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CN111298627A - 一种烟气脱硫系统及方法 - Google Patents

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CN111298627A CN201911286375.8A CN201911286375A CN111298627A CN 111298627 A CN111298627 A CN 111298627A CN 201911286375 A CN201911286375 A CN 201911286375A CN 111298627 A CN111298627 A CN 111298627A
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Nanjing Jiekefeng Environmental Protection Technology Equipment Research Institute Co ltd
Nanjing Liuyan Environmental Protection Technology Co ltd
Nanjing Tech University
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Jiangsu Deyitong Environmental Protection Technology Co ltd
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Nanjing Liuyan Environmental Protection Technology Co ltd
Nanjing Tech University
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Abstract

一种烟气脱硫系统及方法，属于化工领域。该方法采用钠碱作为吸收剂副产硫酸盐，且主产品的纯度可控，典型的副产物硫酸钠、亚硫酸钠、焦亚硫酸钠等，都属于市场中的大宗商品，容易进入商品市场，无固废、废液的产生，环保效益好。通过合理的工艺布局，可间歇式绕开蒸发结晶系统直接生产亚硫酸钠，在同等工质下，可节约20％～50％蒸汽消耗量，同时采用新型的蒸发结晶器，提高了蒸发结晶系统的操作弹性，解决了频繁启停蒸发结晶系统能耗高的行业难题。

Description

一种烟气脱硫系统及方法
技术领域
本发明涉及化工装置领域，具体涉及一种烟气脱硫系统及方法。
背景技术
亚硫酸盐是一种重要的还原剂，工业中常见的亚硫酸盐有焦亚硫酸钠、亚硫酸钠、亚硫酸铵、硫代硫酸钠、焦亚硫酸钾等产品，其中亚硫酸钠是上述亚硫酸盐生产中最容易获得的产品。为控制游离碱指标，传统亚硫酸钠生产工艺中均涉及蒸发浓缩结晶，单位产品能耗较高，生产成本高，与同族的其它亚硫酸盐比，亚硫酸钠在市场上的竞争力相对较低。
同时，亚硫酸钠与同族的焦亚硫酸钠、硫代硫酸钠的生产过程不同，绝大部分的蒸发结晶系统得到的亚硫酸钠晶体颗粒粒径相对较小，浆液进入离心机后，液固相的分离效率较低，为降低生产成本，常采取高效提浓的措施，通过蒸发结晶将亚硫酸钠浆液的相对密度浓缩至1.72～1.95，但工艺管路堵塞事故频发，不利于稳态生产。
发明内容
本发明是针对上述存在的技术问题提供一种烟气脱硫系统及方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种烟气脱硫系统，该系统包括吸收塔、浆液调质器、蒸发结晶室和碱液罐，所述的吸收塔分为吸收塔下段和吸收段上段，在吸收塔下段还设有文氏吸收器与其相连，所述吸收塔的底端与氢钠罐相连，所述的氢钠罐的输出端通过与浆液调质器相连，所述的浆液调质器通过离心机与母液罐相连，所述母液罐的输出端与蒸发结晶室和/或吸收段上段和/或碱液罐相连，所述蒸发结晶室的底端与浆液调质器的顶部输入端相连；所述碱液罐的输出端与吸收段上段以及浆液调质器的上部相连。
