專利名稱:提高石灰石利用率的鈉—石灰石雙重堿處理煙道氣脫硫工藝的制作方法
本發(fā)明是關(guān)于一個(gè)煙道氣脫硫(FGD)的工藝。該工藝用石灰石來再生廢棄的含亞硫酸鈉和亞硫酸氫鈉的堿性吸收液。
利用既含亞硫酸鈉又含亞硫酸氫鈉的堿性吸收液從煙道氣中脫除硫的氧化物，如脫除SO2的煙道氣脫硫工藝是人所共知的。該工藝是連續(xù)操作的，同時(shí)用石灰或石灰石來再生廢棄的吸收液。與直接用石灰或石灰石處理煙道氣的單次堿處理工藝相比，這樣的石灰/石灰石-鈉鹽工藝通常稱之謂雙重或兩次堿處理工藝。
以下的美國(guó)專利中曾經(jīng)描述過這種利用石灰石作為再生劑的雙重堿處理工藝美國(guó)專利4，410，500號(hào)，發(fā)明人王等;美國(guó)專利4，431，618號(hào)，發(fā)明人鮑沃特(Boward)等(該專利是關(guān)于工藝的控制方法的);美國(guó)專利，3，848.070號(hào)，發(fā)明人奧諾朱卡(Onozuka);美國(guó)專利3，944，649號(hào)，發(fā)明人菲爾德等;美國(guó)專利3，989，796號(hào)，發(fā)明人莫利特(Morita)等。
石灰石再生是典型地在一系列帶攪拌的罐式反應(yīng)器中進(jìn)行的連續(xù)操作，并在第一個(gè)罐中使石灰石與廢棄的吸收液接觸。通常再生罐系統(tǒng)操作時(shí)固體濃度比較稀，例如，約1～3%(重量)，這是一種亞硫酸鈣/硫酸鈣和未經(jīng)反應(yīng)的石灰石的混合物。
用石灰石把由于吸收二氧化硫而形成的亞硫酸氫鹽再生成亞硫酸鹽的一個(gè)缺點(diǎn)是它的反應(yīng)活性低。因此，為了在再生罐系統(tǒng)中獲得足夠高的石灰石利用率，比如說，高于90%的利用率，需要相對(duì)長(zhǎng)的停留時(shí)間。
上述的王等人及鮑沃特等人的專利用了少于化學(xué)計(jì)量的石灰石。因此他們的過程對(duì)于造成石灰石的低活性的那些因素，例如磨過的粗的石灰石的粒子大小是很易受責(zé)難的。石灰石反應(yīng)活性的任何較明顯的下降都將要求一個(gè)無法接受的大的反應(yīng)器容量，因?yàn)榇藭r(shí)為了在再生步驟中獲得足夠高的石灰石利用率需要很長(zhǎng)的停留時(shí)間。在以前關(guān)于處理石灰石的低活性的文章中曾描述了各種觀點(diǎn)。
上面提到的奧諾朱卡等人、菲爾德等人和莫利特等人的專利指出為了在再生期間完全中和亞硫酸氫鹽至少應(yīng)該用化學(xué)計(jì)量的石灰石量。雖然過量的石灰石能增加總的再生反應(yīng)速率，但石灰石的利用率通常會(huì)隨之降低，而這反過來影響了總的FGD工藝的經(jīng)濟(jì)性。
在一些專利中描述了對(duì)慣用的帶攪拌的罐再生系統(tǒng)的改進(jìn)以作為改善石灰石再生操作的手段。
周等人的美國(guó)專利4，388，282號(hào)用水力旋流器分離帶攪拌的罐式反應(yīng)器固體中粗的未反應(yīng)的石灰石粒子和較小的亞硫酸鈣粒子，石灰石粒子再循環(huán)作進(jìn)一步反應(yīng)以提高總的石灰石利用率。由于這個(gè)分離步驟依靠石灰石粒子和亞硫酸鈣/硫酸鈣再生副產(chǎn)品固體大小差異的存在，所以對(duì)于仔細(xì)磨過的石灰石，這個(gè)步驟可能是無效的。副產(chǎn)品固體大小受再生罐系統(tǒng)的化學(xué)和機(jī)械設(shè)計(jì)的影響的這一事實(shí)也使該過程復(fù)雜化。
在威爾亥姆的美國(guó)專利4，540，556號(hào)和4，462，969號(hào)中，還提出了另一種方法，該方法的基礎(chǔ)是運(yùn)用了二個(gè)反應(yīng)階段，其中包含一層約含15～40%的固體的淤漿層。盡管這個(gè)過程減少所要求的總的液相停留時(shí)間(和再生罐尺寸)，因?yàn)殡y以提供液相與含未反應(yīng)的石灰石的沉降的固體層之間的充分的接觸，所以人們所得的石灰石利用率仍舊較低。
多爾曼(Dauerman)等人的美國(guó)專利4，251，962號(hào)，描述了一個(gè)較簡(jiǎn)單的方法。該方法省去了一個(gè)多級(jí)罐再生系統(tǒng)，并且講到用一個(gè)Y型的混合噴咀來促進(jìn)石灰石淤漿與吸收液在再生期間的混合與反應(yīng)。該專利權(quán)人推薦，用超過化學(xué)計(jì)量的石灰石以使他們的發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)達(dá)到最大。但是增加石灰石的用量必然會(huì)降低石灰石的利用效率。
