专利名称：一种脱除烟气中低浓度二氧化硫的方法及装置的制作方法
一种脱除烟气中低浓度二氧化硫的方法及装置技术领域
本发明属于烟气脱硫的技术领域，具体涉及一种以柠檬酸-柠檬酸钠缓冲溶液 为吸收剂，超重力旋转填料床为吸收反应器脱除烟气中低浓度二氧化硫的方法及装置。
背景技术：
烟气中的二氧化硫对动植物身体及生态环境危害巨大，特别是低浓度的二氧化 硫，由于其烟气含量大，治理效益低，所以长期以来其有效治理成为一大难题。目前世 界上治理SO2污染的主要技术手段是烟气脱硫，各国研究、开发和使用的烟气脱硫技术已 超过200多种，其中已工业化的约有20多种，以湿法脱硫为主，其原理大都是以碱性吸 收剂吸收烟气中的二氧化硫，如石灰/石灰石/石膏法、氨法等等，这些工艺的吸收设备 以塔设备居多，存在设备体积庞大，占地面积大，运行费用高等问题，且脱硫后产物无 法有效处理，即使是有的产物具有一定的利用价值，也大都需要经过一系列加工处理才 能利用，而且开发其销路也成为一大负担，所以脱硫后产物大都弃置不用，这样其脱硫 结果仅仅是将气体污染转化为固体污染，而且造成硫资源的浪费。
柠檬酸钠法烟气脱硫工艺属于可再生烟气脱硫工艺，其吸收液蒸汽压低，无 毒，可以有效吸收烟气中的二氧化硫，吸收二氧化硫后的富液可通过蒸汽加热等方法进 行解吸，产生高浓度二氧化硫作为其它化工原料，解吸后贫液继续用于吸收过程，既避 免了二次污染，又节约了硫资源，但是由于现有柠檬酸钠法烟气脱硫工艺大多采用塔设 备进行吸收，不但体积庞大，增大了投资运行费用，并且在吸收过程中亚硫酸根的氧化 副反应严重，容易生成大量亚硫酸氢钠或硫酸钠，不但容易结垢，堵塞设备，影响设备 的正常运行，而且降低吸收液的脱除率及解吸率，使吸收液的使用周期缩短，运行费用 增加，从而限制了其推广应用。
现有公开了一些超声波作用下的柠檬酸盐法脱除二氧化硫的方法，中国专利 CN 1672775A公开了一种超声波和中空纤维含浸液膜结合脱除气体中二氧化硫的装置及 方法，该法采用超声波强化柠檬酸钠法烟气脱硫工艺中二氧化硫的吸收，比常规的填料 吸收和中空纤维含浸液膜吸收具有吸收深度高和二氧化硫脱除率高的特点；中国专利 CN1660761A、专利CN100386303C和专利CN1736551A分别公开了一种脱除柠檬酸盐溶 液中二氧化硫的方法，即分别把超声波分离技术、复频超声波分离技术以及微波技术应 用于柠檬酸钠法烟气脱硫工艺中二氧化硫的解吸工序，代替传统的蒸汽加热解吸，旨在 降低解吸温度，减少硫酸根的生成量及吸收液变质；这些装置及方法虽然比传统的塔设 备有所改进，但其吸收及解吸操作过程不完全连续，吸收液吸收一定的时间后才进行解 吸，然后再循环吸收，这种半连续的操作不利于工业化控制，且中空纤维膜吸收法的烟 气处理量也受到一定限制。
针对以上问题和不足，本发明提供了一种连续操作的工艺和装置，吸收液在吸 收液储罐、吸收反应器和解吸反应器之间循环，只需定期补充损耗的吸收液即可实现吸 收-解吸的连续操作，二氧化硫脱除率高且利于工业化放大。发明内容
本发明为了解决现有烟气脱硫工艺存在的上述不足，提供了一种以柠檬酸-柠 檬酸钠缓冲溶液为吸收剂，超重力旋转填料床为脱硫反应器的脱除烟气中低浓度二氧化 硫的方法及装置，该工艺脱硫效率高，吸收液可再生，脱硫产物为高浓度二氧化硫气 体，可灵活用于制酸系统或生产硫磺等，而且该装置极大地降低了吸收过程中硫酸根离 子的产生，减少了设备结垢、堵塞，有利于提高吸收效率及吸收富液的解吸率，降低投 资和运行费用。
