CN217961993U - 一种氨法脱硫脱碳塔及化工品联产装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种氨法脱硫脱碳塔及化工品联产装置，所公开的氨法脱硫脱碳塔，包括塔体，塔体内由底部至顶部依次设有脱硫区、塔盘和脱碳区，所述塔体的脱硫区设有烟气进口、塔体顶部设有烟气出口，所述脱硫区设有至少一层脱硫喷淋装置，且脱硫喷淋装置位于烟气进口上方，所述脱碳区设有至少一层脱碳喷淋装置。所公开的化工品联产装置包括所公开的脱硫脱碳塔、碳酸氢钠生产装置或/和硫酸铵生产装置。本实用新型的烟气净化效率高，系统集成度高，整体参数匹配及运行情况良好，经济效益和社会效益显著，可实现工业烟气中的SO₂和CO₂协同处理，为应对大气污染物排放新标准和国家“双碳”战略提供技术支持。

Description

一种氨法脱硫脱碳塔及化工品联产装置

技术领域

本实用新型涉及脱硫脱碳设备，具体涉及一种氨法脱硫脱碳塔及化工品联产装置。

背景技术

在未来的一段时间内，低碳经济是建设生态文明、推动我国可持续发展的重要支撑。

碳捕集技术是减少CO₂排放的有效途径之一，可用于工业生产中的碳减排，高效率低成本的碳捕集技术一直是近年来的研究热点。

目前碳捕集技术主要有化学吸收法、变压吸附法、膜分离法等，其中化学吸收法技术成熟、应用最广。氨法是一种新型化学吸收法脱碳技术，以氨水作为CO₂吸收剂，与常见的MEA有机胺化学吸收法相比，具有效率高、成本低、可联产化工品的优势，是提高碳捕集技术经济性的发展方向。氨法脱硫作为一种高效湿法脱硫技术，可与氨法脱碳共用一套氨水供应系统，同时生产两种化工产品。现有技术大多只考虑氨法脱碳一种功能；或者需设置两个及以上的塔器来同时实现脱硫脱碳，增加了占地面积和系统复杂程度，这些都限制了氨法脱碳技术的推广。

发明内容

针对现有技术的缺陷或不足，本实用新型提供了一种氨法脱硫脱碳塔。

为此，本实用新型提供的氨法脱硫脱碳塔包括塔体，塔体内由底部至顶部依次设有脱硫区、塔盘和脱碳区，所述塔体的脱硫区设有烟气进口、塔体顶部设有烟气出口，所述脱硫区设有至少一层脱硫喷淋装置，且脱硫喷淋装置位于烟气进口上方，所述脱碳区设有至少一层脱碳喷淋装置。

可选的，所述塔体内还设有除雾器A，且除雾器A位于脱硫喷淋装置与塔盘之间。

可选的，所述塔体内还设有除雾器B，且除雾器B位于脱碳喷淋装置与烟气出口之间。

可选的，所述烟气出口处安装有湿式电除尘器或旋流板。

可选的，所述烟气出口处安装有烟囱，所述烟囱内设有烟气再热器，该烟气再热器通过循环冷却水管路连接烟气冷却器，该烟气冷却器与所述烟气进口连接。

可选的，所述塔体脱硫区还设有氧化气体进口，该氧化气体进口连接有氧化风机。

可选的，所述塔体脱硫区还设有脱硫吸收液循环口，该脱硫吸收液循环口通过脱硫吸收液泵与所述脱硫喷淋装置连接；还包括氨水储罐，所述氨水储罐连接塔体脱硫区。

可选的，还包括脱碳循环槽和氨水储罐，所述脱碳循环槽通过脱碳吸收液泵与所述脱碳喷淋装置连接，所述脱碳循环槽还与所述氨水储罐连接，同时所述脱碳循环槽与塔体内塔盘上的液位区连接。

同时本实用新型还提供了化工品联产装置。

所提供的一种化工品联产装置包括上述的氨法脱硫脱碳塔和碳酸氢钠生产装置，所述碳酸氢钠生产装置依次通过旋流器B和碳酸氢铵排出泵与塔体内塔盘上的液位区连接。进一步，所述旋流器B与碳酸氢铵排出泵之间连接有混合罐，该混合罐连接有硫酸钠储槽。

