吸收氧化硫并同时生产硫酸铵的方法

专利名称：吸收氧化硫并同时生产硫酸铵的方法
技术领域：
本发明涉及改进的从含有氧化硫的气体中脱除氧化硫的方法，更具体的说涉及改进的从含有氧化硫的气体中吸收二氧化硫并同时产生硫酸铵的方法。
在许多国家，为了减少与二氧化硫有关的严重环境污染和对人类健康造成的损害，在法律上都要求对来自如燃烧化石燃料的锅炉、冶炼厂、硫酸制造厂、纸浆和纸制造厂等单位排放出的二氧化硫进行控制。最广泛使用的控制二氧化硫的方法是将烟道气与含有石灰石或石灰的浆液进行接触。在多数情况下，副产物或者作为土地填充物丢弃，或是转化成石膏用于制造墙板或水泥。也有个别场合用其它的碱试剂，如钠化合物、镁化合物和氨，回收有用的副产物，如纯二氧化硫、硫酸和硫磺。
用氨或含氨的净化溶液对烟道气脱硫是人们熟知的方法。在美国专利4，690，807(该专利在此作为全面参考)中描述了在包括一个吸收塔和一个液体贮槽的单一装置中，用氨水处理至少含有一种氧化硫的气体，并生产硫酸铵的脱硫方法。在该方法中，含有氧化硫的气体与硫酸铵水溶液接触而脱除其中的一种或多种氧化硫。当氧化硫气体，如二氧化硫，被硫酸铵溶液吸收后，溶液变成酸性。在美国专利4，690，807中的溶液中注入氨进行中和以保持要求的PH值，以保正不使过量的氨损失。一种氧化介质，如空气，通入上述吸收了氧化硫气体并中和了的硫酸铵溶液中，生成硫酸铵。产物硫酸铵可以硫酸铵结晶悬浮液的形式、或以硫酸铵的饱和或欠饱和溶液的形式回收。在美国专利4，690，807中，回收的硫酸铵还可以进一步重结晶和/或脱水、干燥，以易于运输和贮存。
众所周知在基于氧化反应速度的方法中，氧化速度越高，该方法越经济。二氧化硫在硫酸铵溶液中吸收并与氨反应生成的亚硫酸铵和/或亚硫酸氢铵的氧化反应速度取决于液体中硫酸铵的浓度，并随着硫酸铵浓度的增加而减小。尽管美国专利4，690，807的系统和方法能够有效地从烟道气中脱除二氧化硫，并同时生产硫酸铵，但是提高气体净化的效率总是人们所希望的，并是有利的。因此，提供下述从气体中脱除氧化硫并同时生产硫酸铵的方法和设备，将是有利的其中通过降低用于吸收氧化硫的硫酸铵的浓度来提高氧化速度。
为了获得各种优势，并按在此具体而广泛描述的本发明的目的，提供一种改进的从含氧化硫的气体中脱除氧化硫的方法和系统通过在稀的硫酸铵溶液中吸收二氧化硫并氧化亚硫酸铵，使得从气体中脱除氧化硫的效率得到提高。得到的稀硫酸铵溶液在预净化器中蒸发，得到含有悬浮硫酸铵结晶的饱和硫酸铵水溶液。
含有二氧化硫并任选含有氯化氢或/和氟化氢的热烟道气，在预净化器中与饱和的硫酸铵液密切接触。预净化器的进料来自二氧化硫吸收器的稀硫酸铵水溶液。在预净化器中，热的烟道气被冷却并被水蒸汽饱和。当有氯化氢或氟化氢存在时，也在预净化器被脱除。预净化器中，液体的PH值较低(PH约0.5～3.0)，因此，只有少量的二氧化硫在预净化器中被脱除。
冷却后的气体通过除雾器除去夹带的液滴后进入二氧化硫吸收器，在此，二氧化硫用稀硫酸铵溶液从气体中脱除。吸收的二氧化硫与液体中的氨反应生成亚硫酸铵，并由引入的含氧气体，优选空气，氧化形成硫酸铵。氨与空气可以一起引入液体，也可以分别引入。二氧化硫吸收器为含二氧化硫气体和稀硫酸铵溶液提供密切接触。