本发明技术方案中：该蒸发结晶室的中心设有搅拌器转轴，且搅拌器转轴的底端设有搅拌桨，优选的为锚式搅拌桨，且蒸发结晶室的上部设有清浊液分离器，所述蒸发结晶室内还设有循环浆液回料管，所述循环浆液回料管的出口通过加热器与位于清浊液分离器下部的循环浆液进料管相连。
本发明技术方案中：循环浆液回料管的下周侧设有挡板。
本发明技术方案中：所述的搅拌桨与蒸发结晶室底部的间距控制在2～20cm，优选的间距为5～8cm。所述的循环浆液回料管进入蒸发结晶室后与搅拌器转轴同轴，并向下延伸至锚式搅拌桨上沿；优选的延伸至锚式搅拌桨水平上沿10～20cm。
所述的循环浆液回料管上设有挡板，挡板的水平倾斜角为所述物料安息角的1.1～1.5倍，所述的挡板垂直投影面积与同水平面上蒸发结晶室的横断截面积的比值介于0.4～0.8。
本发明技术方案中：蒸发结晶室顶部的气体输出端与碱液罐相连，碱液罐的顶部设有碱仓与之相连，所述碱液罐底部的输出端与浆液调质器相连。
本发明技术方案中：吸收塔下段的一个液体输出端通过一级吸收泵与文氏吸收器相连，吸收塔下段的另一个液体输出端通过二级吸收泵与吸收塔下段的上部相连，吸收段上段的底部的液体输出端通过三级吸收泵与吸收段上段的中部相连。
一种利用上述的系统实现烟气脱硫的方法，该方法包括以下步骤：
1)含硫烟气在文式吸收器(102)内与从吸收塔下端(101)输送的吸收液进行吸收后进入吸收塔(1)的下部，之后在吸收塔下端(101)和吸收塔上段(103)继续逆流吸收，吸收后的尾气(402)从吸收塔顶部离开系统；将碱液罐中的碱液输送至吸收段上段(103)，并将吸收段上段(103)吸收烟气的吸收液输送至吸收塔下段(101)，吸收塔下段(101)吸收烟气后的吸收液转移至氢钠罐(2)；
2)将氢钠罐的溶液输送至浆液调质器中进行中和，所述的中和反应按照如下步骤进行：
a.用固体纯碱中和：每分钟的碱加入量为理论完全中和用碱量的3.0％以下，待达到中和反应化学计量比的50％～65％时，每分钟的碱加入量调整至理论完全中和用碱量的1.2％以下，当纯碱加入量达到中和反应化学计量比值的65％～73％时停止加固体纯碱；
b.用纯碱浆液中和：用相对密度1.16～1.42的钠碱浆液继续中和，每分钟的钠碱加入量为理论完全中和用碱量的0.8％以下，直至累计碱加入量达到化学计量系数的100％～103％后停止加碱；
c.继续搅拌4～72h，完成中和反应。
3)将步骤2)中和完毕的浆液送入离心机进行液固分离，分离出固相产品即为目标产品湿亚硫酸钠；分离出的母液进入母液罐，当母液中固含量大于8％～10％时，需开启蒸发结晶室进行蒸发结晶。
上述方法中：所述蒸发结晶的步骤如下：
第一步：将母液罐中的亚硫酸钠碱液转移至蒸发结晶室，维持蒸发结晶室液位在清浊液分离器的1/2位置；
第二步：向亚硫酸钠循环泵泵入口注入工艺水，工艺水注入量为亚硫酸钠循环泵至清浊液分离器之间管道体积的0.3～2倍，之后按亚硫酸钠循环泵的开车步骤开启亚硫酸钠循环泵；
第三步：开启加热器，对浆液进行浓缩结晶，过程中蒸发结晶室的液位通过母液泵控制在清浊液分离器的1/2位置；
第四步：待蒸发结晶室内浆液相对密度达到1.45～1.75时，由亚硫酸钠泵将蒸发结晶室内的浆液转移至浆液调质器，再经过离心机进行液固相分离。
上述方法中：步骤1)中所述的碱液为氢氧化钠溶液或者碳酸钠溶液，所述碱液的相对密度为1.0～1.5。
上述方法中：待吸收塔上段浆液的pH值降到7.6～8.0时，将吸收塔上段浆液转移至吸收塔下段(101)，吸收塔上段降低的液位由母液罐或碱液罐补充；待吸收塔下段浆液的pH值降到4.6～7.0，将吸收塔下段浆液转移至氢钠罐，吸收塔下段降低的液位由吸收塔上段或母液罐或碱液罐补充。
上述方法中：固体纯碱中和过程中采用搅拌器进行搅拌，搅拌的速度为35～45r/min，纯碱浆液中和过程中采用搅拌器进行搅拌，搅拌的速度为28～33r/min，纯碱浆液中和后搅拌的速度为24～30r/min。
本发明的有益效果：
①本发明可实现二氧化硫气体的资源化利用，可利用低浓度二氧化硫，副产高品质亚硫酸盐，降低环境污染的同时实现一定的经济效益；
②可直接离心分离出目标产品，在同等工艺工质下，单位产品蒸汽消耗量小于0.5～0.8t/t，当前二效蒸发结晶法亚硫酸钠蒸汽消耗1.6～2.3t/t，详见下表。
