CN114177844A - 多层流化床反应器及活性焦干式脱硫的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种多层流化床反应器以及活性焦干式脱硫的方法。本发明的多层流化床反应器用于活性焦干式脱硫，其包括反应器本体(5)和设置于反应器本体(5)内的气体分布器(7)，所述气体分布器(7)上设置有贯穿所述气体分布器(7)的溢流管(6)，所述多层流化床反应器满足：L≥L1，其中，L为溢流管(6)的上端至气体分布器(7)的距离，L1为活性焦处于流态化时，所述气体分布器(7)上静态活性焦的厚度。本发明通过对多层流化床反应器内的分布板以及溢流管等进行结构上的创新设计，使得反应器内的活性焦能够高效率的脱除烟气中的SO2、VOCs、Hg或砷等众多污染物。
Description
技术领域
本发明涉及环保领域，具体涉及一种多层流化床反应器及活性焦干式脱硫的方法。
背景技术
电厂普遍采用烟气脱硫装置，大量采用石灰石-石膏湿法脱硫工艺，每年至少开采石灰石1.25亿吨，破坏生态环境；副产劣质石膏2.15亿吨，量大难用。石灰石-石膏湿法脱硫工艺具有脱硫效率高、脱硫剂成本低等优点但随着其大规模应用，也逐渐暴露出一些问题：1)耗水量大、废水排放量大，这对处于缺水地区的电厂很不利，而脱硫废水的处置也成为难题。2)钙基脱硫剂的制备需要消耗大量的碳酸钙，造成石灰石资源的过量开采，对生态环境造成严重破坏；3)副产物脱硫石膏的品质较低，二次利用的价值有限，导致大量脱硫产物被抛弃，造成二次污染。
发明内容
为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明的第一方面提供了一种用于活性焦干式脱硫的多层流化床反应器，通过对多层流化床反应器内的溢流管等进行结构上的创新设计，使得反应器内的活性焦能够高效率的脱除烟气中的SO2、VOCs、Hg或砷等众多污染物。本发明的第二方面提供了一种活性焦干式脱硫的方法，该方法在本发明提供的多层流化床反应器中以活性焦为吸附剂，干法脱除烟气中二氧化硫等污染物。
根据本发明的第一方面，所述多层流化床反应器用于活性焦干式脱硫，其包括反应器本体和设置于反应器本体内的气体分布器，所述气体分布器上设置有贯穿该气体分布器的溢流管，所述多层流化床反应器满足：L≥L1，其中，L为溢流管的上端至气体分布器)的距离，L1为活性焦处于流态化时，该气体分布器上静态活性焦的厚度。溢流管的上端至气体分布器的距离，即溢流管的管口高度，大于等于流态化时静态粉状活性焦的厚度时，才能够保证多层流化床内的物料正常在多层气体分布器内循环。
根据本发明的一些实施方式，所述多层流化床反应器包括反应器本体(5)和设置于反应器本体(5)内的气体分布器(7)，所述气体分布器(7)上设置有贯穿所述气体分布器(7)的溢流管(6)。
根据本发明的一些实施方式，所述多层流化床反应器中的每一个气体分布器上设置有一个溢流管，优选所述溢流管以焊接的方式与气体分布器相连接。无特别说明，本发明中溢流管的上端至气体分布器的距离L指的为溢流管的上端至与其相连接的气体分布器的距离。
根据本发明的一些实施方式，0≤L-L1≤10mm。在一些实施方式中，L-L1为1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm或它们之间的任意值。在一些实施方式中，20mm≤L≤50mm，例如22mm、25mm、27mm、29mm、31mm、33mm、35mm、37mm、40mm、42mm、45mm、47mm、49mm或它们之间的任意值。在一些实施方式中，20mm≤L1≤40mm，例如22mm、25mm、27mm、29mm、31mm、33mm、35mm、37mm、39mm或它们之间的任意值。L-L1过高会导致循环效率降低，静态粉状活性焦的厚度增大，导致通过布风板的烟气阻力增大。
