[发明专利]烟气脱硫脱硝脱碳与磷石膏转化耦合联产硫基复肥的方法

说明书

技术领域 本发明涉及烟气二氧化碳减排、脱硫、脱硝和工业固废利用技术领域，特别是脱硫脱硝脱碳与磷石膏转化耦合联产硫基复肥的方法。

背景技术 含CO₂和硫化物、氮氧化物的工业尾气（简称烟气，下同）脱硫脱硝脱碳是大气质量控制的基本要求，影响其技术经济性的重要因素一是运行成本、二是脱出物的最终去处；现有技术采取堆积和封存的办法，产生二次污染和次生环境风险。磷石膏是湿法磷酸工业产生的酸性固体废弃物，含硫酸钙和磷、氟等酸性物质，容易造成环境污染；现有磷石膏转化利用技术没有与烟气脱硫脱硝脱碳相结合。而借助作为复合肥原料的氨，利用其化学活性，构成高效的烟气脱硫脱硝脱碳与磷石膏转化相耦合的气-液-固三相反应体系，可以将污染物转化为硫基氮磷复合肥和碳酸钙产品，显著提高过程经济性。

发明内容 本发明公开一种方法，以氨为耦合媒介，通过湿法烟气脱硫脱硝脱碳液将烟气中的硫化物、氮氧化物和CO₂转移到磷石膏悬浮液之中，并利用过量氨抑制CO₂从该反应体系逸出从而使磷石膏转化过程强化；作为耦合媒介，氨在湿法烟气脱硫脱硝脱碳液中的质量百分浓度高达11%，使烟气脱硫脱硝脱碳过程强化，而磷石膏洗水所含酸性物质又使尾气氨洗涤过程得到强化。并且利用氨气释放的机械能推动脱碳液、磷石膏气-液-固三相循环流化转化过程。同时向循环流化转化反应器和尾气氨洗涤器注入O₃使液相和气相的硫化物、氮化物均得以充分氧化。本方法过程耦合的结果，烟气脱硫率大于90%、脱硝率大于90%.、脱碳率50%~84%、尾气氨含量低于10 mg/m³；不仅使污染物转化为产品，而且提高转化过程推动力，使流程缩短、设备更紧凑，从而提高烟气和磷石膏污染治理技术经济性。这是本方法基本的发明思想。

本发明的具体方法是：温度不高于70℃、压力不低于20kPa（表压，下同）含CO₂和硫化物、氮氧化物的烟气进入文丘里反应器1其喉部流速20~40 m/s，与吸氨冷却器10来的温度不高于15℃、NH₃质量百分浓度为7%~11%的低温富氨溶液按液/气体积比（1.2/1000）~（3.2/1000）进行气液直接接触传热传质脱硫脱硝脱碳反应，烟气温度下降到30℃以下，烟气中95%以上的硫化物和10%以上的氮氧化物被吸收、CO₂的体积百分浓度从原来的8%~25%下降到低于5%。气液两相混合物以鼓泡方式进入气液分离器2，烟气离开液相以不超过1.5 m/s的速度上升流动、向其中注入O₃摩尔流量为残留氮氧化物流量的两倍以使之充分氧化，在与逆流喷头3喷淋的酸性洗水逆流接触反应过程中继续进行脱硝脱碳反应，洗水落入气液分离器2的液面，尾气CO₂的体积百分浓度进一步下降到低于4%，NH₃的体积百分浓度低于0.04%，氮氧化物残留不超过初始含量的10%。尾气在气液分离器2的上部折流向下，与并流喷头4喷淋的酸性洗水并流接触洗涤，气液两相混合物以鼓泡方式进入洗涤分离器5，气相残留微量NH₃被加入的磷石膏酸性洗水充分吸收，使尾气出口NH₃含量低于10 mg/m³。磷石膏洗水加入量和逆流喷头3、并流喷头4的喷液量均按液/气体积比（1.0/1000）~（3.2/1000）。

洗涤磷石膏的酸性洗水中SO₄^-2、PO₄^-3和F^-1的摩尔浓度（mol/L）分别为（0.01~0.015）、（0.01~0.025）和（0.05~0.09），加入洗涤分离器5对尾气残留微量NH₃具有完全吸收能力。用洗水循环泵6使酸性洗水通过洗水冷却器7降温到温度低于20℃，然后通过逆流喷头3和并流喷头4进行气液洗涤。

尾气中脱除的化学物质全部富集到气液分离器2的液相，其CO₂质量百分浓度为9%~14%，通过富液泵8送入三相反应器11的体积流量与加入洗涤分离器5的磷石膏酸性洗水体积流量相等、送入吸氨器9的体积流量与进入文丘里反应器1的低温富氨溶液体积流量相等。