③使用钠碱最为脱硫剂，可能的副产品有硫酸钠、亚硫酸钠、焦亚硫酸钠等，都属于市场中的大宗商品，并具有显著的经济效益，无固废产生；
④蒸发结晶系统的合理使用，可平衡掉系统中多余的水分，无废水、废液的产生。
⑤蒸发结晶的操作弹性强，可实现短期的启停蒸发循环泵操作。
附图说明
图1是本发明的流程工艺示意图；
图2是本发明蒸发结晶装置的结构示意图；
图中，1.吸收塔；2.氢钠罐；3.浆液调质器；4.母液罐；5.蒸发结晶室；6加热器；7.蒸汽冷凝器；8.碱液罐；9.碱仓；101吸收塔下段；102.文氏吸收器；103.吸收段二段；201.一级吸收泵；202.二级吸收泵；203.三级吸收泵；204.氢钠泵；205母液泵；206亚硫酸钠泵；207蒸发结晶循环泵；208碱液泵；301搅拌器；302.离心机；401.含硫气体；402.尾气；403.湿亚硫酸钠；404.纯碱；405.工艺水；501搅拌器转轴；502.循环浆液回料管；503.清浊液分离器；504循环浆液进料管；505.挡板；506.锚式搅拌桨；507.排料口；508.进料口；509排气口。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明，但本发明的保护范围不限于此：
如图1～2所示，一种烟气脱硫系统，该系统包括吸收塔1、浆液调质器3、蒸发结晶室5和碱液罐8，所述的吸收塔分为吸收塔下段101和吸收段上段103，在吸收塔下段101还设有文氏吸收器102与其相连，所述吸收塔1的底端与氢钠罐2相连，所述的氢钠罐2的输出端通过氢钠泵204与浆液调质器3相连，浆液调质器3内设有搅拌器301，所述的浆液调质器3通过离心机302与母液罐4相连，所述母液罐4的输出端通过母液泵205与蒸发结晶室5和/或吸收段上段103和/或碱液罐(8)相连，所述蒸发结晶室5的底端通过亚硫酸钠泵206与浆液调质器3的顶部输入端相连；所述碱液罐的输出端与吸收段上段103以及浆液调质器3的上部相连。
该蒸发结晶室5的中心设有搅拌器转轴501，且搅拌器转轴501的底端设有锚式搅拌桨506，且蒸发结晶室5的上部设有清浊液分离器503，所述蒸发结晶室5内还设有循环浆液回料管502，所述循环浆液回料管502的出口通过加热器6以及蒸发结晶循环泵207与位于清浊液分离器503下部的循环浆液进料管504相连。循环浆液回料管502的下周侧设有挡板505。所述的锚式搅拌桨与蒸发结晶室底部的间距控制在2～20cm，优选的间距为5～8cm。所述的循环浆液回料管进入蒸发结晶室后与搅拌器转轴同轴，并向下延伸至锚式搅拌桨上沿；优选的延伸至锚式搅拌桨水平上沿10～20cm。
所述的循环浆液回料管上设有挡板，挡板的水平倾斜角为所述物料安息角的1.1～1.5倍，所述的挡板垂直投影面积与同水平面上蒸发结晶室的横断截面积的比值介于0.4～0.8。
蒸发结晶室5顶部气体的输出端通过蒸汽冷凝器7与碱液罐8相连，碱液罐8的顶部设有碱仓9与之相连，所述碱液罐8底部的输出端与浆液调质器3相连。
吸收塔下段101的一个液体输出端通过一级吸收泵201与文氏吸收器102相连，吸收塔下段101的另一个液体输出端通过二级吸收泵202与吸收塔下段101的上部相连，吸收段上段103的底部的液体输出端通过三级吸收泵203与吸收段上段103的中部相连。
利用上述系统进行烟气脱硫的过程如下：
含硫烟气401在文氏吸收器102内与一级吸收泵201输出的碱液混合后进入吸收塔1的下部，再依次经二级吸收泵202输出的碱液、三级吸收泵203输出的碱液吸收后，尾气402从吸收塔顶部离开系统。吸收塔内吸收合格的氢钠浆液通过溢流或通过一级吸收泵或二级吸收泵转移至氢钠罐2中，之后利用氢钠泵204转移至浆液调质器3中再利用钠碱进行中和，中和完全的浆液经离心机302进行液固相分离后，获得目标产品湿亚硫酸钠404和亚硫酸钠母液，利用位差母液溢流至母液罐4，母液罐内的母液经母液泵205输送至吸收塔或蒸发结晶室5，进入蒸发结晶室内的母液经搅拌器303、蒸发结晶循环泵207的强制扰动，再利用加热器6实现对母液的浓缩结晶，结晶好的浆液经亚硫酸钠泵206输送至浆液调质器，再利用离心机实现固液分离。
从蒸发结晶室出来的二次蒸汽经蒸汽冷凝器7回收冷凝水，冷凝水溢流至碱液罐8重新配制碱液，配好的碱液经碱液泵输送至吸收塔或浆液调质器.