根据本发明，在预净化器中，含有二氧化硫的热气体与含有悬浮硫酸铵结晶的饱和硫酸铵溶液接触，借助气流的绝热冷却蒸发水份从而产生增加的硫酸铵结晶，并同时产生含有二氧化硫和水蒸气的预净化气。气体中如果含有氯化氢和/或氟化氢，也在此一并脱除。其中通过了含氧化硫气体的硫酸铵饱和溶液被收集在预净化器贮槽中。在预净化器中其中通过含氧化硫热气体的饱和硫酸铵水溶液是从预净化器贮槽中循环回的饱和硫酸铵水溶液。在贮槽中含有悬浮硫酸铵结晶的饱和硫酸铵水溶液被引出预净化器贮槽，以回收硫酸铵产品。
含有氧化硫和水蒸气的预净化气通过除雾器脱除夹带的饱和硫酸铵水溶液及悬浮在其中的硫酸铵结晶，然后进入氧化硫吸收器与稀硫酸铵水溶液接触，产生其中含有被吸收的氧化硫的稀硫酸铵水溶液和净化气。其中含有被吸收的氧化硫的稀硫酸铵水溶液被收集在吸收器的贮槽中。往此贮槽中的水溶液中引入氨和含氧气体，借此，被吸收的氧化硫与氨和含氧气体中的氧反应生成硫酸铵。在氧化硫吸收器中与含氧化硫的预净化气接触的稀硫酸铵水溶液是由从吸收器贮槽中再循环回的稀硫酸铵水溶液形成的。而净化气体从氧化硫吸收器中引出。
在本发明的某些方面，含有悬浮硫酸铵结晶的饱和硫酸铵溶液从预净化器贮槽引出后，其中的硫酸铵结晶分离出来，余下的母液可以任选再循环回预净化器或/和预净化器贮槽。在本发明的另一方面，饱和硫酸铵溶液任选从预净化器中引出一部分处理，以除去其中的氯化物和/或氟化物杂质，这些杂质可能是从气体中吸收富集的，也可能是气体中含有的其它组分的反应产物。在本发明的其他方面，由吸收器贮槽来的稀硫酸铵补充溶液加到预净化器中的饱和硫酸铵水溶液中，并任选用从吸收器贮槽取出的稀硫酸铵水溶液洗涤吸收器与预净化器之间的除雾器，然后再加入到硫酸铵饱和水溶液中。在本发明的另一方面，补加的水加到吸收器中的稀硫酸铵水溶液中。
在本发明中，为方便起见，氧化硫一般指二氧化硫，氧化硫气体中也可能含有其它组分，包括能与硫酸铵反应的气体，如，氯化氢、氟化氢等以及它们的混合物。
硫酸铵产品可以直接用作化肥，也可以与其它化肥混合使用。
上述的概括描述和下面的详细描述都应理解为示范性和说明性的，并旨在对要求权利的本发明作进一步的解释。
附图是列入本说明书作为说明书的组成部分，它与文字论述一起来说明发明，目的在于说明本发明的优点和原理。在附图中

图1是溶液中亚硫酸铵的氧化速率与硫酸铵浓度的关系图。
图2说明二氧化硫源、二氧化硫预净化器，硫酸铵结晶分离器，二氧化硫吸收单元和净化器的处理图示。
图3是在两种不同的进料气温度下，进气中二氧化硫的浓度与二氧化硫吸收器中硫酸铵浓度的关系图。
在本发明中，含有至少一种氧化硫的气体在氧化硫吸收器中与喷射状、雾状或其它适当形式的稀硫酸铵水溶液接触处理。从气体中脱除氧化硫，产生含有吸收的氧化硫的硫酸铵水溶液和净化的气体。上述含有氧化硫的稀硫酸铵水溶液被收集在一个贮槽中，在此，一般指吸收器贮槽，并将氨通入到该稀溶液中。氨可以从吸收器的各个位置引入，但优选从吸收器贮槽和/或从由吸收器贮槽至吸收器净化区间的稀硫酸铵水溶液循环系统中引入。氨降低了含有吸收二氧化硫的稀硫酸铵水溶液的酸性。用氨处理过并具有降低了的酸性稀硫酸铵水溶液称为中和的稀硫酸铵水溶液。
将氧化气体，通常是含氧气体，如空气，引入到吸收器贮槽中的含有吸收二氧化硫的稀硫酸铵水溶液中，结果吸收的二氧化硫与氨和含氧气体中的氧反应生成硫酸铵。
