可再生循環吸收法氣流脫硫系統的製作方法
2023-06-23 08:03:36 1
本實用新型是可再生循環吸收法氣流脫硫系統，具體涉及實用新型脫硫設備完成的可再生循環吸收法氣流脫硫工藝，屬於環境保護和氣體淨化及分離技術領域。
背景技術：
近年來隨著空氣汙染的越來越嚴重，人們對煙氣的治理提出了更高的要求，而大氣汙染中首要汙染物是二氧化硫，其年排放量多年居世界首位。因二氧化硫排放每年全國損失上千億元。為此，國家環境保護部及各地方政府對燃煤鍋爐、燒結煙氣、焦爐煙氣、硫酸尾氣等產生汙染物煙氣制定了更嚴格的排放標準，提出了更高的排放限值。
目前國內採用的煙氣脫硫技術主要為石灰石-石膏法、氨法、雙鹼法、氧化鎂法等，以上這些方法在治理了二氧化硫同時，存在工藝流程複雜、裝置易堵塞、操作費用高、副產難以利用等問題，與我國建設節約型、可持續發展的戰略不相符。從循環經濟的角度出發，採用可再生循環吸收脫硫技術將汙染物二氧化硫變廢為寶成為國內外發展的重點。如Cansolv公司有機胺可再生工藝、發明專利「從混合氣中脫除和回收二氧化硫的吸收劑」（申請號：200710048743.6）、發明專利「一種煙氣脫硫劑和脫硫方法」（申請號：200910135535.9）所述的脫硫方法及所用吸收劑皆屬於可再生循環吸收脫硫技術範疇。
可再生循環吸收法脫硫過程為「吸收-再生循環」循環工藝，見圖1，即脫硫溶劑貧液在常溫下通過吸收塔吸收煙氣中SO2形成富液，然後富液在再生塔中經加熱、汽提，使其解析出SO2並獲得再生為貧液返回循環使用。發明專利「溶劑循環吸收法煙氣脫硫中脫硫溶劑的熱泵再生流程」（申請號：201110128227.0）對再生循環過程中採用熱泵技術進行了介紹，見圖2，但未認識到熱泵在建立熱平衡之前需要產生壓縮機所需的飽和蒸汽，同時未考慮過熱蒸汽在再沸器內冷凝後氣體無法引出的問題，這將導致該系統在實際使用中的困難。發明專利「可再生煙氣脫硫中脫硫溶劑的熱泵蒸餾節能新工藝」（申請號：201410329544.2）對「再生循環」過程提供了另外一種熱泵技術。以上兩個專利都是從再生循環過程的角度出發，考慮降低系統的能耗，都未對吸收過程提出優化方案。
傳統可再生循環吸收脫硫的「吸收」過程廣泛採用填料塔、噴淋塔，而填料塔、噴淋塔是將液相分散在氣相中，實現氣液兩相傳質、傳熱的設備。為了滿足脫硫的效率，通常需要加入過量的吸收劑與煙氣接觸才能實現，未能充分發揮吸收劑的脫硫能力，進而增大了「再生循環」過程中的處理量，導致能耗高。
技術實現要素：
本實用新型的目的在於提供可再生循環吸收法氣流脫硫系統，該系統將鼓泡塔應用於可再生循環吸收法中以替代現有脫硫工段使用的填料塔、噴淋塔設備，在再生工段的配合下，可以明顯提高煙氣脫硫效果、提高吸收劑的有效硫容，從而減少可再生循環吸收方法中吸收劑的循環量和損耗，降低吸收劑再生能耗，提高可再生循環脫硫技術的經濟效益，擴大其應用範圍。
本實用新型通過下述技術方案實現：可再生循環吸收法氣流脫硫系統，包括鼓泡塔、貧富液換熱器和再生塔，所述鼓泡塔內由上至下依次設上隔板和下隔板，上隔板與下隔板形成的入口空間連接氣流入口，下隔板設鼓泡管，鼓泡管連通入口空間和下隔板下的吸收劑液層，上隔板上方為出口空間，下隔板下方與吸收劑液層上表面形成下層空間，在上隔板與下隔板之間設連通下層空間和出口空間的上升管；所述再生塔上設再生塔富液入口和再生塔貧液出口，鼓泡塔吸收劑液層設鼓泡塔富液出口和鼓泡塔貧液入口，所述鼓泡塔富液出口通過貧富液換熱器連接再生塔富液入口，所述鼓泡塔貧液入口通過貧富液換熱器連接再生塔貧液出口。