本發(fā)明提供了一個(gè)在一個(gè)常用的帶攪拌的再生罐系統(tǒng)中，不必借助應(yīng)用專門設(shè)計(jì)的設(shè)備而獲得超過90%的出色的石灰石利用率的簡(jiǎn)單的方法。
本發(fā)明是一種適用于一個(gè)用于煙道氣連續(xù)脫硫的鈉-石灰石雙重堿處理工藝的改進(jìn)。本發(fā)明在一個(gè)使用一種亞硫酸鈉和亞硫酸氫鈉水溶液的吸收器中從一種含SO2的煙道氣中多步吸收二氧化硫，本發(fā)明至少分出部分吸收器流出液以便用石灰石再生，本發(fā)明通過把石灰石導(dǎo)入分出的吸收器流出液中從而把亞硫酸氫鹽轉(zhuǎn)化成亞硫酸鹽把副產(chǎn)物固體與石灰石處理后的溶液分離開來，并使再生后的溶液返回到吸收器。
根據(jù)本發(fā)明，通過改進(jìn)增加了再生操作期間所用的石灰石的利用率。這些改進(jìn)包括(a)把大部分分出的用于石灰石再生的吸收器流出液引入一個(gè)再生罐系統(tǒng);
(b)使再生罐系統(tǒng)中的吸收器流出液與磨碎的石灰石接觸。再生罐系統(tǒng)中的固體含量保持在5%(重量)以下;
(c)從再生罐系統(tǒng)中移去稀淤漿，這淤漿基本含有再生的溶液，副產(chǎn)品亞硫酸鈣/硫酸鈣固體和未完全反應(yīng)的磨碎的石灰石，并把這些淤漿引入一個(gè)增稠器以增加淤漿固體含量到至少是再生罐體系固體含量的兩倍;
(d)把作為增稠器溢流所得的再生后溶液返回到吸收器;
(e)把作為增稠器底流中得到的濃縮后的淤漿轉(zhuǎn)送到一個(gè)后反應(yīng)器系統(tǒng)中去，在此后反應(yīng)器系統(tǒng)中也引入為了再生而分出的吸收器流出液的剩余部分，由此促進(jìn)在這種濃縮后的淤漿中的未完全反應(yīng)的磨碎的石灰石的進(jìn)一步反應(yīng);及(f)從后反應(yīng)器中脫除淤漿并把基本上反應(yīng)了的固體與液體分離開來，液體再循環(huán)返回到增稠器或再生罐體系。
引入到再生罐系統(tǒng)的和引入到后反應(yīng)器系統(tǒng)的分出的吸收器流出液的比率最好調(diào)節(jié)到使在再生罐系統(tǒng)中約70～80%的石灰石反應(yīng)。分出的大部分吸收器流出液被導(dǎo)入再生罐系統(tǒng)。石灰石反應(yīng)的剩余部分則發(fā)生在后反應(yīng)器系統(tǒng)中。分出的吸收器流出液的剩余部分導(dǎo)入后反應(yīng)器系統(tǒng)。
分出的吸收器流出液的這種比率分割，一般是使再生罐器系統(tǒng)中的石灰石利用率至少達(dá)70%左右。然后，仍然留在引入后反應(yīng)系統(tǒng)的淤漿固體中的剩余的石灰石的量在那里與吸收器流出液接觸時(shí)進(jìn)一步反應(yīng)，因此在本發(fā)明中很易獲得90～95%及更高的總石灰石利用率。
附圖是一張鈉-石灰石雙重堿處理煙道氣脫硫系統(tǒng)的示意流程圖。它說明了根據(jù)本發(fā)明一種較佳的實(shí)施例作出的再生操作。
本發(fā)明的改進(jìn)適用于常用的鈉-石灰石雙重堿處理煙道氣脫硫系統(tǒng)并提供了在這樣的系統(tǒng)的再生過程中提高所用的石灰石的利用效率的一種方法。一種常用的鈉-石灰石雙重堿處理工藝，它的各個(gè)工序和過程控制的詳細(xì)情況已在王等人的美國(guó)專利4，410，500號(hào)和鮑沃特等人的美國(guó)專利4，431，618號(hào)中作了適當(dāng)?shù)拿枋?。由于這個(gè)原因，這兩個(gè)專利在此均被列入本文件的參考文獻(xiàn)之中。
本發(fā)明具有能被迅速地接受應(yīng)用于一個(gè)常用的鈉-石灰石雙重堿處理系統(tǒng)中的優(yōu)點(diǎn)。主要的工藝改進(jìn)是加上一個(gè)后反應(yīng)系統(tǒng)來處理增稠器固體底流以使在此固體中的剩余石灰石的反應(yīng)更完全。
與再生系統(tǒng)中所用的罐體積相比，后反應(yīng)器系統(tǒng)一般是有較小容量的裝置。所以用于這個(gè)改進(jìn)的附加裝置的要求不高。