在氧化硫吸收器中与含有氧化硫气体接触的稀硫酸铵水溶液是由吸收器贮槽引出并经过合适的方式，如通过泵和管道，循环回去的稀硫酸铵水溶液构成的。净化后的气体从氧化硫吸收器引出，从氧化硫吸收器得到的稀硫酸铵水溶液收集在吸收器贮槽中，并从贮槽出来送到预净化器作为硫酸铵补充溶液。在预净化器中稀硫酸铵水溶液由于水份的蒸发变饱和。
在气体进入氧化硫吸收器脱除氧化硫之前，气体先在一个预净化器中进行预净化。在预净化器中，气流绝热冷却，通过蒸发饱和硫酸铵水溶液中的水份，产生浓缩的或含有悬浮硫酸铵晶体的饱和硫酸铵水溶液。含有氧化硫的热气体与喷射状、雾状(一种微滴形式)或其它适当形式的饱和硫酸铵水溶液在预净化器中进行接触，冷却后的含有氧化硫和水蒸汽的预净化气从预净化器中引出，通过预净化器除雾器除去夹带的含有硫酸铵晶体的饱和硫酸铵水溶液，然后进入氧化硫吸收器。由于预净化气带走了水蒸汽，因此在预净化器中浓缩了饱和硫酸铵水溶液，从而产生了硫酸铵结晶，并形成了含有悬浮硫酸铵结晶的饱和硫酸铵水溶液。
上述含有悬浮硫酸铵结晶的饱和硫酸铵水溶液被收集在一个贮槽中，这里一般指预净化器贮槽。
在预净化器中与含氧化硫气体接触的饱和硫酸铵水溶液是从预净化器贮槽引出并经过适当的方式，如泵和管道，循环回去的含有悬浮硫酸铵结晶的饱和硫酸铵水溶液构成的。通过与热气体接触蒸发了部分水份的饱和硫酸铵水溶液被收集在预净化器贮槽中，并以含有硫酸铵结晶的饱和硫酸铵的水溶液的形式从该贮槽中引出，硫酸铵结晶可作为产品回收。
可通过适当的搅拌工具，(如一个或几个搅拌浆)在引出区对要引出的饱和硫酸铵水溶液进行搅拌，以使含有悬浮硫酸铵结晶的液体保持浆状，避免硫酸铵结晶沉淀在预净化器贮槽底部。含有悬浮硫酸铵结晶的饱和硫酸铵溶液可以通过任何适当的方式从引出区放出，如用泵抽出或从靠近预净化器贮槽底部的地方靠重力放出。在饱和硫酸铵水溶液中的任何结晶可以通过过滤等方式很方便地分离出来。而且产品还可以进行分级，重结晶和/或脱水和干燥，以便于运输和贮存。
在本发明的一个方面中，含有悬浮硫酸铵结晶的饱和硫酸铵水溶液从预净化器进入一个分级器分级，分离出粗的硫酸铵结晶，含有较细硫酸铵结晶粒子的液体循环回预净化器或预净化器贮槽。
对于在分级器(如水力旋流器)中分离出的粒子的大小，尽管没有特殊的限制，但本领域技术人员可以很容易地选择所要求的从含悬浮硫酸铵结晶的溶液中分离出的硫酸铵晶粒的大小。在此尽管没有打算对从溶液中分离出的硫酸铵晶粒的大小作限定，但粗结晶通常可以定义为大于约300微米的结晶。自然，正如在此所采用，含有比粗粒子更小(如小于约300微米)的硫酸铵晶粒的液体可以循环回预净化器或预净化器贮槽。
本发明的方法很容易以连续的方式进行。烟道气或其他任意来源的含有任意氧化硫的气体，优选已除掉灰尘和其它固体粒子的气体，以与饱和硫酸铵水溶液并流的形式引入预净化器。冷却了的预净化气通过预净化器除雾器后放出，并以连续的方式引入到氧化硫吸收器，在此，以逆流方式与稀硫酸铵水溶液接触。净化后的气体从吸收器连续流出，并通过适当的方式引出，如通过排气管引出，净化后的气体优选先通过一个除雾器，除去所夹带的稀硫酸铵水溶液后再通过排气管引出。通常借助一个或多个鼓风机，如引气鼓风机(inductcdgasfan)的作用使气体连续地流过整个系统。