本发明采用如下的技术方案实现脱除烟气中低浓度二氧化硫的方法，其特征在于其以柠檬酸-柠檬酸钠缓冲溶液为 吸收液，旋转填料床为吸收反应器，具体步骤如下开启旋转填料床，将吸收液由旋转 填料床液体进口进入旋转填料床，含二氧化硫的烟气从旋转填料床气体进口进入旋转填 料床，液相与气相在旋转填料床的填料中进行接触发生反应，反应后的气相从旋转填料 床气体出口排出，反应后的液相从旋转填料床液体出口排出进入解吸系统，解吸后贫液 返回吸收系统继续循环吸收，解吸产生的高浓度二氧化硫储存，吸收液中柠檬酸浓度为 0.1 1.5mol/L，其pH为2 6，所述旋转填料床的转速为500 3000r/mte，进入旋转填料床 的液气比为3 7L/m3，旋转填料床的吸收温度为30 60°C。解吸用气体为低压蒸汽，解吸 操作的气液比为800 1000m3/m3，解吸温度为95 105°C。
用于实现上述脱除烟气中低浓度二氧化硫的方法的装置，其包括旋转填料床， 旋转填料床气体进口连接含二氧化硫的烟气来源，旋转填料床液体进口连接吸收液来 源，旋转填料床液体出口连接解吸系统。旋转填料床内填料下端和液体出口之间留有空 腔，以便于液体返回吸收液储罐，避免发生淹床现象。
旋转填料床可为逆流型，空腔轴向高度Ii2为填料层轴向高度Ii1Wl/^ 1/3，空 腔外壁垂直部分长度113为空腔轴向高度112的0 1倍，空腔下部导流角α =0 90°。旋转 填料床也可为错流型，空腔轴向高度Ii2为填料层轴向高度Ii1Wl/^ 1/4，空腔外壁垂直 部分长度113为空腔轴向高度:112的0 1倍，空腔下部导流角Ci=O 90°。
解吸系统包括解吸反应器，解吸反应器可为旋转填料床结构，解吸反应器液体 进口经板式换热器、循环泵I以及吸收液储罐与旋转填料床液体出口相连，解吸反应器 气体进口连接低压蒸汽来源，解吸反应器气体出口与冷凝器连接，冷凝器的液体出口与 吸收液储罐相连，解吸反应器液体出口经循环泵II以及板式换热器与旋转填料床液体进 口相连。解吸反应器可为塔设备。
旋转填料床气体进口连接含二氧化硫烟气的缓冲罐，缓冲罐与含二氧化硫的烟 气来源相连。旋转填料床气体进口、旋转填料床气体出口分别设置气体采样点，吸收液 储罐设有液体采样点。
超重力旋转填料床作为一种新型的高效传质设备，具有设备体积小、物料停留 时间短、安装维修方便、运行费用低等一系列优点，把其应用于柠檬酸钠法烟气脱硫， 可以克服现有烟气脱硫装置的一系列不足。
本发明相对现有技术具有如下有益效果(1)本发明采用的吸收反应器中旋转填料床具有高效的传质效率，能使气液快速接触混合，增大了气液接触面积，强化了接触效果，极大地提高了烟气中二氧化硫的脱除 率，达96%以上。
(2)本发明所述的旋转填料床，填料下端和液体出口之间留有一定空腔，便于 液体返回吸收液储罐，避免发生淹床现象。
(3)本反应器中二氧化硫的吸收反应迅速完成，极大地减少了反应过程中硫酸 根的生成量，避免了吸收过程中设备的结垢、堵塞，有利于后续的解吸操作，且延长了 吸收液的使用周期。
(4)本反应器用于柠檬酸钠法烟气脱硫，在较低的液气比下对于低体积分数 的二氧化硫同样具有很好的吸收效果，一般柠檬酸钠法烟气脱硫工艺的液气比需要达到 5 10L/m3，而本发明采用超重力旋转填料床在3 7 L/m3的液气比下仍能达到96%以上的 二氧化硫脱除率。
(5)本发明所采用的旋转填料床具有设备体积小、质量轻、安装维修方便、开 停车方便等优点。
(6)本发明所述的解吸反应器可以是超重力旋转填料床或喷淋塔等普通塔设 备，采取低压蒸汽加热的方式，把超重力旋转填料床用作解吸反应器，可极大地强化气 液传质和传热，降低解吸反应的气液比，减少蒸汽的消耗量，从而达到节能降耗的目 的。