本實用新型涉及的可再生循環吸收工藝改變了現有脫硫工段中，將液相分散在氣相中實現的氣液兩相傳質，採用鼓泡塔的設置，將煙氣引入吸收劑中實現氣相分散於液相，通過改變氣液的傳質方式，提高可再生循環吸收工藝中的脫硫效率，同時，鼓泡塔的使用，還可減少可再生循環吸收工藝中吸收劑的循環量和損耗，降低現有工藝中吸收劑的再生能耗，提高可再生循環脫硫技術的經濟效益。
所述氣流入口和入口空間之間依次設除塵器和洗滌塔，除塵器可選用電除塵器、布袋除塵器等，洗滌塔可選用噴淋洗滌塔等。
所述鼓泡管插入吸收劑液層的深度為100～300mm。
所述鼓泡塔設於吸收塔內，吸收塔內位於出口空間與煙筒之間依次設洗滌段和除霧段。
所述再生塔還包括再沸器和再生氣出口，再生氣出口通過壓縮機連接再沸器熱源入口，所述再沸器熱源入口連接冷卻器。
所述冷卻器冷凝液出口與再生塔、再沸器的冷凝液出口與再生塔之間均設有回流通道。
本實用新型與現有技術相比，具有以下優點及有益效果：
（1）本實用新型專門針對含有SO2的混合流體，利用鼓泡塔替代現有可再生循環吸收法的進行脫硫，可廣泛應用於燃煤電廠、鋼鐵、有色冶金、化工、建材等行業採用的可再生循環吸收法煙氣脫硫領域，也可適用於Cansolv公司有機胺吸收劑、發明專利「從混合氣中脫除和回收二氧化硫的吸收劑」（申請號：200710048743.6）、發明專利「一種煙氣脫硫劑和脫硫方法」（申請號：200910135535.9）等為脫硫吸收劑的工藝流程。
（2）本實用新型將鼓泡塔產生的富液通過再生塔解析出SO2，貧液可繼續返回至鼓泡塔作為吸收劑循環使用，一方面，解決了可再生循環吸收法中吸收劑損耗量大、能耗大的生產缺陷，另一方面，鼓泡塔內的吸收劑不斷循環再利用，極大的提高了吸收劑的有效硫容，使得鼓泡塔的應用拓展了可再生循環吸收脫硫技術的應用前景。
（3）本實用新型涉及的鼓泡塔提供了一種將氣相分散到液相中的傳質或反應設備，具有高效的氣-液接觸方式，適用於液體相參與反應的中速、慢速反應和放熱量大的反應，具有結構簡單、造價低、易控制、易維修、防腐問題易解決等優點。
（4）由於原煙氣中SO2含量不斷變化，為保證可再生循環吸收工藝對淨煙氣SO2的排放限值，本實用新型需要對以下參數進行考慮：a，鼓泡管插入吸收劑液層的深度適中，使煙氣與貧液有足夠的接觸和反應時間，以獲得滿足SO2排放限值的淨煙氣；b，從工業生產出發，合理設置鼓泡管插入吸收劑液層的深度，能有效的降低脫硫裝置的電消耗率，實現綠色生產。基於以上理由，本實用新型將鼓泡管插入吸收劑液層的深度控制在100～300mm為宜。
（5）為進一步利用再生氣的潛熱，節約能耗，本實用新型工藝中，利用加壓升溫後的再生器對再沸器進行加熱，冷卻降溫後製得SO2氣體，同時，冷卻器的冷凝液和氣液分離器分離出的冷凝液再返回至再生塔。
附圖說明
圖1可再生循環吸收法脫硫技術傳統工藝流程示意圖
圖2可再生循環吸收法脫硫技術熱泵再生工藝流程示意圖
圖3為本實用新型的工藝流程示意圖。
圖4為本實用新型所述鼓泡塔的結構示意圖。