在气体连续地通过预净化器和吸收器的同时，各种液体以喷射、雾或其它能够使气液两相在各装置中密切接触的形式连续循环，稀硫酸铵水溶液可以连续地从吸收器引出并进到预净化器中，而预净化器中的含有悬浮硫酸铵结晶的饱和硫酸铵溶液被连续引出。
预净化器及其贮槽以及氧化硫吸收器及其贮槽中的液位可以通过任何适当的方式保持。在本发明中，一方面，在预净化器和/或贮槽中，由于水分的蒸发以及含有硫酸铵结晶的液体产物的引出，致使其液位降低。为抵消预净化器中的这一倾向，保持液面恒定，将适量的稀硫酸铵水溶液从吸收器贮槽引出并加到预净化器贮槽中。这一引出过程又导致降低吸收器贮槽的液位，因此，在吸收器或吸收器贮槽中，加入适量的补充水，以保持其液面恒定。在SO2吸收器中，可以保持的硫酸铵的精确浓度取决于被吸收并被氧化成硫酸铵的SO2的量和添加到吸收器中的水量。由于补充到吸收器中的水量等于被引出并加到预净化器中用于补充由于蒸发而损失的水的液体量，因此，可容许的水量的控制因素是蒸发速率。蒸发速率取决于进入预净化器的热气体温度。图3表明了SO2浓度和气体温度对在吸收器液体中可保持的硫酸铵浓度的影响。
补充水优选通过在吸收器中的除雾器加到吸收器中，这样它可以先冲洗在吸收器除雾器叶片上的沉积物，然后流进吸收器。类似地，从吸收装置引出的硫酸铵水溶液先冲洗预净化器除雾器，然后再作为补充液加到预净化器中。
在本发明的方法中，极为关键的是吸收器及其贮槽中的硫酸铵水溶液保持处于稀的状态，以提高流体中吸收的二氧化硫的氧化效率。这一目标通过从吸收器中引出稀硫酸铵水溶液和向其中补充水来达到。这样，可以保持吸收器中的硫酸铵处于较稀浓度，从而获得最大的或接近最大的二氧化硫氧化速度，如从图1确定的值。如图1，对亚硫酸铵/亚硫酸氢铵中的硫酸铵水溶液的检测表明氧化速度依赖于液体中硫酸铵的浓度。从图1可以看出，随着液体中的硫酸铵浓度接近饱和(如高于约40%(重量))，其氧化速率(以mM/l/min表示)大大下降。本发明提供在吸收器中在稀硫酸铵水溶液中吸收二氧化硫并迅速氧化二氧化硫的方法，而稀硫酸铵水溶液浓度和预净化器中稀硫酸铵水溶液相同。
在本发明的方法中，饱和硫酸铵水溶液通常是水中含有约45%至约50%(重量)的硫酸铵，稀硫酸铵水溶液通常含有低于饱和量的硫酸铵。然而，在本发明的优选实施方案中，稀硫酸铵水溶液在水中含有约35%(重量)或更低的硫酸铵。尽管对于稀硫酸铵水溶液的浓度没有低限，但是，当使用低于约5%(重量)或更优选15%(重量)的稀硫酸铵水溶液时已经几乎没有什么优势。在本发明的最优选的实施方案中，稀硫酸铵水溶液的浓度保持在约10%(重量)至约35%(重量)。
在预净化器贮槽中饱和硫酸铵水溶液倾向于变成超饱和，导致硫酸铵结晶形成。如前所述，这些结晶通过连续的或间歇的方式从所需要的饱和硫酸铵水溶液中分离出。因此，预净化器贮槽在此用作硫酸铵结晶的形成和硫酸铵水溶液脱超饱和的容器。
如上面所述，热的烟道气也可含有氯化氢和/或氟化氢气体。如果这些气体存在于含有氧化硫的热烟道气中，它们可以以铵盐的形式从预净化器中分离出。这些盐可以与硫酸铵一起分离出，也可单独以从预净化器中导出部分硫酸铵溶液的方式分离。