图1为本发明的工艺流程2为逆流型旋转填料床的结构示意图 图3为错流型旋转填料床的结构示意中1-吸收液储罐，2-循环泵I，3-阀门I，4-液体流量计I，5-旋转填料 床，6-缓冲罐，7-气体流量计I，8-气体流量计II，9-阀门II，10-阀门III，11-二氧 化硫钢瓶，12-风机，13-循环泵II，14-板式换热器，15-解吸反应器，16-冷凝器， 17-阀门IV，18-气体流量计III，19-液体流量计II，20-阀门V，21-解吸反应器液体出 口，22-解吸反应器液体进口，23-解吸反应器气体出口，24-解吸反应器气体进口 ；5.1-旋转填料床液体进口，5.2-旋转填料床气体出口，5.3-旋转填料床气体进口， 5.4-空腔，5.5-旋转填料床液体出口，5.6-电机；hr填料层轴向高度；Ii2-空腔轴向高度；h3_空腔外壁垂直部分长度，α -空腔下部 导流角。
具体实施方式
结合附图对本发明的具体实施方式
作进一步说明。
用于本发明所述的脱除烟气中低浓度二氧化硫的方法的装置，其包括旋转填料 床5，旋转填料床气体进口 5.3连接含二氧化硫的烟气来源，旋转填料床液体进口 5.1连接 吸收液来源，旋转填料床液体出口 5.5连接解吸系统。旋转填料床内填料下端和液体出口 之间留有空腔5.4。
旋转填料床5可为逆流型，空腔轴向高度Ii2为填料层轴向高度Ii1的1/4 1/3，空腔外壁垂直部分长度113为空腔轴向高度:112的0 1倍，空腔下部导流角α =0 90°。旋 转填料床5也可为错流型，空腔轴向高度Ii2为填料层轴向高度:Ii1的1/5 1/4，空腔外壁 垂直部分长度113为空腔轴向高度112的0 1倍，空腔下部导流角Ci=O 90°。
解吸系统包括解吸反应器15，解吸反应器为旋转填料床结构，解吸反应器液体 进口 22经板式换热器14、循环泵I 2以及吸收液储罐1与旋转填料床液体出口 5.5相连， 解吸反应器气体进口 M连接低压蒸汽来源，解吸反应器气体出口 23与冷凝器16连接， 冷凝器的液体出口与吸收液储罐1相连，解吸反应器液体出口 21经循环泵II 13以及板式 换热器14与旋转填料床液体进口 5.1相连。解吸反应器15也可以为塔设备。
旋转填料床气体进口 5.3连接含二氧化硫烟气的缓冲罐6，缓冲罐6与含二氧化 硫的烟气来源相连。
本发明以柠檬酸-柠檬酸钠缓冲溶液为吸收液，超重力旋转填料床为吸收反应 器，具体步骤如下开启旋转填料床5，调节转速在500r/min 3000Γ/η ι，将一定柠檬酸浓度和ρΗ的吸 收液由吸收液储罐1经循环泵I 2经液体流量计I 4以一定的流速由旋转填料床液体进口 5.1进入旋转填料床5，将二氧化硫钢瓶11中的SO2经气体流量计I 7计量后与同样经气 体流量计II 8计量的由风机12输出的空气经缓冲罐6充分混合后从旋转填料床气体进口 5.3进入旋转填料床5，气、液在旋转填料床5内迅速混合完成吸收反应，净化后气体由 旋转填料床气体出口 5.2排空，吸收SO2后的富液由旋转填料床液体出口 5.5进入吸收液 储罐1。
解吸反应器为旋转填料床结构时，解吸流程如下吸收液储罐1中的吸收富液 经循环泵I 2进入板式换热器14升温后经液体流量计II 19由解吸反应器液体进口 22进 入解吸反应器15，进入解吸反应器15中的吸收富液与经气体流量计III18计量的由解吸反 应器气体进口 M进入的低压蒸汽在解吸反应器15中逆流接触完成解吸反应，脱除二氧化 硫后的吸收贫液由解吸反应器液体出口 21经循环泵II 13进入板式换热器14降温，在板 式换热器14中降温后的吸收贫液经液体流量计I 4计量后经旋转填料床液体进口 5.1进入 旋转填料床5继续完成吸收反应，解吸反应器15中解吸后产生的蒸汽和二氧化硫的混合 气体由解吸反应器气体出口 23进入冷凝器16，蒸汽被冷凝下来进入吸收液储罐1，高浓 度二氧化硫气体储存用作化工原料。整个吸收、解吸过程不断循环进行完成对烟气中二 氧化硫的脱除。在旋转填料床气体进口 5.3、旋转填料床气体出口 5.2分别设置气体采样 点，随时监测烟气中SO2含量，在吸收液储罐1设有液体采样点，随时监测吸收液中SO2 含量及吸收液成分的变化。
