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双碱法脱硫改进专利说明书

点击次数:   更新时间:16/08/30 13:18:08   【关闭】 来源: 分    享:

双碱法脱硫改进专利说明书

——锅炉烟气脱硫液生产亚硫酸钠

目前,我们国家的电厂、钢厂和一些工业炉窑,普遍采用双碱法脱除烟气中的二氧化硫,较过去的石灰石法、石灰水法有了较大的进步,特别是解决了脱硫效率的问题。但都存在着这样或那样的问题,难以长周期运行,有点干脆就是一个摆设,检查时开,平时停。双碱法经过长期运行后,慢慢发现存在很多缺点,主要是:(1). Na2SO3氧化副反应,生成Na2SO4,且较难再生,要不断的补充NaOH(Na2CO3),增加了碱的消耗量; (2). 置换系统无法分辨氢氧化钠和氢氧化钙,故氢氧化钙在喷淋水中的含量会很高,产生CaCO3沉淀,导致结垢堵塞管道,增加了装置的不稳定性,降低了运行周期;(3). 运行成本过高,年运行费用几百上千万元,难以为继;(4). Na2SO4的存在也将降低石膏的质量,使得生产石膏变为不可能;(5. CaSO4CaCO3的生成,以及生石灰渣的累计,无法处理,产生了二次污染。

随着环保治理力度的不断加强,特别是人民群众对雾霾天气的深恶痛绝,治理大气污染越来越受到人们的重视。同时不论是人民群众的期望,还是环境的要求,及生产厂家对脱硫成本的负担,都不得不重新考虑其它办法,另辟途径:要找到一种两全其美方法,既提高了脱硫效率,保持了蓝天碧水,又增加了经济效益和社会效益,那就是——用脱硫液生产亚硫酸钠。

一.  简介

双碱法烟气脱硫技术是:用氢氧化钠溶液作为脱硫剂与烟气中二氧化硫反应,生成亚硫酸钠,完成脱硫过程。而再生过程就是置换过程,即用配制好的氢氧化钙溶液在再生池内,置换生成氢氧化钠和亚硫酸钙(硫酸钙),形成沉淀,而氢氧化钠清液再打回脱硫塔内循环使用。

上述方法貌似合情合理,其实不然,因为在完成置换反应后,你无法分开氢氧化钠和氢氧化钙,以及溶解在水里的和没有沉淀的硫酸钙、亚硫酸钙等,所以这些杂质必然回到体统中,当遇到烟气中大量的二氧化碳时,必然产生碳酸钙沉淀,从而堵塞管道。另外,由于亚硫酸钠还可以脱除二氧化硫,所以PH值控制较低,因而造成了腐蚀。

对双碱法脱除烟气中二氧化硫的弊端,我们进行了研究和改进。也就是:在采用氢氧化钠脱硫后,不再加生石灰置换,而是将其液体蒸发浓缩,最终分离出亚硫酸钠成品出售。

2NaOH + SO2 = Na2SO3 + H2O     1

Na2CO3SO2Na2SO3CO2      2

Na2SO3SO2H2O2NaHSO3  (3

2Na2SO3+ O2= 2Na2SO4            4

以上三式视吸收液酸碱度不同而异,当碱性较高时(PH9),以(1)式为主要反应;碱性稍为降低时,以(2)式为主要反应;碱性降至中性甚至酸性时,(5PH9),则按(3)式反应。即待至碱耗尽而继续从烟气中吸收SO2时,则副反应生成亚硫酸氢钠。

以上三式因吸收液酸碱度不同而异,(1)式为启动反应,碱性较高时(PH9);(2)式为主要反应;碱性到中性甚至酸性时(5PH9),则按(3)式发生反应。

在一般操作中,PH值控制在8~9左右,所以溶液中基本是以Na2SO3形式存在。

在反复地循环往复操作中,接触了大量的空气,因而不可避免地产生(4)式的反应。Na2SO4对其产品的危害是相当大的,我们选择添加强还原剂Na2S2O3后,用以抑制(4)式的反应。
   
 2Na2S2O3O2+H2ONa2SO3+2 NaHSO3  (5

硫酸盐或亚硫酸盐的累积会影响脱硫效率,必须将其从系统中不断地脱除。这样使得不断加碱,不断脱除盐(亚硫酸盐),完成一个循环。

即:2NaOH Na2SO3 

而分子量确由2x40=80126

由此看出在生产中重量是增加了57.5%,在目前烧碱1300/吨,亚硫酸钠的价格2500/吨的情况下。

价格比:1x13001x1.575x2500=1300:3938=1:3

由此可以看出,有3倍的差价,是可以生产的。

二.  亚硫酸钠的性质

亚硫酸钠

分子式: Na2SO3.一般以Na2SO3.7H2O形式存在
分子量:126.04
CAS
:7757-83-7
结构式:

  :无色单斜晶体,呈粉末状白色固体,密度1.561,无水物的密度2.633,易溶于水,难溶于乙醇及有机溶剂,其水溶液呈碱性反应,PH值约为9~9.5,在空气中风化并氧化为硫酸钠。在1500C时失去结晶水。再热则熔化为硫化钠与硫酸钠的混合物。比水合物氧化缓慢得多,在干燥空气中无变化。

化学性质不够稳定,亚硫酸钠可通过二氧化硫通入氢氧化钠溶液中制得,当二氧化硫过量时,则生成亚硫酸氢钠

本品不易燃,具刺激性,低毒性,加热易分解。

溶解度:

质量标准: 国家标准HG/T 2967-2000


指标

指标

优等品

一等品

合格品

主含量 (Na2SO3),%

97.0

96.0

93.0

铁(Fe%

0.003

0.005

0.02

水不溶物,%

0.02

0.03

0.05

游离酸(Na2CO3),%

0.10

0.40

0.80

硫酸钠(Na2SO4),%

2.5

氯化钠(NaCl),%

0.10

用途:主要作为食品工业中干果和肉类的抗氧化剂、防腐剂;印染工业中的脱氧剂、漂白剂;皮革工业的蒸煮剂、软化剂;造纸工业用作木质素脱除;以及用作还原性的化学试剂和显影剂等。

三.  生产过程

本发明是通过下列方法实现的:

在双碱法生产装置不变的前提下,将原来的消化石灰池用作沉淀池,以便继续沉淀烟尘、飞灰等杂质,而将部分脱硫循环液引出(5~8%),进入活性炭脱色釜脱色(负压)和吸附杂质,同时加入强还原剂——硫代硫酸钠,使Na2SO4还原,过滤后将清液打入蒸发塔中,循环浓缩(负压),而后降温、结晶、分离、烘干、包装后为成品出售。母液回到系统中去,继续使用。蒸发塔上部蒸发出的蒸发液冷却为冷凝水,较为纯净,可回到系统中去,也可用作其它用途。生产中使用的蒸汽,变为冷凝水后,回到水处理中心,脱氧后可以直接进锅炉使用。

所以,本发明无污染、无三废排放。

具体步骤如下:

1. 改变原脱硫系统加碱液的位置,并使脱硫液PH值由原来的5~6提高至7.5~8.5之间,一可使脱硫效率由90%提高至97%左右;二是抑制向生成NaHSO3的副反应方向进行,使之尽可能地生成Na2SO3;三是避免酸性水腐蚀。

2. 将消化石灰池用作沉淀池,从循环泵出口引出5~8%的循环液,进入脱色釜,温度控制在650C ~680C左右,并加入3%的活性炭脱色,及进一步吸附粉尘。

3. 脱色釜采用负压操作,使溶解在脱硫循环液中的氧逸出,利于Na2SO4还原为Na2SO3

4. 向脱色釜中加碱,并调PH值至9左右,使NaHSO3分解,生成Na2SO3

5. 向脱色釜中加入硫代硫酸钠,使残存在液体中的氧进一步消耗,使Na2SO4进一步降低。

6. 将残存在脱硫液中的不溶物(活性炭、粉尘、过量的硫代硫酸钠)全部过滤后,储存在一个容器内备用。

7. 将滤清液先打入一个预蒸发器中浓缩,温度控制在650C ~680C左右,压力控制在-0.09MPa以下,待蒸发至浓度为20%~25%时,进入主蒸发塔。

8. 将浓缩液打入主蒸发塔中,温度控制在680C ~700C左右,压力控制在-0.08MPa以下,待蒸发至浓度为45%~50%时移出。

9. 在稠厚器中冷却结晶,清液从上部回系统循环使用,重液经离心分离,制得含水5%~8%的亚硫酸钠粗产品。离心液回系统重复利用。

10. 将锅炉烟道气(1300C),引入烘干机,干燥脱水至含水<0.2%,制得无水亚硫酸钠,包装为成品出售。

11. 所以蒸汽使用变为冷凝水后,回到水处理中心,脱氧后可以直接进锅炉使用。

12. 预蒸发器、蒸发塔上部流出的蒸发液,冷却后变为冷凝水,较为纯净,可回到系统中去,可作为循环水的补充水,也可用作其它用途。

13. 烘干采用滚筒式烘干炉,在原锅炉进风机后的风道上,引出部分热风(1300C),进入滚筒式烘干炉。

14. 烘干炉后,加旋风除尘器、沉降室,经引风机排入大气。

15. 合格的亚硫酸钠包装,出售。

16. 亦可在亚硫酸钠浓度为32%左右时取出,直接销售液态产品,以降低成本,减少消耗。

工艺流程简图如下:

此技术无污染,无废物排放,既解决了生产中的堵塞、腐蚀问题,稳定了生产,还增添了一个新产品,增加了经济效益。

四.  控制要点

生产操作主要控制一下几个步骤:

1. 烟气脱硫液一般温度较高,大都在600C以上,所以

不需要再加热,仅将调PH值至7.5~8.5之间;