其中，1—鼓泡塔，101—鼓泡塔富液出口，102—鼓泡塔貧液入口，2—吸收劑液層，3—貧富液換熱器，4—再生塔，401—再生塔富液入口，402—再生塔貧液出口，403—再生氣出口，5—上隔板，6—下隔板，7—入口空間，8—鼓泡管，9—出口空間，10—下層空間，11—上升管，12—再沸器，13—富液加熱器，14—富液泵，15—貧液泵，16—貧液冷卻器，17—壓縮機，18—冷凝液罐，19—冷卻器，20—回流通道。
具體實施方式
下面結合實施例對本實用新型作進一步地詳細說明，但本實用新型的實施方式不限於此。
實施例1：
本實施例涉及可再生循環吸收法氣流脫硫系統，可適用於含有SO2的混合流體，包括燃煤電廠鍋爐煙氣、鋼鐵及有色冶金燒結煙氣或工業爐窯煙氣等。
其工藝系統如圖3所示，包括鼓泡塔1、貧富液換熱器3和再生塔4。
如圖4所示，鼓泡塔1內由上至下依次設上隔板5和下隔板6，氣流通過氣流入口送入上隔板5和下隔板6形成的入口空間7，下隔板6設鼓泡管8，鼓泡管8連通入口空間7和下隔板6下的吸收劑液層2，上隔板5上方為出口空間9，下隔板6下方與吸收劑液層2上表面形成下層空間10，在上隔板5與下隔板6之間設連通下層空間10和出口空間9的上升管11。
本系統實際使用時，含有SO2的混合流體（原煙氣）先經降溫至40℃後由氣流入口送入鼓泡塔1入口空間7。鼓泡管8將送入鼓泡塔1入口空間7的原煙氣以一定壓力導入吸收劑液層2深度的100mm，形成鼓泡區。在鼓泡區域，原煙氣與吸收劑充分接觸並發生反應，原煙氣中SO2等雜質被吸收下來，淨煙氣通過上升管11送至出口空間9，得到淨化氣體。
再生塔4上設再生塔富液入口401和再生塔貧液出口402，鼓泡塔1吸收劑液層2設鼓泡塔富液出口101和鼓泡塔貧液入口102，鼓泡塔富液出口101通過貧富液換熱器3連接再生塔富液入口401，鼓泡塔貧液入口102通過貧富液換熱器3連接再生塔貧液出口402。
反應後吸收了SO2的吸收劑被稱之為富液，從鼓泡塔富液出口101經富液泵14升壓在貧富液換熱器3中與再生塔4來的貧液換熱升溫，再經過富液加熱器13調整溫度至90℃的飽和溶液，經再生塔富液入口401送入再生塔4，在再生塔4內填料上與塔釜上升蒸汽進行逆流接觸加熱、汽提以解析吸收的SO2使富液得以再生，富液解析出SO2後再生得到貧液。本系統中，再生所得脫硫溶劑貧液由再生塔貧液出口402由貧液泵15送至貧富液換熱器3，然後經貧液冷卻器16降溫至40℃後，由鼓泡塔貧液入口102返回鼓泡塔1循環使用。
再生塔4還包括再沸器12和再生氣出口403，再生氣出口403通過壓縮機17連接再沸器12熱源入口，再沸器12熱源入口連接冷卻器19，冷卻器19冷凝液出口與再生塔4、再沸器12的冷凝液出口與再生塔4之間均設有回流通道20。
本系統中，來自再生塔4頂的再生氣由再生氣出口403送至壓縮機17，經壓縮機17加壓升溫至150℃得到過熱蒸汽，送入再沸器12熱源入口，用過熱蒸汽加熱再生塔4底部的再沸器12，以加熱來自脫硫段的富液，解析其吸附的SO2等酸性氣體；經再沸器12冷卻後的過熱蒸汽變為飽和氣，經氣液分離器分離出冷凝後，再由冷卻器19進一步降溫等到SO2氣體作為副產品。冷卻器19分離的冷凝液和再沸器12的冷凝液送至冷凝液罐18後均由回流通道20返回至再生塔4。
實施例2：
本實施例涉及可再生循環吸收法氣流脫硫系統，可適用於含有SO2的混合流體，包括燃煤電廠鍋爐煙氣、鋼鐵及有色冶金燒結煙氣或工業爐窯煙氣等。