解析反应器为塔设备时，解吸流程如下含有大量SO2的吸收富液进入解吸塔 再生之前，先在板式换热器内用来自解吸反应器的再生液加热。富含SO2的吸收液从塔 顶进入，与低压蒸汽逆流接触，逆向自柠檬酸盐溶液中脱出SO2,再生后的吸收液流经板 式换热器降温到30-60°C后进入吸收系统循环使用。离开解吸塔的蒸汽-SO2混合气体， 经冷凝器冷凝后产生高浓度二氧化硫可用作化工原料。
实施例1 调整旋转填料床5的转速为500Γ/η ι，将柠檬酸浓度为O.lmol/L，ρΗ值为6的吸收 液经旋转填料床液体进口 5.1加入旋转填料床5，二氧化硫的质量浓度为2000mg/m3的模拟烟气经旋转填料床气体进口 5.3进入旋转填料床5，吸收温度40°C，气体流量60m7h， 调节液气比为7 (L/m3)，气相、液相在旋转填料床5中迅速接触发生反应，净化后气 体由旋转填料床气体出口 5.2排出，溶有二氧化硫的柠檬酸盐溶液由旋转填料床液体出口 5.5排出，经解吸系统解吸后返回吸收系统循环使用，解吸操作的气液比为900m7m3，解 吸温度为95°C，解吸后产生的高浓度二氧化硫用作化工原料。整个吸收过程中二氧化硫 的脱除率在96%以上。
实施例2 调整旋转填料床5的转速为lOOOr/η ι，将柠檬酸浓度为1.5mol/L，pH值为2的吸 收液经旋转填料床液体进口 5.1加入旋转填料床5，二氧化硫的质量浓度为8500g/m3的 模拟烟气经旋转填料床气体进口 5.3进入旋转填料床5，吸收温度为30°C，调节气体流量 为30m7h，调节液气比为4 (L/m3)，气相和液相在旋转填料床5中迅速接触发生反 应。净化后气体由旋转填料床气体出口 5.2排出，溶有二氧化硫的柠檬酸盐溶液由旋转填 料床液体出口 5.5排出，经解吸系统解吸后返回吸收系统循环使用，解吸操作的气液比为 IOOOmVm3,解吸温度为100°C，解吸后产生的高浓度二氧化硫用作化工原料。整个吸收 过程中二氧化硫的脱除率在98%以上。
实施例3 调整旋转填料床5的转速为3000r/mte，将柠檬酸浓度为1.0mol/L，pH值为4.5的吸 收液经旋转填料床液体进口 5.1加入旋转填料床5，二氧化硫的质量浓度为5000g/m3的模 拟烟气经旋转填料床气体进口 5.3进入旋转填料床5，吸收温度为60°C，调节气体流量为 40m7h调节液气比为3 (L/m3)，气相和液相在旋转填料床5中迅速接触发生反应。净 化后气体由旋转填料床气体出口 5.2排出，溶有二氧化硫的柠檬酸盐溶液由旋转填料床液 体出口 5.5排出，经解吸系统解吸后返回吸收系统循环使用，解吸操作的气液比为800m3/ m3，解吸温度为105°C解吸后产生的高浓度二氧化硫用作化工原料。整个吸收过程中二 氧化硫的脱除率在97%以上。
权利要求
1.一种脱除烟气中低浓度二氧化硫的方法，其特征在于其以柠檬酸-柠檬酸钠缓冲溶 液为吸收液，旋转填料床为吸收反应器，具体步骤如下开启旋转填料床(5)，将吸 收液由旋转填料床液体进口(5.1)进入旋转填料床，含二氧化硫的烟气从旋转填料床气 体进口(5.3)进入旋转填料床，液相与气相在旋转填料床的填料中进行接触发生反应， 反应后的气相从旋转填料床气体出口(5.2)排出，反应后的液相从旋转填料床液体出 口(5.5)排出进入解吸系统，解吸后贫液返回吸收系统继续循环吸收，解吸产生的高浓 度二氧化硫储存，吸收液中柠檬酸浓度为0.1 1.5mol/L，其pH为2 6，所述旋转填料床(5)的转速500 3000r/min，进入旋转填料床的液气比为3 7L/m3，旋转填料床的吸收 温度为30 60°C。