一般而言，为了脱除氧化硫的热气体中的氧化硫并同时生产硫酸铵，本发明的设备包括预净化器单元或塔及与其相关的合适的预净化器贮槽和氧化硫吸收器单元及与其相关的合适的吸收器贮槽。预净化器贮槽有硫酸铵产品引出区。灰尘捕集器或其它的固体粒子脱除装置常安装在预净化器上游。并提供送气装置，将气体从灰尘捕集器送到预净化器，并从预净化器送到氧化硫吸收器，二氧化硫吸收器有净化后气体引出装置。提供液体输送装置，将稀硫酸铵水溶液从吸收器贮槽送到预净化器贮槽，并将补充水加到吸收器装置。
预净化器单元可以是任何一种使热的氧化硫气体能用饱和硫酸铵水溶液洗涤的适当设计，包括预净化器，预净化器贮槽，预净化器除雾器，从预净化器贮槽部分引出或引出含有悬浮硫酸铵结晶的饱和硫酸铵水溶液的装置，引入稀硫酸铵水溶液的装置，在预净化器中使气体与饱和硫酸铵水溶液接触的装置，由预净化器贮槽往净化器循环饱和硫酸铵水溶液的装置，以使饱和硫酸铵水溶液在预净化器中与气体接触。在预净化器中使含氧化硫的气体与饱和硫酸铵水溶液并流的装置和在预净化器贮槽中搅拌饱和硫酸铵水溶液的装置。预净化器贮槽可以装在预净化器底部，与预净化器形成一个单一的装置。预净化器贮槽也可以是与预净化器分离的槽或罐，并通过合适的方式与预净化器连结起来，使饱和硫酸铵水溶液从预净化器流到预净化器贮槽，优选通过重力流动。
吸收器单元可以是任意的合适的设计，该设计应使氧化硫气体能用喷射状或雾状的稀硫酸铵水溶液密切接触并被吸收，包括吸收器和吸收器贮槽，并且它们间连结成使稀硫酸铵水溶液能从吸收器流到吸收器贮槽，在吸收器中使气体与稀硫酸铵水溶液接触的装置，从吸收器贮槽循环稀硫酸铵水溶液使它在吸收器中与气体接触的装置，使进入吸收器的气体与稀硫酸铵水溶液逆向流动的装置，从吸收器贮槽引出稀硫酸铵水溶液的装置，从净化后的气体中脱除夹带的稀硫酸铵水溶液的吸收器除雾器，将氨和/或氨水溶液和空气引入吸收器贮槽的装置，从吸收器中引出净化后的气体的装置和将补充水加入吸收器单元的装置。吸收器与吸收器贮槽可以是一个单一的单元，也可以是分离的单元，但必须相互连通，使稀硫酸铵水溶液从吸收器流到吸收器贮槽，优选通过重力流动。
参考图2，锅炉2由3和4提供燃料和空气并产生含有二氧化硫气的热气流。热二氧化硫气从锅炉2通过合适的烟道5到灰尘捕集器4，颗粒性物质在此用本领域熟知的方法脱除(如用旋风分离器和/或袋式收尘器等)。灰尘通过合适的料斗在回收单元6中除去。除尘后的含二氧化硫的热气体通过气道7到引气鼓风机8，引气鼓风机8推动气体通过系统。气体从引气鼓风机8通过气道9和32进入预净化器10。
预净化装置10上部12定义为预净化器12，而下部14被定义为预净化器贮槽14。预净化器贮槽14内有饱和硫酸铵水溶液34，该溶液用泵22从预净化器贮槽14中引出，经过合适的管道24并借助于装在预净化器12中的喷射装置16的作用，以喷射状或雾状的形式循环回预净化器12。管道26分配再循环的饱和硫酸铵水溶液到分布器(未画出)，该分布器用预净化器器壁洗涤液流连结冲洗预净化器12的内壁，以免固体物质和沉积物粘附聚集在器壁上。喷射装置16驱动饱和硫酸铵水溶液34进入预净化器12，方向与在气道32处进入预净化器10、从气道36离开预净化器10的热的二氧化硫气体的流向相同。