根据本发明的一些实施方式，所述溢流管的直径D为活性焦的平均粒径d的40倍-100倍。在一些实施方式中，溢流管的直径D为活性焦的平均粒径d的45倍、50倍、55倍、60倍、65倍、70倍、75倍、80倍、85倍、90倍、95倍或它们之间的任意值。在选择溢流管管径时，需要综合考虑多层流化床反应器的结构和物料性质。溢流管管径较大时，能够提供较大的流通面积，单位长度的摩擦力小，气体及活性焦粉容易通过溢流管，但管径过大，会出现短路现象，未处理的烟气会通过溢流管直接上升至另一床层，并没有通过布风板，直接导致脱硫效率的降低。当溢流管内径较小时，活性焦颗粒易在管中出现“卡料”现象，溢流管中存有部分料柱，既不下料，也不上窜。在一些实施方式中，30mm≤D≤40mm。在一些实施方式中，D为31mm、32mm、33mm、34mm、35mm、36mm、37mm、38mm、39mm或它们之间的任意值。
根据本发明的一些实施方式，所述反应器本体内设置有N个气体分布器，将多层流化床反应器由上至下分第1至第N+1层流化床反应器，其中，N为大于等于1的正整数。多层流化床反应器中气体分布器的个数根据原烟气中SO2的浓度进行调整。在一些实施方式中，N为2-15的正整数，例如2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13或14。在一些实施方式中，N为2-10的正整数。在一些具体实施例中，当SO2浓度≤2000mg/m3时，N为5。
根据本发明的一些实施方式，所述气体分布器的开孔率为3％-10％。在一些实施方式中，气体分布器的开孔率为4％、5.5％、6％、6.5％、7.5％、8％、9％或它们之间的任意值。合理的开孔率可以大大降低烟气穿过气体分布器的阻力，同时可以使更多的烟气穿过气体分布器而不是溢流管，抑制了喷料现象。气体分布器的开孔率在上述范围时，烟气穿过布风板阻力最小，且溢流管无喷料现象发生。在一些实施方式中，所述气体分布器的开孔率为5％-7％。
根据本发明的一些实施方式，所述气体分布器的开孔的孔径为0.5mm-5mm。在一些实施方式中，气体分布器的开孔的孔径为1.5mm、2.0mm、2.5mm、3.5mm、4.0mm、4.5mm或它们之间的任意值。气体分布器的开孔的孔径在上述范围可以保证活性焦粉正常流化，且通过气体分布器的阻力较小。在一些实施方式中，所述气体分布器的开孔的孔径为1mm-3mm。
根据本发明的一些实施方式，所述气体分布器选自布风板。
根据本发明的一些实施方式，所述的多层流化床反应器进一步包括固体进料口、气体入口、固体出料口和气体出口。在一些实施方式中，所述的多层流化床反应器进一步包括固体进料口(1)、气体入口(2)、固体出料口(3)和气体出口(4)。在一些实施方式中，固体进料口用于通入新鲜的活性焦粉，固体出料口用于排出吸附反应后的活性焦。在一些实施方式中，气体入口用于通入原始的烟气，气体出口用于排出吸附处理后的烟气。
在一些实施方式中，所述固体进料口设置于所述多层流化床反应器的顶部。在一些实施方式中，所述固体出料口设置于所述多层流化床反应器的顶部。在一些实施方式中，所述气体入口设置于所述第N+1层流化床反应器的侧壁，即最下层流化床反应器的侧壁。在一些实施方式中，所述气体出口设置于第1层流化床反应器的侧壁，即最上层流化床反应器的侧壁。
根据本发明的第二方面，所述活性焦干式脱硫的方法包括使活性焦和烟气在第一方面所述的多层流化床反应器中进行接触处理。在一些实施方式中，所述方法包括以下步骤：将活性焦和烟气通入多层流化床反应器中；调整多层流化床反应器中烟气得气速，以使活性焦处于流化态，并在气体分布器(7)上形成静止层(8)和流动层(9)。
根据本发明的一些实施方式，所述方法包括以下具体步骤：
S1：活性焦由固体进料口(1)装入，烟气由气体入口(2)进入多层流化床反应器本体(5)；
S2：活性焦新焦由上而下(优选呈流态化)下降，与自下而上的烟气逆流接触并在气体分布器(7)上形成静止层(8)和流动层(9)。由此，烟气中的SO2及VOCs等污染物被活性焦吸附。
