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CN108862207A - 一种与半干法尾气脱硫相结合的酸性气湿法制酸工艺 - Google Patents

一种与半干法尾气脱硫相结合的酸性气湿法制酸工艺 Download PDF

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CN108862207A CN201810813786.7A CN201810813786A CN108862207A CN 108862207 A CN108862207 A CN 108862207A CN 201810813786 A CN201810813786 A CN 201810813786A CN 108862207 A CN108862207 A CN 108862207A
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刘颖
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Abstract

本发明涉及一种与半干法尾气脱硫相结合的酸性气湿法制酸工艺，酸性气与燃料气进入酸性气燃烧炉，燃烧后的工艺气经过酸性气废热锅炉换热后进入二氧化硫转化器，二氧化硫转化器出来的工艺气进入硫酸冷凝器，硫酸冷凝器底部流出的硫酸与循环冷酸混合后进入硫酸混合槽，再经硫酸水冷器冷却作为产品硫酸送出界区，从硫酸冷凝器顶部出来尾与硫酸冷凝器出来的部分热空气混合后，形成制酸尾气并进入循环流化床脱硫塔下部的文丘里段，与塔内的消石灰充分接触，含有消石灰粉末的尾气进入袋式除尘器中，净化尾气经脱硫引风机后排烟囱。本发明首次将半干法脱硫与湿法制酸工艺结合起来，在脱除尾气中SO2的同时实现SO3（硫酸雾）97%‑100%脱除率，实现尾气的达标排放。

Description

一种与半干法尾气脱硫相结合的酸性气湿法制酸工艺
技术领域
本发明涉及酸性气制酸工艺技术领域，具体涉及一种与半干法尾气脱硫相结合的酸性气湿法制酸工艺。
背景技术
酸性气湿法制酸是一广泛种应用于煤化工、焦化、炼油化工、粘胶纤维生产、有色金属冶炼等行业处理酸性气体并回收高浓度硫酸的工艺系统，相对于干法制酸，其具有工艺流程简单，占地面积小，热量利用率高，可副产高品质蒸汽等优点。但是，受二氧化硫催化转化催化剂性能的限制，对二氧化硫的转化率最高为99.0-99.3%，因此制酸尾气中就含有一定量的SO2，另外尾气中还含有一定量的SO3。为了控制制酸装置尾气中SO3（硫酸雾）的含量，在硫酸冷凝器前设有酸雾控制单元，利用硅油燃烧产生二氧化硅晶核将酸雾聚集成酸滴，此晶核有利于酸滴在冷凝器内的析出及长大而不至于形成过多过小雾滴，但在实际操作过程中受装置负荷的波动及其他因素的影响，酸雾控制单元对酸雾控制效果不佳，极易造成尾气中酸雾超标，出现烟囱“冒烟”的现象。
近几年对大气污染物排放的要求越来越严格，GB31570-2015《石油炼制工业污染物排放标准》规定执行特别限值地区酸性气处理装置SO2的排放限值为100mg/Nm3，硫酸雾的排放限值为5mg/Nm3，GB26132-2010《硫酸工业污染物排放标准》中规定执行特别限值地区酸性气处理装置中尾气硫酸雾的排放限值为5mg/Nm3，一些地方标准要求排放尾气中SO2的含量小于35mg/Nm3、硫酸雾的含量小于5mg/Nm3。以上这些标准的制定，均需要对制酸装置的尾气进行进一步的脱硫处理。
目前，湿法脱硫是处理制酸装置尾气常用的方法，但受湿法脱硫工艺特点的限制，进入湿法脱硫系统的SO3很容易形成直径为0.1μm的SO3气溶胶，要脱除这些SO3气溶胶所需的压降要比正常设计的湿法脱硫系统运行压降高许多，一般的湿法脱硫系统对SO3的脱除率＜30%，当尾气中硫酸气溶胶的浓度超过5-8ppm时就会出现烟囱“冒烟”的情况，造成尾气中SO3（酸雾）含量超标，并且还会对设备产生腐蚀，堵塞，结垢等危害，影响脱硫系统的正常稳定运行。
