專利名稱:煙氣脫硫新方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明屬于環(huán)境保護中大氣污染防治的技術(shù)領(lǐng)域。
由于工業(yè)生產(chǎn)的不斷發(fā)展,許多地方已產(chǎn)生了酸雨、酸霧的危害,殃及人體健康、生態(tài)系統(tǒng)及各種建筑、古文物及器材。究其原因,主要是由于燃料中含有硫,在燃燒過程中產(chǎn)生的煙氣中含有大量二氧化硫所致。
當(dāng)前煙氣脫硫的方法很多,各種類型的工藝裝置和流程有百余種,工業(yè)上大規(guī)模應(yīng)用的約十種,主要的有石灰石-石膏法、亞硫酸鈉法、亞硫酸銨法、堿性硫酸鋁-SO2法、堿性硫酸鋁-石膏法、沖灰水法、干式灰法、活性炭法、催化氧化法等。但是由于這些方法投資大、耗用多、渣量多、經(jīng)濟負(fù)擔(dān)重、且操作復(fù)雜、設(shè)備易堵塞,許多工廠難以承受,因而未能在數(shù)量很大的中小鍋爐上普遍應(yīng)用,致使酸雨、酸霧的危害日益嚴(yán)重(見全國環(huán)境保護科技長規(guī)劃組煙氣脫硫選編)。
本發(fā)明的目的就是提供一種投資小,工藝簡單、方便,能變廢為寶生產(chǎn)出硫酸亞鐵的煙氣脫硫新方法及其裝置。
本發(fā)明用多功能吸收裝置,以廢鐵屑加水在少量催化劑作用下吸收煙氣中的二氧化硫,使之轉(zhuǎn)化為有廣泛用途的硫酸亞鐵。投資及占地面積小、操作方便、不會堵塞、且經(jīng)濟上有一定收益。對高硫煤地區(qū)的自有廢鐵屑的機械工廠或有機修車間的其他工廠中的中小鍋爐和窯爐非常適用。
在工作中,我們發(fā)現(xiàn)潮濕的煙道氣,對鐵的腐蝕非常嚴(yán)重,安裝不久即蝕穿,并殘留綠色結(jié)晶硫酸亞鐵。由此可見,在有水份的情況下,鐵能和煙道氣中的二氧化硫產(chǎn)生下列反應(yīng)
因此,我們認(rèn)為用廢鐵屑加水可以吸收煙道氣中的二氧化硫。
顯然,此反應(yīng)的速度和鐵屑的表面積有關(guān)。鐵屑愈多愈薄愈細(xì),其面積愈大則反應(yīng)愈迅速,則吸收效率愈高,我們在試驗室中進行了下列小型試驗于500ml孟氏洗瓶中,加入200ml水,再加入不同量的鐵屑(鐵屑是車屑,平均厚度為0.15mm,估算每克鐵屑的面積為140Cm2),然后為7升/分的流速通入工配制的模擬煙氣,于穩(wěn)定1小時后,用碘量法同時測定孟氏洗瓶吸收前后SO2的濃度,計算出其吸收效率,結(jié)果如表一表一不同數(shù)量鐵屑對SO2吸收率的影響
由此可見,加入的鐵屑愈多,鐵屑的面積愈大,吸收效率愈高。但過多的鐵屑,影響液固間的擾動,使吸收效率的提高不夠理想。為此我們初步考慮于水200ml中加入30g鐵屑(其面積為0.42m2)較好。當(dāng)然,這還要看當(dāng)時的具體情況來確定。
從另一方面考慮,此反應(yīng)實際上是一種腐蝕作用,根據(jù)腐蝕的理論,如果加入一種比鐵電位高的物質(zhì)作催化劑,使之和鐵形成內(nèi)電解作用,必能提高鐵的腐蝕速度,使SO2的吸收率提高。為此,我們在加入鐵屑30g的同時,加入了不同種類不同數(shù)量的催化劑,按上法試驗,結(jié)果如表。
表二不同催化劑存在下對SO2吸收率的影響(%)
由此可見,加入各種電位較高的催化劑及增加導(dǎo)電度的食鹽,均可提高SO2吸收率。
不過,加入食鹽,食鹽將隨吸收液排出,增加回收硫酸亞鐵的困難,增加水的污染,一般情況下不宜采用。
煤灰是鍋爐除塵器收集的,也有一定催化作用,但粉塵太細(xì),占體積大,太濃了影響鐵屑擾動,效果不好。
加入其他固體催化劑粒狀活性炭、粒狀炭精、銅屑效果都較好。我們考慮在實用上新安裝的設(shè)備,可以用粒狀活性炭或炭精作催化劑,以后依靠除塵來的未除凈的煤炭作催化劑,可以少加或不加其他催化劑。
綜合上述情況,選擇了二種典型配方,用二級孟氏洗瓶串聯(lián)進行脫硫試驗,每個試驗運轉(zhuǎn)72小時,每8小時采樣分析一次,算出其平均SO2吸收率,結(jié)果如表三
由此可見,按序號3的配方進行二級吸收即可達到規(guī)定的脫硫標(biāo)準(zhǔn)(重慶市規(guī)定脫硫率達50%以上即認(rèn)為合格)。
至于實際上用何配方,采用幾級吸收,應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)貤l件,當(dāng)?shù)刭Y源,及當(dāng)?shù)丨h(huán)境要求的具體情況決定。
此化學(xué)反應(yīng)放系熱反應(yīng),故溫度高對反應(yīng)不利,但又能提高分子擴散速度,故溫度升高亦有對反應(yīng)有利的一面。因此,在常溫下,溫度對反應(yīng)速度影響不大。以上實驗,有的是在冬天12℃左右的試驗;有的是在夏天30℃左右試驗的,結(jié)果均能互相吻合,但根據(jù)熱力學(xué)計算在80℃以上將影響SO2吸收率,因此一般考慮在煙氣除塵后脫硫前尚應(yīng)考慮將煙氣加以冷卻,然后再將SO2吸收。
為實施煙氣脫硫的新工藝,設(shè)計了一種多功能吸收裝置,將煙氣的冷卻、脫硫吸收、除霧,吸收液的冷卻、補氧、吸收SO2、蒸發(fā)、濃縮等工序融為一體;以節(jié)省投資、節(jié)省占地面積、簡化操作、方便管理。其結(jié)構(gòu)如附圖。
圖1為本煙氣脫硫新方法的裝置圖;
圖中1、進氣管,2、風(fēng)機,3、冷卻塔,4、脫硫塔,5、冷卻補氧塔,6、除霧器,7、出氣管,8、循環(huán)泵,9、吸收液循環(huán)泵,10、浮球閥,11、浮球閥,12、進水閥,13、濃縮液池,14、吸收液池,15、凸形孔道。
如圖1所示本發(fā)明的裝置是將冷卻、吸收、補氧、蒸發(fā)結(jié)合在一個構(gòu)筑物中,其底部為并連的濃縮液池13和吸收液池14,其上為并連的冷卻蒸發(fā)塔3和脫硫塔4,兩塔之間有凸形孔道15相連通,其頂部為冷卻補氧塔5,有兩個循環(huán)泵8、9將濃縮液和吸收液循環(huán),有兩個浮球閥10、11自動控制濃縮液和吸收液的液位。
本裝置系設(shè)置在煙氣除塵之后,當(dāng)前許多鍋爐都已安裝了除塵設(shè)備,除塵后的煙氣由進氣管道1引入風(fēng)機2,此風(fēng)機的風(fēng)量應(yīng)和除塵系統(tǒng)的風(fēng)機相等,風(fēng)壓應(yīng)在2000Pa以上,以克服脫硫裝置的阻力,脫硫裝置的阻力視鐵屑的松散度而有不同,一般在1200Pa與1800Pa之間。一般說來,可以在原除塵的引風(fēng)機后串聯(lián)一臺同一型號規(guī)格的引風(fēng)機。如果是新設(shè)計的除塵脫硫系統(tǒng),則二臺串聯(lián)的風(fēng)機可以合并,裝為一臺風(fēng)量相同,風(fēng)壓較高的高壓風(fēng)機。
