CN106039969A - 一种二氧化硫的吸收方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种二氧化硫的吸收方法及装置，属于大气污染控制和环境保护技术领域，其特征是把含二氧化硫气体的气流导入吸收塔被水溶液吸收，然后把吸收二氧化硫气体后的水溶液经过吸收液除氧器后导入反应器，在所述的反应器内与加入的药剂发生化学反应，生成亚硫酸盐沉淀，固液分离后吸收液中被吸收的二氧化硫得到去除，吸收液恢复吸收能力，重新返回吸收塔吸收气体中的二氧化硫，得到的固体产物亚硫酸盐，加入盐酸后，回收二氧化硫气体，氯化钙溶液作为副产品回收，具有去除效率高、运行费用低，操作简单，适合推广使用。

Description

一种二氧化硫的吸收方法及装置

技术领域

本发明涉及一种二氧化硫的吸收方法及装置，特别涉及从气流中去除二氧化硫气体，属于大气污染控制和环境保护技术领域。

背景技术

燃料燃烧产生的二氧化硫是大气环境二氧化硫主要来源，其次是冶金、硫酸和炼油和化工制药的等过程。二氧化硫对人有致毒作用，属中等毒类，对眼和呼吸道有强烈刺激作用。中国环境状况公报统计数据表明，近年来我国城市酸雨污染程度有所加重。为此，国家制定了新的法律和法规，对火力发电等燃烧过程排放的二氧化硫作出了更加严格的控制和减排规定。

一般地，火力发电厂等以化石燃料燃烧产生的烟气中的二氧化硫浓度约为几百到几千mg/m³，冶金等行业尾气中的二氧化硫的浓度更高。石灰/石灰石等碱液吸收法是目前烟气中二氧化硫去除的主要方法，但其处理系统复杂，设备投资大，且脱硫产物难以回收利用。

本发明设计和提供了一种二氧化硫的吸收方法及装置，用于从气流中除二氧化硫气体，并可回收相关副产品。

发明内容

本发明所采用的技术方案为：一种二氧化硫的吸收方法，其特征在于把含二氧化硫气体的气流导入吸收塔被水溶液吸收，然后把吸收二氧化硫气体后的水溶液经过除氧处理后导入反应器与加入的氢氧化钙、氧化钙或碳酸钙等药剂发生化学反应，生成亚硫酸盐沉淀，固液分离使吸收液中被吸收的二氧化硫得到去除，吸收液恢复吸收能力，重新返回吸收塔吸收气体中的二氧化硫，得到的固体产物亚硫酸盐，通过加入盐酸后，回收二氧化硫气体，余下氯化钙溶液也可作为副产品回收利用。

上述的一种二氧化硫气体的吸收方法的装置，其特征在于所述的装置的处理过程主要由吸收塔、吸收液除氧器和反应器组成，所述的吸收塔采用通用的气液传质设备如喷淋塔、填料塔、鼓泡塔、降膜吸收塔和板式塔等，可采用逆流、顺流和错流等形式，具体可参看相关化工设备手册，效果大体相当。以填料塔为例说明，塔体材料为耐酸材料，如玻璃钢、聚丙烯、不锈钢、钛和麻石等，待处理气体从塔体下部导入，在气液吸收区与从吸收塔上部加入的水吸收液发生吸收反应，气体中的二氧化硫被水溶液吸收，净化后的气体由吸收塔上部排出。吸收二氧化硫的吸收液经吸收液除氧器导入反应器，与加入的氢氧化钙、氧化钙或碳酸钙等药剂发生化学反应，生成亚硫酸盐沉淀，固液分离后，吸收液经吸收塔的吸收液循环水泵，重新喷淋吸收，固体产物另行处理。

