CN116639661A - 一种超级活性炭脱硫制硫酸装置及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超级活性炭脱硫制硫酸装置及其使用方法，属于化工生产技术领域，通过利用烟气中的二氧化硫、氧气、水分和热量，将烟气中的二氧化硫在超级活性炭层表面经吸附、催化氧化过程转化为硫酸，脱硫反应生成的硫酸富集在超级活性炭层中，使用一段时间后，采用水洗再生技术对超级活性炭层进行再生脱附，以释放出超级活性炭层的活性位，从而恢复脱硫能力，脱除的二氧化硫经水洗再生形成具有一定浓度的稀硫酸，且稀硫酸的浓度保持在10‑20％的区间，与传统活性炭/焦脱硫技术比较，超级活性炭脱硫技术具有脱硫能耗少、超级活性炭层损耗小的优势，使其运行更为稳定可靠，有利于硫酸的高效制备，同时降低投资运行成本。
Description
技术领域
本发明属于化工生产技术领域，具体为一种超级活性炭脱硫制硫酸装置及其使用方法。
背景技术
超级电容活性炭通常称为超级活性炭或炭电极材料，具有超大的比表面积，孔集中，低灰，和导电性好等特点，适用制造高性能电池，双电层电容器产品及重金属回收的载体，高纯度和超微细的超级电容器专用活性炭具有高比表面积和发达的中孔，孔隙结构分布合理，表观密度适中，是别类活性炭无可代替的。
随着现代工业的迅速发展，煤炭、石油等能源的消耗日益增加，排放到大气中的烟尘及二氧化硫等污染物也日益增加，二氧化硫排放量随着煤炭消耗量的增加而不断增长，二氧化硫的大量排放导致城市的环境空气污染十分严重，二氧化硫污染物的排放除直接影响人体健康和农作物的生长外，还是大气中酸雨形成的主要原因。
在利用含二氧化硫烟气进行制硫酸的工艺中，传统活性炭/焦脱硫技术脱硫容量低、脱活性差机械强度不足，在处理低浓度烟气时，受到吸收法技术气液平衡的限制，脱硫效率下降，适应性弱，难以适应烟气成分复杂、二氧化硫浓度波动大、烟气温度的各种工况条件，影响脱硫效果，从而不利于硫酸的高效制备，同时增加投资运行成本。
发明内容
为了克服上述缺陷，本发明提供了一种超级活性炭脱硫制硫酸装置及其使用方法，解决了利用含二氧化硫烟气进行制硫酸的工艺中，传统活性炭/焦脱硫技术脱硫容量低、脱活性差机械强度不足，在处理低浓度烟气时，受到吸收法技术气液平衡的限制，脱硫效率下降，适应性弱，难以适应烟气成分复杂、二氧化硫浓度波动大、烟气温度的各种工况条件，影响脱硫效果的问题。
本发明的目的为：
超级活性炭脱硫技术具有脱硫能耗少、超级活性炭层损耗小的优势，使其运行更为稳定可靠，有利于硫酸的高效制备，同时降低投资运行成本；
通过超级活性炭脱硫制硫酸的方式，能够使多个脱硫机理及其反应过程可在同一设备内完成，摒弃传统吸附法工艺的催化转化和吸收两个独立过程，提高本申请应用的可靠性，使其适用范围极广，具有良好的应用前景。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种超级活性炭脱硫制硫酸装置，包括底座，所述底座上设有两个支架，所述支架上架设有两个脱硫塔，两个脱硫塔采用堆叠式安装，所述底座上设有烟道，所述烟道的一端连接有膨胀节，所述膨胀节的顶端连接有烟筒，所述烟筒的两侧均连接有两个U型液封弯头，所述U型液封弯头与脱硫塔连通，所述脱硫塔内设有防腐内桶，所述防腐内桶的前后两侧分别开设有进烟口和排烟口，所述U型液封弯头贯穿进烟口，两个支架的后方设有排烟组件，所述排烟组件的底部与底座相固定，所述脱硫塔底部的两侧均连接有再生液排放阀管，所述脱硫塔内部设有脱硫单元和冲洗喷淋系统，所述冲洗喷淋系统位于脱硫单元的上方，且冲洗喷淋系统的顶端贯穿脱硫塔。
作为本发明的进一步方案：所述烟道外设有烟气调质段和增压风机，所述增压风机靠近膨胀节，所述烟气调质段由调质泵和调质喷枪组成，且设于烟道内部，所述膨胀节用于补偿烟道热膨胀引起的位移，吸收烟道的轴向和径向位移。
作为本发明的进一步方案：所述排烟组件包括烟囱，所述烟囱的底部通过若干个支腿与底座固定连接，所述烟囱的顶部设有顶盖，所述烟囱外通过四个排烟管与分别四个脱硫塔连通，所述排烟管卡接在排烟口内，所述烟囱外通过固定架与两个支架相固定。