具体过程如下：
实施例1
以固态纯碱为钠源的烟气脱硫副产亚硫酸钠系统。主要步骤如下：
①碱液配置及气体吸收。含硫烟气在文式吸收器(102)内与从吸收塔下端(101)输送的吸收液进行吸收后进入吸收塔(1)的下部，之后在吸收塔下端(101)和吸收塔上段(103)继续逆流吸收，吸收后的尾气(402)从吸收塔顶部离开系统；将碱液罐中的碱液输送至吸收段上段(103)，并将吸收段上段(103)吸收烟气的吸收液输送至吸收塔下段(101)，吸收塔下段(101)吸收烟气后的吸收液转移至氢钠罐(2)；
用纯碱和工艺水或蒸发结晶冷凝液在碱液罐8内配置成相对密度1.16～1.26的碳酸钠浆液。
②制氢钠浆液。将步骤①配好的碱液通过碱液泵208输送至吸收塔上段103，待吸收塔上段浆液的pH值降到7.6～8.0时，将吸收塔上段浆液转移至吸收塔下段101，吸收塔上段降低的液位由母液泵205或碱液泵补充；待吸收塔下段浆液的pH值降到4.6～7.0，将吸收塔下段浆液转移至氢钠罐2，吸收塔下段降低的液位由吸收塔上段或母液泵或碱液泵补充；氢钠罐里的浆液由氢钠泵输送至浆液调质器3进行中和。
③氢钠的中和。
Ⅰ.用固体纯碱中和。将浆液调质器的搅拌器301转速调整到35～45r/min，每分钟的碱加入量为理论完全中和用碱量的3.0％以下，待达到化学计量比的50％～58％时，每分钟的碱加入量调整至理论完全中和用碱量的1.2％以下，当纯碱加入量达到中和反应化学计量比值的65％～73％时停止加固体纯碱。
Ⅱ.用纯碱浆液中和。将浆液调质器的搅拌器转速调整到28～33r/min，用相对密度1.16～1.42的钠碱浆液继续中和，折合每分钟的钠碱加入量为理论完全中和用碱量的0.8％以下，直至累计碱加入量达到化学计量系数的100％～103％后停止加碱。
Ⅲ.将浆液调质器的搅拌器转速调整到24～30/min，继续搅拌4～72h，完成中和反应。
④产品分离。将步骤③和完毕的浆液送入行离心机302进行液固分离，分离出固相产品即为目标产品湿亚硫酸钠403，分离出的母液进入母液罐4。
⑤亚硫酸钠的蒸发结晶。当步骤④分离出的母液固含量大于8％～10％时，需开启蒸发结晶室5进行蒸发结晶。
Ⅰ.将母液罐中的亚硫酸钠碱液转移至蒸发结晶室，维持蒸发结晶室液位在清浊液分离器503的1/2位置。
Ⅱ.向亚硫酸钠循环泵207泵入口注入工艺水，工艺水注入量为亚硫酸钠循环泵至清浊液分离器之间管道体积的0.3～2倍，之后按亚硫酸钠循环泵的开车步骤开启亚硫酸钠循环泵。
Ⅲ.开启加热器6，对浆液进行浓缩结晶，过程中蒸发结晶室的液位通过母液泵控制在清浊液分离器503的1/2位置。
Ⅳ.待蒸发结晶室内浆液相对密度达到1.45～1.75时，由亚硫酸钠泵将蒸发结晶室内的浆液转移至浆液调质器，再经过离心机进行液固相分离。
实施例2
以固态片碱或氢氧化钠粉体为钠源的烟气脱硫副产亚硫酸钠系统。主要步骤如下：
①碱液配置。含硫烟气在文式吸收器(102)内与从吸收塔下端(101)输送的吸收液进行吸收后进入吸收塔(1)的下部，之后在吸收塔下端(101)和吸收塔上段(103)继续逆流吸收，吸收后的尾气(402)从吸收塔顶部离开系统；将碱液罐中的碱液输送至吸收段上段(103)，并将吸收段上段(103)吸收烟气的吸收液输送至吸收塔下段(101)，吸收塔下段(101)吸收烟气后的吸收液转移至氢钠罐(2)；
用氢氧化钠和工艺水或蒸发结晶冷凝液在碱液罐8内配置成相对密度1.32～1.41的碱液。②制氢钠浆液。同实施案例1。