用后反應(yīng)器系統(tǒng)與常用的再生罐系統(tǒng)及增稠器結(jié)合使在再生過程石灰石的停留時(shí)間大大增加。同時(shí)，還不必依賴于在再生罐系統(tǒng)中用大容量的裝置。
本發(fā)明的后反應(yīng)器系統(tǒng)提供了一個(gè)用于提高在整個(gè)再生操作中的石灰石利用率的十分有效的機(jī)制，特別是當(dāng)石灰石利用率低于原設(shè)計(jì)的期望值時(shí)。再生反應(yīng)速率受石灰石的反應(yīng)活性影響極大，而這種后反應(yīng)器系統(tǒng)很容易補(bǔ)償能夠降低石灰石活性的各種因素的逆向沖擊(許多因素可能是無法預(yù)料的)。
再生過程中再生罐系統(tǒng)中石灰石的反應(yīng)活性隨著PH值的增加而降低。當(dāng)(酸性的)亞硫酸氫鹽轉(zhuǎn)化成亞硫酸鹽時(shí)，PH值的增加是不可避免的。用在后反應(yīng)器系統(tǒng)中的分出的吸收器流出液與在增稠器底流淤漿中剩余的未反應(yīng)石灰石接觸，增強(qiáng)了石灰石的反應(yīng)活性，因?yàn)檫@樣的溶液(典型的PH值5.5～6.7)比在增稠器中的再生后的溶液(典型的PH值6.2～7.0)更酸性。
用這種方式，后反應(yīng)器系統(tǒng)在提高石灰石利用率方面比之無論在再生罐系統(tǒng)中(通過增加罐數(shù))還是在增稠器操作中(通過增大增稠器容量)來增加停留時(shí)間的傳統(tǒng)方法遠(yuǎn)為有效。后二種方法簡(jiǎn)單地涉及延長(zhǎng)剩余的、未反應(yīng)的石灰石與一種水溶液的接觸時(shí)間，這種溶液酸度不夠，不能促進(jìn)石灰石有效的更完全的反應(yīng)。
由后反應(yīng)器系統(tǒng)提供的效率是它提供了理想的固體停留時(shí)間并降低工作體積的結(jié)果。這是由于與傳統(tǒng)的再生方法相比，固體濃度較高及所要求的用于與剩余的未反應(yīng)的石灰石反應(yīng)的吸收器流出液的量較小。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在再生反應(yīng)期間各種離子的存在是能降低石灰石反應(yīng)活性的另一個(gè)因素。發(fā)現(xiàn)當(dāng)這些離子聚積在重復(fù)循環(huán)的吸收液中時(shí)，顯著濃度的氟化物、亞鐵、正鐵、錳、和/或硫酸根離子阻礙再生反應(yīng)。
因?yàn)檫@些和其他無法預(yù)料的因素，作為一個(gè)鈉-石灰石煙道氣脫硫系統(tǒng)的基礎(chǔ)的原始設(shè)計(jì)不可能預(yù)計(jì)在任何條件下在一個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)的煙道氣脫硫系統(tǒng)中遇到的實(shí)際的(低的)石灰石反應(yīng)活性。然而本發(fā)明的這個(gè)工藝允許對(duì)一個(gè)煙道氣脫硫系統(tǒng)設(shè)計(jì)缺陷進(jìn)行改型“修正”而不需對(duì)現(xiàn)存的設(shè)計(jì)作費(fèi)錢的改進(jìn)。本發(fā)明的后反應(yīng)器系統(tǒng)很容易被接納入現(xiàn)存的煙道氣脫硫系統(tǒng)中以顯著提高石灰石利用率而無需昂貴的系統(tǒng)再設(shè)計(jì)和再建造。
如同在參考文獻(xiàn)中的美國(guó)專利中所描述的那樣，再生罐系統(tǒng)可以由一個(gè)單罐組成，但通常是多罐系統(tǒng)，最好是用至少兩個(gè)階式型帶攪拌的罐串聯(lián)起來。兩個(gè)或四個(gè)罐串聯(lián)是最好的再生罐系統(tǒng)排列。
在再生系統(tǒng)罐中的淤漿的固體含量一般是小于5%(重量)，而最好是少于3%(重量)。最好避免使再生罐系統(tǒng)中的淤漿固體含量小于1%(重量)，因?yàn)橐玫剿Ｍ墓腆w停留時(shí)間需要非常大的罐。
在再生系統(tǒng)中發(fā)生的再生反應(yīng)，即把廢棄的吸收器流出液中的亞硫酸氫鹽轉(zhuǎn)化成亞硫酸鹽的反應(yīng)是通過向再生罐引入磨過的石灰石來實(shí)現(xiàn)的。磨過的石灰石一般是以水漿形式加入，通常是含20～40%(重量)的固體?；旧纤凶鳛樵偕鷦┯玫哪ゼ?xì)的石灰石都要求被引入到再生罐系統(tǒng)的第一個(gè)罐。另一方面，石灰石可以在幾個(gè)級(jí)之間均分，包括第一級(jí)在內(nèi)。為了通過控制反應(yīng)速度來促進(jìn)副產(chǎn)品結(jié)晶的生長(zhǎng)，后一種方法有時(shí)更理想。