所提供的另一种化工品联产装置包括上述的氨法脱硫脱碳塔和硫酸铵生产装置，所述硫酸铵生产装置通过旋流器A和硫酸铵出料泵与塔体内脱硫区连接。

所提供的又一种化工品联产装置包括上述的氨法脱硫脱碳塔、碳酸氢钠生产装置和硫酸铵生产装置，所述碳酸氢钠生产装置依次通过旋流器B和碳酸氢铵排出泵与塔体内塔盘上的液位区连接，所述硫酸铵生产装置通过旋流器A和硫酸铵出料泵与塔体内脱硫区连接，所述旋流器B与旋流器A出口管路连接。

本实用新型与现有技术相比的有益效果是：

(1)本实用新型将氨法脱硫和氨法脱碳两种工艺耦合在同一座吸收塔内，通过合理的功能分区，使整套装置结构紧凑，占地面积小，管路更简单，同时可以联产硫酸铵和碳酸氢钠两种化工品。

(2)本实用新型设置烟气冷却器与烟气再热器，在烟气入口前装设烟气冷却器，烟气在进入脱硫脱碳塔前被循环水冷却降温，可以保证塔内SO₂和CO₂的吸收效率，防止因高温产生烟气中的(NH₄)₂SO₃、(NH₄)₂SO₃·H₂O、NH₄HSO₃等铵盐气溶胶外逃；在烟囱内装设烟气再热器，经脱硫、脱碳后的烟气被加热，使得烟囱出口不会产生白烟。由此充分利用了烟气中的热量，使脱硫、脱碳、脱白效果更好。

(3)本实用新型设置脱碳循环槽，并与塔盘相连，碳酸氢铵和氨水在其内部发生反应生成碳酸铵，使浆液循环和浆液排出功能相对独立，保证了碳酸氢铵产品纯度；脱碳循环槽内部装有盘管式换热器，用于吸收化学反应产生的热量，降低浆液温度，由此保证CO₂吸收效果。

附图说明

图1为本实用新型的氨法脱硫脱碳塔及化工品联产装置示意图。

具体实施方式

除非有特殊说明，本文中所述术语或方法根据相关领域普通技术人员的常规认识理解或采用已有方法实现。

本文中所述底部、顶部、上、下等方向或方位性术语与说明书附图中的相应方向或方位一致，需要说明的是，说明书附图中的具体方向或方位是本实用新型的一种示例，本领域技术人员在本申请公开内容基础上所做的同等旋转、换向或转换均在本实用新型的保护范围之内。

本实用新型的所述的部件包括塔盘、脱硫喷淋装置、脱碳喷淋装置、除雾器、脱碳循环槽、碳酸氢钠生产装置和硫酸铵生产装置均可采用现有技术中的相应装置结构或改进优化后的相应装置。示例：

塔盘为金属或非金属材质，上部安装有升气帽，塔盘的特殊结构可以使下方气体通过，同时收集上方落下的液体，防止液体从脱碳区域进入脱硫区域。

脱硫喷淋装置可选用喷淋管，其内通脱硫吸收液，如(NH₄)₂SO₃浆液，一层或多层脱硫喷淋装置即为一层或多层喷淋管，所述“多层”是指沿塔体内底部至顶部方向分布的多层。

脱碳喷淋装置可选用喷淋管，其内通脱碳吸收液，如(NH₄)₂CO₃浆液，一层或多层脱碳喷淋装置即为一层或多层喷淋管，所述“多层”是指沿塔体内底部至顶部方向分布的多层。

除雾器可选用屋脊式除雾器或丝网除沫器。

脱碳循环槽包括罐体和置于罐体内的换热盘管，冷却水进换热盘管内对罐体内放热反应进行降温。

烟气冷却器可采用管壳式或管翅式，优选材质为改性氟塑料，重量轻、更耐磨及耐腐蚀。

烟气再热器可采用管壳式或管翅式，优选材质为改性氟塑料，重量轻、更耐磨及耐腐蚀。

碳酸氢钠生产装置包括依次连接的离心机B26、干燥器B27和包装机B28。其中离心机B与旋流器B25连接。

硫酸铵生产装置包括依次连接的离心机A20、干燥器A21和包装机A22。其中离心机A与旋流器A连接。

以下给出本实用新型的具体实施例，需要说明的是本实用新型并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本实用新型的保护范围。