③氢钠的中和。
Ⅰ.用固体氢氧化钠中和。将浆液调质器的搅拌器301转速调整到35～45r/min，每分钟的碱加入量为理论完全中和用碱量的3.0％以下，待达到化学计量比的55％～65％时，每分钟的碱加入量调整至理论完全中和用碱量的1.5％以下，当纯碱加入量达到中和反应化学计量比值的70％～75％时停止加固体纯碱。
Ⅱ.用氢氧化钠溶液中和。将浆液调质器的搅拌器转速调整到28～33r/min，用相对密度1.37～1.42的氢氧化钠进行继续中和，折合每分钟的钠碱加入量为理论完全中和用碱量的1.2％以下，直至累计碱加入量达到化学计量系数的100％～102％后停止加碱。
Ⅲ.将浆液调质器的搅拌器转速调整到24～30/min，继续搅拌4～72h，完成中和反应。
④产品分离。同实施案例1。
⑤亚硫酸钠的蒸发结晶。同实施案例1。
性能检测：
1.品质：本发明实施例1和实施例2亚硫酸钠产品中位径为50～80μm，品质满足HG/T2967-2010《工艺无水硫酸钠》一等品及以上要求，
Figure BDA0002318082530000071
2.能耗：
Figure BDA0002318082530000072
Figure BDA0002318082530000081
本发明的最大优势是产品中很大比例是避开蒸发结晶，直接产出颗粒大于10微米的晶体，能直接通过离心分离出固体，故而能耗较低。对比常规亚硫酸钠生产工艺，需要通过蒸发结晶，如单效蒸发结晶或二效蒸发结晶。

Claims (10)

1.一种烟气脱硫系统，其特征在于：该系统包括吸收塔(1)、浆液调质器(3)、蒸发结晶室(5)和碱液罐(8)，所述的吸收塔分为吸收塔下段(101)和吸收段上段(103)，在吸收塔下段(101)还设有文氏吸收器(102)与其相连，所述吸收塔(1)的底端与氢钠罐(2)相连，所述的氢钠罐(2)的输出端通过与浆液调质器(3)相连，所述的浆液调质器(3)通过离心机(302)与母液罐(4)相连，所述母液罐(4)的输出端与蒸发结晶室(5)和/或吸收段上段(103)和/或碱液罐(8)相连，所述蒸发结晶室(5)的底端与浆液调质器(3)的顶部输入端相连；所述碱液罐的输出端与吸收段上段(103)以及浆液调质器(3)的上部相连。
2.根据权利要求1所述的烟气脱硫系统，其特征在于：该蒸发结晶室(5)的中心设有搅拌器转轴(501)，且搅拌器转轴(501)的底端设有锚式搅拌桨(506)，且蒸发结晶室(5)的上部设有清浊液分离器(503)，所述蒸发结晶室(5)内还设有循环浆液回料管(502)，所述循环浆液回料管(502)的出口通过加热器(6)与位于清浊液分离器(503)下部的循环浆液进料管(504)相连。
3.根据权利要求2所述的烟气脱硫系统，其特征在于：循环浆液回料管(502)的下周侧设有挡板(505)。
4.根据权利要求1所述的烟气脱硫系统，其特征在于：蒸发结晶室(5)顶部的气体输出端与碱液罐(8)相连，碱液罐(8)的顶部设有碱仓(9)与之相连，所述碱液罐(8)底部的输出端与浆液调质器(3)相连。
5.根据权利要求1所述的烟气脱硫系统，其特征在于：吸收塔下段(101)的一个液体输出端通过一级吸收泵(201)与文氏吸收器(102)相连，吸收塔下段(101)的另一个液体输出端通过二级吸收泵(202)与吸收塔下段(101)的上部相连，吸收段上段(103)的底部的液体输出端通过三级吸收泵(203)与吸收段上段(103)的中部相连。