導(dǎo)入再生罐系統(tǒng)的磨過的石灰石的量希望少于按照為把所有分出的吸收器溶液中的亞硫酸氫鹽完全中和成亞硫酸鹽所需的理論碳酸鈣量所得的化學(xué)計(jì)量數(shù)。
再生系統(tǒng)中典型的平均固體停留時(shí)間是1至4小時(shí)，以2至3小時(shí)更好。為了用石灰石來再生而分出的吸收器流出液的大部分導(dǎo)入再生罐系統(tǒng)的第一級(jí)或各級(jí)中。分出的吸收器流出液的這一大部分最好分成幾股引入各分離的再生罐，包括串聯(lián)排布的罐系統(tǒng)中的第一個(gè)罐。這個(gè)方法具有增加固體停留時(shí)間從而增加石灰石利用率的優(yōu)點(diǎn)。
引出來進(jìn)行石灰石再生的吸收器流出液的PH值最好在5.5～6.7的范圍內(nèi)。在再生罐中的停留時(shí)間應(yīng)當(dāng)充足以能使約20～70%的溶液的亞硫酸氫鹽轉(zhuǎn)化成亞硫酸鹽并使再生液的PH值提高到6.2～7.0的范圍內(nèi)。
這里所用的“大部分”是大于分出溶液的一半，即超過50%。導(dǎo)入再生罐系統(tǒng)的吸收器流出液的這一部分或比率最好調(diào)節(jié)到使也被導(dǎo)入再生系統(tǒng)的石灰石至少約有65～90%反應(yīng)，只要石灰石仍然在再生罐系統(tǒng)內(nèi)。而余下的石灰石反應(yīng)則在后反應(yīng)器系統(tǒng)中發(fā)生。另一方面，調(diào)節(jié)導(dǎo)入再生罐系統(tǒng)和后反應(yīng)器系統(tǒng)的分出的吸收器流出液的比率使在后反應(yīng)器系統(tǒng)中的PH值保持在6.2～7.0的范圍內(nèi)。
這一方法的主要優(yōu)點(diǎn)是提供了在再生罐系統(tǒng)中的相當(dāng)程度的石灰石反應(yīng)，以便能減少增稠器中存在的未反應(yīng)的石灰石量。增調(diào)器濃集從再生系統(tǒng)來的溢流固體。因?yàn)榕c石灰石的再生反應(yīng)引起二氧化碳?xì)怏w的釋放，所以最好要減少連續(xù)發(fā)生在增稠器中的反應(yīng)的量。由于增稠器中未反應(yīng)石灰石的連續(xù)反應(yīng)而引起的大量氣體的釋放阻礙增稠器固體的沉降和增稠器溢流液的澄清。
從再生罐系統(tǒng)中的最后一級(jí)移去的稀淤漿中含有副產(chǎn)品亞硫酸鈣/硫酸鈣和未完全反應(yīng)的石灰石等固體。它的液相基本上是再生后溶液，這些溶液在分離出其中的固體后最終返回到吸收器。
這些含少于5%(重量)最好含少于3%但至少含1%(重量)的固體的稀淤漿被導(dǎo)入一個(gè)增稠器，以使淤漿固體含量濃集到至少是從再生罐系統(tǒng)來的稀淤漿的兩倍。增稠器最好能運(yùn)行到使在淤漿底流中的固體含量濃集到至少為10%(重量)。最好增稠器運(yùn)行到使它的淤漿底流含10%～40%(重量)的固體。
在增稠器穩(wěn)定操作期間，液相溢流基本是脫除固體的，適于作為再生后吸收器溶液返回到吸收器。增稠器的設(shè)計(jì)和操作應(yīng)使產(chǎn)生的溢流液含少于500ppm最好少于300ppm的懸浮固體。
雖然在增稠器中被濃縮的淤漿固體中存在未反應(yīng)的石灰石，最好不大于允許在增稠器中發(fā)生再生反應(yīng)的最小的量，即在增稠器中反應(yīng)的石灰石量不超過總石灰石量的5～10%。在增稠器中這個(gè)額外的石灰石反應(yīng)通過調(diào)節(jié)導(dǎo)入再生罐系統(tǒng)去的分出的吸收器流出液的那一部分的量能容易地控制并達(dá)到最小量。
從增稠器出來的底流是一種濃集的淤漿，含有一些剩余的未反應(yīng)的石灰石。為了提高石灰石總利用率，本發(fā)明的工藝提供來使后反應(yīng)器系統(tǒng)中這些固體中的未完全反應(yīng)的磨細(xì)的石灰石進(jìn)一步反應(yīng)。從增稠器來的濃集的底流淤漿固體在后反應(yīng)器系統(tǒng)中與余下的分出的吸收器流出液接觸。
