一种采用过氧化氢脱硫的新型硫酸尾气处理装置的制作方法

本实用新型涉及一种采用过氧化氢脱硫的新型硫酸尾气处理装置，属于硫酸尾气处理领域。

背景技术：

硫酸是产量最大的无机化学品之一，广泛应用于肥料、化学品、药物、洗涤剂、水处理剂等产品生产。2007年环境统计数据表明，我国硫酸工业年SO₂排放量约10万吨，占全国SO₂排放量的0.4％，占化工行业SO₂排放总量的9.0％，是化工行业中较大的SO₂排放源。GB26132-2010《硫酸工业污染物排放标准》于2011年3月1日正式实施。按照新国标要求，2011年10月1日起至2013年9月30日止现有硫酸企业二氧化硫排放标准执行860mg/m³，2013年10月1日起所有硫酸企业二氧化硫将统一执行400mg/m³、发达地区200mg/m³的排放标准，与原执行标准相比消减了58.3％，而目前硫酸企业普遍采用的两转两吸制酸流程尾气排放SO₂浓度一般为600～2000mg/m³，新国标的实施对硫酸生产企业是一大考验。以22万吨/年硫磺制酸为例，工况烟气量66360m³/h，尾排SO₂浓度1600mg/m³，这部分尾气若不经过处理直接排放，会对环境造成严重破坏。

为满足日益严格的国家排放标准、减少SO₂排放，现急需对硫酸尾气进行治理。当前中国硫酸行业针对硫酸尾气处理的装置及方法有很多种，包括氨-酸法、氨法、钠碱法、柠檬酸钠、石灰石-石膏法、活性焦法等，其中应用最广泛的有氨-酸法、石灰石-石膏法和活性焦法几种。如南京化学工业公司磷肥厂采用氨-酸法尾气回收，生产液体二氧化硫；开封化肥厂、太原化工总厂等均改用三级氨法尾气回收生产固体亚铵和高浓度亚硫酸氢铵溶液；铜官山化工有限公司采用氨-酸法生产固体亚硫酸铵；江西铜业股份有限公司贵溪冶炼厂300kt/a铜冶炼工程配套660kt/a硫酸项目采用活性焦吸附法工艺，并回收高浓度SO₂等；而众多中小型硫酸厂则采用碱液吸收法和简易石灰石-石膏法等。

上述石灰石-石膏法处理硫酸尾气存在管道堵塞磨损严重，占地面积大，冶炼烟气脱硫废水产量大、成分复杂，存在烟气二次污染，以及脱硫副产物石膏难以处理等问题。氨-酸法处理硫酸尾气存在需要氨源、采用吸收法技术等问题，产品硫铵的工艺流程相对也较长，容易形成二次污染。活性焦烟气脱硫存在能耗高，运行成本高，造成二次污染等问题。

技术实现要素：

基于上述技术问题，本实用新型提供一种采用过氧化氢脱硫的新型硫酸尾气处理装置。

本实用新型所采用的技术解决方案是：

一种采用过氧化氢脱硫的新型硫酸尾气处理装置，包括脱硫塔，所述脱硫塔的内部从下至上依次包括循环液层、气体混合层、吸收介质层和除沫层，在脱硫塔的侧壁上对应循环液层处设置有双氧水进口和循环液排出口，所述双氧水进口通过双氧水输送管道与双氧水储罐连接，在脱硫塔的侧壁上对应气体混合层处设置有硫酸尾气进口和净水进口，净水进口连接净水输送管道，所述吸收介质层包括填料和位于填料上方的喷淋装置，所述喷淋装置包括喷淋主管，在喷淋主管上连通多个喷淋发散支管，在喷淋主管和多个喷淋发散支管上均间隔设置有多个螺旋喷头，在脱硫塔的侧壁上设置有与喷淋主管连通的循环液进口，所述循环液排出口通过循环液输送管道连接循环液进口，所述除沫层由空心球填料层和除雾丝网组成，除雾丝网位于空心球填料层的上方，所述脱硫塔的顶部设置有尾气出口。

优选的，所述硫酸尾气进口通过硫酸尾气输送管道连接硫酸系统二吸塔出口，循环液输送管道还通过循环液输送支路连接硫酸系统循环槽，尾气出口通过尾气排放管道连接硫酸系统尾气烟囱。

