一种活性焦脱硫富气制取硫酸铵的系统及方法与流程

本发明属于环保行业干法活性焦脱硫脱硝富气资源化技术领域，具体涉及一种活性焦脱硫富气资源化制取硫酸铵的系统及方法。

背景技术：

当前我国钢铁企业，大气污染物治理措施可大致总结为三大类：1.原料控制，烟气减排的基础条件；2.烧结过程控制，烟气减排的有效手段；3.烟气末端治理，烟气治理的终极手段与最终保障。在以上三种治理措施中，人们往往更关注烟气末端治理。目前，烧结烟气末端治理主要有活性焦脱硫脱硝一体化、烟气脱硫(湿法、干法、半干法)+中低温scr脱硝一体化等技术。

烟气脱硫(湿法、干法、半干法)+中低温scr脱硝一体化一般是将烧结烟气末端通过烟气处理系统进行烟气的处理，通过吸收去除烟气中有害物质so2和nox，尾气吸收处理后的物质无法循环再利用；干法活性焦脱硫脱硝技术是利用活性焦对烟气中的so2和nox进行吸附，并在450℃下对活性焦进行解析，得到浓度较高的气体，这些浓度较高的气体统称为活性焦再生气体，再生气体即是活性焦的脱硫富气，再生气体的主要成分见下表：

干法活性焦脱硫脱硝技术产生的再生气体含有较多的so2气体，将活性焦通过吸附解析得到高浓度so2气体，若能将高浓度的so2气体合理利用，作为工业制备原料，制备成工业用盐硫酸铵，烧结烟气资源化再利用，降低环境污染，对于工业化生产过程的改善具有重要意义。

因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种活性焦脱硫富气制取硫酸铵的系统及方法，以解决目前钢铁生产过程中烧结烟气利用率低，无法回收利用污染烟气，造成资源浪费的问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种活性焦脱硫富气制取硫酸铵的系统，所述系统包括：

反应系统，用于吸收再生气体中的so2，反应后生成含有硫酸铵的吸收浆液；

过滤系统，所述过滤系统与所述反应系统的浆液出口连接，用于去除浆液中的碳粉和杂质，得到净化后硫酸铵溶液；

蒸发浓缩系统，所述过滤系统的溶液出口与所述蒸发浓缩系统的入口连接，所述蒸发浓缩系统用于对所述净化后硫酸铵溶液进行蒸发浓缩，形成硫酸铵结晶浆液；

脱水干燥系统，所述蒸发浓缩系统的出口与所述脱硫干燥系统的入口连接，所述脱水干燥系统用于对硫酸铵结晶浆液脱水和干燥，形成硫酸铵粉末成品；

尾气处理系统，所述尾气处理系统分别与所述脱水干燥系统和所述反应系统的尾气出口连接，用于对所述脱水干燥系统和所述反应系统产生的尾气净化处理。

在如上所述的活性焦脱硫富气制取硫酸铵的系统，优选，所述反应系统包括：反应塔，所述反应塔用于再生气体中的so2的吸收，所述反应塔内设置有喷淋装置，所述喷淋装置用于喷淋吸收浆液，上行的再生气体与下行的吸收浆液接触反应，生成硫酸铵；所述反应塔外部设置有氧化风机，所述氧化风机的气体出口与所述反应塔底部吸收浆液池连接，用于将所述吸收浆液中的亚硫酸铵氧化成硫酸铵；