本發(fā)明的一個(gè)較好實(shí)施例要求把基本上所有的增稠器底流，超過約50%，導(dǎo)入后反應(yīng)器系統(tǒng)。換句話說，增稠器底流淤漿的一小部分，約10～50%，可以再循環(huán)回再生罐系統(tǒng)(以增加再生罐系統(tǒng)中固體的總停留時(shí)間)，同時(shí)把余下的約50～90%的底流淤漿導(dǎo)入后反應(yīng)器系統(tǒng)。
后反應(yīng)器系統(tǒng)可以由一個(gè)簡(jiǎn)單的帶攪拌的罐組成，或由多個(gè)罐或罐的多級(jí)串聯(lián)組成。在后反應(yīng)器系統(tǒng)中可以用常用來保證使固體粒子與濃集的含水淤漿中的液體充分混合的反應(yīng)罐，不要求專門的設(shè)計(jì)考慮。
在后反應(yīng)器系統(tǒng)具有多級(jí)的情況下，導(dǎo)入后反應(yīng)器系統(tǒng)的吸收器流出液可以分成幾股液流導(dǎo)入各分離的罐或罐的各級(jí)，包括串聯(lián)排布的后反應(yīng)器系統(tǒng)的的第一個(gè)罐或第一級(jí)。最好，所有導(dǎo)入后反應(yīng)器系統(tǒng)的吸收器流出液都加到第一級(jí)去。
向從增稠器來的濃集的淤漿加入吸收器流出液來稀釋淤漿。盡管如此，淤漿仍然比較濃，在后反應(yīng)器罐中需要攪拌以保證充分混合。
后反應(yīng)器系統(tǒng)中的平均停留時(shí)間在1～6小時(shí)的范圍內(nèi)，以2～5小時(shí)為好，而尤以2～4時(shí)為最好。
那個(gè)較好的停留時(shí)間一般已足以保證固體粒子與液體之間良好的充分的混合，因而促進(jìn)了未反應(yīng)石灰石的進(jìn)一步反應(yīng)。
加入的這部分廢棄的吸收器流出液典型地具有比與導(dǎo)入后反應(yīng)器系統(tǒng)的增稠器底流相關(guān)的液相更為酸性的PH值。如所預(yù)料的那樣，導(dǎo)入溶液的較酸性的PH值有助于促進(jìn)仍然在淤漿固體中的未反應(yīng)石灰石的進(jìn)一步中和反應(yīng)。
由于這些原因，與石灰相比，盡管石灰石的反應(yīng)活性相對(duì)低，應(yīng)用專門用在本發(fā)明中的后反應(yīng)器系統(tǒng)獲得極好的石灰石再生劑的利用率。應(yīng)用如上所述的后反應(yīng)器系統(tǒng)，在本發(fā)明這個(gè)改進(jìn)的石灰石雙重堿處理工藝中容易獲90～95%及更高的利用率。
反應(yīng)后的淤漿從后反應(yīng)器系統(tǒng)中除去后被分離成相對(duì)地脫除固體的液體和基本上反應(yīng)完的固體。用過濾來進(jìn)行分離較好，但是其他固-液分離技術(shù)如離心分離也能使用。
分離出來的固體一般就廢棄了，但也可以進(jìn)一步加工或處理以回收亞硫酸鈣/硫酸鈣?；厥盏囊后w最好是循環(huán)返回增稠器，但也可能溯流而上循環(huán)到再生罐系統(tǒng)。前一種措施比較好，因?yàn)樵龀砥魍ǔ］^方便地位于后反應(yīng)器系統(tǒng)附近。
如前所述，盡管所有的后反應(yīng)器淤漿通常被處理以分離它的液體和固體組分，然而仍有可能把部分未經(jīng)分離的淤漿循環(huán)返回到增稠器。這種措施有效地增加固體的停留時(shí)間，以便提供未反應(yīng)的石灰石的更長(zhǎng)的暴露時(shí)間使與液相中的亞硫酸氫鹽進(jìn)一步反應(yīng)。而且，這一措施經(jīng)常可能借助于從后反應(yīng)器系統(tǒng)向增稠器的自然溢流來完成，這樣就避免了對(duì)昂貴的控制設(shè)備的需要。
上面和下面的例子中描述了本發(fā)明的較好的實(shí)施例。然而，明顯的是，即可以設(shè)計(jì)出其他的工藝方案，它仍然包括有本發(fā)明的基本要素。例如，這樣的工藝變量可包括多個(gè)再生罐系統(tǒng)，多個(gè)增稠器或多個(gè)后反應(yīng)器系統(tǒng)，這些變量確定為在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
實(shí)施例本實(shí)施例說明了本發(fā)明對(duì)于從燒高硫煤的大型鍋爐來的煙道氣的脫硫的應(yīng)用。
本例的工藝是連續(xù)操作的，并估計(jì)了對(duì)本例來說的正常穩(wěn)定狀態(tài)條件。