本发明所述的吸收塔内气液接触时间一般为0.5s以上，优选1s-30s，接触时间越长，去除率越高。所述的反应器的作用是使吸收液中被吸收的二氧化硫与加入的氢氧化钙、氧化钙或碳酸钙等药剂发生化学反应，生成难溶性亚硫酸盐。氢氧化钙、氧化钙或碳酸钙等药剂与被吸收的二氧化硫的理论化学反应计量摩尔比为1∶1，药剂实际加入量可适当多些。所述的反应器结构一般为圆筒或方筒，吸收液液相反应停留时间一般3s以上，优选30s-30min，也可采用搅拌等方式加快反应，反应后产物沉淀进行固液分离，固液分离可在同一反应器内进行，也可分别进行，效果相当。所述的气流中二氧化硫浓度低，反应时间可短些，初始吸收液一般为清水，pH为中性或弱酸性。

本发明所述的技术方案中吸收塔出液口与反应器之间还设置有吸收液除氧器，用于除去吸收液中含有的溶解氧，以提高药剂的利用率，除去溶解氧可采用投加还原剂和气提等方式，气提一般采用氮气或氩气，可通过设置在吸收液除氧器内的曝气装置曝气除去吸收液中的溶解氧，曝气后排出的气体可由回气管送回吸收塔塔内再吸收处理。曝气量可视具体需要选用，没有特定要求，吸收液含氧量较小时，曝气可小些，如吸收液温度较高，在30℃以上时，或吸收液中溶解氧较小时，也可不用除氧器。也可通过加入还原剂的方法除去吸收液中的氧，可采用加入亚铁盐或硫化碱等作为还原剂，也可通入硫化氢气体等还原性气体作为还原剂。

所述液相反应得到的固体产物的固液分离可采用沉淀(如斜板沉淀等)或过滤(如抽滤)等方法，或二者共用的方法。固液分离后得到的固体产物亚硫酸盐，可以通过加入盐酸后，回收二氧化硫气体，余下的氯化物溶液也可作为副产品回收。为了提高二氧化硫的吸收效果，可采用冷却吸收液的方式，可在吸收塔循环水槽里设置冷却盘管，或使吸收液通过冷凝器冷却后再输送到吸收塔吸收。采用降膜吸收塔吸收二氧化硫时，可在吸收过程采用冷却介质冷却，如冷却介质为冷却水时，温度一般为0℃以上，优选5℃-25℃，采用冷冻盐水等其他介质时冷却介质温度可为0℃以下。为增加二氧化硫的吸收效果，也可在吸收液中加入能吸附二氧化硫的吸附剂，如活性炭和二氧化钛颗粒粉末等，添加量一般为吸收液的0.1％(体积)以上，优选1％-15％，具体可视二氧化硫浓度而定，可在所述循环水槽中投加。

本发明所述的二氧化硫气体在气流中的浓度无特殊要求，燃料燃烧中常见浓度为几十毫克/立方至几千毫克/立方，其他冶炼等尾气中的浓度可达1％以上。

本发明所述的与二氧化硫发生化学反应生成亚硫酸盐沉淀的药剂一般为碱土金属化合物，主要为钙、镁和钡的化合物，包括相应的氢氧化物、氧化物和碳酸盐等，效果大体相当，其中钙的化合物最为常用。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明采用先通过水溶液吸收气流中的二氧化硫气体，然后把吸收液的中二氧化硫气体与氢氧化钙、氧化钙和碳酸钙等药剂反应生成不溶性亚硫酸盐，从而从气流中得到除去，把二氧化硫吸收和反应分别进行，避免了亚硫酸盐在吸收液塔内被空气中的氧气氧化，进一步通过在吸收液中加入活性碳等二氧化硫吸附剂以增强吸收和对吸收液采用除氧处理，提高了二氧化硫处理效率，并可回收的亚硫酸盐或二氧化硫等副产物。具有去除效率高、运行费用低，操作简单，适合推广使用。

附图说明

图1为本发明实施例1-3采用的一种二氧化硫吸收方法的填料吸收塔装置的结构示意图。

图2为本发明实施例4采用的一种二氧化硫吸收方法的降膜吸收塔装置的结构示意图。

图示说明：1循环水泵；2循环水泵进液管；3吸收塔循环水槽；4吸收液加液口；5气体进口；6循环水泵出水管；7吸收塔进液口；8气体出口；9吸收塔塔体；10填料吸收区；11吸收塔出液口；12出液管；13回气管；14吸收液除氧器；15还原剂加入口；16曝气管；17连通管；18反应器；19药剂加入口；20吸收塔连通管；21固体产物排出口；22下封板；23上封板；24冷却介质出口；25降膜吸收管；26冷却介质进口。