优选地，所述反应系统还包括循环泵，所述循环泵设于所述反应塔外部，所述循环泵将所述反应塔底部的吸收浆液循环至所述反应塔的上部喷淋；

优选地，所述喷淋装置有多个，多个所述喷淋装置逐层对再生气体进行吸收；所述喷淋装置优选为三个；

再优选地，所述反应塔底部的含硫酸铵的吸收浆液中硫酸铵的质量浓度为20-23％时将所述含硫酸铵的吸收浆液进入所述过滤系统。

在如上所述的活性焦脱硫富气制取硫酸铵的系统，优选，所述过滤系统包括板框压滤机和澄清器；所述板框压滤机的入口连接所述反应系统的浆液出口，所述澄清器的入口连接所述板框压滤机的浆液出口；所述澄清器的底部沉淀物再次返回至所述板框压滤机过滤，所述反应系统的含有硫酸铵的吸收浆液进入板框压滤机进行过滤，所述板框压滤机流出的浆液进入所述澄清器沉淀净化，得到纯净硫酸铵溶液；

优选地，所述澄清器包括两级，分别为一级澄清器和二级澄清器，所述一级澄清器的溢流口与所述二级澄清器的入口连接；

优选地，所述反应系统和所述过滤系统之间设置有调节箱，从所述反应系统出来的浆液先进入所述调节箱然后再进入所述过滤系统；

再优选地，所述过滤系统还包括缓冲槽，所述二级澄清器的溢流液体进入所述缓冲槽。

在如上所述的活性焦脱硫富气制取硫酸铵的系统，优选，所述蒸发浓缩系统包括：

加热器，所述加热器包括管程和壳程，所述管程用于储存浆液，所述壳程用于储存热蒸汽，所述加热器连接所述缓冲槽的浆液出口，用于对硫酸铵溶液加热蒸发浓缩，形成硫酸铵结晶浆液；

分离器，所述分离器的入口连接所述加热器的管程出口，所述分离器用于对所述硫酸铵结晶浆液进行气液分离，所述分离器的底部循环浆液出口通过蒸发循环泵连接至所述加热器的管程底部入口，使浆液不断循环蒸发；所述分离器的底部浓缩浆液出口与所述脱水干燥系统连接；

冷凝器，所述分离器的上部蒸汽出口和所述加热器的壳程上部蒸汽出口均与所述冷凝器连接，所述冷凝器用于对来自分离器和加热器的蒸汽冷却降温；

真空泵，所述真空泵连接所述冷凝器，使所述冷凝器内形成负压；优选还使所述分离器内形成负压；

优选地，所述真空泵连接所述真空罐，所述冷凝器的顶部出口和底部出口均连接至所述真空罐。

在如上所述的活性焦脱硫富气制取硫酸铵的系统，优选，所述脱水干燥系统包括旋流器、离心装置和干燥装置；

所述旋流器的入口与所述蒸发浓缩系统的浆液出口连接，用于对硫酸铵浆液固液分离脱水；所述旋流器的底部浆液出口与所述离心装置的入口连接用于进一步脱水，回收含所述硫酸铵的固体物料；所述干燥装置与所述离心装置的固体出口连接，用于干燥含所述硫酸铵的固体物料；

优选地，所述旋流器的上部液体出口和所述离心装置的上清液出口均连接至所述反应系统。

在如上所述的活性焦脱硫富气制取硫酸铵的系统，优选，所述干燥装置包括流化床和旋风收集器，所述流化床的气体出口和所述离心装置的气体出口均与所述旋风收集器的入口连接，在所述旋风收集器内进行气固分离收集硫酸铵颗粒；

优选地，所述旋风收集器为两级旋风收集器。

在如上所述的活性焦脱硫富气制取硫酸铵的系统，优选，所述尾气处理系统包括尾气吸收塔，所述尾气吸收塔外部设置有循环泵，将所述尾气吸收塔底部的吸收液输送至顶部并持续循环；

