CN116262199A - 一种针对硫磺回收装置开停工期间的尾气处理系统及工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种针对硫磺回收装置开停工期间的尾气处理系统及工艺，解决了现有的连续工况下的脱硫系统和工艺在用于硫磺回收装置停工期间尾气除硫时，面对原烟气SO2浓度的大幅波动，工艺设计无法适应原料气的变化，导致出口SO2排放超标；同时由于吸收二氧化碳，增大硫脱除剂的消耗的技术问题。本发明处理系统包括依次连接的换热器、文丘里喷射混合器和碱洗塔，所述降温烟气进口处设置有烟气浓度检测仪，所述碱洗塔的液体区设置有PH值检测仪，本发明还包括处理工艺，本发明具有碱液量消耗少，脱硫效果好，非常适用于SO2瞬时浓度高、浓度波动范围大的气质条件等优点。

Description

一种针对硫磺回收装置开停工期间的尾气处理系统及工艺
技术领域
本发明涉及尾气处理技术领域，具体涉及一种针对硫磺回收装置开停工期间的尾气处理系统及工艺。
背景技术
目前SO2处理工艺很多，但均是在正常连续工况条件下运行，原料气质和气量都比较稳定，装置操作负荷和工艺参数都相对固定，装置的建设投资和运行成本都较高。硫磺回收装置开工期间，由于加氢催化剂预先通入高含硫气体进行预硫化，以保持催化剂最佳活性，一般持续时间为8-20小时。硫磺回收装置停工前，需要进行除硫操作，以除掉附着在催化剂空隙内的单质硫和反应器内的少量FeS。停车除硫操作过程一般持续5-7天，除硫过程气带出的硫磺蒸汽直接进入焚烧炉后外排，导致除硫前期SO2浓度超高，但随着除硫进程的持续，反应器内硫磺逐渐减少，SO2浓度持续降低。
在这种情况下，如果按照正常连续工况条件运行，势必会导致出口净化气排放超标或是吸收剂的浪费以及能耗的升高。
针对这种情况，有必要针对硫磺回收处理装置在停车除硫期间的尾气处理进行设计，以适应该尾气特点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：现有的连续工况下的脱硫系统和工艺在用于硫磺回收装置停工期间尾气除硫时，受工艺操作范围限制，无法适应原料气气质大幅度波动而出现净化气SO2超标的情况，同时会增大对二氧化碳吸收，导致硫脱除剂的消耗增大。
本发明通过下述技术方案实现：
一种针对硫磺回收装置开停工期间的尾气处理系统，包括依次连接的换热器、文丘里喷射混合器和碱洗塔，所述碱洗塔的原烟气进口处设置有烟气浓度检测仪，所述碱洗塔的液体区设置有PH值检测仪。
本发明考虑到现在的尾气脱硫工艺均是在连续工况下，SO2的浓度波动不大，因此，吸收液添加恒定，整个工艺稳定，但是针对硫磺回收装置开停工期间尾气总硫量低，瞬时浓度高，是属于间歇性生产的气质特点，这样采用现有工艺就会受工艺操作范围限制，无法适应原料气气质大幅度波动而出现净化气SO2超标的情况，同时也会增加烟气中CO2的吸收，导致碱液量消耗过大。
本发明基于此，在文丘里喷射混合器前设置SO2浓度在线检测仪和在吸收塔设置PH值检测仪，能根据烟气中的SO2浓度实时调节碱液量，从而使得吸收剂配比始终与SO2浓度相匹配，从而减少碱液量的额外消耗。
本发明优选一种针对硫磺回收装置开停工期间的尾气处理系统，所述换热器的烟气进口与焚烧炉连接，所述换热器的净化烟气进口与碱洗塔的净化烟气出口连接，所述换热器的换热烟气出口与所述文丘里喷射混合器的烟气进口连接。
进一步的优选方案，所述文丘里喷射混合器顶部设置有脱硫液入口，所述文丘里喷射混合器的脱硫液入口与所述碱洗塔的脱硫液出口通过碱洗塔循环泵连接。
本发明在烟气进入碱洗塔之前，先进入文丘里喷射混合器中，脱硫液通过喷嘴雾化后与进口的烟气接触，使烟气温度降至55-65℃，在文丘里喷射混合器处气液接触形成强湍流的区域，并使气体达到绝热饱和温度后再进入碱洗塔，这样能使得烟气与脱硫液接触混合更充分，脱硫效果更好。
进一步的优选方案，还包括碱液缓冲罐，所述碱液缓冲罐与所述碱洗塔连接。
具体地，所述碱液缓冲罐通过管道与碱洗塔连接，所述管道上设置有碱液泵。