其工藝系統如圖3所示，包括鼓泡塔1、貧富液換熱器3和再生塔4。
如圖4所示，鼓泡塔1內由上至下依次設上隔板5和下隔板6，氣流通過氣流入口送入上隔板5和下隔板6形成的入口空間7，下隔板6設鼓泡管8，鼓泡管8連通入口空間7和下隔板6下的吸收劑液層2，上隔板5上方為出口空間9，下隔板6下方與吸收劑液層2上表面形成下層空間10，在上隔板5與下隔板6之間設連通下層空間10和出口空間9的上升管11。
本系統實際使用時，含有SO2的混合流體（原煙氣）先經布袋除塵器、噴淋洗滌塔、降溫至45℃後送入鼓泡塔1入口空間7。鼓泡管8將送入鼓泡塔1入口空間7的原煙氣以一定壓力導入吸收劑液層2深度的300mm，形成鼓泡區。在鼓泡區域，原煙氣與吸收劑充分接觸並發生反應，原煙氣中SO2等雜質被吸收下來，淨煙氣通過上升管11送至出口空間9，得到淨化氣體。
再生塔4上設再生塔富液入口401和再生塔貧液出口402，鼓泡塔1吸收劑液層2設鼓泡塔富液出口101和鼓泡塔貧液入口102，鼓泡塔富液出口101通過貧富液換熱器3連接再生塔富液入口401，鼓泡塔貧液入口102通過貧富液換熱器3連接再生塔貧液出口402。
反應後吸收了SO2的吸收劑被稱之為富液，從鼓泡塔富液出口101經富液泵14升壓在貧富液換熱器3中與再生塔4來的貧液換熱升溫，再經過富液加熱器13調整溫度至120℃的飽和溶液，經再生塔富液入口401送入再生塔4，在再生塔4內填料上與塔釜上升蒸汽進行逆流接觸加熱、汽提以解析吸收的SO2使富液得以再生，富液解析出SO2後再生得到貧液。本系統中，再生所得脫硫溶劑貧液由再生塔貧液出口402由貧液泵15送至貧富液換熱器3，然後經貧液冷卻器16降溫至45℃後，由鼓泡塔貧液入口102返回鼓泡塔1循環使用。
再生塔4還包括再沸器12和再生氣出口403，再生氣出口403通過壓縮機17連接再沸器12熱源入口，再沸器12熱源入口連接冷卻器19，冷卻器19冷凝液出口與再生塔4、再沸器12的冷凝液出口與再生塔4之間均設有回流通道20。
本系統中，來自再生塔4頂的再生氣由再生氣出口403送至壓縮機17，經壓縮機17加壓升溫至250℃得到過熱蒸汽，送入再沸器12熱源入口，用過熱蒸汽加熱再生塔4底部的再沸器12，以加熱來自脫硫段的富液，解析其吸附的SO2等酸性氣體；經再沸器12冷卻後的過熱蒸汽變為飽和氣，經氣液分離器分離出冷凝後，再由冷卻器19進一步降溫等到SO2氣體作為副產品。冷卻器19分離的冷凝液和再沸器12的冷凝液送至冷凝液罐18後均由回流通道20返回至再生塔4。
實施例3：
本實施例涉及可再生循環吸收法氣流脫硫系統，可適用於含有SO2的混合流體，包括燃煤電廠鍋爐煙氣、鋼鐵及有色冶金燒結煙氣或工業爐窯煙氣等。
其工藝系統如圖3所示，包括鼓泡塔1、貧富液換熱器3和再生塔4。
如圖4所示，鼓泡塔1內由上至下依次設上隔板5和下隔板6，氣流通過氣流入口送入上隔板5和下隔板6形成的入口空間7，下隔板6設鼓泡管8，鼓泡管8連通入口空間7和下隔板6下的吸收劑液層2，上隔板5上方為出口空間9，下隔板6下方與吸收劑液層2上表面形成下層空間10，在上隔板5與下隔板6之間設連通下層空間10和出口空間9的上升管11；
