一種硫氧化物脫出系統和方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種硫氧化物脫出系統和方法，尤其涉及一種以氨為原料，從煙氣中回收硫氧化物生產硫銨化肥的系統和方法，屬于電力、冶金、環保和化工的技術領域。
【背景技術】
[0002]以煤或石油為燃料的鍋爐或火力發電廠，以及以鐵礦石為原料的鋼鐵廠燒結機排放大量煙道氣。這些煙氣含有SOx、NOx、HCl和HF等有害物質，其中硫氧化物SOx，包括SO2和SO3，是形成酸雨的主要物質。隨燃燒煤種的不同，SO2含量通常在300?5000ppmv(1000?15000mg/Nm3)之間。但是，煙氣量十分巨大，以燃煤鍋爐而論，蒸汽規模從35T/h到2500T/h，發電機組容量6麗到1000麗，煙氣量由5萬Nm3/h到250萬Nm3，SO2排放量1000噸/年到100，000噸/年。由于SOx是酸性氣體，采用堿性水溶液脫吸煙氣中的SOx，即煙氣除硫，或稱煙氣脫硫(Flue Gas Desulfurizat1n, FGD)是有效的煙氣凈化方法，具有廣泛的應用價值。
[0003]以氨為原料，煙氣脫硫的反應原理如下:
[0004]SO2 + H20+2NH3+l/202= (NH4) 2S04 (硫酸銨，或稱硫銨)
[0005]具體包括三個步驟:
[0006](I) SO2 吸收:
[0007]煙氣中的硫氧化物即SO2被吸收液吸收并與吸收液中的氨反應變為亞硫銨，它包括亞硫酸二銨和亞硫酸氫一銨。
[0008]SO2 + XNH3 + H2O = x/2 (NH4)2SO3 + (1-χ/2) NH4HSO3
[0009]X可在1.0?2.0之間，由氣液平衡條件決定。
[0010](2)亞硫銨氧化
[0011]亞硫酸銨溶液鼓空氣直接氧化，便可得到硫酸銨，簡稱硫銨。
[0012](NH4)2SO3 + 1/202 = (NH4)2SO4
[0013](3)硫銨結晶:
[0014]硫銨在吸收液中的濃度超過其對應條件的溶解度，會結晶析出固體硫銨，
[0015](NH4)2SO4(L) = (NH4)2SOjS)
[0016]很顯然，這是一個非常有價值的“綠色技術”，回收煙氣中的SO2，以非常廉價的輔助原料，包括空氣和水，可以生產很有價值的硫銨，作為農用化肥。
[0017]中國是一個人口、糧食和化肥大國，化肥的產量折合為合成氨，相當于5000萬噸/年。以FGD技術可以解決2000萬噸SO2/年計算，需要提供合成氨1000萬噸/年，占總需求量的五分之一，因此，具有豐富的原料供應。另外，碳銨或尿素僅含氮營養，而硫銨中同時含氮和硫營養。因此，硫銨是比碳銨和尿素更好的化肥，在中國具有巨大的市場前景。
[0018]但是，以氨為原料的脫硫方法卻長期沒有得到很好地發展，主要原因是由于氨是一個易揮發的化學品。按傳統化學吸收原理設計的吸收塔，或稱脫硫塔，難以克服氨的揮發和逃逸損失的問題。
[0019]現有技術的一個共同缺點是采用了氣-液逆流的硫氧化物脫除裝置，或稱脫硫塔，洗滌塔或凈化塔。在這種設備中，凈化煙氣離開氣-液接觸區(或稱吸收區，或稱洗滌區，或稱傳質區)時對應的吸收液中含游離氨(或稱自由氨)的濃度最高，意味著其表面氨分壓最高，經過傳質后，凈化煙氣中氨含量也將是最高的，即氨逃逸損失很高。
[0020]美國專利USP6221325公開了一種控制以氨為原料的脫硫過程的氨逃逸損失的方法，提出的技術手段是使用一種硫銨含量在46%以上的吸收液，以便于其中出現硫銨結晶體(其含量1-20%);同時，原料氨加入到位于脫硫塔下部的吸收液儲槽中，循環泵從位于下部的槽抽取吸收液，輸送到位于脫硫塔上部的吸收段；在吸收段，煙氣與噴灑而下的吸收液逆流接觸，發生脫硫凈化過程；在吸收液儲槽中，脫下來的SO2與氨反應，并被鼓入的空氣氧化變為硫銨。但是，該措施也會降低氧化速率，盡管可以降低氨的逃逸損失，而且實際過程中，吸收液的循環量十分巨大，導致投資和能耗增加。
[0021]中國專利200510023222.6公開了一種控制氨逃逸損失的方法，其提出的技術手段是在SO2吸收段上面增設氨吸收段，并且采用了硫銨濃度在30%以下的稀硫銨溶液作為吸收液，以便于確保較好的氧化效率，其缺陷是氧化和結晶是分設在脫硫塔的不同區域，造成結構復雜，實際過程中容易堵塞設備。
【發明內容】
[0022]本發明需要解決的技術問題是公開一種新的脫除煙氣中硫氧化物，即二氧化硫并回收生產硫銨的系統和方法，以克服現有技術存在的上述缺陷。
[0023]本發明的技術方案如下:
[0024]發明人利用氣-液兩相同向流動的原理，使得煙氣經過凈化后離開吸收區，即傳質區時，對應的吸收液相中的自由氨含量最低，即使得其表面氨分壓最低，和煙氣中的氨分壓也可以確保最低，從而可有效控制氨的逃逸損失。也就是說，本發明的技術方案就是提供了一種氣-液并流的脫硫塔，即并流脫硫塔，或稱硫氧化物脫除裝置，及與之配套的脫硫系統，以及實現該系統的方法。
[0025]而且，還將亞硫銨氧化為硫銨過程與硫銨結晶過程合二為一，使其都在硫氧化物脫除塔內的下部進行，稱為結晶氧化反應器。當然，也可在脫除塔下方的獨立裝置或者其他獨立脫硫裝置的下部單元實現上述亞硫銨氧化為硫銨過程與硫銨結晶過程的合二為一。本發明優選在硫氧化物脫除塔內下部設置結晶氧化反應器。
[0026]本發明在所說的并流的硫氧化脫除塔中，使高溫原煙氣從硫氧化物脫除塔頂部進，與包含硫氧化物脫除原料氨的液體向下并流，發生氣液接觸的傳質和傳熱過程，硫氧化物被脫除，溫度被降低，使煙氣溫度最高位置在塔的頂部，其余部分都是低溫區，有利于采用塑料材料制造脫硫塔。
[0027]因此，本發明可以在提高硫氧化物脫除效率，確保低的氨逃逸損失的情況下，簡化硫氧化物脫除塔的結構，大大降低硫氧化物脫除塔的高度，簡化硫氧化物脫除系統的復雜性，更有利于采用塑料材料，包括玻璃鋼材料，尤其還可降低吸收液循環流量，降低能耗。
[0028]除了并流的硫氧化物脫除裝置，本發明的硫氧化物脫除系統還包含:
[0029]操縱吸收液循環的循環裝置，包括循環管路及連接在循環管路上的循環泵；
[0030]輸送煙氣進入硫氧化物脫除裝置的煙氣鼓風機；
[0031]輸送氧化空氣的空氣鼓風機；
[0032]用于除去煙氣夾帶液滴的除沫器；
[0033]濃縮漿液的旋流器；
[0034]分離固體硫銨的液固分離機，它可以是高速旋轉的離心機，也可以是低速運轉的皮帶真空脫水機；
[0035]用于硫銨干燥的干燥設備。
[0036]本發明的方法包括如下步驟:
[0037]溫度為80?200°C、含有SO2濃度為200?20000mg/Nm3的煙氣，由煙氣鼓風機輸送，從硫氧化物脫除塔頂部進入，與其中的吸收液分布器釋放的氨化吸收液，或稱加氨吸收液密切接觸，發生氣液傳質、傳熱過程，溫度迅速降低，同時煙氣中的SO2被吸收到吸收液形成亞硫銨，經過該過程，煙氣中的硫氧化物脫除效率可以超過90%，優化地在95%以上，溫度在70°C以下，尤其可以在55°C以下。
[0038]硫氧化物脫除凈化后的煙氣硫氧化物脫除塔后，進入除沫器，除去夾帶的液沫后，進入煙?排放；含亞硫銨的吸收液向下流動，進入位于硫氧化物脫除塔內下部的結晶氧化反應器，被空氣鼓風機鼓入的空氣氧化為硫酸銨，或稱硫銨，并可結晶析出固體硫銨，從而使得吸收液成為衆狀溶液。
[0039]總體上，煙氣和吸收液從上部進入硫氧化物脫除塔，并流，或順流向下。
[0040]吸收液從硫氧化物脫除塔下部，即結晶氧化反應器取出，經過吸收液循環操縱裝置，該裝置包括循環泵和循環管路，送到位于硫氧化物脫除塔內上部的吸