优选的，在双氧水输送管道上设置有输送泵和第一电动控制阀，在净水输送管道上设置有第二电动控制阀，在循环液输送管道上设置有循环泵，在循环液输送支路上设置有第三电动控制阀，所述第一电动控制阀、第二电动控制阀和第三电动控制阀均与PLC控制装置连接。

优选的，所述螺旋喷头包括喷头本体和位于喷头本体顶部的中空连接头，喷头本体呈螺旋形，所述喷淋主管和喷淋发散支管的底部均连通有竖直管，中空连接头与竖直管的末端缠绕粘接在一起。

优选的，所述除雾丝网的厚度为100-120mm，空心球填料层的厚度为150-200mm，除雾丝网与空心球填料层之间的距离为300-500mm。

本实用新型的有益技术效果是：

本实用新型过氧化氢脱硫装置可与硫磺制酸装置等配合使用，硫酸尾气处理量达60000万m³/Nh，硫酸尾气中二氧化硫含量为800～1600mg/Nm³，处理后二氧化硫含量小于100mg/Nm³，处理效果明显，符合国家制定的相关标准。

本实用新型装置采用单塔设计，吸收反应和副产品的回收均在一个塔内，配套设备少而精，流程简短，控制简便，可操作性强，无需额外增加操作人员，有效节约投资成本、运行成本和占地空间。

本实用新型装置高效、方便，过氧化氢脱硫活性强、反应速率快，二氧化硫的排放浓度远低于国家标准GB26132-2010的要求，对氮氧化物亦有较高的脱除率，脱硫脱硝同时进行。脱硫副产品为稀硫酸，不存在结晶堵塔的问题，吸收塔为大开孔率填料塔或空塔，系统阻力小(≤600Pa)，节省主鼓风机动力消耗。系统产生的稀硫酸直接返回至硫酸系统干吸工序用于调节干燥及吸收酸浓，副产品不需二次加工，回收成本大大降低。整个生产过程中不产生新的三废产物，无二次污染，属典型的清洁生产工艺技术。

附图说明

下面结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步说明：

图1为本实用新型过氧化氢脱硫装置的结构原理示意图；

图2为图1中喷淋装置的俯视结构示意图；

图3为本实用新型喷淋装置中喷淋主管与螺旋喷头连接的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种用于硫酸尾气处理的过氧化氢脱硫装置，包括脱硫塔1，所述脱硫塔的内部从下至上依次包括循环液层、气体混合层、吸收介质层和除沫层。在脱硫塔的侧壁上对应循环液层处设置有双氧水进口2和循环液排出口3，所述双氧水进口2通过双氧水输送管道4与双氧水储罐5连接。在脱硫塔的侧壁上对应气体混合层处设置有硫酸尾气进口6和净水进口7，净水进口7连接净水输送管道8。所述吸收介质层包括填料和位于填料上方的喷淋装置9。在脱硫塔的侧壁上设置有与喷淋装置9连通的循环液进口10，所述循环液排出口3通过循环液输送管道15连接循环液进口10。所述除沫层由空心球填料层11和除雾丝网12组成，除雾丝网12位于空心球填料层11的上方。所述脱硫塔的顶部设置有尾气出口13。

作为对本实用新型的进一步设计，所述硫酸尾气进口6通过硫酸尾气输送管道14连接硫酸系统二吸塔出口。循环液输送管道15还通过循环液输送支路16连接硫酸系统循环槽。尾气出口13通过尾气排放管道连接硫酸系统尾气烟囱。

更进一步的，在双氧水输送管道上设置有输送泵17和第一电动控制阀18，在净水输送管道上设置有第二电动控制阀19，在循环液输送管道上设置有循环泵20，在循环液输送支路16上设置有第三电动控制阀21，所述第一电动控制阀18、第二电动控制阀19和第三电动控制阀均21与PLC控制装置22连接。由PLC控制装置22进行自动控制。

进一步的，所述喷淋装置9包括包括喷淋主管901，在喷淋主管901上连通多个喷淋发散支管902，在喷淋主管901和多个喷淋发散支管902上均间隔设置有多个螺旋喷头。所述螺旋喷头包括喷头本体903和位于喷头本体顶部的中空连接头904，喷头本体903呈螺旋形，所述喷淋主管901和喷淋发散支管902的底部均连通有竖直管905，中空连接头904与竖直管905的末端缠绕粘接在一起。

更进一步的，所述除雾丝网12的厚度为100-120mm，空心球填料层11的厚度为150-200mm，除雾丝网12与空心球填料层11之间的距离为300-500mm。