优选地，经过所述尾气吸收塔的循环泵循环后的溶液输送至所述反应系统。

在如上所述的活性焦脱硫富气制取硫酸铵的系统，优选，

所述蒸发浓缩系统产出的所述硫酸铵结晶浆液的固含量为9-11％；

所述脱水干燥系统产出的所述硫酸铵的含水率小于1％。

一种活性焦脱硫富气制取硫酸铵的方法，具体包括如下步骤：

步骤一、再生气体的吸收反应，包括：

活性焦脱硫脱硝解析后的再生气体与吸收液反应，生成含有硫酸铵的吸收浆液；优选当含有硫酸铵的吸收浆液中硫酸铵质量浓度为达到20-23％时进行步骤二；

步骤二、产品的过滤、蒸发浓缩以及脱水干燥，包括：

所述含有硫酸铵的吸收浆液经除杂后，制备出纯净硫酸铵溶液，再经过蒸发浓缩后进行脱水、离心分离和干燥，得到硫酸铵粉末颗粒；

步骤三、尾气处理，包括：

采用吸收液对步骤一和步骤二进行过程中产生的尾气进行再次洗涤净化，处理后的气体放空。

在如上所述的活性焦脱硫富气制取硫酸铵的方法，优选，所述吸收液为氨水，所述氨水的质量浓度为18-20％；

再优选地，该方法采用所述系统完成。

与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有如下优异效果：

本发明采用三级喷淋装置充分吸收烟气中so2，提高了烟气的利用率，增加了硫酸铵的生成率，so2损失率低。

在澄清器前端设置有板框压滤机，减少了澄清器的沉淀时间以及澄清器的设备选型，降低了投资费用；使用两级澄清器，可充分去除碳粉及杂质，保证硫酸铵的纯度达到品质要求；可连续产出硫酸铵粉末产品，更适应连续性生产要求，且得到的硫酸铵粉末产品含氮量≥21％，满足工业使用标准。

通过采用旋流器和离心机脱水，流化床及旋风收集器的组合干燥，大大降低了硫酸铵的含水量，有效避免了成品的板结问题。

通过尾气吸收塔的二次洗涤吸收，保证系统车间环境无异味，同时处理后的气体可直接排入大气，符合排放标准；实现废水零排放，系统循环性好，不浪费水资源。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。其中：

图1为本发明实施例的活性焦脱硫富气制取硫酸铵的系统流程图。

图中：1、反应系统；11、反应塔；12、喷淋装置；121、一级喷淋装置；122、二级喷淋装置；123、三级喷淋装置；13、氧化风机；14、调节箱；2、过滤系统；21、板框压滤机；22、一级澄清器；23、二级澄清器；24、缓冲槽；3、蒸发浓缩系统；31、加热器；32、分离器；33、蒸发循环泵；34、冷凝器；35、真空泵；36、真空罐；4、脱水干燥系统；41、旋流器；42、离心装置；43、流化床；44、旋风收集器；45、引风机；5、尾气处理系统；51、尾气吸收塔；6、循环泵。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。本发明中使用的术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

如图1所示，根据本发明的实施例，提供了一种活性焦脱硫富气资源化制取硫酸铵的系统，制取硫酸铵的系统包括：

反应系统1，用于吸收再生气体中的so2，反应后生成含有硫酸铵的吸收浆液；

反应系统1包括：反应塔11，反应塔11用于再生气体中的so2的吸收即吸收液与so2发生反应，反应塔11内设置有喷淋装置12，喷淋装置12用于喷淋吸收液，上行的再生气体与下行的吸收液充分接触，发生传质与吸收反应，生成硫酸铵；反应塔11的中下部设置有再生气体(即活性焦脱硫富气)入口，该入口的位置在底部吸收浆液的上方，反应塔11外部设置有氧化风机13，氧化风机13的气体出口与反应塔11内吸收浆液池连接，用于将反应塔11底部的吸收浆液(该吸收浆液在开始时可以为纯吸收液，当反应塔11运行一段时间后，该吸收浆液中就含有亚硫酸铵，甚至硫酸铵)中的亚硫酸铵氧化成硫酸铵；优选地，反应系统1还包括循环泵6，循环泵6设于反应塔11外部，循环泵6将反应塔11底部的吸收浆液循环至设置于反应塔11上部的喷淋装置12，优选地，喷淋装置12有三个，从下到上分别为一级喷淋装置121、二级喷淋装置122和三级喷淋装置123，三级喷淋装置123逐层对再生气体进行吸收；对应地，循环泵6设置有3个，分别将反应塔11底部的吸收浆液循环至对应的一级喷淋装置121、二级喷淋装置122和三级喷淋装置123中以便进行三级喷淋，一级喷淋除去再生气体中的大部分烟尘和二氧化硫，脱除率达到70％，之后的烟气继续上行再进入二级喷淋装置122，经过二级喷淋后再生气体中的烟尘和二氧化硫脱除率可达80-85％，然后烟气上行进入塔顶设置的三级喷淋装置123，进一步脱除烟尘和二氧化硫，三级喷淋后烟尘和二氧化硫的脱除率达到88％-98％，净化后的尾气(即从吸收塔11上方排出的气体)进入尾气吸收系统。