根据图1所示的一种二氧化硫吸收方法的填料吸收塔装置，所述的气体进口5经过吸收塔塔体9的填料吸收区10与气体出口8连通，所述的循环水泵1通过循环水泵出水管6与吸收塔进液口7连通，吸收塔出液口11通过出液管12与吸收液除氧器14连通，吸收液除氧器14通过连通管17与反应器18连通，吸收液除氧器14上部设置有回气管与吸收塔塔体9连通，底部设置有曝气管16通入氮气或氩气气提除去吸收液中的溶解氧，还原剂通过还原剂加入口15加入除氧器，反应药剂通过药剂加入口19加入反应器18，反应器18通过吸收塔连通管20与吸收塔循环水槽3连通，吸收塔循环水槽3通过循环水泵进液管2与循环水泵1连通，反应器18还设置有固体产物排出口21。

根据图2所示的一种二氧化硫吸收方法的降膜吸收塔装置，所述的气体进口5经过降膜吸收管25与气体出口8连通，所述的循环水泵1通过循环水泵出水管6与吸收塔进液口7连通，所述的吸收液进液口7经过降膜吸收管25与吸收塔出液口11连通，所述的吸收塔出液口11通过出液管12与吸收液除氧器14连通，吸收液除氧器14通过连通管17与反应器18连通，吸收液除氧器14上部设置有回气管13与吸收塔塔体9连通，底部设置有曝气管16通入氮气或氩气气提除去吸收液中的溶解氧，药剂通过药剂加入口19加入反应器18，反应器18通过吸收塔连通管20与吸收塔循环水槽3连通，吸收塔循环水槽3通过循环水泵进液管2与循环水泵1连通，所述的反应器18还设置有固体产物排出口21，所述冷却介质进口26与冷却介质出口24经塔体9与降膜吸收管25之间的空间连通。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1：本发明所述的一种二氧化硫吸收方法的填料吸收塔装置如图1所示。吸收塔为填料塔，材质PP，塔径为Φ250mm，充填Φ25mm阶梯环，填料层高度约为1500mm。吸收液除氧器和反应器均为圆筒型，外形尺寸均为Φ600mm×1200mm，卧式放置。

处理工艺流程如下：含二氧化硫气体的气流由吸收塔塔体9下部的气体进口5导入，经过吸收塔塔内填料吸收区10与吸收塔进液口7导入的吸收液在填料吸收区10发生气液接触，二氧化硫被吸收，净化后气流由吸收塔上部气体出口8排出。吸收后的吸收液通过吸收塔出液口11经出液管12导入吸收液除氧器14，吸收液除氧器14底部的曝气管15通入氮气气提除去吸收液中的溶解氧，经过吸收液除氧器的吸收液通过连通管17进入反应器18，同时把氢氧化钙等药剂通过药剂加入口19加入反应器18与吸收液中的被吸收的二氧化硫发生化学反应，固体产物在反应器18内沉淀后固液分离，反应后的吸收液经吸收塔连通管21进入吸收塔循环水槽3，再通过循环水泵进液管2、循环水泵1、循环水泵出液管6和吸收塔进液口7打回吸收塔重新吸收二氧化硫气体，固体产物由设置在反应器18下部的固体产物排出口21排出，送到下一工序进一步处理。