本实用新型装置中除沫层采用空心球填料层11和除雾丝网12组合的方式，并对除雾丝网12和空心球填料层11的厚度，以及喷淋装置9的喷淋结构等进行具体的设计，对于硫酸尾气处理效果好，吸收率高，喷淋处理后夹带的雾沫和粉尘分离效率高，阻力小，并具有允许气流速度大，不易阻塞，安装面积小，运行经济，安全可靠，操作方便等优点。

采用上述新型硫酸尾气处理装置进行脱硫的方法，具体包括以下步骤：

a来自硫酸系统二吸塔出口的硫酸尾气经硫酸尾气进口6进入脱硫塔1内气体混合层，与气体混合层内残留气体混合后上升至吸收介质层，循环液层内的液体经循环液输送管道15输送至喷淋装置9进行喷淋，在吸收介质层内气体与喷淋的液体进行充分交换反应，反应后的液体下降至循环液层，尾气上升至除沫层。

b在除沫层，尾气依次经空心球填料层11和除雾丝网12处理后，将夹带的雾沫和粉尘去除，随后尾气经脱硫塔顶部的尾气出口13排放至硫酸系统尾气烟囱。

c根据添加需要，双氧水储罐5中的双氧水经双氧水输送管道4输送至脱硫塔内循环液层，净水经净水输送管道8输送至气体混合层。

d脱硫塔内循环液层的部分液体经循环液输送支路16输送至硫酸系统循环槽。

上述步骤中，各输送管道上的阀门等采用PLC控制装置22进行集中自动控制。

上述步骤中，所述双氧水的质量百分比浓度为27.5％；在生产控制上，采取连续添加双氧水、连续补水、连续排稀酸的连续稳定操作控制方法，保持硫酸浓度稳定在20％～30％范围内。

上述步骤中，所述硫酸尾气处理量60000万m³/Nh，硫酸尾气进气温度为60～80℃，进气压力为1500Pa，二氧化硫含量为800～1600mg/Nm³，处理后二氧化硫含量小于100mg/Nm³。

下面对本实用新型所涉及到的原理性内容进行阐述：

硫酸生产是采用浓硫酸吸收烟气中SO₃气体，实质是水吸收过程。随着反应的进行硫酸的浓度不断提高，需补充水份将其稀释到最佳吸收要求酸浓。硫酸生产系统需要补充加水，这就为过氧化氢法脱硫工艺产生的水(吸收SO₃气体后产生的稀硫酸)提供了出路。但是硫酸生产系统中的干燥和吸收对水平衡有严格要求，即进入干燥吸收系统的水分不能超出理论加水量，否则将使生产无法正常进行。

要实现过氧化氢脱硫过程中生成的稀硫酸全部回收，必须确保硫酸生产系统中的水平衡，尾气吸收过程中产生的水量必须小于硫酸干吸过程要求的水量。采用市售27.5％的过氧化氢溶液作为吸收剂时，理论稀酸浓度最高可达到55％，即本工艺技术副产稀酸浓度可在0-55％的浓度内调节。为保证硫酸生产干吸系统的水平衡。允许返回的稀硫酸浓度可控制在不低于2.90％，否则产生稀酸量过多，返回到硫酸系统后会破坏干吸收循环系统的水平衡，严重时会恶化硫酸生产，甚至导致停产，并且稀酸量过大同时也会造成吸收剂的损失。

在生产控制上，采取连续添加精确计量加入吸收剂、连续补水、连续排稀酸的连续稳定操作控制技术，保持硫酸浓度稳定在20～30％范围内。

从反应机理上讲，高浓度吸收剂有利于二氧化硫的氧化吸收，确定合理的操作浓度，以便达到连续稳定、低耗的工艺要求至关重要，所以过氧化氢溶液浓度的论证选择是非常必要的。通过理论计算并结合试验确定吸收液最终浓度为0.1-1.0％，此浓度既可以保证较好的吸收效果，又控制了吸收剂的单位消耗，技术性和经济性得到统一。同时还要严格控制过氧化氢的加入量(量的选择应在尾气SO₂完全吸收理论计算量和设计计算吸收SO₂指标理论量之间)，确保外派稀硫酸中过氧化氢残余最低。