进一步的优选方案，还包括氧化罐，所述氧化罐与碱洗塔的脱硫液出口连接。
一种针对硫磺回收装置开停工期间的尾气处理工艺，包括如下步骤：
步骤1：硫磺回收装置的尾气燃烧得到高温原烟气；
步骤2：将步骤1得到的高温原烟气经过换热器换热降温得到降温原烟气，；
步骤3：将步骤2得到的降温原烟气进入文丘里喷射混合器，烟气浓度检测仪检测降温原烟气中的SO2的浓度，脱硫液通过文丘里喷射混合器的喷嘴雾化后与降温原烟气混合，使降温原烟气温度进一步降低得到气液混合泡沫；
步骤4：所述泡沫进入到碱洗塔，PH值检测仪检测碱洗塔中脱硫液的PH值，根据烟气SO2浓度，控制进入碱洗塔的碱液量来调节吸收剂pH值，低温原烟气与吸收剂充分接触反应除硫，脱硫后的净化烟气通过碱洗塔顶部的净化烟气出口进入到换热器与原烟气进行热量交换并升温。
进一步的优选方案，所述吸收剂为NaOH-Na2CO3，所述碱液为NaOH溶液。
进一步的优选方案，所述步骤4后还包括步骤5，所述步骤5具体包括如下步骤：碱洗塔中的废水进入氧化罐进行氧化。
进一步的优选方案，所述步骤4中，当处于硫磺回收装置停止初期，SO2浓度大于40000mg/Nm3时，所述吸收剂中加入强氧化剂，所述强氧化剂为高锰酸钾，且所述PH＝9.5-10.5。
进一步的优选方案，所述步骤4中，当SO2浓度≤10000mg/Nm3时，所述吸收剂的PH＝4-6。
本发明考虑到硫磺回收装置SO2瞬时浓度高，而后浓度低的气质特点，在硫磺回收装置停工初期，SO2瞬时浓度达到60000mg/Nm3，由于此时的浓度太高，为了保证SO2快速大量吸收，在脱硫液中加入了强氧化剂，强氧化剂能将SO2转化成SO3，而SO3更容易被吸收，且此时碱液量需要保持充足，以实现NaOH与SO2以及SO3反应，在强氧化剂与多NaOH的前提下，SO2能快速被吸收，SO2浓度迅速降低至40000mg/Nm3，SO2能与NaOH快速反应而吸收，可以不再添加强氧化剂，而当SO2浓度降低至10000mg/Nm3时，控制PH在5左右，Na2CO3作为吸收剂，Na2CO3与SO2反应足以吸收此时浓度的SO2，而无需多余的NaOH。
本发明采用NaOH-Na2CO3作为脱硫剂吸收SO2，而在硫磺回收装置的燃烧尾气中，含有约10％的CO2(v％)，当烟气与脱硫剂反应时，NaOH会与CO2反应生成Na2CO3，Na2CO3再与SO2反应生成Na2SO3并释放CO2，因此，在本发明的脱硫过程中，CO2只是参与反应，但是基本不被消耗，这就减少了NaOH的消耗量，由于烟气中含有10％的CO2(v％)，因此，理论上，可以减少约20％的NaOH消耗量，大大节约了碱液量的消耗。
本发明针对除硫过程中烟气SO2排放有较大波动，灵活调整溶液配比以适应SO2浓度变化的特点，保证脱硫率可达99.5％以上。脱硫机理是碱性物质与二氧化硫溶于水生成的亚硫酸溶液进行酸碱中和反应，并通过调节氢氧化钠溶液的加入量来调节循环液的pH值。吸收二氧化硫所需的液气比依据烟气流量、二氧化硫浓度、排放的需求决定。
本发明具有如下的优点和有益效果：
1、本发明的系统通过在碱洗塔中设置烟气浓度在线检测仪和PH值检测仪，能实时在线检测SO2的浓度，并且根据SO2浓度调整进入碱洗塔中的碱液量和PH值，从而使得脱硫剂处于与SO2浓度匹配的状态，无需额外的NaOH来与CO2反应，能减少20％的碱液量。
2、本发明适用于硫磺回收装置开停工期间的尾气处理，根据该尾气的气质特点，通过选择NaOH-Na2CO3作为脱硫剂，通过控制加入强氧化剂的时机以及PH值，满足瞬时高浓度后期逐渐降低的SO2的气质特点。
3、本发明是利用文丘里的抽吸作用，通过循环碱喷入文丘里洗涤器，对烟气进行抽吸、洗涤，在脱硫弯头处脱除固体颗粒和二氧化硫，然后干净的烟气经过烟囱排放大气。
4、本发明用于处置硫磺回收装置开停工期间尾气总硫量低，瞬时浓度高，间歇性生产的气质特点，本工艺投资小，运行成本低，工艺简单，将其作为硫磺回收装置开停工期间的临时性尾气控制措施，能有效解决这一特殊时期的SO2超标排放问题。
附图说明