在一些实施方式中，所述方法还包括S3：经过吸附后的净烟气由气体出口(4)排出，吸附后的活性焦通过活性焦固体出料口(3)排出，进入后续的再生设备进行再生。
根据本发明的一些实施方式，所述活性焦的平均粒径d为0.1mm-1.0mm。在一些实施方式中，所述活性焦的平均粒径d为0.2mm、0.3mm、0.45mm、0.5mm、0.55mm、0.6mm、0.65mm、0.8mm、0.9mm以及它们之间的任意值。活性焦的平均粒径在上述范围时，能够保证活性焦在布风板上正常流化。活性焦的平均粒径d粒径过大，比表面积小，在吸附SO2时，必须要增大循环量才能吸附定量的SO2，活性焦的消耗量会增加。粒径过小，比表面积大，和烟气的接触面积增大，吸附SO2的效果较好，但烟气穿过床层的阻力会增大。根据本发明的一些实施方式，所述活性焦的平均粒径d为0.4mm-0.7mm。
根据本发明的一些实施方式，所述活性焦的硫容≥20g/kg。本发明中“硫容”为每千克活性焦可以吸附的SO2的质量。活性焦的硫容确保≥20g/kg，可以减少新粉状活性焦的用量，后续再生设备的外形尺寸也会减小。
根据本发明的一些实施方式，所述静止层(8)的厚度L1为20mm-40mm，例如22mm、25mm、27mm、29mm、31mm、33mm、35mm、37mm、39mm或它们之间的任意值。根据本发明的一些实施方式，所述流动层(9)的厚度L2为20mm-40mm，例如22mm、25mm、27mm、29mm、31mm、33mm、35mm、37mm、39mm或它们之间的任意值。
根据本发明的一些实施方式，所述活性焦的堆积密度在0.4t/m3-0.6t/m3，真密度为1.9t/m3-2.1t/m3。
根据本发明的一些实施方式，所述烟气的气速为0.1m/s-1.0m/s，例如0.2m/s、0.35m/s、0.45m/s、0.5m/s、0.55m/s、0.65m/s、0.75m/s、0.9m/s或它们之间的任意值。在一些实施方式中，所述烟气的气速为0.3m/s-0.7m/。在一些实施方式中，所述烟气的气速为0.4m/s-0.6m/s。多层流化床内的气速在上述范围内，在保证粉状活性焦处于流态化状态的同时能够保证合理的停留时间，有利于提高烟气中SO2及VOCs等污染物的去除率。
根据本发明的一些实施方式，所述烟气在多层流化床反应器内的停留时间为3s-15s，例如4s、6s、7s、8s、9s、11s、12s、13s、14s或它们之间的任意值。在一些实施例中，所述烟气在多层流化床反应器内的停留时间为5s-10s。
根据本发明的一些实施方式，所述多层流化床反应器中每层的床层压降为150Pa-350Pa，总的床层压降为750Pa-1750Pa。
根据本发明的一些实施方式，所述烟气中SO2的浓度为≤3000mg/m3，VOCs的浓度为≤1000mg/m3。
根据本发明的一些实施方式，所述SO2的去除率≥99％，VOCs的去除率为≥95％。
本发明采用粉状活性焦作为吸附剂在多层流化床反应器中吸附脱除SO2及VOCs等污染物。活性焦干法以活性焦为吸收剂，利用活性焦内部丰富的孔隙以及表面的官能团、极性氧化物、具有缺陷的C原子，在物理吸附和化学吸附的双重作用下将SO2、VOCs、Hg、砷等众多污染物固定在活性焦内达到净化烟气的目的。活性焦干法脱硫过程中不消耗水，可一次性去除多种污染物，并且在多层流化床反应器中SO2及VOCs等污染物脱除效率高。
附图说明
附图1是本发明实施例提供的多层流化床反应器的结构示意图，
图中：1、固体进料口，2、气体入口，3、固体出料口，4、气体出口，5、反应器本体，6、溢流管，7、气体分布器，8、静止层，9、流动层。
附图2是本发明实施例提供的气体分布器的示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明技术方案做详细说明，附图只是为了说明本发明的基本内容而绘制的，并不限定本发明的范围。