实施例1：

参见图1所示，本实用新型的氨法脱硫脱碳塔包括塔体1，塔体1内被塔盘分割为上部的脱碳区和下部的脱硫区，其中塔体的脱硫区设有烟气进口2，塔体顶部设有烟气出口，塔内脱硫区设有脱硫喷淋装置，且脱硫喷淋装置位于烟气进口上方，塔内脱碳区设有脱碳喷淋装置。

燃煤锅炉、烧结球团、水泥窑炉等工业装置产生的烟气自烟气进口2进入塔内的脱硫区域，烟气中的SO₂与脱硫喷淋装置中喷出的亚硫酸铵((NH₄)₂SO₃)浆液接触后反应生成亚硫酸氢铵(NH₄HSO₃)，实现烟气脱硫的目的；NH₄HSO₃、(NH₄)₂SO₃、(NH₄)₂SO₄等混合浆液聚集于脱硫区域底部，形成约2.0～3.0m的液位；脱硫后的烟气向上流动，经塔盘10进入脱碳区域，烟气中的CO₂与脱碳喷淋喷淋装置4中喷出的碳酸铵((NH₄)₂CO₃) 浆液接触后反应生成碳酸氢铵(NH₄HCO₃)，实现烟气脱碳的目的，碳酸氢铵(NH₄HCO₃) 聚集于塔盘上，塔盘10能承载1.5～2.0m的液位；经脱硫脱碳后的烟气经烟囱9排出，脱硫脱碳过程中分别形成的硫酸铵和碳酸氢铵用于生产相应化工产品。

所述脱硫喷淋装置喷出的浆液与烟气接触后发生如下反应：

(NH₄)₂SO₃+SO₂+H₂O＝2NH₄HSO₃

所述脱碳喷淋装置喷出的浆液与烟气接触后发生如下反应：

(NH₄)₂CO₃+CO₂+H₂O＝2NH₄HCO₃

进一步的方案中，塔内还安装有由除雾器A5，该除雾器位于塔盘与脱硫喷淋装置质检，用于拦截脱硫区浆液液滴。

还有些方案中，塔内安装有由除雾器B6，该除雾器位于脱碳喷淋装置与烟气出口之间，用于拦截脱碳区浆液液滴。

还有些方案中，脱硫区设有氧化气体进口，该氧化气体进口连接氧化风机11，氧化风机向塔内鼓入空气，将(NH₄)₂SO₃氧化成(NH₄)₂SO₄，所得(NH₄)₂SO₄回收后可用于生产硫酸铵。

有些方案中，烟气出口处安装有湿式电除尘器7或旋流板7，用于净化烟气夹带的(NH₄)₂SO₃、(NH₄)₂SO₃·H₂O、NH₄HSO₃等铵盐，铵盐外泄量≤3mg/m³，避免出现烟囱雨现象。具体来讲，烟气中的(NH₄)₂SO₃、(NH₄)₂SO₃·H₂O、NH₄HSO₃等铵盐以气溶胶形式悬浮在烟气中，采用湿式电除尘器时，烟气在流过除尘器时，通过高压电晕放电使烟气中的气溶胶荷电，在电场力的作用下收集到两侧集尘板上，与烟气分离，气溶胶收集到一定程度后，用水冲洗集尘板以清除附着的气溶胶。采用旋流板时，烟气流经旋流板时，由切向进入，在旋流板叶片的导向作用下使烟气旋转流动，烟气中的气溶胶被气流带动旋转，由于其为固态或液态颗粒，密度大于气态的烟气，产生的离心力使气溶胶被甩到塔壁上，与烟气分离。

还有些方案中，烟气出口处安装有烟囱9，该烟囱9内安装有烟气再热器8，该烟气再热器通过循环冷却水管路连接有烟气冷却器18，该烟气冷却器与所述烟气进口连接；烟气再热器8与烟气冷却器18均为换热器，两者相互连接管路内有循环水。一方面，被处理烟气经烟气冷却器18进入塔内时，与循环水换热降温，循环水温度升高，烟气温度降低可有助于避免亚硫酸铵(NH₄)₂SO₃遇高温分解成NH₃和SO₂；还有，经脱硫脱碳处理后的烟气内含有大量水蒸气，如直接排放，这种饱和湿烟气遇到冷空气后会形成白烟，利用烟气再热器8内的热循环水与烟气换热，使烟气温度升高，可以减少甚至避免白烟产生，优选最终从烟囱9排出的烟气温度保持在45～55℃。