風(fēng)機2將除塵后的煙道引入噴淋蒸發(fā)冷卻塔3。此塔高度應(yīng)有三米以上,斷面一般為正方形或長方形,內(nèi)可裝木格柵填料,大小與吸收脫硫塔4相同,上端噴入吸收液,煙氣即被噴淋冷卻,吸收液即被蒸發(fā)濃縮,按每m3煙氣噴入2升吸收液設(shè)計選用循環(huán)泵8。
經(jīng)過冷卻的煙氣由下部進入吸收脫硫塔4。此塔一般為二級篩板塔,也可以為三級篩板塔或一級填料塔,視鐵屑的松散度和當(dāng)?shù)氐沫h(huán)保要求而定,空塔風(fēng)速可按3米/秒計算,斷面可為正方形,篩板的穿孔率為14~15%,每塊篩板及溢流管口上加10~20目尼龍篩網(wǎng),以防止其鐵屑及催化劑下落。每層篩板塔高度為1米以上,其上部有噴嘴噴入吸收液,通過篩板上鐵屑、催化劑、泡沫由溢流管流回吸收液池,噴淋的吸收液按每m3煙氣1~1.5升計。每層塔中部觀察孔一個,以便調(diào)節(jié)吸收液的流速,使泡沫層高度為0.6~0.7米。
每層吸收塔上方噴淋管下側(cè)面設(shè)小門,可由此裝入鐵屑,所需鐵屑數(shù)量是按鐵屑面積來確定的,在二級吸收,要求吸收率達72%時,可選用吸收系數(shù)0.0007KgSO2/m2.h,據(jù)此算出面積后再根據(jù)屑平均厚度計算出應(yīng)加鐵屑重量。然后分加在各層篩板的尼龍網(wǎng)上。催化劑則按鐵屑的三十分之一(或根據(jù)當(dāng)?shù)丨h(huán)保要求適當(dāng)增減)混入鐵屑中。
煙氣通過吸收塔脫硫后經(jīng)除霧器6和管道7排入煙囪,除霧器可以是擋板式、篩網(wǎng)式或旋葉式的,回收的霧水應(yīng)流回吸收塔中。
吸收液的冷卻補氧塔5,其大小相當(dāng)于噴淋蒸發(fā)冷卻塔3及吸收脫硫塔的和,為節(jié)約占地面積,可以砌筑在塔3、塔4上面,其高應(yīng)有1米以上,四周為逆向的稀百頁窗,讓空氣橫向自由流通,吸收液由上方噴入,流量設(shè)計為每m3煙氣2~3升,吸收液冷卻補氧后自動流回下面的吸收液池。冷卻補氧也可用普通玻鋼冷卻塔底,效果會更好一些,但投資和動力消耗增加。
吸收液循環(huán)泵9除供給吸收脫硫塔及冷卻補氧塔外,還應(yīng)隨時開放一部份進入濃縮吸收液池,供送入煙氣噴淋冷卻之用,并利用煙道氣的熱量蒸發(fā)濃縮吸收液,進入濃縮吸收液池每m3煙氣的約0.12升。吸收液的損失用自來水補充,以浮球閥10自動控制。
吸收液蒸發(fā)濃縮時,每m3煙氣約蒸發(fā)水0.1升。
循環(huán)泵8除供給噴淋冷卻蒸發(fā)塔循環(huán)外,尚需泵出一部份通過管道12運送到硫酸亞鐵回收工段。
浮球閥11是控制濃縮液池液面用。
硫酸亞鐵回收工段,可以設(shè)在多功能煙氣脫硫裝置附近,也可以由幾個多功能煙氣脫硫裝置聯(lián)合設(shè)立一個。
硫酸亞鐵的回收方法是過濾、蒸發(fā)、冷卻、結(jié)晶、用離心機將結(jié)晶濾出,包裝入庫。(母液則可返回濃縮吸收地進一步進行濃縮)。其工藝、設(shè)備與通常方法相同,不贅述。
硫酸亞鐵是重要的化工原料,可用以制造鐵紅、鐵黃、華藍、墨水、聚合硫酸鐵及其他鐵鹽;可用作媒染劑、鞣革劑、凈水劑、木材防腐劑、消毒劑等;可用于畜牧業(yè)作飼料添加劑,用于農(nóng)業(yè)作業(yè)化肥、除草劑及農(nóng)藥;醫(yī)藥上用作局部收斂劑及補血劑;目前是一種暢銷產(chǎn)品。
多功能煙氣脫硫吸收裝置的塔體、池體均可用青磚(或紅磚)用耐酸砂漿砌筑,但灰漿必須飽滿,前后在表面再敷10mm厚的耐酸砂漿。蓋板用鋼筋耐酸混凝土預(yù)制板。其余門、門框、百頁窗格柵可用塑料或木料。觀察孔用厚玻璃,環(huán)氧樹脂粘結(jié),其余零件用酚醛改性環(huán)氧玻璃或其他耐熱塑料。