图1为本发明处理系统的结构示意图。
附图中标记及对应的零部件名称：
1-换热器，2-文丘里喷射混合器，3-碱洗塔，4-碱液缓冲罐，5-氧化罐，6-碱洗塔循环泵，7-碱液泵，8-污水外送泵，9-氧化循环泵，10-烟囱。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1
一种针对硫磺回收装置开停工期间的尾气处理系统，包括依次连接的换热器1、文丘里喷射混合器2和碱洗塔3，所述文丘里喷射混合器2的原烟气进口处设置有烟气浓度检测仪，所述碱洗塔3的液体区设置有PH值检测仪，所述换热器1的烟气进口与焚烧炉连接，所述换热器1的净化烟气进口与碱洗塔3的净化烟气出口连接，所述换热器1的换热烟气出口与所述文丘里喷射混合器2的烟气进口连接，所述文丘里喷射混合器2顶部设置有脱硫液入口，所述文丘里喷射混合器2的脱硫液入口与所述碱洗塔3的脱硫液出口通过碱洗塔循环泵6连接。
本发明考虑到现在的尾气脱硫工艺均是在连续工况下，SO2的浓度波动不大，因此，吸收液添加恒定，整个工艺操作范围较小，但是针对硫磺回收装置开停工期间尾气总硫量低，瞬时浓度高，是属于间歇性生产的气质特点，这样采用现有工艺出现净化气SO2超标的情况，同时增加烟气中的CO2的吸收，导致碱液量消耗过大。
本发明基于此，在碱洗塔3中设置SO2浓度在线检测仪和PH值检测仪，能根据烟气中的SO2浓度实时调节碱液量。
本发明在烟气进入碱洗塔3之前，先进入文丘里喷射混合器2中，脱硫液通过喷嘴雾化后与进口的烟气接触，使烟气温度降至61℃，在文丘里喷射混合器2处气液接触形成强湍流的区域，并使气体达到绝热饱和温度后再进入碱洗塔3，这样能使得烟气与脱硫液接触混合更充分，脱硫效果更好。
实施例2
本实施例与实施例1的区别在于，所述碱洗塔3连接有碱液缓冲罐4，所述碱液缓冲罐4通过管道与碱洗塔3连接，所述管道上设置有碱液泵7，用于向碱洗塔3中补充碱液，所述碱洗塔3的脱硫液出口连接与氧化罐5连接。
实施例3
一种针对硫磺回收装置开停工期间的尾气处理工艺，包括如下步骤：
步骤1：硫磺回收装置的尾气燃烧得到高温原烟气；
步骤2：将步骤1得到的高温原烟气经过换热器1换热降温得到温度约为180℃的降温原烟气；
步骤3：将步骤2得到的降温原烟气进入文丘里喷射混合器2，烟气浓度检测仪检测检测低温原烟气中的SO2的浓度，脱硫液通过文丘里喷射混合器2的喷嘴雾化后与降温原烟气混合，使降温原烟气温度降低至61℃得到混合泡沫；
步骤4：所述混合泡沫进入到碱洗塔3，PH值检测仪检测碱洗塔3中脱硫液的PH值，根据烟气SO2浓度，控制进入碱洗塔3的碱液量来调节吸收剂pH值，低温原烟气与吸收剂充分接触反应除硫，烟气通过碱洗后，二氧化硫含量降低到400mg/Nm3以下，脱硫后的饱和净化烟气，温度为58℃，通过碱洗塔3顶部的净化烟气出口进入到换热器1与原烟气进行热量交换并升温至175℃，经原烟囱10直排大气，吸收SO2反应后的含盐废水排至氧化罐5，将亚硫酸钠氧化成硫酸钠，在氧化罐5底通入非净化风，这里指空气，混合氧化，设置氧化循环泵9强化氧化效果，氧化后的污水排至净化厂现有污水处理场，外排污水COD不大于60mg/l，补充水通过液位控制自动加入到系统中来补充蒸发和排液消耗的水。
所述吸收剂为NaOH-Na2CO3，所述碱液为NaOH溶液。
所述步骤4后还包括步骤5，所述步骤5具体包括如下步骤：碱洗塔3中的废水进入氧化罐5进行氧化。
所述步骤4中，当处于硫磺回收装置停止初期，SO2浓度大于40000mg/Nm3时，所述吸收剂中加入强氧化剂，所述强氧化剂为高锰酸钾，且所述PH＝9.5-10.5。
所述步骤4中，当SO2浓度≤10000mg/Nm3时，所述吸收剂的PH＝4-6。