发明内容
本发明的目的是为解决上述技术问题，提供一种与半干法尾气脱硫相结合的酸性气湿法制酸工艺，首次将半干法脱硫与湿法制酸工艺结合起来，在脱除尾气中SO2的同时实现SO3（硫酸雾）97%-100%脱除率，实现尾气的达标排放。
本发明为解决上述技术问题，所提供的技术方案是：一种与半干法尾气脱硫相结合的酸性气湿法制酸工艺，含H2S的酸性气与燃料气、二次风机的过量热空气进入酸性气燃烧炉内，燃烧温度控制在900-1300℃，燃烧后的工艺气经过酸性气废热锅炉换热后降温到390-420℃并进入二氧化硫转化器，经二氧化硫转化器出来的270-290℃工艺气进入硫酸冷凝器中，硫酸冷凝器底部流出的硫酸与循环冷酸混合后进入硫酸混合槽，再经硫酸水冷器冷却至40℃作为产品硫酸送出界区，从硫酸冷凝器顶部出来的80-100℃尾气与硫酸冷凝器出来的温度为210℃-230℃的部分热空气混合后，形成温度为150℃-160℃的制酸尾气并进入循环流化床脱硫塔下部的文丘里段，与塔内的消石灰充分接触，通过雾化喷枪向塔内喷水，尾气中的SO2、SO3与消石灰发生反应，含有消石灰粉末的尾气进入袋式除尘器中，被袋式除尘器收集的一部分吸收剂在返料斜槽风机的作用下经返料斜槽返回循环流化床脱硫塔中循环利用，另一部分输送至脱硫灰仓，净化尾气经脱硫引风机后排烟囱。
作为本发明一种与半干法尾气脱硫相结合的酸性气湿法制酸工艺的进一步优化：根据循环流化床脱硫塔出口温度控制雾化喷枪的回水量，从而控制向循环流化床脱硫塔的喷水量，以使循环流化床脱硫塔出口烟温控制在80-90℃。
作为本发明一种与半干法尾气脱硫相结合的酸性气湿法制酸工艺的进一步优化：根据烟囱出口净化尾气中SO2和SO3的浓度调节循环流化床脱硫塔内消石灰的量，使尾气中SO2的含量小于100mg/Nm3，SO3的含量小于5mg/Nm3。
作为本发明一种与半干法尾气脱硫相结合的酸性气湿法制酸工艺的进一步优化：所述循环流化床脱硫塔进口管与烟囱进口管之间还设置有循环烟道。
作为本发明一种与半干法尾气脱硫相结合的酸性气湿法制酸工艺的进一步优化：所述脱硫引风机的出风口处设置有调节挡板。
作为本发明一种与半干法尾气脱硫相结合的酸性气湿法制酸工艺的进一步优化：所述循环流化床脱硫塔的烟气入口管线及文丘里段的材质均为不锈钢。
作为本发明一种与半干法尾气脱硫相结合的酸性气湿法制酸工艺的进一步优化：所述布袋除尘器中的布袋为PTFE布袋。
作为本发明一种与半干法尾气脱硫相结合的酸性气湿法制酸工艺的进一步优化：所述硫酸冷凝器的部分热空气作为助燃空气循环至酸性气燃烧炉。
作为本发明一种与半干法尾气脱硫相结合的酸性气湿法制酸工艺的进一步优化：所述循环流化床脱硫塔采用300-400目的消石灰作为吸收剂。
有益效果
（1）本发明首次将酸性气湿法制酸工艺与半干法脱硫工艺结合起来，可保证烟囱排放尾气中SO3（硫酸雾）含量不高于5mg/Nm3，SO2含量不高于100mg/Nm3，实现尾气的达标排放，有较好的经济与环保效益；
（2）本发明的硫酸冷凝器采用空气为冷却介质，经换热后的空气一部分进入燃烧炉作为助燃空气，多余的部分可与硫酸冷凝器出来的尾气混兑，以提高进入半干法脱硫的温度，降低设备投资，提高热量利用率；
（3）本发明的湿法制酸工艺排出的尾气温度为150℃-160℃，能满足半干法脱硫要求的入口温度，并且还设置清洁尾气再循环回路，当装置负荷低于设计负荷的60%时，开启循环管道，使部分净化尾气返回到循环流化床脱硫塔进口管道上，确保脱硫系统的稳定运行。
（4）本发明中采用粒径为300-400目左右的消石灰颗粒作为吸收剂，其成本低，资源丰富，降低了脱硫系统的运行成本，并且该吸收剂有巨大的吸附表面积，对SO3气溶胶有强烈的吸附能力，在循环流化床脱硫塔内脱除尾气中SO2的同时实现对SO3（硫酸雾）97%-100%的脱除率，远远高于湿法脱硫系统对SO3的最高30%脱除率，从根本上保证了酸雾的达标排放。