每Km3煙氣消耗動力3~4kwh。
每噸SO2消耗鐵屑700公斤,理論數(shù)為872公斤,實際消耗偏低,這可能是由于一部份SO2成了的H2SO4,一部份硫酸亞鐵成了硫酸高鐵的緣故。
每噸廢鐵屑可制得硫酸亞鐵4.5噸,理論數(shù)為5.0噸,這可能是由于過濾時損失掉了,另外鐵屑也不純。
按廢鐵屑每噸200元,硫酸亞鐵每噸400元件,本發(fā)明的經(jīng)濟效益量很可觀的,例如一套每小時處理煙氣30000Nm3/h的脫硫裝置,包括多功能吸收裝置及回收硫酸亞鐵的裝置,約需投資三十萬元,處理含SO25000mg/m3的煙氣,每天需鐵屑1814Kg,可得硫酸亞鐵8.16噸,每天收支利潤如下表四
由此計算,投產(chǎn)8個月可盈利30萬元,即可收回全部投資。每年盈利37.6萬元,投資利潤率為125%,這樣高的投資利潤率的項目,也是少見的。
至于由此少交的SO2排污費,尚未計算在內(nèi),改善大氣質(zhì)量的環(huán)境效益和社會效益也是無可估量的。
對于小型鍋爐、窯爐,可以幾個就近聯(lián)合處理,只需用管道連接至處理場地即可,經(jīng)濟也是非常顯著的。少量的硫酸亞鐵,排入環(huán)境,亦不至造成重大危害。
由上述分析,本法的特點是以廢治廢,化廢為寶,化害為利,煤炭含硫量愈高,煙氣中SO2濃度愈高,消耗的鐵屑愈多,所得的硫酸亞鐵也愈多,經(jīng)濟效益也愈好。
如將本發(fā)明和其他用鐵氧化合物治理的方法相比,其優(yōu)越性也十分顯著,現(xiàn)按處理每噸SO2消耗的主要物料作一比較,見表五(接下頁)
由以上分析可知,本發(fā)明量煙氣脫硫方法的一個新的突破,特別是對高硫煤地區(qū)非常適用,如果是自有廢鐵屑是機械工廠或擁有機修車間的各類工廠,使用本法則效益更為顯著。
權(quán)利要求
1.一種煙氣脫硫新方法及其裝置,其特征在于用廢鐵屑加水吸收煙氣中的二氧化硫;在吸收二氧化硫的過程可加促進吸收的催化劑。
2.如權(quán)利要求1所述的煙氣脫硫方法,其特征在于催化劑選用粒狀活性炭。
3.如權(quán)利要求1所述的煙氣脫硫方法,其特征在于催化劑選用粒狀炭精。
4.如權(quán)利要求1所述的煙氣脫硫方法,其特征在于催化劑選用銅屑。
5.如權(quán)利要求1所述的煙氣脫硫方法,其特征在于催化劑選用食鹽。
6.如權(quán)利要求1所述的煙氣脫硫方法,其特征在于催化劑選用煤灰。
7.如權(quán)利要求1所述的煙氣脫硫新方法所使用的吸收裝置,其特征在于將冷卻、吸收、補氧、蒸發(fā)、結(jié)合在一個構(gòu)筑物中,其底部為并連的濃縮液池13和吸收液池14,其上為并連的冷卻塔3和脫硫塔4,兩塔間有凸形孔道15相連通,其頂部為冷卻補氧塔5,有二個泵8、9使?jié)饪s液和吸收液循環(huán),有二個浮球閥10、11自動控制濃縮液和吸收液的液位。
全文摘要
本發(fā)明屬于環(huán)境保護中大氣污染防治的技術(shù)領(lǐng)域。目前一般煙氣脫硫方法,投資大,經(jīng)濟效益差,不易推廣。本發(fā)明采用廢鐵屑加水在催化劑存在下吸收煙氣中的SO
文檔編號B01D53/34GK1073613SQ92111928
公開日1993年6月30日 申請日期1992年9月30日 優(yōu)先權(quán)日1992年9月30日
發(fā)明者楊德俊, 韓寶晉, 段輝富, 李永林, 何多敏 申請人:楊德俊, 韓寶晉, 段輝富, 李永林, 何多敏