本系統實際使用時，含有SO2的混合流體（原煙氣）先經布袋除塵器、噴淋洗滌塔、降溫至45℃後送入鼓泡塔1入口空間7。鼓泡管8將送入鼓泡塔1入口空間7的原煙氣以一定壓力導入吸收劑液層2深度的200mm，形成鼓泡區。在鼓泡區域，原煙氣與吸收劑充分接觸並發生反應，原煙氣中SO2等雜質被吸收下來，淨煙氣通過上升管11送至出口空間9，得到的淨化氣體經洗滌段回收被煙氣夾帶的吸收劑後，經除霧器後由吸收塔頂的煙筒放空。
再生塔4上設再生塔富液入口401和再生塔貧液出口402，鼓泡塔1吸收劑液層2設鼓泡塔富液出口101和鼓泡塔貧液入口102，鼓泡塔富液出口101通過貧富液換熱器3連接再生塔富液入口401，鼓泡塔貧液入口102通過貧富液換熱器3連接再生塔貧液出口402。
反應後吸收了SO2的吸收劑被稱之為富液，從鼓泡塔富液出口101經富液泵14升壓在貧富液換熱器3中與再生塔4來的貧液換熱升溫，再經過富液加熱器13調整溫度至100℃的飽和溶液，經再生塔富液入口401送入再生塔4，在再生塔4內填料上與塔釜上升蒸汽進行逆流接觸加熱、汽提以解析吸收的SO2使富液得以再生，富液解析出SO2後再生得到貧液。本系統中，再生所得脫硫溶劑貧液由再生塔貧液出口402由貧液泵15送至貧富液換熱器3，然後經貧液冷卻器16降溫至50℃後，由鼓泡塔貧液入口102返回鼓泡塔1循環使用。
再生塔4還包括再沸器12和再生氣出口403，再生氣出口403通過壓縮機17連接再沸器12熱源入口，再沸器12熱源入口連接冷卻器19，冷卻器19冷凝液出口與再生塔4、再沸器12的冷凝液出口與再生塔4之間均設有回流通道20。
本系統中，來自再生塔4頂的再生氣由再生氣出口403送至壓縮機17，經壓縮機17加壓升溫至200℃得到過熱蒸汽，送入再沸器12熱源入口，用過熱蒸汽加熱再生塔4底部的再沸器12，以加熱來自脫硫段的富液，解析其吸附的SO2等酸性氣體；經再沸器12冷卻後的過熱蒸汽變為飽和氣，經氣液分離器分離出冷凝後，再由冷卻器19進一步降溫等到SO2氣體作為副產品。冷卻器19分離的冷凝液和再沸器12的冷凝液送至冷凝液罐18後均由回流通道20返回至再生塔4。
綜上所述，本實用新型揭示了一種利用氣相高效分散於液相中以實現吸收脫硫的可再生循環吸收系統。由現有鼓泡塔工藝可以知道，鼓泡塔將氣相分散到液相中進行傳質，能提供高效的氣-液接觸方式，但並不是所有氣液接觸方法都可以使用鼓泡塔。例如，在傳統的鼓泡塔脫硫工藝中，由於使用石灰石-石灰法脫硫，鼓泡塔在作為脫硫裝置使用時，具有易堵塞、安全隱患大、運行效率低等缺陷，因此，發明專利 「一種進行溼法煙氣脫硫的鼓泡塔及方法」（申請號：201510937315.3）提出了對溼法煙氣脫硫鼓泡塔的改進，但經實踐證明，以石灰石作為吸收劑的溼法煙氣脫硫技術中，使用鼓泡塔進行脫硫並不是一項常遠可行的技術手段，因為，其缺陷並不能被克服，反而會隨著生產量增加及生產周期的累積而突顯。
因而，本實用新型需要找到的是一種能解決可再生循環吸收工藝吸收劑消耗量大、吸收劑使用不充分等問題的吸收脫硫方法，還要該方法能適用於可再生循環所使用的吸收劑，避免出現溼法煙氣脫硫技術中，因使用石灰石吸收劑而造成的鼓泡塔使用隱患。
以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例，並非對本實用新型做任何形式上的限制，凡是依據本實用新型的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化，均落入本實用新型的保護範圍之內。