温度通常在200°F(93℃)到400°F(204℃)的含有二氧化硫的热烟道气在预净化器12中绝热冷却。冷却是在恒温下进行，放出的热转化成蒸发潜热以保持温度不变。饱和硫酸铵水溶液中的部分水在含有二氧化硫的热气体中变成蒸汽，而气体变成含有二氧化硫水蒸汽及其它组分的冷却后的预净化气离开预净化器10。水份从饱和硫酸铵水溶液中蒸发浓缩了该溶液，从而导致液体中硫酸铵结晶生成。含有悬浮硫酸铵结晶的饱和硫酸铵水溶液被收集在预净化器贮槽14，中并用泵22通过管道24循环进入预净化器10上部12中的喷射装置16中(前面已述及)。离开预净化器10的预净化后的含二氧化硫的气体温度大约在110°F到150°F之间。预净化后的烟道气通过气道36进入预净化器除雾器20，气体中夹带的含有悬浮硫酸铵结晶的饱和硫酸铵水溶液在此被脱除，而液体和悬浮的结晶通过合适的管道38循环回预净化器贮槽14。
预净化后的气体通过预净化器除雾器20后再经过气道75进入吸收器40，气体中的二氧化硫在此被吸收脱除。
吸收装置40的上部为吸收器42，其下部为吸收器贮槽44。吸收器贮槽44中含有稀硫酸铵水溶液48。烟道气从吸收器42下部，但在稀硫酸铵水溶液48的液面之上的气道75进入吸收器40。
稀硫酸铵水溶液48借助于泵54，从吸收器贮槽44通过管道72，52和50循环进入吸收器喷射装置74，稀硫酸铵水溶液在此成为喷射状或雾状，它在吸收器42中与从气道75进入吸收器40的预净化后气流逆流流动。净化后的气体从气道77离开吸收器40。
稀硫酸铵水溶液吸收二氧化硫。吸收二氧化硫后的稀硫酸铵水溶液进入吸收器贮槽44(优选借助重力)并累积在该贮槽中并从吸收器贮槽44循环回吸收器喷射装置74。
在吸收器40中，氨气从气源60借助合适的泵62，经过气道63和58进入吸收器贮槽44。同时，含氧气体，如空气，从气源80经过气道82进入吸收器贮槽44。在稀硫酸铵水溶液48中吸收的二氧化硫与氨和空气中的氧气反应生成硫酸铵。
稀硫酸铵水溶液48用泵64经管道68和46从吸收器贮槽44中引出送到预净化器除雾器20，出来后再经过管道38进入预净化器贮槽14，以补充预净化器装置10中由于蒸发和产物的引出而引起的物料减少。在稀硫酸铵水溶液从吸收器贮槽44引出的同时，补充水从水源78经过管道88和89及各自的喷雾装置92和76添加到吸收器40中的吸收器42中。进入吸收器42的水优选连接到雾消除器95，即吸收器除雾器95。净化后的气体由气道77离开吸收器40，并可通过优选的气体再加热器90，再通过气道86进入排气管84，净化后的气体由此排入大气。
预净化器贮槽14和吸收器贮槽44分别装有一个或多个搅拌浆18和70，以保持各自贮槽中的液体的搅动。
尽管没有标明，但预净化器贮槽14可以是与预净化器12分离的罐或单元;同样，吸收器贮槽44也可以是与吸收器42分离的罐或单元，只要在吸收器、预净化器和各自的贮槽之间有供液体流动的适宜装置。
含有悬浮硫酸铵结晶的饱和硫酸铵水溶液从预净化器贮槽14经管道28引出后，可以采用各种方法将硫酸铵结晶从中分离出来。如图2所示，用泵30输送含有硫酸铵结晶的液体，经管道138到产品回收单元100。含有硫酸铵结晶的液体先进入初级脱水装置，如水力旋流器120。水力旋流器120及底流122(含有大量的硫酸铵结晶)被送到离心机123中进一步脱水，并在此产生含水2%左右的硫酸铵糊状物。糊状物送入挤压机/造粒机(未画出)后，进入干燥器124，也可以直接进入干燥器124生产出干燥的硫酸铵产品。干燥的硫酸铵产品126可贮存。而含有细颗粒和结晶的硫酸铵饱和水溶液经管道136到循环槽128。离心机123分出的液体通过泵142经管道140进入循环槽128。也可任选从中取出少量物料143，去净化杂质。正如所要求的，循环槽128中的饱和硫酸铵溶液借助于搅拌器132使其保持搅动状态，并由泵130经管道134和15由循环槽128中引出送进预净化器贮槽14，在此混入含有悬浮硫酸铵结晶的饱和硫酸铵水溶液34中。