实验条件为：气流组成：氧气为约8％(体积)，二氧化碳约10％，水分含量约为10％(体积)，其余为氮气。气流中二氧化硫的浓度约为300ppm，气体流量约100m³/h，气液接触时间约2-3s，气体相对湿度约90％，气体进口气流温度约为85℃，循环水泵流量约1m³/h，吸收塔进液口吸收液温度为35℃、吸收塔出液口吸收液温度为50℃，稳定运行1小时后测定。氮气曝气量约为10L/min。初始吸收液为清水，加入量约800kg。反应器停留时间约20min。实验结果如表1所示。药剂分别采用氢氧化钙、氧化钙、碳酸钙、氢氧化镁和氢氧化钡，加入量分别约为3g/min、4g/min、6g/min、4g/min和8g/min，二氧化硫出口浓度35ppm、40ppm、65ppm、45ppm和50ppm。

实施例2：气体流量约为60m³/h，气液接触时间约为5s-7s，循环水泵流量约0.5m³/h，反应器停留时间约40min，药剂采用氢氧化钙，加入量约为2g/min，曝气除氧改为向曝气池投加四水氯化亚铁，加入量约为0.5g/min，或通入浓度为50ppm的硫化氢气体，流量约为200ml/min。其他条件同实施例1。上述条件下，二氧化硫出口浓度分别为28ppm和32ppm。

实施例3：在向吸收塔循环水槽分别加入活性炭和二氧化钛粉末各约0.5kg/h。同时在吸收塔循环水槽里设置冷却盘管，冷却介质为冷却水，温度为10℃，冷却水流量约0.5m³/h，冷却后吸收液的温度为25℃，除氧器不曝气，投加四水氯化亚铁还原剂，加入量约为0.5g/min，其他条件同实施例1，二氧化硫出口浓度分别为23ppm和25ppm。

实施例4：本发明所述的一种二氧化硫吸收方法的降膜吸收塔装置如图2所示。吸收塔材质PP，塔径为Φ250mm，降膜管直径为Φ25，有效高度约为1200mm，共42支均布。其他设备同实施例1。

处理工艺流程如下：含二氧化硫气体的气流由降膜吸收塔塔下部气体进口5导入，经过降膜吸收管25并吸收塔进液口7导入的吸收液发生气液接触，二氧化硫被吸收，净化后气流由吸收塔上部气体出口8排出，同时冷却水通过所述冷却介质进口26导入塔体9与降膜吸收管25之间的空间冷却降膜吸收管25后经冷却介质出口24排出，吸收后的吸收液通过吸收塔出液口11经出液管12导入吸收液除氧器14，吸收液除氧器14底部的曝气管16通入氮气气提除去吸收液中的溶解氧，经吸收液除氧器的吸收液通过连通管17进入反应器18，同时把药剂通过药剂加入口19加入反应器18与吸收液中的被吸收的二氧化硫发生化学反应，并在反应器内固液分离，反应后的吸收液经吸收塔连通管20进入吸收塔循环水槽3，再通过循环水泵进液管2、循环水泵1、循环水泵出液管6和吸收塔进液口7打回吸收塔重新吸收二氧化硫气体，固体产物由反应器18下部的固体产物排出口21排出，送到下一工序进一步处理。

实验条件为：吸收塔进液口吸收液温度为30℃、吸收塔出液口吸收液温度为35℃。除氧器不曝气，也不投加还原剂。冷却水流量1m³/h，冷却水进口温度为10℃。药剂采用氢氧化钙，加入量约为3g/min，其他条件同实施例1。实验结果二氧化硫出口浓度25ppm。

实施例5：取实施例1采用氢氧化钙药剂得到的固体产物(亚硫酸钙为主)约100g，加入到250ml的蒸馏烧杯中，向烧杯内加入浓度约15％的盐酸150ml，生成的气体经氯化钙干燥管干燥后得到二氧化硫气体，余下吸收液为氯化钙溶液，经加热蒸发可得到固体氯化钙。

应该说明的是，以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，本发明的保护范围不限于此。对于本领域的技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，对各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中的部分技术特征进行任何等同替换、修改、变化和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种二氧化硫的吸收方法，其特征是把含二氧化硫气体的气流导入吸收塔被水溶液吸收，然后把吸收二氧化硫气体后的水溶液经过吸收液除氧器后导入反应器，在所述的反应器内与加入的药剂发生化学反应，生成亚硫酸盐沉淀，固液分离后吸收液中被吸收的二氧化硫得到去除，吸收液恢复吸收能力，重新返回吸收塔吸收气体中的二氧化硫，得到的固体产物亚硫酸盐，加入盐酸后，回收二氧化硫气体，余下氯化钙溶液作为副产品回收利用。