作为本发明的进一步方案：所述脱硫塔的顶部设有环状设计的防护栏，所述防腐内桶采用2205合金制成。
作为本发明的进一步方案：所述脱硫单元包括横梁，所述横梁的底部连接有两个挡块，两个挡块分别与防腐内桶内的两侧相固定，所述横梁的底部通过立柱与防腐内桶内底部固定连接。
作为本发明的进一步方案：所述横梁上依次设有整流格栅、规整填料、合金筛网和超级活性炭层。
作为本发明的进一步方案：所述冲洗喷淋系统包括喷淋管，所述喷淋管的底部设有若干个喷嘴，所述喷淋管的顶部连接有两个支管，所述支管与内部管道连通，所述内部管道的顶端与连接管的底端连接，所述连接管卡接在脱硫塔和防腐内桶上，所述连接管外设有控制阀门。
一种超级活性炭脱硫制硫酸装置的使用方法，包括以下步骤：
S1、生产工段的烟气经烟气调质段后进入烟筒，烟筒将烟气通过四个U型液封弯头输入脱硫塔中；
S2、进入脱硫塔内的烟气温度为≤160℃，含有氧气、二氧化硫、水蒸气的烟气通过每个脱硫单元，使烟气穿过整流格栅、规整填料、合金筛网和超级活性炭层；
S3、烟气中的二氧化硫被超级活性炭层吸附，在超级活性炭层及烟气中氧气的催化氧化下生成三氧化硫，再与来自烟气中水蒸气反应生成硫酸，且吸附在超级活性炭层的内表面上；
S4、经过脱硫单元处理的烟气经排烟管汇总烟囱直接排入大气；
S5、随着脱硫反应的持续，超级活性炭层内累积的硫酸量不断增加，用于二氧化硫吸附和催化转化的活性位点被逐步占据，脱硫性能不断降低，并对超级活性炭层进行再生；
S6、再生时，切断烟道的烟气，使烟气不再输入脱硫塔内，打开再生液排放阀管，采用分级水洗再生工艺：
将连接管与一级再生池连接，增设泵体，使用一级再生池的稀硫酸对超级活性炭层进行一级洗涤，洗涤完成得到浓度5-10％的稀硫酸并送入成品酸池系统；
使用二级再生次中低浓度稀硫酸进行二级洗涤，洗涤后的稀硫酸流入一级再生池作为下一次的一级洗涤用酸；
三次洗涤采用工艺清水进行，洗涤后的稀硫酸流入二级再生池作下一次的二级洗涤用酸；
将再生后的超级活性炭层沥干，等待投入下一轮烟气脱硫使用。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、本发明中，通过利用烟气中的二氧化硫、氧气、水分和热量，将烟气中的二氧化硫在超级活性炭层表面经吸附、催化氧化过程转化为硫酸，脱硫反应生成的硫酸富集在超级活性炭层中，使用一段时间后，采用水洗再生技术对超级活性炭层进行再生脱附，以释放出超级活性炭层的活性位，从而恢复脱硫能力，脱除的二氧化硫经水洗再生形成具有一定浓度的稀硫酸，且稀硫酸的浓度保持在10-20％的区间，与传统活性炭/焦脱硫技术比较，超级活性炭脱硫技术具有脱硫能耗少、超级活性炭层损耗小的优势，使其运行更为稳定可靠，有利于硫酸的高效制备，同时降低投资运行成本。
2、本发明中，通过超级活性炭脱硫制硫酸的方式，能够使多个脱硫机理及其反应过程可在同一设备内完成，摒弃传统吸附法工艺的催化转化和吸收两个独立过程，提高本申请应用的可靠性，使其适用范围极广，具有良好的应用前景。
附图说明
图1为本发明立体的结构示意图；
图2为本发明后视的结构示意图；
图3为本发明脱硫塔与防腐内桶连接的结构示意图；
图4为本发明脱硫塔剖面的结构示意图；
图中：1、底座；2、支架；3、脱硫塔；4、烟道；5、膨胀节；6、烟筒；7、U型液封弯头；8、进烟口；9、排烟口；10、排烟组件；101、烟囱；102、支腿；103、排烟管；104、顶盖；11、固定架；12、防腐内桶；13、再生液排放阀管；14、脱硫单元；141、横梁；142、立柱；143、挡块；144、整流格栅；145、规整填料；146、合金筛网；147、超级活性炭层；15、冲洗喷淋系统；151、连接管；152、控制阀门；153、内部管道；154、支管；155、喷淋管；156、喷嘴；16、防护栏；17、烟气调质段；18、增压风机。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本申请的技术方案作进一步详细地说明。