空气可以借助任意合适的气体引入系统引入到吸收器贮槽44中的稀硫酸铵水溶液中，例如用本领域中熟知的和USP4，690，807中描述的多孔管网空气分布器(未表示出来)。
如前面详细叙述的那样，在吸收器贮槽44中保持一定的pH值，以减少稀硫酸铵水溶液因吸收二氧化硫引起的酸性增加。吸收器中的稀硫酸铵水溶液的pH值保持在5-6，优选5.2-5.8。氨，优选从气体氨形式，借助任意合适的系统引入到吸收器贮槽44中，例如，同本领域熟知的USP4，690，807中描述的多孔管网分布器(未表示出来)。
下面的具体实施例描述了本发明的方法。它们仅作为说明目的并不应理解为对本发明的限制。
实施例1本实施例不说明本发明的方法，仅仅描述前面详细描述的图1中的数据是如何得到的。
本实验在实验室规模下进行。以研究确定现有技术方法中氧化速度变化的原因，以及在某些条件下低于通常所预计的氧化速度的原因。
一系列不同浓度的硫酸铵水溶液放在几个烧杯中，一组加入20ppm的亚铁离子作为催化剂，一组不加催化剂。在硫酸铵水溶液中加入不同浓度的亚硫酸钠(从10，000ppm亚硫酸盐开始)，并用硫酸调溶液pH到5。温度保持在130°F(54℃)。通过鼓泡将空气引入烧杯中。确定每个试样中亚硫酸钠的消失速度。该实验得到的数据示于图1中，并在前面已做了讨论。
实施例2-7下面描述的实施例是在一套模拟工厂规模的吸收器(如图2所示)上进行的。烟道气来自于锅炉烟道的侧口。借助于具有适当计量并连结到烟道气网中的二氧化硫罐来增加烟道气中二氧化硫的含量。
在图2所示的装置中采用硫酸铵水溶液吸收二氧化硫，比较不同浓度的二氧化硫的脱除效率，如下表所示，单位ppm。在第一种情况下，吸收器42中采用6个喷射装置74，在第二种情况下，吸收器42中采用4个喷射装置74。吸收装置40中所用的稀硫酸铵水溶液48的pH示下表的第二种情况，在硫酸铵水溶液48中的亚硫酸铵的量也示于下表。
用氨脱SO2的脱除效率第一种情况6个喷射装置SO2浓度亚硫酸盐=O PPM实施例PPM效率%2200097-98.53370096-974610093-94.5第二种情况:4个喷射装置pH=5.5pH=5.8SO2浓度亚硫酸盐=500-9000PPM 亚硫酸盐=11600PPM实施例PPM效率%效率%5200099.8-6370095-7610095.899.8
从上表中的数据可以看出，当用本发明的方法在吸收器中用氨脱二氧化硫时，其脱除效率是非常高的，并且二氧化硫的脱除效率随二氧化硫的浓度的变化而变化。再则，溶液中的亚硫酸盐(以亚硫酸铵的形式存在)能明显提高脱除效率。在pH＝5.2-5.8范围内，氨降低值小，为0-3ppm。在操作期间浑浊度没有增加。从该过程分离出的硫酸铵产品(以结晶的形式)纯度大于99.5%，含水量小于1.2%，并且90%的晶粒大于300微米。