如附图1所示，本发明提供的多层流化床反应器包括固体进料口1，其用于通入活性焦；气体入口2，其用于通入原烟气；固体出料口3，其用于排出吸附后的活性焦；气体出口4，其用于排出经过活性焦吸附后的烟气；反应器本体5；5层气体分布器7，其中每层气体分布器7均连接有溢流管6。
本发明提供的活性焦干式脱硫的方法包括如下步骤：
粉状活性焦由固体进料口1装入，原烟气由气体入口2进入多层流化床本体5。多层流化床本体5内设置有气体分布器7，活性焦新焦在原烟气的作用下呈流化状态，每层布风板上焊接有溢流管6。活性焦新焦由上而下呈流态化下降，烟气自下而上和活性焦逆向接触。粉状活性焦在气体分布器7上流化过程中会出现静止层(8)和流动层(9)。静止层的厚度为在20～40mm，流动层的厚度在20～40mm。每层的床层压降在150～350Pa，多层流化床总的床层压降在750～1750Pa左右。原烟气在多层流化床内的停留时间在5s～10s，原烟气和流态化的粉状活性焦在多层流化床内直接接触，在物理吸附和化学吸附的作用下，烟气中的SO2及VOCs等污染物被粉状活性焦吸附。净烟气经过净气体出口4排出。吸附饱和的粉状活性焦通过固体出料口3排出进入后续的再生设备进行再生后重复使用。
实施例1
(1)多层流化床反应器：具体的各参数值见表1。
(2)活性焦干式脱硫的方法：将含有SO2温度低于150℃的烟气由进气口2进入多层流化床，其中SO2的浓度≤3000mg/m3。活性焦新焦由上而下呈流态化下降，烟气自上而下和活性焦逆向接触。粉状活性焦粒度为0.4mm至0.7mm，活性焦的最小流态化速度在0.5m/s±0.05m/s，烟气穿过铺满活性焦的布风板床层，每层的床层压降在150Pa至350Pa，多层流化床总的床层压降在750Pa至1750Pa左右。粉状活性焦在布风板上流化过程中会出现静止层和流动层。静止层的厚度为30mm±1.0mm，流动层的厚度20mm±1.0mm。每层布风板上设有溢流管，溢流管是布风板上层物料溢流到下层的通道。烟气在多层流化床的停留时间为5s至10s，经过多层流化床脱硫后，净烟气由排气口4排出，净烟气的SO2浓度≤5mg/m3，SO2的去除率为≥99.8％。
实施例2
(1)多层流化床反应器：具体的各参数值见表1。
(2)活性焦干式脱硫的方法：将含有SO2温度低于150℃的烟气由进气口2进入多层流化床，其中SO2的浓度≤3000mg/m3。活性焦新焦由上而下呈流态化下降，烟气自上而下和活性焦逆向接触。粉状活性焦粒度为0.4mm至0.7mm，活性焦的最小流态化速度在0.5m/s±0.05m/s，烟气穿过铺满活性焦的布风板床层，每层的床层压降约为250Pa，多层流化床总的床层压降在1250Pa左右。粉状活性焦在布风板上流化过程中会出现静止层和流动层。静止层的厚度约为30mm，流动层的厚度约为20mm。每层布风板上设有溢流管，溢流管是布风板上层物料溢流到下层的通道。烟气在多层流化床的停留时间约为8s，经过多层流化床脱硫后，净烟气由排气口4排出，净烟气的SO2浓度≤5mg/m3，SO2的去除率为99.83％。
实施例3
(1)多层流化床反应器：具体的各参数值见表1。
(2)活性焦干式脱硫的方法：将含有SO2温度低于150℃的烟气由进气口2进入多层流化床，其中SO2的浓度≤3000mg/m3。活性焦新焦由上而下呈流态化下降，烟气自上而下和活性焦逆向接触。粉状活性焦粒度为0.4mm至0.7mm，活性焦的最小流态化速度在0.5m/s±0.05m/s，烟气穿过铺满活性焦的布风板床层，每层的床层压降在约为220Pa，多层流化床总的床层压降在1100Pa左右。粉状活性焦在布风板上流化过程中会出现静止层和流动层。静止层的厚度为约为29.5mm，流动层的厚度约为19.5mm。每层布风板上设有溢流管，溢流管是布风板上层物料溢流到下层的通道。烟气在多层流化床的停留时间约为7.5s，经过多层流化床脱硫后，净烟气由排气口4排出，净烟气的SO2浓度≤5mg/m3，SO2的去除率为99.80％。