如图1-4所示，本发明提供一种技术方案：一种超级活性炭脱硫制硫酸装置及其使用方法。
实施例1：
一种超级活性炭脱硫制硫酸装置，包括底座1，底座1上设有两个支架2，支架2上架设有两个脱硫塔3，两个脱硫塔3采用堆叠式安装，底座1上设有烟道4，烟道4外设有烟气调质段17和增压风机18，增压风机18靠近膨胀节5，烟气调质段17由调质泵和调质喷枪组成，且设于烟道4内部，膨胀节5用于补偿烟道4热膨胀引起的位移，吸收烟道4的轴向和径向位移，膨胀节5的设计无水、气的泄漏，并且能承受烟气高温和装置可能发生的最大设计正压/负压再加1kPa余量的压力；
烟道4的一端连接有膨胀节5，膨胀节5的顶端连接有烟筒6，烟筒6的两侧均连接有两个U型液封弯头7，U型液封弯头7与脱硫塔3连通，脱硫塔3内设有防腐内桶12，脱硫塔3的顶部设有环状设计的防护栏16，防腐内桶12采用2205合金制成，因设有U型液封弯头7，采用向U型液封弯头7加清水的方式进行启闭操作，提高脱硫塔3密封效果；
防腐内桶12的前后两侧分别开设有进烟口8和排烟口9，U型液封弯头7贯穿进烟口8，两个支架2的后方设有排烟组件10，排烟组件10包括烟囱101，烟囱101的底部通过若干个支腿102与底座1固定连接，烟囱101的顶部设有顶盖104，烟囱101外通过四个排烟管103与分别四个脱硫塔3连通，排烟管103卡接在排烟口9内，烟囱101外通过固定架11与两个支架2相固定；
排烟组件10的底部与底座1相固定，脱硫塔3底部的两侧均连接有再生液排放阀管13，脱硫塔3内部设有脱硫单元14和冲洗喷淋系统15，脱硫单元14包括横梁141，横梁141的底部连接有两个挡块143，两个挡块143分别与防腐内桶12内的两侧相固定，横梁141的底部通过立柱142与防腐内桶12内底部固定连接，横梁141上依次设有整流格栅144、规整填料145、合金筛网146和超级活性炭层147；
冲洗喷淋系统15位于脱硫单元14的上方，且冲洗喷淋系统15的顶端贯穿脱硫塔3，冲洗喷淋系统15包括喷淋管155，喷淋管155的底部设有若干个喷嘴156，喷淋管155的顶部连接有两个支管154，支管154与内部管道153连通，内部管道153的顶端与连接管151的底端连接，连接管151卡接在脱硫塔3和防腐内桶12上，连接管151外设有控制阀门152，喷嘴156的平均覆盖率不低于150％，能够全面覆盖超级活性炭层147，提高喷淋的均匀性，增强对超级活性炭层147的洗涤效果，且喷嘴156为陶瓷材质，防止喷嘴156在长期使用出现腐蚀情况，保证喷嘴156的使用寿命。
实施例2：
一种超级活性炭脱硫制硫酸装置的使用方法，包括以下步骤：
S1、生产工段的烟气经烟气调质段17后进入烟筒6，烟筒6将烟气通过四个U型液封弯头7输入脱硫塔3中；
S2、进入脱硫塔3内的烟气温度为≤160℃，含有氧气、二氧化硫、水蒸气的烟气通过每个脱硫单元14，使烟气穿过整流格栅144、规整填料145、合金筛网146和超级活性炭层147；
S3、烟气中的二氧化硫被超级活性炭层147吸附，在超级活性炭层147及烟气中氧气的催化氧化下生成三氧化硫，再与来自烟气中水蒸气反应生成硫酸，且吸附在超级活性炭层147的内表面上；
S4、经过脱硫单元14处理的烟气经排烟管103汇总烟囱101直接排入大气；
S5、随着脱硫反应的持续，超级活性炭层147内累积的硫酸量不断增加，用于二氧化硫吸附和催化转化的活性位点被逐步占据，脱硫性能不断降低，并对超级活性炭层147进行再生；
S6、再生时，切断烟道4的烟气，使烟气不再输入脱硫塔3内，打开再生液排放阀管13，采用分级水洗再生工艺：
将连接管151与一级再生池连接，增设泵体，使用一级再生池的稀硫酸对超级活性炭层147进行一级洗涤，洗涤完成得到浓度5-10％的稀硫酸并送入成品酸池系统；
使用二级再生次中低浓度稀硫酸进行二级洗涤，洗涤后的稀硫酸流入一级再生池作为下一次的一级洗涤用酸；