了這個(gè)較好的實(shí)施例的簡(jiǎn)略流程圖，圖中的參考數(shù)字包括在以下的工藝說明中。
在吸收部分中，從鍋爐來的煙道氣1以約589，000實(shí)際立方英尺/分(288m3/sec)的速度，在280°F(138℃)溫度下進(jìn)入一個(gè)逆流的有三層的噴霧塔吸收器2內(nèi)，在吸收器2中，二氧化硫被既含亞硫酸鈉又含亞硫酸氫鈉的水溶液所吸收。從吸收器中出來的處理過的煙道氣3基本脫除了所有的二氧化硫(超過90%)。處理過的煙道氣3以約492，000實(shí)際立方英尺/分(232m3/sec)的速度流出，其溫度為129°F(54℃)。脫硫后的煙道氣3在排空前通過一個(gè)脫濕器(未畫出)以從煙道氣中除去夾帶的吸收液。
再生后的吸收液4以約3000克/分(189升/秒)的恒定速度連續(xù)進(jìn)入吸收塔的頂部一層。再生后的吸收液4的PH值約6.6。
把積聚在吸收塔貯槽中的水溶液移出并分成二股液流，第一股液流5再循環(huán)回吸收塔2，而第二股液流6分送到本工藝的石灰石再生部分。
再循環(huán)的那股液流5導(dǎo)入吸收塔2的中層和下層，低于再生后的吸收液4的導(dǎo)入口，這樣使液流5與向上通過塔的煙道氣再度接觸。再循環(huán)的吸收液5以約12400克/分(782升/秒)的速度再循環(huán)。
從吸收塔底移出的吸收液的其余的部分作為分液流6并分成二部分，大的分流7和小的分流8。如下面所述的那樣，大的分流即液流7在再生罐系統(tǒng)部分中用石灰石9再生。這里流出液7是以約2300克/分(145升/秒)的恒定速度轉(zhuǎn)到再生罐系統(tǒng)的。
全負(fù)荷下從吸收器中移出的吸收液(作再循環(huán)用和送去再生的)的PH值約為6.2。應(yīng)當(dāng)了解的是，當(dāng)被處理的煙道氣體積減少而處于動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)時(shí)期，負(fù)荷條件下降會(huì)使這個(gè)PH值在約6.2至6.6的范圍內(nèi)增加。因?yàn)楸环殖龅牧鞒鲆?的量保持恒定造成這個(gè)PH值增加。在另一種工藝控制方案中，必要時(shí)通過改變分出的再生用的吸收器流出液的流速使流出的吸收液PH值保持恒定。
分出的吸收液的大的分液7富含亞硫酸氫鈉，在一個(gè)再生罐系統(tǒng)中用石灰石9再生。這個(gè)再生罐系統(tǒng)有四級(jí)，10、11、12、13，它們是連續(xù)攪拌的罐式反應(yīng)器(CSTR)，串聯(lián)聯(lián)接，其中第一級(jí)10的溢流由于重力作用流入第二級(jí)11，其后兩級(jí)12、13依此類推。四級(jí)的每一級(jí)都具有約135，000加侖的工作容積，每一級(jí)都裝有攪拌器以保證充分混合。
供再生使用的石灰石可通過濕法球磨石灰石塊來制備，使其大小基本都小于325篩(45目)并且CaCO3的典型含量為90%(重量)。磨碎的石灰石9以含約25%(重量)固體的含水淤漿形式導(dǎo)入第一級(jí)再生罐10。
磨碎的石灰石淤漿9以約120克/分(8升/秒)的總速度導(dǎo)入。通過一個(gè)控制系統(tǒng)來調(diào)節(jié)精確的導(dǎo)入速度，這樣來保持再生后的吸收液4的PH值處在所要求的6.6。
分出的吸收器流出液7在四個(gè)再生罐級(jí)10、11、12、13中的停留時(shí)間約是220分，在每個(gè)再生罐級(jí)中的停留時(shí)間約55分鐘。
在最后一級(jí)13中的固體濃度約1.2%(重量)。最后一級(jí)13的溢流漿14由于重力作用流向增稠器15進(jìn)行液一固分離。增稠器15要運(yùn)行到使它的底流16成為含約20%(重量)固體的濃縮淤漿。
濃縮的底流淤漿16以約144克/分(9升/秒)的速度從增稠器15移出。增稠器底流淤漿16流入后反應(yīng)器系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)由一個(gè)單級(jí)的帶攪拌的反應(yīng)罐17組成，罐工作容積為135，000加侖(與一個(gè)單級(jí)再生系統(tǒng)罐一樣)。
分出的吸收器流出液的小的分流8以約576克/分(36升/秒)的速度導(dǎo)入后反應(yīng)器17。淤漿固體在后反應(yīng)器系統(tǒng)17中的停留時(shí)間190分。