实施例4
(1)多层流化床反应器：具体的各参数值见表1。
(2)活性焦干式脱硫的方法：将含有SO2温度低于150℃的烟气由进气口2进入多层流化床，其中SO2的浓度≤3000mg/m3。活性焦新焦由上而下呈流态化下降，烟气自上而下和活性焦逆向接触。粉状活性焦粒度为0.4mm至0.7mm，活性焦的最小流态化速度在0.5m/s±0.05m/s，烟气穿过铺满活性焦的布风板床层，每层的床层压降约为350Pa，多层流化床总的床层压降在1750Pa左右。粉状活性焦在布风板上流化过程中会出现静止层和流动层。静止层的厚度为31mm，流动层的厚度约为19mm。每层布风板上设有溢流管，溢流管是布风板上层物料溢流到下层的通道。烟气在多层流化床的停留时间为约为10s，经过多层流化床脱硫后，净烟气由排气口4排出，净烟气的SO2浓度≤5mg/m3，SO2的去除率为99.90％。
实施例5
(1)多层流化床反应器：具体的各参数值见表1。
(2)活性焦干式脱硫的方法：将含有SO2温度低于150℃的烟气由进气口2进入多层流化床，其中SO2的浓度≤3000mg/m3。活性焦新焦由上而下呈流态化下降，烟气自上而下和活性焦逆向接触。粉状活性焦粒度为0.4mm至0.7mm，活性焦的最小流态化速度在0.5m/s±0.05m/s，烟气穿过铺满活性焦的布风板床层，每层的床层压降在150Pa，多层流化床总的床层压降在750Pa左右。粉状活性焦在布风板上流化过程中会出现静止层和流动层。静止层的厚度为29mm，流动层的厚度21mm。每层布风板上设有溢流管，溢流管是布风板上层物料溢流到下层的通道。烟气在多层流化床的停留时间为5s，经过多层流化床脱硫后，净烟气由排气口4排出，净烟气的SO2浓度≤5mg/m3，SO2的去除率为98.80％。
实施例6
(1)多层流化床反应器：具体的各参数值见表1。
(2)活性焦干式脱硫的方法：将含有SO2温度低于150℃的烟气由进气口2进入多层流化床，其中SO2的浓度≤3000mg/m3。活性焦新焦由上而下呈流态化下降，烟气自上而下和活性焦逆向接触。粉状活性焦粒度为0.4mm至0.7mm，活性焦的最小流态化速度在0.5m/s±0.05m/s，烟气穿过铺满活性焦的布风板床层，每层的床层压降在350Pa，多层流化床总的床层压降在1750Pa左右。粉状活性焦在布风板上流化过程中会出现静止层和流动层。静止层的厚度为31mm，流动层的厚度19mm。每层布风板上设有溢流管，溢流管是布风板上层物料溢流到下层的通道。烟气在多层流化床的停留时间为10s，经过多层流化床脱硫后，净烟气由排气口4排出，净烟气的SO2浓度≤5mg/m3，SO2的去除率为99.90％。
实施例7
(1)多层流化床反应器：具体的各参数值见表1。
(2)活性焦干式脱硫的方法：将含有SO2温度低于150℃的烟气由进气口2进入多层流化床，其中SO2的浓度≤3000mg/m3。活性焦新焦由上而下呈流态化下降，烟气自上而下和活性焦逆向接触。粉状活性焦粒度为0.4mm至0.7mm，活性焦的最小流态化速度在0.5m/s±0.05m/s，烟气穿过铺满活性焦的布风板床层，每层的床层压降在150Pa，多层流化床总的床层压降在750Pa左右。粉状活性焦在布风板上流化过程中会出现静止层和流动层。静止层的厚度为29mm，流动层的厚度21mm。每层布风板上设有溢流管，溢流管是布风板上层物料溢流到下层的通道。烟气在多层流化床的停留时间为5s，经过多层流化床脱硫后，净烟气由排气口4排出，净烟气的SO2浓度≤5mg/m3，SO2的去除率为98.80％。
表1
应当注意的是，以上所述的实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明的任何限制。通过参照典型实施例对本发明进行了描述，但应当理解为其中所用的词语为描述性和解释性词汇，而不是限定性词汇。可以按规定在本发明权利要求的范围内对本发明作出修改，以及在不背离本发明的范围和精神内对本发明进行修订。尽管其中描述的本发明涉及特定的方法、材料和实施例，但是并不意味着本发明限于其中公开的特定例，相反，本发明可扩展至其他所有具有相同功能的方法和应用。