（5）本发明的工艺能控制脱硫系统的反应温度高于尾气露点30℃以上，既保证了反应所需的最佳温度，也避免了露点腐蚀的发生，排烟温度在80℃-90℃，整个系统不需要防腐，运行维护简单，可靠性高。
（6）本发明解决了传统的湿法脱硫装置易堵塞、易腐蚀、易结垢、烟囱冒白烟及拖尾的问题，水耗低且无废水产生，经国标鉴定，脱硫副产物主要成分为硫酸钙、亚硫酸钙及未反应的Ca(OH)2等，为易流动的干态，属于一般固体废物，处理方式多样化，综合利用率高。
附图说明
图1为本发明工艺的流程示意图；
图中标记：1、一次空气风机，2、酸性气燃烧炉，3、酸性气燃烧炉废热锅炉，4、二氧化硫转化器，5、蒸汽膨胀罐，6、汽包，7、二次空气风机，8、硫酸冷凝器，9、硫酸混合槽，10、硫酸水冷器，11、硫酸循环泵，12、消石灰料仓，13、循环流化床脱硫塔，14、袋式除尘器，15、返料斜槽风机，16、脱硫灰仓，17、脱硫引风机，18、烟囱。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围不限于此，本领域技术人员所做出的对上述实施方式任何显而易见的改进或变更，都不会超出本发明的构思和权利要求的保护范围。
如图所示：一种与半干法尾气脱硫相结合的酸性气湿法制酸工艺，具体包括以下步骤：
（1）酸性气湿法制酸：
含H2S的酸性气与界区外来的燃料气、二次风机7来的过量热空气进入酸性气燃烧炉2内，燃烧温度控制在900-1300℃，保证酸性气中的H2S等含硫化合物完全转化为SO2，之后工艺气经过酸性气废热锅炉3降温到390-420℃进入二氧化硫转化器4，工艺气中99.0-99.3%的SO2转化为SO3，反应热经转化器内部的层间换热器移走并产生中压过热蒸汽，经二氧化硫转化器4出来的270℃-290℃的工艺气进入硫酸冷凝器8中，冷却介质为由一次风机1送来的冷却空气。工艺气中的SO3水合成硫酸从硫酸冷凝器8底部流出，与循环冷酸混合后进入硫酸混合槽9，再经硫酸水冷器10冷却至40℃左右部分作为产品硫酸送出界区，蒸汽膨胀罐5和汽包6均为工艺常用设备，在此不再详述。
从硫酸冷凝器8顶部出来的尾气温度为80-100℃，与硫酸冷凝器8出来的温度为210℃-230℃的部分热空气混合后（另一部分热空气通过二次空气风机7循环至酸性气燃烧炉2），温度为150℃-160℃的制酸尾气进入半干法脱硫装置中，尾气中SO2含量在500-1000mg/Nm3之间，硫酸雾含量小于100mg/Nm3。
（2）半干法脱硫：
温度为150℃-160℃的含SO2，SO3（硫酸雾）的制酸装置尾气从循环流化床脱硫塔13下部的文丘里段进入，与塔内的消石灰（由消石灰料仓12供应）充分接触，通过雾化喷枪向塔内喷水，对消石灰起到增湿活化作用，尾气中的SO2、SO3（硫酸雾）与消石灰发生反应，含有消石灰粉末的尾气进入后续的袋式除尘器14中，被袋式除尘器14收集下来的物料一部分吸收剂在返料斜槽风机15的作用下经返料斜槽返回循环流化床脱硫塔13中循环利用，另一部分输送至脱硫灰仓16，净化尾气经脱硫引风机17后排烟囱18。根据循环流化床脱硫塔13出口温度控制雾化喷枪的回水量，从而控制向循环流化床脱硫塔13的喷水量，以使循环流化床脱硫塔13出口烟温控制在80-90℃。根据烟囱18出口净化尾气中SO2、SO3（硫酸雾）的浓度来调节循环流化床脱硫塔13内消石灰的量。出半干法脱硫系统的尾气中SO2的含量小于100mg/Nm3，硫酸雾的含量小于5mg/Nm3，实现达标排放。
循环流化床脱硫塔内部发生的反应如下：
Ca(OH)2+ SO2→CaSO3+H2O
Ca(OH)2 + SO2+1/2O2→CaSO4+H2O
Ca(OH)2 + SO3→CaSO4+H2O