處理后的淤漿18從后反應(yīng)器17排出并導(dǎo)入一個(gè)旋轉(zhuǎn)式真空過濾器19，由19得到一個(gè)脫水的濾餅20和母液21。用水22以35克/分(2升/秒)的速度洗滌濾餅得含約50～75%(重量)固體的濾餅20。固體主要是亞硫酸鈣，濾餅20則被廢棄。也含有洗濾餅用的洗滌水22的母液21回到增稠器15作進(jìn)一步澄清。
增稠器的溢流液23含約100ppm固體，并含有下列的雜質(zhì)離子130ppm F、485ppmMg++、4.1ppmFe++和5000ppm Cl-。增稠器溢流液23轉(zhuǎn)入一個(gè)緩沖罐24。
補(bǔ)充水25和純堿26，最好是30%(重量)的Na2CO3溶液，導(dǎo)入緩沖罐24以補(bǔ)償在濾餅20中的鈉的損失并作為吸收液補(bǔ)充。據(jù)此，吸收液中的適當(dāng)?shù)拟c的含量，即它的活性鈉的濃度，和吸收系統(tǒng)中水的差額可以通過加入純堿和水得到很好控制。再生后的吸收液中活性鈉的濃度最好保持在0.9摩爾左右。應(yīng)當(dāng)注意，補(bǔ)充水25和純堿26的量是比較小的，這樣對(duì)增稠器溢流液23的PH值的影響小。補(bǔ)充水25和純堿26是導(dǎo)入增稠器溢流液23的。
從緩沖罐來的水溶液4富含亞硫酸鈉，它的PH值約6.6。通過把石灰石原料加入反應(yīng)器級(jí)10保持這個(gè)PH值。溶液4用泵打回吸收器2，作為再生后的吸收液4使用。
分出的吸收器流出液6，在被石灰石再生并準(zhǔn)備回到吸收器作為再生后的溶液4后，亞硫酸氫鹽的濃度下降約0.21摩爾。在吸收器流出液6中經(jīng)石灰石處理轉(zhuǎn)化成亞硫酸鹽的亞硫酸氫鈉的百分含量約40%。
如上所述本工藝的石灰石利用率在95%以上，而此是為一個(gè)高效率操作提供的。盡管在再循環(huán)的吸收液中存在有害的離子，仍能得到出色的石灰石利用率。沒有本發(fā)明的后反應(yīng)器系統(tǒng)，一般說來，本例所描述的這個(gè)煙道氣脫硫工藝會(huì)顯示遠(yuǎn)低于90%的石灰石利用率。
權(quán)利要求
1.一種用于煙道氣連續(xù)脫硫的鈉--石灰石雙重堿處理工藝，該工藝在一個(gè)帶亞硫酸鈉和亞硫酸氫鈉水溶液的吸收器中多步吸收含SO2氣流中的二氧化硫，至少分出一部分吸收器流出液用石灰石再生，把石灰石導(dǎo)入分出的吸收器流出液以將亞硫酸氫鹽轉(zhuǎn)化成亞硫酸鹽，從石灰石處理后的溶液中分離副產(chǎn)品固體并使再生后液體返回到吸收器。其特征是通過下列各步進(jìn)行改進(jìn)，提高再生操作期間石灰石利用率(a)把分出來作石灰石再生的吸收器流出液的大部分導(dǎo)入一個(gè)再生罐系統(tǒng)；(b)使再生罐系統(tǒng)中的吸收器流出液與磨碎的石灰石接觸，再生罐系統(tǒng)中的固體含量保持在固體濃度低于5%(重量)；(c)從再生罐系統(tǒng)除去稀淤漿，該淤漿主要含再生后的溶液，副產(chǎn)品亞硫酸鈣/硫酸鈣固體及未完全反應(yīng)的磨碎的石灰石，接著把該淤漿導(dǎo)入增稠器以增加淤漿固體濃度到至少是再生罐系統(tǒng)的固體含量的兩倍；(d)使從增稠器溢流所得的再生后溶液返回到吸收器；(e)把增稠器底流的濃縮后淤漿送入后反應(yīng)器系統(tǒng)，分出去再生的吸收器流出液的剩余部分也導(dǎo)入后反應(yīng)器系統(tǒng)，借此使此濃縮后淤漿中未完全反應(yīng)的磨碎的石灰石進(jìn)一步反應(yīng)；和(f)從后反應(yīng)器系統(tǒng)中除去淤漿并從液相中分離基本上反應(yīng)了的固體，液相再循環(huán)回增稠器或再生罐系統(tǒng)。
2.如權(quán)利1所說的工藝，其特征是分出來的吸收器流出液的PH值在5.5～6.7范圍內(nèi)。
3.如權(quán)利1所說的工藝，其特征是在步驟b中介紹的磨碎的石灰石量少于根據(jù)完全中和所有分出的吸收器流出液中的亞硫酸氫鹽轉(zhuǎn)化成亞硫酸鹽所需的碳酸鈣理論量所得的化學(xué)計(jì)量。
4.如權(quán)利1所說的工藝，其特征是在再生罐系統(tǒng)中提供了足夠的停留時(shí)間以使20～70%的亞硫酸氫鹽溶液轉(zhuǎn)化成亞硫酸鹽并使再生后溶液的PH值提高到6.2～7.0范圍內(nèi)。
5.如權(quán)利1所說的工藝，其特征是再生罐系統(tǒng)至少由兩個(gè)再生罐串聯(lián)組成。