三次洗涤采用工艺清水进行，洗涤后的稀硫酸流入二级再生池作下一次的二级洗涤用酸；
将再生后的超级活性炭层147沥干，等待投入下一轮烟气脱硫使用。
工作原理：
使用时，烟气经烟气调质段17后进入烟筒6，烟筒6将烟气通过四个U型液封弯头7输入脱硫塔3中，烟气通过烟道4和烟筒6的过程膨胀节5补偿烟道4热膨胀引起的位移，吸收烟道4的轴向和径向位移，进入脱硫塔3内的烟气含有氧气、二氧化硫、水蒸气，烟气通过每个脱硫单元14，使烟气穿过整流格栅144、规整填料145、合金筛网146和超级活性炭层147，烟气中的二氧化硫被超级活性炭层147吸附，在超级活性炭层147及烟气中氧气的催化氧化下生成三氧化硫，再与来自烟气中水蒸气反应生成硫酸，且吸附在超级活性炭层147的内表面上，经过脱硫单元14处理的烟气经排烟管103汇总烟囱101直接排入大气中，随着脱硫反应的持续，超级活性炭层147内累积的硫酸量不断增加，用于二氧化硫吸附和催化转化的活性位点被逐步占据，脱硫性能不断降低，并对超级活性炭层147进行再生，再生时，切断烟道4的烟气，使烟气不再输入脱硫塔3内，打开再生液排放阀管13，将连接管151与一级再生池连接，增设泵体并且打开控制阀门152，泵体工作将稀硫酸输入内部管道153中，内部管道153将稀硫酸通过支管154输入喷淋管155内，并且从若干个喷嘴156喷出，使用一级再生池的稀硫酸对超级活性炭层147进行一级洗涤，洗涤完成得到浓度5-10％的稀硫酸通过再生液排放阀管13并送入成品酸池系统，使用二级再生次中低浓度稀硫酸进行二级洗涤，洗涤后的稀硫酸流入一级再生池作为下一次的一级洗涤用酸，三次洗涤采用工艺清水进行，洗涤后的稀硫酸流入二级再生池作下一次的二级洗涤用酸，将再生后的超级活性炭层147沥干，等待投入下一轮烟气脱硫使用，将制得的硫酸通过成品酸泵送入厂区用硫酸工段。
由上述得知：
通过利用烟气中的二氧化硫、氧气、水分和热量，将烟气中的二氧化硫在超级活性炭层147表面经吸附、催化氧化过程转化为硫酸，脱硫反应生成的硫酸富集在超级活性炭层147中，使用一段时间后，采用水洗再生技术对超级活性炭层147进行再生脱附，以释放出超级活性炭层147的活性位，从而恢复脱硫能力，脱除的二氧化硫经水洗再生形成具有一定浓度的稀硫酸，且稀硫酸的浓度保持在10-20％的区间，与传统活性炭/焦脱硫技术比较，超级活性炭脱硫技术具有脱硫能耗少、超级活性炭层147损耗小的优势，使其运行更为稳定可靠，有利于硫酸的高效制备，同时降低投资运行成本。
通过超级活性炭脱硫制硫酸的方式，能够使多个脱硫机理及其反应过程可在同一设备内完成，摒弃传统吸附法工艺的催化转化和吸收两个独立过程，提高本申请应用的可靠性，使其适用范围极广，具有良好的应用前景。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
上面对本申请的较佳实施方式作了详细说明，但是本申请并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本申请宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (8)
1.一种超级活性炭脱硫制硫酸装置，包括底座(1)，其特征在于：所述底座(1)上设有两个支架(2)，所述支架(2)上架设有两个脱硫塔(3)，两个脱硫塔(3)采用堆叠式安装，所述底座(1)上设有烟道(4)，所述烟道(4)的一端连接有膨胀节(5)，所述膨胀节(5)的顶端连接有烟筒(6)，所述烟筒(6)的两侧均连接有两个U型液封弯头(7)，所述U型液封弯头(7)与脱硫塔(3)连通，所述脱硫塔(3)内设有防腐内桶(12)，所述防腐内桶(12)的前后两侧分别开设有进烟口(8)和排烟口(9)，所述U型液封弯头(7)贯穿进烟口(8)，两个支架(2)的后方设有排烟组件(10)，所述排烟组件(10)的底部与底座(1)相固定，所述脱硫塔(3)底部的两侧均连接有再生液排放阀管(13)，所述脱硫塔(3)内部设有脱硫单元(14)和冲洗喷淋系统(15)，所述冲洗喷淋系统(15)位于脱硫单元(14)的上方，且冲洗喷淋系统(15)的顶端贯穿脱硫塔(3)。