另外,即使外排稀硫酸中含有极少量的过氧化氢，一方面从其稀硫酸量和硫酸系统硫酸循环量相比也即很微量，另一方面硫酸系统循环酸中也含有部分SO₂和稀硫酸带有的微量过氧化氢反应，在经吸收塔循环后即可完全去除。因此完全没必要考虑过氧化氢对浓硫酸质量的影响。

采用单塔设计，吸收反应和副产品的回收均在一个塔内，配套设备少而精，流程简短，控制简便，可操作性强，无需额外增加操作人员，有效节约投资成本、运行成本和占地空间。

脱硫装置高效、方便，过氧化氢脱硫活性强、反应速率快，二氧化硫的排放浓度低于200mg/m3以下，远低于国家标准GB26132-2010的要求，对氮氧化物亦有较高的脱除率，脱硫脱硝同时进行。脱硫副产品为稀硫酸，不存在结晶堵塔的问题，吸收塔为大开孔率填料塔或空塔，系统阻力小(≤600Pa)，节省主鼓风机动力消耗。系统产生的稀硫酸直接返回至硫酸系统干吸工序用于调节干燥及吸收酸浓，副产品不需二次加工，回收成本大大降低。整个生产过程中不产生新的三废产物，无二次污染，属典型的清洁生产工艺技术。

以22万吨/年硫磺制酸装置为例，硫酸尾气采用过氧化氢法脱硫工艺，系统尾气中的二氧化硫和过氧化氢反应生成硫酸。整个过程是在一个塔中完成反应吸收过程。

1、硫酸尾气输送和反应及吸收处理

过氧化氢脱硫系统整体阻力损失约400～1500pa，一般硫酸系统主风机均可提供此部分压力，因此此处不考虑增压风机。硫酸尾气在进入脱硫塔前需调节粉尘含量，水蒸气，氧气的含量，以及温度等参数，使尾气符合脱硫要求。硫酸尾气不含有粉尘，无需增设除尘设备，氧含量以及温度也符合脱硫条件，但由于硫酸尾气中水含量几乎为零，条件符合要求，无需再进行调节。

尾气进塔和大量的稀酸循环液混合接触，溶于稀酸中(约1：40体积)，然后落入循环槽和过氧化氢反应，生产稀硫酸，稀硫酸达到规定浓度后外排至硫酸系统循环酸系统调酸浓。

2、水平衡

硫酸生产是采用浓硫酸吸收烟气中SO₃气体，实质是水吸收过程。随着反应的进行硫酸的浓度不断提高，需补充水份将其稀释到最佳吸收要求酸浓。硫酸生产系统需要补充加水，这就为过氧化氢法脱硫工艺产生的水(吸收SO₃气体后产生的稀硫酸)提供了出路。但是硫酸生产系统中的干燥和吸收对水平衡有严格要求，即进入干燥吸收系统的水分不能超出理论加水量，否则将使生产无法正常进行。

要实现过氧化氢脱硫过程中生成的稀硫酸全部回收，必须确保硫酸生产系统中的水平衡，尾气吸收过程中产生的水量必须小于硫酸干吸过程要求的水量。采用市售27.5％的过氧化氢溶液作为吸收剂时，理论稀酸浓度最高可达到55％，即本工艺技术副产稀酸浓度可在0-55％的浓度内调节。为保证硫酸生产干吸系统的水平衡。允许返回的稀硫酸浓度可控制在不低于2.90％，否则产生稀酸量过多，返回到硫酸系统后会破坏干吸收循环系统的水平衡，严重时会恶化硫酸生产，甚至导致停产，并且稀酸量过大同时也会造成吸收剂的损失。

在生产控制上，采取连续添加精确计量加入氧化剂、连续补水、连续排稀酸的连续稳定操作控制技术，保持硫酸浓度稳定在20～30％范围内。

从数据可以看出，成品酸浓度只需达到9.12％以上便可满足水平衡，为了减少输送费用，此方案中设定副产稀硫酸浓度为20～30％。

3、脱硫塔

本装置的主要设备为脱硫塔，该脱硫塔为圆柱形塔，其结构类似于硫酸吸收塔，根据工艺参数选择合适的塔直径。

本装置：采用1个Ф4.8m的脱硫塔，脱硫塔分四层，即循环液室、气体混合室、吸收介质层、除沫层。

脱硫塔内的介质主要为：烟气、水、过氧化氢、稀硫酸。由于本工程中尾气温度为60℃，且由于稀硫酸的强腐蚀性，对脱硫塔必须进行特别的防腐处理。