反应塔11底部的吸收浆液中硫酸铵的质量浓度达到20-23％(比如20.5％、21％、21.5％、22％、22.5％、23％)时排出吸收浆液进入下级的过滤系统2。

本发明的具体实施例中，吸收液为氨水，氨水的质量浓度为18-20％(比如18.2％、18.4％、18.6％、18.8％、19％、19.2％、19.4％、19.6％、19.8％、20％)。

过滤系统2，过滤系统2与反应系统1的浆液出口连接，用于去除浆液中的碳粉和杂质，得到净化后硫酸铵溶液；

优选地，反应系统1和过滤系统2之间设置有调节箱14，从反应系统1出来的浆液先进入调节箱14缓冲之后再进入过滤系统2；根据实际生产情况，反应系统1的浆液定期排入调节箱14内部，在调节箱14内进行水质和水量的调节。因进入反应塔11内烟气成分和含量不完全相同，所以反应塔11底部的含硫酸铵的吸收浆液成分有所区别，先将浆液排入调节箱14内储存，储存一定量后再定时定量的排入下一级的过滤系统2，这样可以使调节箱14内浆液成分尽量均匀，以便使后面的系统稳定运行，浆液的成分和浆液量都可尽可能均匀的排入过滤系统2，保证系统的稳定性和连续性。

过滤系统2包括板框压滤机21和澄清器；板框压滤机21的入口连接反应系统1的浆液出口，澄清器的入口连接板框压滤机21的浆液出口；澄清器的底部沉淀物再次返回至板框压滤机21过滤；反应系统1排出的浆液进入板框压滤机21进行过滤，板框压滤机21流出的浆液进入澄清器沉淀净化，得到纯净硫酸铵溶液。

本发明的具体实施例中，澄清器包括两级，分别为一级澄清器22和二级澄清器23，一级澄清器22的溢流口与二级澄清器23的入口连接，一级澄清器22和二级澄清器23底部的沉淀物均返回至板框压滤机21进一步过滤，回收硫酸铵。