6.一种利用权利要求1所述的系统实现烟气脱硫的方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
1)含硫烟气在文式吸收器(102)内与从吸收塔下端(101)输送的吸收液进行吸收后进入吸收塔(1)的下部，之后在吸收塔下端(101)和吸收塔上段(103)继续逆流吸收，吸收后的尾气(402)从吸收塔顶部离开系统；将碱液罐中的碱液输送至吸收段上段(103)，并将吸收段上段(103)吸收烟气的吸收液输送至吸收塔下段(101)，吸收塔下段(101)吸收烟气后的吸收液转移至氢钠罐(2)；
2)将氢钠罐(2)的溶液输送至浆液调质器(3)中进行中和，所述的中和反应按照如下步骤进行：
a.用固体纯碱中和：每分钟的碱加入量为理论完全中和用碱量的3.0％以下，待达到中和反应化学计量比的50％～65％时，每分钟的碱加入量调整至理论完全中和用碱量的1.2％以下，当纯碱加入量达到中和反应化学计量比值的65％～73％时停止加固体纯碱；
b.用纯碱浆液中和：用相对密度1.16～1.42的钠碱浆液继续中和，每分钟的钠碱加入量为理论完全中和用碱量的0.8％以下，直至累计碱加入量达到化学计量系数的100％～103％后停止加碱；
c.继续搅拌4～72h，完成中和反应。
3)将步骤2)中和完毕的浆液送入离心机(302)进行液固分离，分离出固相产品即为目标产品湿亚硫酸钠(403)；分离出的母液进入母液罐(4)，当母液中固含量大于8％～10％时，需开启蒸发结晶室(5)进行蒸发结晶。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述蒸发结晶的步骤如下：
第一步：将母液罐中的亚硫酸钠碱液转移至蒸发结晶室，维持蒸发结晶室液位在清浊液分离器(503)的1/2位置；
第二步：向亚硫酸钠循环泵(207)泵入口注入工艺水，工艺水注入量为亚硫酸钠循环泵至清浊液分离器之间管道体积的0.3～2倍，之后按亚硫酸钠循环泵的开车步骤开启亚硫酸钠循环泵；
第三步：开启加热器(6)，对浆液进行浓缩结晶，过程中蒸发结晶室的液位通过母液泵控制在清浊液分离器(503)的1/2位置；
第四步：待蒸发结晶室内浆液相对密度达到1.45～1.75时，由亚硫酸钠泵将蒸发结晶室内的浆液转移至浆液调质器，再经过离心机进行液固相分离。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：步骤1)中所述的碱液为氢氧化钠溶液或者碳酸钠溶液，所述碱液的相对密度为1.0～1.5。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：待吸收塔上段浆液的pH值降到7.6～8.0时，将吸收塔上段浆液转移至吸收塔下段(101)，吸收塔上段降低的液位由母液罐或碱液罐补充；待吸收塔下段浆液的pH值降到4.6～7.0，将吸收塔下段浆液转移至氢钠罐(2)，吸收塔下段降低的液位由吸收塔上段或母液罐或碱液罐补充。
10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：固体纯碱中和过程中采用搅拌器进行搅拌，搅拌的速度为35～45r/min，纯碱浆液中和过程中采用搅拌器进行搅拌，搅拌的速度为28～33r/min，纯碱浆液中和后搅拌的速度为24～30r/min。
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