浓缩循环液对烟气进行降温和除尘。
根据进一步净化的需求，通常在吸收塔内的浓缩段上方设置吸收段。吸收段中的吸收循环液可以是包含亚硫酸(氢)铵、硫酸铵的溶液，用于吸收二氧化硫。吸收段可以包括一个或多个具有喷淋头的层组成的喷淋层。
吸收段的上方则可以设置除雾段，包括洗涤除雾段和水洗除雾段以控制烟气中细微颗粒物含量。在洗涤除雾段中通常采用氧化液洗涤除去游离氨。在水洗除雾段则用于使用工艺水来进一步洗涤，然后进行除雾。
在氨法脱硫的吸收塔中，吸收段、洗涤除雾段和水洗除雾段从下到上依次设置。通常通过设置一个或多个气液分离器来分隔各个段。例如，在水洗除雾段、洗涤除雾段、吸收段和浓缩段彼此之间分别设置一个或多个气液分离器以分开各个功能段。因此，在本申请中，所谓某段的上方和下方，通常优选指的是设置在该段和其相邻段之间的气液分离器的上方和下方。
因此，本申请的第二个方面涉及一种协同处理来自硫酸铵生产装置的干燥尾气与脱硫烟气的吸收塔，所述的吸收塔从下往上包括浓缩段、吸收段、洗涤除雾段和水洗除雾段，其中在吸收段内喷淋层上方且在水洗除雾段的下方，优选在洗涤除雾段内的喷淋层下方至吸收段内喷淋层上方之间具有尾气导入口。
在一个优选的实施方式中，所述尾气导入口连通硫酸铵生产装置，可以例如直接连通硫酸铵生产装置的尾气排出口，也可以经由预除尘装置而间接连通硫酸铵生产装置。
根据本发明，干燥尾气经吸收塔内喷淋洗涤、除雾后与脱硫烟气一起从吸收塔净烟气出口排出。
本申请的最后一个方面涉及一种连接有硫酸铵生产装置的氨法脱硫设备，其中所述氨法脱硫设备包括至少一个如上所述的吸收塔，其特征在于，至少一个所述吸收塔的尾气导入口连通硫酸铵生产装置。
附图说明
图1为本发明的一个具体实施方式的示意图。
发明的具体实施方式
图1显示了连接有硫酸铵生产装置14的氨法脱硫设备(其中未示出必要的泵或阀等管道连接部件)。
硫酸铵生产装置14包括固液分离装置15、离心机16、一体化干燥机17、用于除尘的预处理设备18、包装机20。含有硫酸铵的干燥尾气从干燥引风机19抽出，通过干燥尾气管道21送至吸收塔的位于洗涤除雾段6与吸收段5之间的气液分离器下方且在吸收段的喷淋层12上方的导入口9。干燥尾气从吸收塔净烟气出口8同脱硫烟气合并排出。
所示的氨法脱硫设备包括吸收塔1、氧化循环槽2及内设独立区域10和水洗循环槽3。吸收塔1中从下到上包括如下几个主要的功能段：浓缩段4、吸收段5、洗涤除雾段6和水洗除雾段7。
每段之间设有只允许气体通过的气液分离器13。吸收循环液进入氧化循环槽内独立区域10(通过封闭隔板与氧化槽其他部分完全分隔开)进行循环，洗涤循环液则从独立区域10以外的位置进入氧化循环槽2，水洗循环洗涤液进入水洗循环槽3，工艺水11则在水洗循环槽3中进行补充。
洗涤除雾段6内的上部可以设置多层除雾器(未示出)，例如采用折流板/平板/屋脊形式；水洗除雾段7内的上部也可以设有多层除雾器(未示出)，例如采用折流板/平板/屋脊形式。
吸收段5内使用亚硫酸铵作为吸收循环液，该吸收液由氧化循环槽2循环提供，在氧化循环槽内的独立区域10内添加氨吸收剂调节其pH值，将pH控制在4-6.6。
洗涤除雾段6内使用含硫酸铵的洗涤循环液，该洗涤循环液液同样由氧化循环槽2循环提供，在氧化循环槽2内添加氨吸收剂调节其PH值，PH控制在3.5-6。
附图标记
Figure BDA0003000309730000071
Figure BDA0003000309730000081
实施例
以下实施例用于阐述本发明，但是本发明不限制于该实施例。
实施例1
采用包含两个如图1所示的并联吸收塔的氨法脱硫设备，其总的处理烟气量为2*500000Nm3/h，每个吸收塔处理烟气量为500000Nm3/h，SO2浓度3000mg/Nm3，采用塔内饱和结晶工艺。每个吸收塔直径9m，从下往上包括浓缩段4、吸收段5、洗涤除雾段6和水洗除雾段7。将浓缩段得到的硫酸铵浆液送硫酸铵产生装置，得到固体硫酸铵5.57t/h。同时产生的干燥尾气量25000Nm3/h。