还有些方案中，塔体的脱硫区设有脱硫吸收液循环口，该脱硫吸收液循环口通过脱硫吸收液泵与所述脱硫喷流装置连接，塔体外设有脱碳循环槽17和氨水储罐16，脱碳循环槽通过脱碳吸收液泵14与所述脱碳喷淋装置连接，所述脱碳循环槽还与所述氨水储罐连接，同时所述脱碳循环槽与塔体内塔盘上的液位区连接，所述氨水储罐连接塔体脱硫区。聚集于塔盘10上的NH₄HCO₃浆液进入脱碳循环槽17，在脱碳循环槽内与安装反应生成碳酸铵后，经脱碳吸收液泵14、脱碳喷淋装置进行脱碳循环，由此吸收烟气中的 CO₂，所述脱碳循环槽17内发生如下化学反应：

NH₄HCO₃+NH₃＝(NH₄)₂CO₃

由于脱碳循环槽17内的化学反应为放热反应，随着反应的进行，浆液温度会不断升高，促使NH₄HCO₃受热分解成NH₃和CO₂，因此在脱碳循环槽(17)内装设盘管式换热器，用于吸收化学反应产生的热量，使浆液温度控制在40～45℃，保证NH₄HCO₃不分解；

氨水储罐16中储存有氨水(NH₃·H₂O)，经一管路输送至脱碳循环槽(17)内；另一管路进入塔内脱硫区，与脱硫区的浆液亚硫酸氢铵发生反应生成亚硫酸铵，亚硫酸铵 (NH₄)₂SO₃被脱硫吸收液泵13抽取送至脱硫喷淋装置，再喷淋出去，浆液与烟气接触后又回到塔内底部，形成循环，起到吸收烟气内SO₂的作用。

实施例2：

本实施例给出一种化工品联产装置，包括上述实施例中的脱硫脱碳塔和硫酸铵生产装置，硫酸铵生产装置包括沿介质运动方向依次设置的离心机B26、干燥器B27和包装机B28，所述离心机依次通过旋流器A19、硫酸铵出料泵12与塔体内的脱硫区相连。

聚集于塔盘10上的NH₄HCO₃浆液，经管线由碳酸氢铵排出泵15从塔盘10排出，送入后续的混合罐24、旋流器B25、离心机B26、干燥器B27和包装机B28，由碳酸氢铵排出泵15送来的碳酸氢铵浆液与硫酸钠储槽23送来的硫酸钠固体在混合罐24中反应生成碳酸氢钠和硫酸铵混合液，由于碳酸氢钠和硫酸铵在相同温度下的溶解度差异较大，故混合液呈固液两相状态，进入旋流器B25后固液分离，硫酸铵清液可输送至硫酸铵生产线，高含固量碳酸氢钠浆液进入离心机B26，浆液经离心机B(26)脱水后，进入干燥器B27，经热风干燥后得到硫酸铵晶体颗粒，最终进入包装机B(28)得到产品，产品中NaHCO₃含量≥98.5％。

一些实施方案中，所述硫酸钠储槽23中的硫酸钠固体可以选用《工业无水硫酸钠GB/T 6009-2014》中III类及以上品质，即固体中Na₂SO₄含量≥92.0％。所述由碳酸氢铵排出泵15送来的碳酸氢铵浆液质量百分比浓度为8～20％，所述高含固量碳酸氢钠浆液中含有质量百分比为10％～20％的碳酸氢钠固体颗粒物。

实施例3：

本实施例给出一种化工品联产装置，包括上述实施例中的脱硫脱碳塔和硫酸铵生产装置，硫酸铵生产装置包括沿介质运动方向依次设置的离心机A20、干燥器A21、包装机A22，离心机A20依次通过旋流器A19和硫酸铵出料泵12与塔体内的脱硫区连接，其中旋流器A19入口与硫酸铵出料泵12相连，高含固量浆液出口与离心机A20相连，清液出口与塔体脱硫区相连。

脱硫区域塔底的含硫酸铵固体颗粒物的浆液，由硫酸铵出料泵12和旋流器A(19)送入硫酸铵生产装置，硫酸铵浆液在旋流器A19中固液分离，分离出的高含固量浆液进入离心机A20，清液进入脱硫脱碳塔，浆液经离心机A20脱水后，其含水率降至3～5％，进入干燥器A(21)，经热风干燥后得到硫酸铵晶体颗粒，最终进入包装机A(22)得到产品，产品氮含量≥20％(w/w)，水分≤1％(w/w)，游离酸≤0.3％(w/w)。

