[发明专利]氨基多段逆流排烟处理装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种烟气处理即烟气净化的装置和方法，具体涉及一种基于氨为原料，从烟气中回收硫氧化物生产有用产品的烟气脱硫装置和方法，属于电力、冶金、环保和化工等技术领域。

背景技术

以煤或石油为燃料的火力发电厂，和钢铁厂烧结机排放大量烟道气，即烟气，这类烟气中含有SO₂、SO₃、NO₂、NO、HCl和HF等酸性气态有害物质，尤其其中SO₂是形成酸雨的主要物质。一种解决酸雨污染的办法就是烟气的净化处理，尤其采用碱性物质为原料的烟气脱硫(FGD，Flue Gas Desulfurization)。

烟气脱硫技术的分类根据所采用的原料不同，可以分为：(1)钙法，以石灰石，即碳酸钙为原料；(2)钠法，以碳酸钠即纯碱，或氢氧化钠即烧碱为原料；(3)镁法，以碳酸镁或氧化镁为原料；(4)氨法，即以氨为原料。对应地，脱硫所得的产品为相应的硫酸盐，比如硫酸钙(或称石膏)，可作为建筑材料，包括石膏板和水泥添加剂，或者硫酸铵，作为化肥。以上四种方法由于原料易得，具有工业化价值。

氨法脱硫技术由于使用的脱硫原料是易挥发弱碱性的氨，与现在普遍使用的钙法使用的碳酸钙相比，更容易出现挥发损失，要么招致浪费，要么招致二次污染问题，因而该类技术至今还不够成熟，难以在实践中获得推广应用。

根据氨在水中的溶解平衡理论，如果水中含氨1％，其气相平衡分压为20000ppmv，即体积分率2％，反之，如果要达到20ppmv，即15mg/Nm³以下的气相平衡含量，则液相中氨含量应小于10ppm。与碳酸钙在水中溶解度为50ppm形成对比，鉴于钙法脱硫技术的吸收液循环量十分巨大，因此，氨法脱硫过程中，吸收液循环量的确将十分巨大，这也是氨法脱硫技术迄今在国外都很难被推广应用的一个重要原因。

美国专利USP6221325(2001)和USP6187278(2001)认为氨的逃逸损失主要是由于脱硫过程生成的中间体，即亚硫酸铵和亚硫酸氢铵氧化不完全造成的，因而提出了充分氧化并使得吸收液几乎全部为硫酸铵溶液，从而使得循环吸收液也几乎全部为硫酸铵溶液的解决办法，脱硫塔为气液逆流，或称烟气上行或顶出的脱硫塔。但是，实践过程中，这种方案的吸收液循环量十分巨大，气液比，即烟气标态流量/循环吸收液总流量，过小，一般小于60，吸收也循环量高于以石灰石为原料的钙法脱硫技术的循环量，导致能耗和投资过大，而且，由于过大的循环量，使得硫铵结晶过细，后续分离也成为困难，与钙法的竞争优势被明显削弱。

专利CN1178735C(2002)公开了一种以易挥发弱碱性的氨为原料的脱硫方法和装置，尤其脱硫塔分为氧化段，浓缩段，吸收段，水洗段和除雾段，所用的吸收液为含有氨的吸收液，称为氨基吸收液，脱硫塔中烟气和吸收液逆流接触，而且气液比为2000-5000(体积比，下同)，但是实际应用中，此类脱硫塔由于结构过于复杂存在设备易堵塞，脱硫原料氨易挥发浪费，原料利用率不高的问题。

专利CN2790569Y(2005)和CN1648049A(2005)提出了带有氨回收段的逆流脱硫塔，试图解决氨的损失问题，气液比为200-2000，液体循环量较小，并且采用化工中常用的波纹填料作为气液传质及烟气吸收洗涤的构件，效率较高，但实际应用中仍然由于设备内部构件过多，设备结构过于复杂，尤其是其将氧化和结晶过程分开，在脱硫塔中央设置烟气的降温增湿吸收液的浓缩区域，具有设备容易堵塞的缺点，因而难以进一步推广应用。

专利CN100395006C(2005)公开了一种氨基吸收液逆流的脱硫塔，尤其是采用不含填料的喷淋空塔，具有某种程度的抗堵塞和结疤的性能。但是，由于其特别设置了一层用于洗涤烟气和脱除水汽及酸雾的填料段，结构仍然略显复杂，且由于水汽是一种气体，酸雾也属于气溶胶，两者都很难通过简单的构件或方法除去，效率较低，没有什么实际应用价值；气液比仍嫌较高，为200-2500，实际使用过程中，由于采用了不装填料的空塔结构，还会因为液体流量过小，传质比表面积过小，仍然具有脱硫效率不稳定，且原料氨易浪费损耗的缺点，而且；吸收液循环系统只有两个，且每个喷淋系统配置多个喷淋层，导致塔内结构过于复杂，且实际应用中很容易出现由于循环泵故障甚至损坏停运造成脱硫装置难以运行。

因此，如何设计一种氨挥发损耗能有效控制，内部构件更少，更具有抗堵塞性，且具有更高传质效率的氨基逆流排烟处理，即烟气脱硫装置，尤其脱硫塔，是此类烟气脱硫技术推广应用的重要保证，具有重要的意义。