再优选地，过滤系统2还包括缓冲槽24，二级澄清器23的溢流液体进入缓冲槽24内，然后再进入下级的蒸发浓缩系统3。

蒸发浓缩系统3，过滤系统2的溶液出口与蒸发浓缩系统3的入口连接，蒸发浓缩系统3用于对净化后硫酸铵溶液进行蒸发浓缩，形成硫酸铵结晶浆液。蒸发浓缩系统3具体包括加热器31、分离器32、冷凝器34和真空泵35。加热器31包括管程和壳程，管程用于储存浆液，壳程用于储存热蒸汽，加热器31连接缓冲槽24的溶液出口，用于对硫酸铵溶液加热蒸发浓缩，形成硫酸铵结晶浆液，通过管程和壳程的蒸汽换热，对硫酸铵溶液加热蒸发浓缩。分离器32的入口连接加热器31的管程出口，分离器32用于对硫酸铵结晶浆液进行气液分离，硫酸铵结晶浆液进入分离器32后通过闪蒸进行气液分离，分离器32的底部循环浆液出口通过蒸发循环泵33将浆液输送至加热器31的管程底部入口，使浆液不断在加热器31和分离器32间循环蒸发；分离器32的底部浓缩浆液出口与脱水干燥系统4连接，经过多次蒸发浓缩达到一定浓度的浓缩浆液进入脱水干燥系统4。分离器32的上部蒸汽出口和加热器31的壳程上部蒸汽出口均与冷凝器34连接，冷凝器34用于对来自分离器32和加热器31的蒸汽冷却降温，以冷凝水的形式析出，实现废水零排放。冷凝器34也包括管程和壳程，通过管程进行冷凝，壳程连接循环冷却水。真空泵35连接冷凝器34，使冷凝器34内形成负压；优选还使分离器32内形成微负压，浓缩后的浆液(即硫酸铵结晶浆液)在压差的作用下进入分离器32。

优选地，真空泵35连接真空罐36，真空罐36起到缓冲的作用，真空罐36通过真空泵35作用抽成真空状态，冷凝器34的顶部出口连接至真空罐36使冷凝器34内呈负压环境，冷凝器34中冷却凝结的水通过底部出口输送至真空罐36内，完成蒸汽的冷却回收过程。

优选地，分离器32内硫酸铵浆液中固含量达到9-11％时进入脱水干燥系统4。加热器31内的浆液温度在80-100℃内进行蒸发浓缩。

脱水干燥系统4，蒸发浓缩系统3的浓缩浆液出口与脱硫干燥系统的入口连接，脱水干燥系统4用于对硫酸铵结晶浆液脱水和干燥，形成硫酸铵粉末成品。脱水干燥系统4包括旋流器41、离心装置42和干燥装置。

旋流器41的入口与分离器32的浓缩浆液出口连接，用于对硫酸铵浆液固液分离脱水；旋流器41的底部浆液出口与离心装置42的入口连接，用于进一步脱水，回收含硫酸铵的固体物料；干燥装置与离心装置42的固体出口连接，用于干燥含硫酸铵的固体物料。经过旋流器41脱水后下部出口的硫酸铵浆液的固含量为30-40％。从离心装置42分离出来的固体硫酸铵的含水率约为3-5％，然后送至干燥装置。离心装置42包括离心分离机和罩体，离心分离机设置在罩体内，离心分离后的滤饼通过溜槽进入干燥装置。

干燥装置包括流化床43和旋风收集器44，从离心装置42出来的固体硫酸铵进入流化床43干燥，流化床43设置有加热装置，干燥热源为热空气，对固体硫酸铵进行干燥，使其含水量降至1％以下，以避免存放时板结。流化床43的气体出口和离心装置42的气体出口均与旋风收集器44的入口连接，在旋风收集器44内进行气固分离收集硫酸铵粉末颗粒。优选地，旋风收集器44为两级旋风收集器44。

优选地，干燥过程中，旋流器41的上部液体出口和离心装置42的上清液出口均连接至反应系统1，由于含硫酸铵量少，送至反应塔11内，进行进一步的吸收反应即可作为吸收塔11的循环浆液使用。

流化床43产出的硫酸铵为成品硫酸铵粉末，白色晶体，氮含量(以干基计)≥21％。

尾气处理系统5，尾气处理系统5分别与脱水干燥系统4和反应系统1的尾气出口连接，用于对脱水干燥系统4和反应系统1产生的尾气净化处理。优选地，脱水干燥系统4的尾气经过引风机45的增压后进入尾气处理系统5；具体的，旋风收集器44的尾气出口经过引风机45增压后输送至尾气吸收塔51内进行净化处理。