有些方案中，脱硫区域塔底含有8％～10％的硫酸铵固体颗粒物的浆液，

实施例4：

该实施例的化工品联产装置，包括上述实施例中的脱硫脱碳塔、硫酸铵生产装置和碳酸氢钠生产装置，同时旋流器B25与旋流器A19出口连接，在旋流器B25内的碳酸氢钠和硫酸铵混合液被旋流离心作用相互分离，硫酸铵介质与旋流器A19出口管路汇合后进入离心机A20，从而分离两种化工品，提高碳酸氢钠和硫酸铵产品纯度。

本实施方式的上述描述和附图代表了本实用新型的优选方案，在实际运行时可根据烟气参数、建设场地情况等进行调整。

Claims (12)

1.一种氨法脱硫脱碳塔，包括塔体(1)，其特征在于，塔体内由底部至顶部依次设有脱硫区、塔盘(10)和脱碳区，所述塔体的脱硫区设有烟气进口(2)、塔体顶部设有烟气出口，所述脱硫区设有至少一层脱硫喷淋装置(3)，且脱硫喷淋装置位于烟气进口上方，所述脱碳区设有至少一层脱碳喷淋装置(4)。

2.如权利要求1所述的氨法脱硫脱碳塔，其特征在于，所述塔体内还设有除雾器A(5)，且除雾器A位于脱硫喷淋装置与塔盘之间。

3.如权利要求1所述的氨法脱硫脱碳塔，其特征在于，所述塔体内还设有除雾器B(6)，且除雾器B位于脱碳喷淋装置与烟气出口之间。

4.如权利要求1所述的氨法脱硫脱碳塔，其特征在于，所述烟气出口设有湿式电除尘器或旋流板。

5.如权利要求1所述的氨法脱硫脱碳塔，其特征在于，所述烟气出口处安装有烟囱(9)，所述烟囱内设有烟气再热器(8)，该烟气再热器通过循环冷却水管路连接有烟气冷却器(18)，该烟气冷却器与所述烟气进口连接。

6.如权利要求1所述的氨法脱硫脱碳塔，其特征在于，所述塔体脱硫区还设有氧化气体进口，该氧化气体进口连接有氧化风机(11)。

7.如权利要求1所述的氨法脱硫脱碳塔，其特征在于，所述塔体脱硫区还设有脱硫吸收液循环口，该脱硫吸收液循环口通过脱硫吸收液泵(13)与所述脱硫喷淋装置连接；还包括氨水储罐(16)，所述氨水储罐连接塔体脱硫区。

8.如权利要求1所述的氨法脱硫脱碳塔，其特征在于，还包括脱碳循环槽(17)和氨水储罐(16)，所述脱碳循环槽通过脱碳吸收液泵(14)与所述脱碳喷淋装置连接，所述脱碳循环槽还与所述氨水储罐连接，同时所述脱碳循环槽与塔体内塔盘上的液位区连接。

9.一种化工品联产装置，其特征在于，包括权利要求1-7任一权利要求所述的氨法脱硫脱碳塔和碳酸氢钠生产装置，所述碳酸氢钠生产装置依次通过旋流器B(25)和碳酸氢铵排出泵(15)与塔体内塔盘上的液位区连接。

10.如权利要求9所述的化工品联产装置，其特征在于，所述旋流器B(25)与碳酸氢铵排出泵(15)之间连接有混合罐(24)，该混合罐连接有硫酸钠储槽(23)。

11.一种化工品联产装置，其特征在于，包括权利要求1-8任一权利要求所述的氨法脱硫脱碳塔和硫酸铵生产装置，所述硫酸铵生产装置通过旋流器A(19)和硫酸铵出料泵(12)与塔体内脱硫区连接。

12.一种化工品联产装置，其特征在于，包括权利要求1-8任一权利要求所述的氨法脱硫脱碳塔、碳酸氢钠生产装置和硫酸铵生产装置，所述碳酸氢钠生产装置依次通过旋流器B(25)和碳酸氢铵排出泵(15)与塔体内塔盘上的液位区连接，所述硫酸铵生产装置通过旋流器A(19)和硫酸铵出料泵(12)与塔体内脱硫区连接，所述旋流器B(25)与旋流器A(19)连接。

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