湿法制酸装置来的含SO2、SO3（硫酸雾）的尾气从循环硫化床脱硫塔底部文丘里段进入，与塔内的吸收剂混合，喷水装置设置在文丘里出口渐扩段上，通过喷枪将工艺水雾化对吸收剂消石灰起到增湿活化作用，SO3极易溶于水，这就使得SO2、SO3（硫酸雾）与消石灰的反应转化为离子型反应，提高反应速率和脱硫效率，喷雾化水后的尾气温度降至高于其露点30℃以上，既保证了反应所需的最佳温度，也避免了露点腐蚀，整个系统不需要防腐。根据脱硫塔出口温度控制雾化喷枪的回水量，从而控制脱硫塔的喷水量，使脱硫塔出口烟温控制在80~90℃左右。根据烟囱出口净化尾气中SO2、SO3（硫酸雾）的浓度来调节脱硫塔内消石灰的补充量。当装置负荷低于设计负荷的60%时，开启清洁尾气再循环回路，使部分净化尾气返回到循环流化床脱硫塔进口管道上，确保脱硫系统的稳定运行。
在循环流化床脱硫塔内，尾气和消石灰颗粒之间有最大的滑落速度，强化了气固间的混合，提高了传质、传热效率，满足了SO3气溶胶与消石灰高效化学反应的条件。脱硫塔顶部结构的惯性分离进一步强化了絮状物的返回，进一步提高了塔内颗粒的床层密度及Ca/S比，延长消石灰与SO2 、SO3（硫酸雾）的反应时间，进一步强化了气固间的传质与传热，为实现高脱硫率提供了根本保证。含消石灰粉末的尾气进入后续的布袋除尘器中，被除尘器收集下来的物料一部分经返料斜槽返回至循环流化床脱硫塔中循环利用，另一部分输送至灰库，净化尾气经引风机后排烟囱。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种与半干法尾气脱硫相结合的酸性气湿法制酸工艺，其特征在于：含H2S的酸性气与燃料气、二次风机的过量热空气进入酸性气燃烧炉内，燃烧温度控制在900-1300℃，燃烧后的工艺气经过酸性气废热锅炉换热后降温到390-420℃并进入二氧化硫转化器，经二氧化硫转化器出来的270-290℃工艺气进入以空气作为冷却介质的硫酸冷凝器中，硫酸冷凝器底部流出的硫酸与循环冷酸混合后进入硫酸混合槽，再经硫酸水冷器冷却至40℃作为产品硫酸送出界区，从硫酸冷凝器顶部出来的80-100℃尾气与硫酸冷凝器出来的温度为210℃-230℃的部分热空气混合后，形成温度为150℃-160℃的制酸尾气并进入循环流化床脱硫塔下部的文丘里段，与塔内的消石灰充分接触，通过雾化喷枪向塔内喷水，尾气中的SO2、SO3与消石灰发生反应，含有消石灰粉末的尾气进入袋式除尘器中，被袋式除尘器收集的一部分吸收剂在返料斜槽风机的作用下经返料斜槽返回循环流化床脱硫塔中循环利用，另一部分输送至脱硫灰仓，净化尾气经脱硫引风机后排烟囱。
2.如权利要求1所述一种与半干法尾气脱硫相结合的酸性气湿法制酸工艺，其特征在于：根据循环流化床脱硫塔出口温度控制雾化喷枪的回水量，从而控制向循环流化床脱硫塔的喷水量，以使循环流化床脱硫塔出口烟温控制在80-90℃。
3.如权利要求1所述一种与半干法尾气脱硫相结合的酸性气湿法制酸工艺，其特征在于：根据烟囱出口净化尾气中SO2和SO3的浓度调节循环流化床脱硫塔内消石灰的量，使尾气中SO2的含量小于100mg/Nm3，SO3的含量小于5mg/Nm3。
4.如权利要求1所述一种与半干法尾气脱硫相结合的酸性气湿法制酸工艺，其特征在于：所述循环流化床脱硫塔进口管与烟囱进口管之间还设置有循环烟道。
5.如权利要求1所述一种与半干法尾气脱硫相结合的酸性气湿法制酸工艺，其特征在于：所述脱硫引风机的出风口处设置有调节挡板。
6.如权利要求1所述一种与半干法尾气脱硫相结合的酸性气湿法制酸工艺，其特征在于：所述循环流化床脱硫塔的烟气入口管线及文丘里段的材质均为不锈钢。
7.如权利要求1所述一种与半干法尾气脱硫相结合的酸性气湿法制酸工艺，其特征在于：所述布袋除尘器中的布袋为PTFE布袋。
8.如权利要求1所述一种与半干法尾气脱硫相结合的酸性气湿法制酸工艺，其特征在于：所述硫酸冷凝器的部分热空气作为助燃空气循环至酸性气燃烧炉。
9.如权利要求1所述一种与半干法尾气脱硫相结合的酸性气湿法制酸工艺，其特征在于：所述循环流化床脱硫塔采用300-400目的消石灰作为吸收剂。
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