如图1所示，将该干燥尾气通过干燥尾气管道21送至两个并联的吸收塔之一的位于洗涤除雾段6与吸收段5之间的气液分离器下方且在吸收段的喷淋层上方的导入口9。每个吸收塔的对于该干燥尾气的处理能力均为25000Nm3/h。干燥尾气从吸收塔净烟气出口8同脱硫烟气合并排出。吸收塔出口尾气中总尘为2.2mg/Nm3，SO2的量为30mg/Nm3(标态、干基、6％O2)。
在该吸收塔内，洗涤除雾段6内的上部设置2层除雾器，采用两层屋脊形式；水洗除雾段7内的上部则设有3层除雾器，采用1层折流板+1层屋脊+1层高效形式。
吸收段5内使用含有亚硫酸铵、硫酸铵的溶液作为吸收循环液，该吸收液由氧化循环槽2的独立区域10循环提供，在氧化循环槽内独立区域10添加氨吸收剂调节其pH值，将pH控制在4-6.6。
洗涤除雾段6内使用含硫酸铵的洗涤循环液，该洗涤循环液同样由氧化循环槽2循环提供，在氧化循环槽2内添加氨吸收剂调节其PH值，PH控制在3.5-6。
最后，所得产品硫酸铵产率99.5％、氨回收率99.6％。
对比例1
重复实施例1的方案，区别在于将同样的干燥尾气在吸收塔外单独处理，采用旋风除尘+两级水洗+两级除雾工艺处理该干燥尾气。获得的干燥尾气出口总尘为12mg/Nm3，吸收塔出口尾气中总尘为3.2mg/Nm3，SO2的量为32mg/Nm3(标态、干基、6％O2)。
所得产品硫酸铵产率99.3％、氨回收率99.4％。
对比例2
重复实施例1的方案，区别在于将干燥尾气从进口烟道和原烟气一起从吸收塔浓缩段进入吸收塔，因为处理气量增加，吸收塔直径由9m增大到9.5m，吸收塔出口尾气中总尘4.3mg/Nm3，SO2 31.3mg/Nm3(标态、干基、6％O2)。
所得产品硫酸铵产率99.35％、氨回收率99.45％。
因此，本申请具体涉及如下这些方面：
1.一种含硫酸铵的干燥尾气处理方法，其中将来自硫酸铵生产装置的所述干燥尾气送入氨法脱硫吸收塔的吸收段内喷淋层上方且在水洗除雾段的下方，优选送入洗涤除雾段内的喷淋层下方至吸收段内喷淋层上方之间。
2.根据方面1的方法，其特征在于，不另外将所述干燥尾气送入吸收塔的入口烟道、浓缩段或吸收段和洗涤除雾段的其他位置处。
3.根据方面1的方法，其特征在于，将所述干燥尾气不经过预处理直接送入氨法脱硫吸收塔的吸收段内喷淋层上方且在水洗除雾段的下方，优选送入洗涤除雾段内的喷淋层下方至吸收段内喷淋层上方之间。
4.根据方面1的方法，其特征在于，将干燥尾气经预除尘后送入氨法脱硫吸收塔的吸收段内喷淋层上方且在水洗除雾段的下方，优选送入洗涤除雾段内的喷淋层下方至吸收段内喷淋层上方之间。
5.根据方面4的方法，其特征在于，采用旋风除尘或布袋除尘工艺对所述干燥尾气进行预除尘。
6.根据方面4或5的方法，其特征在于，预除尘后的干燥尾气中尘含量≤500mg/Nm3，优选≤150mg/Nm3。
7.根据方面1的方法，其特征在于，所述干燥尾气送入氨法脱硫吸收塔的入口处的压力≥0.5kPa，优选1-3kPa。
8.根据方面1的方法，其特征在于，将所述的干燥尾气送至吸收段的喷淋层上方与分隔水洗除雾段和洗涤除雾段的气液分布器下方的区域，更优选送至吸收段的喷淋层上方与分隔吸收段和洗涤除雾段的气液分布器之间，由此使干燥尾气从洗涤除雾段内下部的气液分布器进入洗涤除雾段。
9.根据方面1的方法，其特征在于，所述干燥尾气的导入量为烟气量的1-20％，优选3-10％。
10.一种协同处理来自硫酸铵生产装置的干燥尾气与脱硫烟气的吸收塔，所述的吸收塔从下往上包括浓缩段、吸收段、洗涤除雾段和水洗除雾段，其中在吸收段内喷淋层上方且在水洗除雾段的下方，优选在洗涤除雾段内的喷淋层下方至吸收段内喷淋层上方之间具有尾气导入口。
11.根据方面10的吸收塔，其中所述尾气导入口连通硫酸铵生产装置。
