[发明专利]烟气脱硫系统和方法、以及硫磺回收尾气焚烧炉的应用

说明书

技术领域

本申请涉及一种烟气脱硫系统和方法、以及硫磺回收尾气焚烧炉的烟气脱硫应用，属于工业烟气，特别是石油炼制工业中硫磺回收装置尾气焚烧炉烟气的二氧化硫脱除技术领域。

背景技术

自上世纪30年代改良Claus硫磺回收技术实现工业化生产以来，经过了近90年的发展和改进，已经趋于成熟和完善，但由于Claus反应为可逆反应，受到化学平衡的制约，即使通过三到四级的转化，硫的总回收率只能达到98％左右，尾气指标达仍然达不到环保标准(GB16297-1996)。对于石油炼制工业来说，硫磺回收装置尾气是全厂二氧化硫的集中排放源之一，必须要有行之有效的脱硫方法控制二氧化硫的排放。

根据国家2015年4月16日颁布的新标准《石油炼制工业污染物排放标准》(GB31570-2015)，要求新建硫磺装置的SO₂特别排放限值为小于100mg/Nm³，在2015年7月1日开始实施。因此硫磺回收装置有必要增设烟气脱硫设施，将硫磺回收装置的二氧化硫排放浓度控制在国家规定的特别排放限值以下。目前硫磺回收装置设计为：上游来的酸性气先经过Clause硫磺回收单元和尾气处理单元处理，硫元素回收率不小于99.8％，排放的尾气中SO₂含量为300-500mg/Nm³；当在硫磺回收装置开停车时，烟气中SO₂含量将高达25000mg/Nm³，甚至更高，不能满足新颁布的《石油炼制工业污染物排放标准》(GB 31570-2015)大气污染物排放限值，因而需要改造升级。

从原理上说，钠碱法脱硫技术是采用氢氧化钠溶液作为脱硫剂，在吸收塔中与烟气中的SO₂进行反应的过程，并以适宜的方式持续补充适量的碱液，以维持吸收循环液中Na₂SO₃-NaHSO₃之间的最佳比例。

烟气的主要成份有N₂、CO₂、H₂O、O₂，另外还有待脱除的SO₂和少量酸雾(SO₃)。烟气中SO₂的脱除过程是分两部完成的：

第一步，气液传质和水合过程，即烟气中SO₂分子与水接触时，溶解在水中，并与水分子水合为亚硫酸：

SO₂+H₂O→H₂SO₃(1)

第二步，吸收

2NaOH+H₂SO₃→Na₂SO₃+2H₂O(2)

Na₂SO₃+H₂SO₃→2NaHSO₃(3)

副反应：

Na₂SO₃+1/2O₂→Na₂SO₄(4)

碱性较高时(pH＞9)，(2)式为主要反应式，即2摩尔的NaOH脱除1摩尔的SO₂；

碱性降低到中性甚至酸性时(6＜pH＜8)，则按(3)式发生反应，排放液为Na₂SO₃，即1摩尔的NaOH脱除1摩尔的SO₂，同时尽量减少氧化副反应的进行。

第三步，中和

副产物为NaHSO₃，对SO₂无吸收能力，吸收液要进行中和处理。中和处理的目的是将吸收液中的NaHSO₃中和为Na₂SO₃，即：

NaHSO₃+NaOH→Na₂SO₃+H₂O(5)