2.根据权利要求1所述的脱除烟气中低浓度二氧化硫的方法，其特征在于解吸用气体 为低压蒸汽，解吸操作的气液比为800 1000m3/m3，解吸温度为95 105°C。
3.一种用于实现权利要求1或2所述的脱除烟气中低浓度二氧化硫的方法的装置，其 特征在于其包括旋转填料床(5)，旋转填料床气体进口(5.3)连接含二氧化硫的烟气 来源，旋转填料床液体进口(5.1)连接吸收液来源，旋转填料床液体出口(5.5)连接 解吸系统。
4.根据权利要求3所述的脱除烟气中低浓度二氧化硫的装置，其特征在于旋转填料床 内填料下端和液体出口之间留有空腔(5.4)。
5.根据权利要求4所述的脱除烟气中低浓度二氧化硫的装置，其特征在于旋转填料床 (5)为逆流型，空腔轴向高度(h2)为填料层轴向高度Ch1)的1/4 1/3，空腔外壁垂直部分长度(h3)为空腔轴向高度(h2)的0 1倍，空腔下部导流角(α) =0 90°。
6.根据权利要求4所述的脱除烟气中低浓度二氧化硫的装置，其特征在于旋转填料床 (5)为错流型，空腔轴向高度(h2)为填料层轴向高度Ch1)的1/5 1/4，空腔外壁垂直部分长度(h3)为空腔轴向高度(h2)的0 1倍，空腔下部导流角(α) =0 90°。
7.根据权利要求3所述的脱除烟气中低浓度二氧化硫的装置，其特征在于解吸系统包 括解吸反应器(15)，解吸反应器为旋转填料床结构，解吸反应器液体进口(22)经板 式换热器(14)、循环泵I (2)以及吸收液储罐(1)与旋转填料床液体出口(5.5) 相连，解吸反应器气体进口(24)连接低压蒸汽来源，解吸反应器气体出口(23)与 冷凝器(16)连接，冷凝器的液体出口与吸收液储罐(1)相连，解吸反应器液体出口(21)经循环泵II (13)以及板式换热器(14)与旋转填料床液体进口(5.1)相连。
8.根据权利要求3所述的脱除烟气中低浓度二氧化硫的装置，其特征在于解吸反应器 (15)为塔设备。
9.根据权利要求3所述的脱除烟气中低浓度二氧化硫的装置，其特征在于旋转填料床 气体进口(5.3)连接含二氧化硫烟气的缓冲罐(6)，缓冲罐(6)与含二氧化硫的烟气 来源相连。
10.根据权利要求3所述的脱除烟气中低浓度二氧化硫的装置，其特征在于旋转填 料床气体进口(5.3)、旋转填料床气体出口(5.2)分别设置气体采样点，吸收液储罐(1)设有液体采样点。
全文摘要
本发明属于烟气脱硫的技术领域，具体是一种脱除烟气中低浓度二氧化硫的方法及装置，解决了现有烟气脱硫工艺存在的不足。方法以柠檬酸-柠檬酸钠缓冲溶液为吸收液，旋转填料床为吸收反应器，步骤为开启旋转填料床，吸收液和含二氧化硫的烟气进入旋转填料床，液相与气相进行接触发生反应，反应后的液相进入解吸系统解吸。装置包括旋转填料床，旋转填料床气体进口连接含二氧化硫的烟气来源，旋转填料床液体进口连接吸收液来源，旋转填料床液体出口连接解吸系统。本发明脱硫效率高，吸收液可再生，可灵活用于制酸系统或生产硫磺等，而且该装置减少了设备结垢、堵塞，有利于提高吸收效率及吸收富液的解吸率，降低投资和运行费用。
文档编号B01D53/96GK102019137SQ201010568240
公开日2011年4月20日 申请日期2010年12月1日 优先权日2010年12月1日
发明者刘有智, 姜秀平 申请人:中北大学