2. 脱色采用负压操作,温度控制在65~680C左右,PH值至9左右,既可析出溶解氧,又可充分发挥其还原反应。添加1%硫代理酸钠(总重量),使硫酸钠还原。反应时间应在1.5~2.0小时之间;

3. 将脱色釜、蒸发塔蒸发出来的蒸汽用于预蒸发塔,形

成一个双效蒸发,负压控制在-0.09MPa以下。亚硫酸钠浓度控制在20%~25%

4. 蒸发塔浓缩采用负压操作,负压控制在-0.08MPa

以下,温度控制在70°C左右,浓度控制在45%~50%

5. 采用我公司的专利产品,既高效节能,又不堵塞的蒸

发塔,蒸发温度控制在63~680C左右。每12小时煮塔(预蒸发器、蒸发塔)置换一次,避免挂疤结垢;

6. 1300C锅炉烟道气引入烘干机,充分利用其热量,加热干燥亚硫酸钠。烘干机后加除尘器、除尘室等。

五.  优点

1.彻底解决了堵塞设备管道的问题,使之能够长周期大负荷地运行;

2.经济效益和社会效益均好。使废弃物(SO2Na2S2O3)得到充分利用,变废为宝,而且效益非常良好;

3.解决了硫石膏、石灰渣的堆放难,二次污染问题,本技术无污染,无三废排放;

4. 可提高脱硫效率5%以上(90%提高到95%);

5. PH值的提高,避免了脱硫液对脱硫塔、引风机、烟道、烟筒的腐蚀;

6.安全、可控、连续、自动化程度高,结构简单可靠,易于维修安装,占地面积小;

8.易于大型化:既可单台使用,又可多台并联套用;

9.彻底改变了因运行费用高,为应付检查,使脱硫装置开开停停的状况。

附:利润估算

(一).消耗计算

计算基准按230KW空冷式发电机组为准,应配具有10440吨锅炉每小时用煤500吨,煤的含硫量为0.8%,脱硫效率为90%

主要消耗包括:水、电、汽和人工费等。

    假设循环水进口为250C,换热后出口为350C

假设脱硫液的循环量为1200m3/h,温度为600C,按7%的循环量进行蒸发处理,蒸发温度为680C,结晶时的温度控制在280C,假设蒸发浓缩85%作为蒸汽排出。

1.    水升温所需热量

Q1=1200x0.07x0.85x1000x1x(68-60)=571200kcal

水气化所需热

Q2=1200x0.07x0.85x1000x558.5=39876900kcal

总热量Q=39876900+571200=40448100 kcal

若采用双效蒸发器,有20%的蒸汽的气化潜热得到利用,则总热量为:40448100-0.20x40448100=32358480 kcal

假设引入本系统的蒸汽为0.5MPa的饱和蒸汽(1680C),出蒸发塔冷凝水温度为900C

  32358480=Mx[545.2+(168-90)]x1000

        M=51.9 /h

自产发电后的蒸汽按150/吨计  

150x51.9=7788 /h

2.    假设循环水的单价为0.35/m3

       a. 浓缩液所需冷却水

        因亚硫酸钠的溶解度随温度变化不大,故此冷却水可用省去。

b. 蒸发汽所需冷却水

32358480=W2x1x(35-25)x1000

W2=3236m3/h

0.35x3236=1133   /h

3.    总装机容量为240KW/h,功率因素按85%计,电价按0.85/度计(自备电)。

  0.85x240x0.85=173  /h

4.耗材

a.耗碱  假设有25%的亚硫酸钠转化为亚硫酸氢钠

  0.008x500x1000x0.9x(2x40/32)x(1-0.25)

=6750 kg/h

折合  6750x1300/1000=8775/h

b.耗硫代硫酸钠  可用次品硫代硫酸钠(硫代硫酸铵),价格按400/吨,每小时按添加300kg

  0.3x400=120  /h

5.人工费

按每班6人,43运行,维修人员2人,管理人员2人,人均工资2500

则(2500x28/(30x24)= 91 /h

总计:7788+1133+173+8775+120+91=18080  /h

年总费用: 18080x8000=144640000

(二).销售收入

假设亚硫酸钠的售价为2500/

烟气中应产产量收入:

(6750x8000x1.575)x2500/1000=212625000

   销售费用按50/吨计

         (6750x8000x1.575)x50/1000=4252500

   合计212625000-4252500=208372500

(三).固定资产投入

    如前所述,即生产符合国家要求的合格产品。

  其主要投资有:设备费    470

                管材费    90

土建费    85

                安装费    35

合计:    680

建设周期8个月,流动资金60万元,银行利息0.85%

共计800万元。

(四).效益估算

年效益:208372500-144640000=63732500=6373万元

预计:800/6373=0.125年即可收回成本。

由此可以看出:能够达到此规模且满负荷生产时,此项目经济效益是较好的,技术性还是可行的,预计2个月之内可收回投资成本。

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