[发明专利]顶进式烟气处理装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种烟气处理装置及方法，尤其是一种以氨为原料回收烟气中硫氧化物生产高附加值有用产品的脱硫装置和方法，属于电力、冶金、环保和化工技术领域。

背景技术

经济的不断发达使得工业生产装置的环保要求越来越高。烟气，或称烟道气和烟气脱硫(FGD，Flue Gas Desulfurization)，或烟气洗涤净化(Scrubbing)是当今燃或石油火力发电厂，和钢铁厂必须配置的废气治理环保设施。在中国，关于烟气脱硫的环保法律法规已经制定多年且有多部，并已经严格执行，对于违法排放二氧化硫行为的处罚已经相当严格。

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。尤其钙法，由于地球上丰富的石灰石资源，尤其西方发达国家，其市场占有率超过90％。

众所周知，硫是植物生长的必要元素，也正因为如此，才导致由亿万年前的森林衍变的化石燃料含硫，进而导致其燃烧过程排放二氧化硫，成为酸雨污染的来源。因此，回收烟气中排放的二氧化硫，将其转化为硫铵化肥是符合自然规律的。中国每年燃用煤炭超过20亿吨，据此排放的二氧化硫达3000万吨/年，致使其酸雨国土面积接近40％。但是，中国的土壤还存在另外一个问题，就是严重缺硫，迫切要求使用含硫元素的肥料。因而，氨法脱硫技术在中国具有明显的应用价值。

但是，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。

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，甚至还低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。

中国专利CN1178735C(2002)也公开了一种采用逆流塔的氨法脱硫方法和装置，尤其脱硫塔分为氧化段，浓缩段，吸收段，水洗段和除雾段，但吸收液循环量过小，即气液比过高，为2000-5000，氨的逃逸问题并没有解决。并且，实际应用中，此类脱硫塔结构过于复杂存在设备易堵塞。中国专利CN2790569Y和CN1648049A(2005)提出了带有氨回收段的脱硫塔，试图解决氨的损失问题，且气液比降低到200-2000，但实际应用中也仍然由于设备内部构件过多，设备结构过于复杂，具有设备容易堵塞的缺点，因而难以进一步推广应用。

由于氨的易挥发性，根据其在水溶液中的溶解平衡关系，如果水溶液中氨含量为1％，其在气相中会形成一个平衡分压为20000ppmv，即体积分率2％，反之，如果要达到20ppmv，即15mg/Nm³以下的气相含量，则液相中的氨含量应小于10ppm。与碳酸钙在水中溶解度为50ppm左右形成一个鲜明的对比，就是很显然，氨法脱硫的吸收液循环量的确将是十分巨大的，这也是氨法脱硫技术迄今很难被推广应用的一个重要原因，也不难理解，这也是国外诸多从事烟气脱硫的技术商都不推荐氨法脱硫技术的一个在技术和经济难点方面的重要原因。

但是，在中国，伴随着经济的迅速崛起，包括能源和化肥工业，尤其电力工业的飞速发展，使得中国具有发展氨法烟气脱硫技术的非常急迫的社会需求和基础。