尾气处理系统5包括尾气吸收塔51，尾气吸收塔51外部设置有循环泵6，将尾气吸收塔51底部的吸收液输送至顶部并持续循环，以进一步吸收尾气中的二氧化硫和粉尘。尾气吸收塔51底部设有吸收液池，残余尾气从尾气吸收塔51的下部进入，残余尾气的入口设置在尾气吸收塔51底部吸收液池的上方，尾气吸收塔51外部设置的循环泵6，将尾气吸收塔51底部的吸收液输送至顶部喷淋，并持续循环，喷淋的吸收液下行与上行的尾气接触。当不断循环的吸收液浓度达到一定数值后，定期输送至反应系统1，以便再次吸收利用。经过尾气吸收塔51净化处理干净的气体通过高空放空，达到大气排放标准。尾气吸收塔51底部的吸收液池中的吸收液为氨水溶液，优选采用质量浓度为18-20％(比如18.2％、18.4％、18.6％、18.8％、19％、19.2％、19.4％、19.6％、19.8％、20％)的氨水溶液。

为了进一步理解本发明的活性焦脱硫富气制取硫酸铵的系统，本发明还提供了一种活性焦脱硫富气制取硫酸铵的方法，具体包括如下步骤：

步骤一、再生气体的吸收反应，包括：

活性焦脱硫脱硝解析后的再生气体经过反应系统1的一至三级喷淋装置的喷淋而被吸收液吸收，生成含有硫酸铵的吸收浆液，当浆液中硫酸铵的质量浓度达到20-23％(比如20.5％、21％、21.5％、22％、22.5％、23％)时排出浆液进入下一步的过滤。

步骤二、产品的过滤、蒸发浓缩以及脱水干燥，包括：

含有硫酸铵的吸收浆液进入调节箱14，经过板框压滤机21的过滤去除碳粉和杂质，再依次进入一级澄清器22和二级澄清器23进行沉淀净化，二级澄清器23的溢流出口得到的纯净硫酸铵溶液进入缓冲槽24，沉淀后的沉淀物再次进入板框压滤机21过滤；缓冲槽24内的液体进入蒸发浓缩系统3，经过蒸发浓缩后得到硫酸铵结晶浆液，然后浆液经过旋流器41和离心装置42的两级脱水得到含水量低的硫酸铵固体物料，将物料送入流化床43干燥后得到成品硫酸铵颗粒，流化床43和离心装置42的尾气经过两级旋风收集器44的收集也得到成品硫酸铵颗粒；旋流器41的上部液体出口和离心装置42的上清液出口均送至反应塔11内，进行进一步的吸收反应。

步骤三、尾气处理，包括：

反应塔11和旋风收集器44产生的尾气进入尾气吸收塔51，采用氨水溶液进行洗涤净化，尾气吸收塔51内的氨水溶液从下到上不断循环喷淋，循环的吸收液的浓度达到一定数值后，定期输送至反应塔11反应，资源利用最大化，处理后的气体净化干净后再高空放空。

综上所述，本发明的活性焦脱硫富气资源化制取硫酸铵的系统和方法具有如下优异效果：采用三级喷淋装置充分吸收烟气中so2，提高了烟气的利用率，增加了硫酸铵的生成率，so2损失率低。

在澄清器前端设置有板框压滤机，减少了澄清器的沉淀时间以及澄清器的设备选型，降低了投资费用；使用两级澄清器，可充分去除碳粉及杂质，保证硫酸铵的纯度达到品质要求；可连续产出硫酸铵粉末产品，更适应连续性生产要求，且得到的硫酸铵粉末产品含氮量≥21％，满足工业使用标准。

通过采用旋流器和离心机脱水，以及流化床和旋风收集器的组合干燥，大大降低了硫酸铵的含水量，有效避免了成品的板结问题。

通过尾气吸收塔的二次洗涤吸收，保证系统车间环境无异味，处理后的气体可直接排入大气，符合排放标准；实现废水零排放，系统循环性好，不浪费水资源。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。