12.根据方面10或11的吸收塔，其中所述尾气导入口直接连通硫酸铵生产装置的尾气排出口，或经由预除尘装置而间接连通硫酸铵生产装置的尾气排出口。
13.根据方面10至12任一项的吸收塔，其中所述水洗除雾段、洗涤除雾段、吸收段和浓缩段彼此之间分别设置一个或多个气液分离器以分开各个功能段。
14.连接有硫酸铵生产装置的氨法脱硫设备，其中所述氨法脱硫设备包括至少一个如方面10-13任一项所述的吸收塔，其特征在于，至少一个所述吸收塔的尾气导入口连通硫酸铵生产装置。

Claims (16)

1.一种含硫酸铵的干燥尾气处理方法，其中将来自硫酸铵生产装置的所述干燥尾气送入氨法脱硫吸收塔的吸收段内喷淋层上方且在水洗除雾段的下方；
其中
所述的吸收塔从下往上包括浓缩段、吸收段、洗涤除雾段和水洗除雾段，
含硫烟气从吸收塔浓缩段进入，
所述干燥尾气的导入量为烟气量的1-20％，
所述干燥尾气包含60-100℃的热空气、低于7％的水蒸气和100-2000mg/Nm3的硫酸铵粉尘；并且
不另外将所述干燥尾气送入吸收塔的入口烟道、浓缩段、吸收段或洗涤除雾段的其他位置处。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，将来自硫酸铵生产装置的所述干燥尾气送入洗涤除雾段内的喷淋层下方至吸收段内喷淋层上方之间。
3.根据权利要求1的方法，其特征在于，将所述干燥尾气不经过预处理直接送入氨法脱硫吸收塔的吸收段内喷淋层上方且在水洗除雾段的下方。
4.根据权利要求3的方法，其特征在于，将所述干燥尾气不经过预处理直接送入洗涤除雾段内的喷淋层下方至吸收段内喷淋层上方之间。
5.根据权利要求1的方法，其特征在于，将干燥尾气经预除尘后送入氨法脱硫吸收塔的吸收段内喷淋层上方且在水洗除雾段的下方。
6.根据权利要求5的方法，其特征在于，将干燥尾气经预除尘后送入洗涤除雾段内的喷淋层下方至吸收段内喷淋层上方之间。
7.根据权利要求5的方法，其特征在于，采用旋风除尘或布袋除尘工艺对所述干燥尾气进行预除尘。
8.根据权利要求5至7任一项所述的方法，其特征在于，预除尘后的干燥尾气中尘含量≤500mg/Nm3。
9.根据权利要求5至7任一项所述的方法，其特征在于，预除尘后的干燥尾气中尘含量≤150mg/Nm3。
10.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述干燥尾气送入氨法脱硫吸收塔的入口处的压力≥0.5kPa。
11.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述干燥尾气送入氨法脱硫吸收塔的入口处的压力为1-3kPa。
12.根据权利要求1的方法，其特征在于，将所述的干燥尾气送至吸收段的喷淋层上方与分隔水洗除雾段和洗涤除雾段的气液分布器下方的区域，由此使干燥尾气从洗涤除雾段内下部的气液分布器进入洗涤除雾段。
13.根据权利要求1的方法，其特征在于，将所述的干燥尾气送至吸收段的喷淋层上方与分隔吸收段和洗涤除雾段的气液分布器之间。
14.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述干燥尾气的导入量为烟气量的3-10％。
15.一种按照权利要求1所述的处理方法来协同处理来自硫酸铵生产装置的干燥尾气与脱硫烟气的处理装置，该处理装置包括吸收塔，所述的吸收塔从下往上包括浓缩段、吸收段、洗涤除雾段和水洗除雾段，其中在吸收段内喷淋层上方且在水洗除雾段的下方具有尾气导入口，并且所述尾气导入口直接连通硫酸铵生产装置的尾气排出口，或经由预除尘装置而间接连通硫酸铵生产装置的尾气排出口。
16.根据权利要求15的处理装置，其中所述水洗除雾段、洗涤除雾段、吸收段和浓缩段彼此之间分别设置一个或多个气液分离器以分开各个功能段。
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