2.根据权利要求1所述的吸收方法，其特征在于所述的吸收塔为通用气液传质设备，包括喷淋塔、填料塔、鼓泡塔、降膜吸收塔或板式塔的一种。

3.根据权利要求1所述的吸收方法，其特征在于所述的药剂为碱土金属钙、镁或钡的化合物，包括相应的氢氧化物、氧化物和碳酸盐的一种或二种以上混合物。

4.根据权利要求1或2所述吸收方法，其特征在于所述吸收塔内气液接触时间0.5s以上。

5.根据权利要求1所述吸收方法，其特征在于所述吸收液在所述反应器停留时间3s以上。

6.根据权利要求1所述的吸收方法，其特征在于所述吸收液除氧器采用投加还原剂或气提方式除去吸收液中的溶解氧；所述还原剂包括亚铁盐或硫化碱或硫化氢气体，所述的气提方式是通过所述吸收液除氧器底部设置的曝气管通入氮气或氩气的一种或混合物。

7.根据权利要求1所述的吸收方法，其特征在于所述吸收液通过吸收塔循环水槽里设置冷却盘管，或使吸收液通过冷凝器冷却后，再输送到吸收塔吸收，冷却水温度在0℃以上。

8.根据权利要求1所述的吸收方法，其特征在于所述的吸收液中加入二氧化硫吸附剂，包括活性炭或二氧化钛颗粒粉末，所述吸附剂加入量为吸收液的1％(体积)以上。

9.根据权利要求1所述的吸收方法的一种吸收塔装置，其特征在于所述的装置由循环水泵(1)、吸收塔塔体(9)、吸收塔循环水槽(3)、吸收液除氧器(14)和反应器(18)组成，其中气体进口(5)经吸收塔塔体(9)的填料吸收区(10)与气体出口8连通，循环水泵(1)通过循环水泵出水管(6)与吸收塔进液口(7)连通，吸收塔出液口(12)通过出液管(13)与吸收液除氧器(14)连通，吸收液除氧器(14)通过连通管(17)与反应器(18)连通，吸收液除氧器(14)上部有回气管(13)与吸收塔塔体(9)连通，吸收液除氧器(14)上部和底部分别有还原剂加入口(15)和曝气管(16)，反应器(18)上部有药剂加入口(19)，反应器(18)通过吸收塔连通管(20)与吸收塔循环水槽(3)连通，吸收塔循环水槽(3)通过循环水泵进液管2与循环水泵(1)连通，反应器(18)还设置有固体产物排出口(21)。

10.根据权利要求1所述的吸收方法的一种降膜吸收塔装置，其特征在于所述的装置由循环水泵(1)、吸收塔塔体(9)、吸收塔循环水槽(3)、吸收液除氧器(14)和反应器(18)组成，其中气体进口(5)经降膜吸收管(25)与气体出口(8)连通，循环水泵(1)通过循环水泵出水管(6)与吸收塔进液口(7)连通，吸收液进液口(7)经降膜吸收管(25)与吸收塔出液口(11)连通，吸收塔出液口(11)通过出液管(12)与吸收液除氧器(14)连通，吸收液除氧器(14)通过连通管(17)与反应器(18)连通，吸收液除氧器(14)上部有回气管(13)与吸收塔塔体9连通，吸收液除氧器(14)底部有曝气管(16)，反应器(18)上部有药剂加入口(19)，反应器(18)通过吸收塔连通管(20)与吸收塔循环水槽(3)连通，吸收塔循环水槽(3)通过循环水泵进液管(2)与循环水泵(1)连通，反应器(18)还设置有固体产物排出口(21)，冷却介质进口26与冷却介质出口24经塔体9与降膜吸收管25之间的空间连通。