6.如權(quán)利3所說的工藝，其特征是分出來在再生罐系統(tǒng)中再生的吸收器流出液的大分流被分成幾股液流，它們被導(dǎo)入分開的各再生罐，包括串聯(lián)排列的罐系統(tǒng)的第一個(gè)罐。
7.如權(quán)利3所說的工藝，其特征是基本上所有的磨碎的石灰石導(dǎo)入再生罐系統(tǒng)的第一個(gè)罐。
8.如權(quán)利1所說的工藝，其特征是再生罐系統(tǒng)中的固體濃度保持小于3%(重量)固體。
9.如權(quán)利1所說的工藝，其特征是再生罐中平均停留時(shí)間是1到4小時(shí)。
10.如權(quán)利1所說的工藝，其特征是增稠器運(yùn)行以使底流淤漿濃縮到固體含量至少為10%(重量)。
11.如權(quán)利1所說的工藝，其特征是增稠器運(yùn)行以使底流淤漿濃縮到固體含量在10～40%(重量)范圍內(nèi)。
12.如權(quán)利1所說的工藝，其特征是基本上所有的增稠器底流導(dǎo)入后反應(yīng)器系統(tǒng)。
13.如權(quán)利1所說的工藝，其特征是50～90%的增稠器底流導(dǎo)入后反應(yīng)器系統(tǒng)，其剩余部分再循環(huán)到再生罐系統(tǒng)。
14.如權(quán)利1所說的工藝，其特征是后反應(yīng)器系統(tǒng)由一個(gè)單個(gè)的后反應(yīng)器罐組成。
15.如權(quán)利1所說的工藝，其特征是后反應(yīng)器系統(tǒng)由幾個(gè)后反應(yīng)器罐或幾級(jí)串聯(lián)組成。
16.如權(quán)利13所說的工藝，其特征是導(dǎo)入后反應(yīng)器系統(tǒng)的吸收器流出液被分成幾股液流，它們被導(dǎo)入各分開的后反應(yīng)器罐，包括串聯(lián)排列的罐系統(tǒng)的第一個(gè)罐。
17.如權(quán)利1所說的工藝，其特征是在后反應(yīng)器系統(tǒng)中的平均停留時(shí)間從1小時(shí)到6小時(shí)。
18.如權(quán)利1所說的工藝，其特征是從后反應(yīng)器系統(tǒng)除去的一部分淤漿再循環(huán)回增稠器而不分離淤漿的液相和固體。
19.如權(quán)利1所說的工藝，其特征是通過過濾或離心分離把從后反應(yīng)器脫除的淤漿的固體和液相組分分離。
20.如權(quán)利17所說的工藝，其特征是從后反應(yīng)器淤漿回收的液相再循環(huán)回增稠器。
21.如權(quán)利17所說的工藝，其特征是從分出的后反應(yīng)器淤漿回收的液相再循環(huán)回再生罐系統(tǒng)。
22.如權(quán)利1所說的工藝，其特征是分出的吸收器流出液導(dǎo)入再生罐系統(tǒng)與導(dǎo)入后反應(yīng)器系統(tǒng)的比例調(diào)節(jié)到使約65%到95%的石灰石反應(yīng)，石灰石也導(dǎo)入再生罐系統(tǒng)。
23.如權(quán)利1所說的工藝，其特征是分出的吸收器流出液導(dǎo)入再生罐和導(dǎo)入后反應(yīng)器系統(tǒng)的比率調(diào)節(jié)到使后反應(yīng)器系統(tǒng)中的PH值保持在6.2～7.0范圍內(nèi)。
專利摘要
一個(gè)為了提高在鈉/石灰石雙重堿處理煙道氣脫硫工藝中的石灰石利用率的方法。含亞硫酸鈉和亞硫酸氫鈉的用過的堿性吸收液被分送到一系列帶攪拌的反應(yīng)器進(jìn)行再生處理，在那里與石灰石再生劑接觸。從最后一個(gè)反應(yīng)器出來的稀淤漿在一個(gè)增稠器中濃縮，而從增稠器中出來的濃縮的底流淤漿在后反應(yīng)器系統(tǒng)中進(jìn)一步處理。由于增稠器底流淤漿含殘留的未反應(yīng)的石灰石，使淤漿在后反應(yīng)器系統(tǒng)中與用過的吸收液的一股分流接觸以促進(jìn)殘留的石灰石進(jìn)一步反應(yīng)，隨后把固體分離并廢棄。
文檔編號(hào)B01D53/50GK87102506SQ87102506
公開日1988年1月6日 申請(qǐng)日期1987年3月31日
發(fā)明者羅貝脫·J·巴埃爾查尼, 維洛特·L·勃華特, 王蔻秀 申請(qǐng)人:Fmc公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan