一种硫氧化物脱出系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种硫氧化物脱出系统和方法，尤其涉及一种以氨为原料，从烟气中回收硫氧化物生产硫铵化肥的系统和方法，属于电力、冶金、环保和化工的技术领域。
【背景技术】
[0002]以煤或石油为燃料的锅炉或火力发电厂，以及以铁矿石为原料的钢铁厂烧结机排放大量烟道气。这些烟气含有SOx、NOx、HCl和HF等有害物质，其中硫氧化物SOx，包括SO2和SO3，是形成酸雨的主要物质。随燃烧煤种的不同，SO2含量通常在300?5000ppmv(1000?15000mg/Nm3)之间。但是，烟气量十分巨大，以燃煤锅炉而论，蒸汽规模从35T/h到2500T/h，发电机组容量6丽到1000丽，烟气量由5万Nm3/h到250万Nm3，SO2排放量1000吨/年到100，000吨/年。由于SOx是酸性气体，采用碱性水溶液脱吸烟气中的SOx，即烟气除硫，或称烟气脱硫(Flue Gas Desulfurizat1n, FGD)是有效的烟气净化方法，具有广泛的应用价值。
[0003]以氨为原料，烟气脱硫的反应原理如下:
[0004]SO2 + H20+2NH3+l/202= (NH4) 2S04 (硫酸铵，或称硫铵)
[0005]具体包括三个步骤:
[0006](I) SO2 吸收:
[0007]烟气中的硫氧化物即SO2被吸收液吸收并与吸收液中的氨反应变为亚硫铵，它包括亚硫酸二铵和亚硫酸氢一铵。
[0008]SO2 + XNH3 + H2O = x/2 (NH4)2SO3 + (1-χ/2) NH4HSO3
[0009]X可在1.0?2.0之间，由气液平衡条件决定。
[0010](2)亚硫铵氧化
[0011]亚硫酸铵溶液鼓空气直接氧化，便可得到硫酸铵，简称硫铵。
[0012](NH4)2SO3 + 1/202 = (NH4)2SO4
[0013](3)硫铵结晶:
[0014]硫铵在吸收液中的浓度超过其对应条件的溶解度，会结晶析出固体硫铵，
[0015](NH4)2SO4(L) = (NH4)2SOjS)
[0016]很显然，这是一个非常有价值的“绿色技术”，回收烟气中的SO2，以非常廉价的辅助原料，包括空气和水，可以生产很有价值的硫铵，作为农用化肥。
[0017]中国是一个人口、粮食和化肥大国，化肥的产量折合为合成氨，相当于5000万吨/年。以FGD技术可以解决2000万吨SO2/年计算，需要提供合成氨1000万吨/年，占总需求量的五分之一，因此，具有丰富的原料供应。另外，碳铵或尿素仅含氮营养，而硫铵中同时含氮和硫营养。因此，硫铵是比碳铵和尿素更好的化肥，在中国具有巨大的市场前景。
[0018]但是，以氨为原料的脱硫方法却长期没有得到很好地发展，主要原因是由于氨是一个易挥发的化学品。按传统化学吸收原理设计的吸收塔，或称脱硫塔，难以克服氨的挥发和逃逸损失的问题。
[0019]现有技术的一个共同缺点是采用了气-液逆流的硫氧化物脱除装置，或称脱硫塔，洗涤塔或净化塔。在这种设备中，净化烟气离开气-液接触区(或称吸收区，或称洗涤区，或称传质区)时对应的吸收液中含游离氨(或称自由氨)的浓度最高，意味着其表面氨分压最高，经过传质后，净化烟气中氨含量也将是最高的，即氨逃逸损失很高。
[0020]美国专利USP6221325公开了一种控制以氨为原料的脱硫过程的氨逃逸损失的方法，提出的技术手段是使用一种硫铵含量在46%以上的吸收液，以便于其中出现硫铵结晶体(其含量1-20%);同时，原料氨加入到位于脱硫塔下部的吸收液储槽中，循环泵从位于下部的槽抽取吸收液，输送到位于脱硫塔上部的吸收段；在吸收段，烟气与喷洒而下的吸收液逆流接触，发生脱硫净化过程；在吸收液储槽中，脱下来的SO2与氨反应，并被鼓入的空气氧化变为硫铵。但是，该措施也会降低氧化速率，尽管可以降低氨的逃逸损失，而且实际过程中，吸收液的循环量十分巨大，导致投资和能耗增加。
[0021]中国专利200510023222.6公开了一种控制氨逃逸损失的方法，其提出的技术手段是在SO2吸收段上面增设氨吸收段，并且采用了硫铵浓度在30%以下的稀硫铵溶液作为吸收液，以便于确保较好的氧化效率，其缺陷是氧化和结晶是分设在脱硫塔的不同区域，造成结构复杂，实际过程中容易堵塞设备。
【发明内容】
[0022]本发明需要解决的技术问题是公开一种新的脱除烟气中硫氧化物，即二氧化硫并回收生产硫铵的系统和方法，以克服现有技术存在的上述缺陷。
[0023]本发明的技术方案如下:
[0024]发明人利用气-液两相同向流动的原理，使得烟气经过净化后离开吸收区，即传质区时，对应的吸收液相中的自由氨含量最低，即使得其表面氨分压最低，和烟气中的氨分压也可以确保最低，从而可有效控制氨的逃逸损失。也就是说，本发明的技术方案就是提供了一种气-液并流的脱硫塔，即并流脱硫塔，或称硫氧化物脱除装置，及与之配套的脱硫系统，以及实现该系统的方法。
[0025]而且，还将亚硫铵氧化为硫铵过程与硫铵结晶过程合二为一，使其都在硫氧化物脱除塔内的下部进行，称为结晶氧化反应器。当然，也可在脱除塔下方的独立装置或者其他独立脱硫装置的下部单元实现上述亚硫铵氧化为硫铵过程与硫铵结晶过程的合二为一。本发明优选在硫氧化物脱除塔内下部设置结晶氧化反应器。
[0026]本发明在所说的并流的硫氧化脱除塔中，使高温原烟气从硫氧化物脱除塔顶部进，与包含硫氧化物脱除原料氨的液体向下并流，发生气液接触的传质和传热过程，硫氧化物被脱除，温度被降低，使烟气温度最高位置在塔的顶部，其余部分都是低温区，有利于采用塑料材料制造脱硫塔。
[0027]因此，本发明可以在提高硫氧化物脱除效率，确保低的氨逃逸损失的情况下，简化硫氧化物脱除塔的结构，大大降低硫氧化物脱除塔的高度，简化硫氧化物脱除系统的复杂性，更有利于采用塑料材料，包括玻璃钢材料，尤其还可降低吸收液循环流量，降低能耗。
[0028]除了并流的硫氧化物脱除装置，本发明的硫氧化物脱除系统还包含:
[0029]操纵吸收液循环的循环装置，包括循环管路及连接在循环管路上的循环泵；
[0030]输送烟气进入硫氧化物脱除装置的烟气鼓风机；
[0031]输送氧化空气的空气鼓风机；
[0032]用于除去烟气夹带液滴的除沫器；
[0033]浓缩浆液的旋流器；
[0034]分离固体硫铵的液固分离机，它可以是高速旋转的离心机，也可以是低速运转的皮带真空脱水机；
[0035]用于硫铵干燥的干燥设备。
[0036]本发明的方法包括如下步骤:
[0037]温度为80?200°C、含有SO2浓度为200?20000mg/Nm3的烟气，由烟气鼓风机输送，从硫氧化物脱除塔顶部进入，与其中的吸收液分布器释放的氨化吸收液，或称加氨吸收液密切接触，发生气液传质、传热过程，温度迅速降低，同时烟气中的SO2被吸收到吸收液形成亚硫铵，经过该过程，烟气中的硫氧化物脱除效率可以超过90%，优化地在95%以上，温度在70°C以下，尤其可以在55°C以下。
[0038]硫氧化物脱除净化后的烟气硫氧化物脱除塔后，进入除沫器，除去夹带的液沫后，进入烟?排放；含亚硫铵的吸收液向下流动，进入位于硫氧化物脱除塔内下部的结晶氧化反应器，被空气鼓风机鼓入的空气氧化为硫酸铵，或称硫铵，并可结晶析出固体硫铵，从而使得吸收液成为衆状溶液。
[0039]总体上，烟气和吸收液从上部进入硫氧化物脱除塔，并流，或顺流向下。
[0040]吸收液从硫氧化物脱除塔下部，即结晶氧化反应器取出，经过吸收液循环操纵装置，该装置包括循环泵和循环管路，送到位于硫氧化物脱除塔内上部的吸