本发明考虑到硫磺回收装置SO2瞬时浓度高，而后浓度低的气质特点，在硫磺回收装置停工初期，SO2瞬时浓度达到60000mg/Nm3，由于此时的浓度太高，为了保证SO2快速大量吸收，在脱硫液中加入了强氧化剂，强氧化剂能将SO2转化成SO3，而SO3更容易被吸收，且此时碱液量需要保持充足，以实现NaOH与SO2以及SO3反应，在强氧化剂与多NaOH的前提下，SO2能快速被吸收，SO2浓度迅速降低至40000mg/Nm3，SO2能与NaOH快速反应而吸收，可以不再添加强氧化剂，而当SO2浓度降低至10000mg/Nm3时，控制PH在5左右，Na2CO3作为吸收剂，Na2CO3与SO2反应足以吸收此时浓度的SO2，而无需多余的NaOH。
本发明采用NaOH-Na2CO3作为脱硫剂吸收SO2，而在硫磺回收装置的燃烧尾气中，含有约10％的CO2，当烟气与脱硫剂反应时，NaOH会与CO2反应生成Na2CO3，Na2CO3再与SO2反应生成Na2SO3并释放CO2，因此，在本发明的脱硫过程中，CO2只是参与反应，但是基本不被消耗，这就减少了NaOH的消耗量，由于烟气中含有10％的CO2，因此，理论上，可以减少约20％的NaOH消耗量，大大节约了碱液量的消耗。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种针对硫磺回收装置开停工期间的尾气处理系统，其特征在于，包括依次连接的换热器(1)、文丘里喷射混合器(2)和碱洗塔(3)，所述文丘里喷射混合器(2)的原烟气进口处设置有烟气浓度检测仪，所述碱洗塔(3)的液体区设置有PH值检测仪。
2.根据权利要求1所述的一种针对硫磺回收装置开停工期间的尾气处理系统，其特征在于，所述换热器(1)的烟气进口与焚烧炉连接，所述换热器(1)的净化烟气进口与碱洗塔(3)的净化烟气出口连接，所述换热器(1)的换热烟气出口与所述文丘里喷射混合器(2)的烟气进口连接。
3.根据权利要求1或2所述的一种针对硫磺回收装置开停工期间的尾气处理系统，其特征在于，还包括碱液缓冲罐(4)，所述碱液缓冲罐(4)与所述碱洗塔(3)连接。
4.根据权利要求1或2所述的一种针对硫磺回收装置开停工期间的尾气处理系统，其特征在于，所述文丘里喷射混合器(2)顶部设置有脱硫液入口，所述文丘里喷射混合器(2)的脱硫液入口与所述碱洗塔(3)的脱硫液出口通过碱洗塔循环泵(6)连接。
5.根据权利要求1或2所述的一种针对硫磺回收装置开停工期间的尾气处理系统，其特征在于，还包括氧化罐(5)，所述氧化罐(5)与碱洗塔(3)的脱硫液出口连接。
6.一种针对硫磺回收装置开停工期间的尾气处理工艺，其特征在于，采用如权利要求1-5任一项所述的尾气处理系统，包括如下步骤：
步骤1：硫磺回收装置的尾气燃烧得到高温原烟气；
步骤2：将步骤1得到的高温原烟气经过换热器(1)换热降温得到降温原烟气；
步骤3：将步骤2得到的降温原烟气进入文丘里喷射混合器(2)，烟气浓度检测仪检测检测降温原烟气中的SO2的浓度，脱硫液通过文丘里喷射混合器(2)的喷嘴喷出与降温原烟气形成高度混合的泡沫；
步骤4：所述泡沫进入到碱洗塔(3)，PH值检测仪检测碱洗塔(3)中脱硫液的PH值，根据烟气SO2浓度，控制进入碱洗塔(3)的碱液量来调节吸收剂pH值，低温原烟气与吸收剂充分接触反应除硫，脱硫后的净化烟气通过碱洗塔(3)顶部的净化烟气出口进入到换热器(1)与原烟气进行热量交换并升温。
7.根据权利要求6所述的一种针对硫磺回收装置开停工期间的尾气处理工艺，其特征在于，所述吸收剂为NaOH-Na2CO3，所述碱液为NaOH溶液。
8.根据权利要求6所述的一种针对硫磺回收装置开停工期间的尾气处理工艺，其特征在于，所述步骤4后还包括步骤5，所述步骤5具体包括如下步骤：碱洗塔(3)中的废水进入氧化罐(5)进行氧化。
9.根据权利要求6所述的一种针对硫磺回收装置开停工期间的尾气处理工艺，其特征在于，所述步骤4中，当处于硫磺回收装置停止初期，SO2浓度大于40000mg/Nm3时，所述吸收剂中加入强氧化剂，且所述PH＝9.5-10.5。
10.根据权利要求6所述的一种针对硫磺回收装置开停工期间的尾气处理工艺，其特征在于，所述步骤4中，当SO2浓度≤10000mg/Nm3时，所述吸收剂的PH＝4-6。
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