2.根据权利要求1所述的一种超级活性炭脱硫制硫酸装置，其特征在于：所述烟道(4)外设有烟气调质段(17)和增压风机(18)，所述增压风机(18)靠近膨胀节(5)，所述烟气调质段(17)由调质泵和调质喷枪组成，且设于烟道(4)内部，所述膨胀节(5)用于补偿烟道(4)热膨胀引起的位移，吸收烟道(4)的轴向和径向位移。
3.根据权利要求1所述的一种超级活性炭脱硫制硫酸装置，其特征在于：所述排烟组件(10)包括烟囱(101)，所述烟囱(101)的底部通过若干个支腿(102)与底座(1)固定连接，所述烟囱(101)的顶部设有顶盖(104)，所述烟囱(101)外通过四个排烟管(103)与分别四个脱硫塔(3)连通，所述排烟管(103)卡接在排烟口(9)内，所述烟囱(101)外通过固定架(11)与两个支架(2)相固定。
4.根据权利要求1所述的一种超级活性炭脱硫制硫酸装置，其特征在于：所述脱硫塔(3)的顶部设有环状设计的防护栏(16)，所述防腐内桶(12)采用2205合金制成。
5.根据权利要求1所述的一种超级活性炭脱硫制硫酸装置，其特征在于：所述脱硫单元(14)包括横梁(141)，所述横梁(141)的底部连接有两个挡块(143)，两个挡块(143)分别与防腐内桶(12)内的两侧相固定，所述横梁(141)的底部通过立柱(142)与防腐内桶(12)内底部固定连接。
6.根据权利要求5所述的一种超级活性炭脱硫制硫酸装置，其特征在于：所述横梁(141)上依次设有整流格栅(144)、规整填料(145)、合金筛网(146)和超级活性炭层(147)。
7.根据权利要求1所述的一种超级活性炭脱硫制硫酸装置，其特征在于：所述冲洗喷淋系统(15)包括喷淋管(155)，所述喷淋管(155)的底部设有若干个喷嘴(156)，所述喷淋管(155)的顶部连接有两个支管(154)，所述支管(154)与内部管道(153)连通，所述内部管道(153)的顶端与连接管(151)的底端连接，所述连接管(151)卡接在脱硫塔(3)和防腐内桶(12)上，所述连接管(151)外设有控制阀门(152)。
8.一种超级活性炭脱硫制硫酸装置的使用方法，根据权利要求1-7任意一项所述的一种超级活性炭脱硫制硫酸装置，其特征在于，包括以下步骤：
S1、生产工段的烟气经烟气调质段(17)后进入烟筒(6)，烟筒(6)将烟气通过四个U型液封弯头(7)输入脱硫塔(3)中；
S2、进入脱硫塔(3)内的烟气温度为≤160℃，含有氧气、二氧化硫、水蒸气的烟气通过每个脱硫单元(14)，使烟气穿过整流格栅(144)、规整填料(145)、合金筛网(146)和超级活性炭层(147)；
S3、烟气中的二氧化硫被超级活性炭层(147)吸附，在超级活性炭层(147)及烟气中氧气的催化氧化下生成三氧化硫，再与来自烟气中水蒸气反应生成硫酸，且吸附在超级活性炭层(147)的内表面上；
S4、经过脱硫单元(14)处理的烟气经排烟管(103)汇总烟囱(101)直接排入大气；
S5、随着脱硫反应的持续，超级活性炭层(147)内累积的硫酸量不断增加，用于二氧化硫吸附和催化转化的活性位点被逐步占据，脱硫性能不断降低，并对超级活性炭层(147)进行再生；
S6、再生时，切断烟道(4)的烟气，使烟气不再输入脱硫塔(3)内，打开再生液排放阀管(13)，采用分级水洗再生工艺：
将连接管(151)与一级再生池连接，增设泵体，使用一级再生池的稀硫酸对超级活性炭层(147)进行一级洗涤，洗涤完成得到浓度5-10％的稀硫酸并送入成品酸池系统；
使用二级再生次中低浓度稀硫酸进行二级洗涤，洗涤后的稀硫酸流入一级再生池作为下一次的一级洗涤用酸；
三次洗涤采用工艺清水进行，洗涤后的稀硫酸流入二级再生池作下一次的二级洗涤用酸；
将再生后的超级活性炭层(147)沥干，等待投入下一轮烟气脱硫使用。
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