Claims (10)
1.一种多层流化床反应器，用于活性焦干式脱硫，包括反应器本体(5)和设置于反应器本体(5)内的气体分布器(7)，所述气体分布器(7)上设置有贯穿所述气体分布器(7)的溢流管(6)，其特征在于，所述多层流化床反应器满足：L≥L1，
其中，L为溢流管(6)的上端至气体分布器(7)的距离，L1为活性焦处于流态化时，所述气体分布器(7)上静态活性焦的厚度。
2.根据权利要求1所述的多层流化床反应器，其特征在于，0≤L-L1≤10mm，优选地，20mm≤L≤50mm，20mm≤L1≤40mm；和/或所述溢流管(6)的直径D为活性焦的平均粒径d的40倍-100倍，优选地，30mm≤D≤40mm。
3.根据权利要求1或2所述的多层流化床反应器，其特征在于，所述反应器本体(5)内设置有N个气体分布器(7)，将多层流化床反应器由上至下分第1至第N+1层流化床反应器，其中，N为大于等于1的正整数，优选为N为2-15的正整数，更优选为2-10的正整数。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的多层流化床反应器，其特征在于，所述气体分布器(7)的开孔率为3％-10％，优选为5％-7％；
和/或所述气体分布器(7)的开孔的孔径为0.5mm-5mm，优选为1mm-3mm；
和/或所述气体分布器(7)选自布风板。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的多层流化床反应器，其特征在于，进一步包括固体进料口(1)、气体入口(2)、固体出料口(3)和气体出口(4)，
优选地，所述固体进料口(1)设置于所述多层流化床反应器的顶部，所述固体出料口(3)设置于所述多层流化床反应器的顶部；
和/或所述气体入口(2)设置于所述第N+1层流化床反应器的侧壁，所述气体出口(4)设置于第1层流化床反应器的侧壁。
6.一种活性焦干式脱硫的方法，包括使活性焦和烟气在根据权利要求1-5中任意一项所述的多层流化床反应器中进行接触处理，优选包括以下步骤：将活性焦和烟气通入多层流化床反应器中；调整多层流化床反应器中烟气的气速，以使活性焦处于流化态，并在气体分布器(7)上形成静止层(8)和流动层(9)。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述活性焦的平均粒径d为0.1mm-1.0mm，优选为0.4mm-0.7mm；
和/或所述活性焦的硫容≥20g/kg；
和/或所述静止层(8)的厚度L1为20mm-40mm，所述流动层(9)的厚度L2为20mm-40mm；
和/或所述活性焦的堆积密度在0.4t/m3-0.6t/m3，真密度为1.9t/m3-2.1t/m3。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述烟气的气速为0.1m/s-1.0m/s，优选为0.3m/s-0.7m/s，更优选为0.4m/s-0.6m/s；
和/或所述烟气在多层流化床反应器内的停留时间为3s-15s，优选为5s-10s。
9.根据权利要求6-8中任一项所述的方法，其特征在于，所述多层流化床反应器中每层的床层压降为150Pa-350Pa，总的床层压降为750Pa-1750Pa。
10.根据权利要求6-9中任一项所述的方法，其特征在于，所述烟气中SO2的浓度≤3000mg/m3，VOCs的浓度≤1000mg/m3；
和/或所述SO2的去除率≥99％，VOCs的去除率≥95％。
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