本领域的技术人员清楚，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明的方法进行各种改进和变更。因此，本发明旨在包括这些改进和变化，只要这些改进和变更在所附的权力要求及其与之相当的内容范围之内。
权利要求
1.提高包含于热的气体中的氧化硫的吸收速度和氧化速度的方法，其中热的含氧化硫气体首先在预净化器中与饱和硫酸铵水溶液接触，通过气体的绝热冷却蒸发水份，产生含有悬浮硫酸铵结晶的饱和硫酸铵水溶液，并产生含有氧化硫及水蒸汽的预净化气；其中含有悬浮硫酸铵结晶的饱和硫酸铵水溶液收集在预净化器贮槽中，并从预净化器贮槽循环回预净化器以便与热的含氧化硫气体接触，其中含有悬浮硫酸铵结晶的饱和硫酸铵水溶液从预净化器贮槽中引出；且其中含有氧化硫和水蒸汽的预净化气通过除雾器脱除夹带的含有硫酸铵结晶的饱和硫酸铵水溶液其中的改进包括(a)由除雾器出来的含氧化硫和水蒸汽的预净化气在氧化硫吸收器中与稀硫酸铵水溶液接触；产生含吸收了的氧化硫的稀硫酸铵水溶液和净化的气体；(b)含有吸收了的氧化硫的稀硫酸铵水溶液收集在吸收器贮槽中；(C)将氨引入含有吸收了的氧化硫的稀硫酸铵水溶液中；(d)将含氧气体引入吸收器贮槽中的上述含有吸收了的氧化硫的稀硫酸铵水溶液中，从而在该贮槽中通过吸收了的二氧化硫气与氨以及含氧气体中的氧反应在稀硫酸铵水溶液中快速氧化形成硫酸铵产物；(e)从吸收器贮槽循环回的稀硫酸铵水溶液与含氧化硫的预净化气在氧化硫吸收器中接触；并且(f)净化后的气体排出。
2.按权利要求1的方法，进一步包括用从吸收器贮槽引出的稀硫酸铵水溶液作为补充硫酸铵水溶液添加到预净化器中。
3.按权利要求2的方法，其中从吸收器贮槽引出的稀硫酸铵水溶液在加到预净化器之前，先从吸收器贮槽进入脱雾器。
4.按权利要求1的方法，进一步包括添加补充水到吸收器中。
5.按权利要求1的方法，进一步包括从含有悬浮硫酸铵结晶的饱和硫酸铵水溶液中分离出硫酸铵结晶。
6.按照权利要求5的方法，其中饱和硫酸铵溶液从预净化器贮槽循环回预净化器。
7.按权利要求1的方法，进一步包括将含有悬浮硫酸铵结晶的饱和硫酸铵水溶液从预净化器送到一个分级器;在此，将粗的硫酸铵结晶从液体中分离出来，然后，将含有晶粒尺度小于那些粗晶粒的硫酸铵结晶的液体循环回预净化器或预净化器贮槽。
8.按权利要求1的方法，其中氧化硫是二氧化硫。
9.按权利要求1的方法，其中含氧气体是空气。
10.按权利要求1的方法，其中引入到稀硫酸铵水溶液的氨的量足以降低含有吸收了的氧化硫的硫酸铵水溶液的酸性并以此形成中和了的稀硫酸铵水溶液。
11.按权利要求1的方法，其中引入到稀硫酸铵水溶液的氨的量足以防止氨从稀硫酸铵水溶液中的损失。
12.按权利要求1的方法，进一步包括将净化后的气体通过除雾器脱除夹带的稀硫酸铵溶液微滴。
13.按权利要求1的方法，其中引入预净化器的热气体含有HCl、HF或它们的混合物，它们在预净化器中被脱除。
14.按权利要求1的方法，其中在稀硫酸铵水溶液中相对于液体的总重量硫酸铵的浓度保持在5%-35%(重量)。
全文摘要
从含氧化硫的气体中脱除氧化硫并同时生产硫酸铵的方法。
文档编号C01C1/24GK1093015SQ9410290
公开日1994年10月5日 申请日期1994年3月19日 优先权日1993年3月22日
发明者A·沙林姆, E·加尔, G·N·布朗, M·L·曼格尔 申请人:通用电气环境服务公司