一種循環流化床活性焦脫硫與硫再資源化方法

2023-05-11 07:54:21

專利名稱：一種循環流化床活性焦脫硫與硫再資源化方法
技術領域：
本發明屬於煙氣脫硫技術領域，特別涉及一種循環流化床幹法煙氣脫硫的工藝及其系統，該技術已經開始應用，並將廣泛應用於燃煤火力發電廠煙氣和垃圾發電廠尾氣汙染物二氧化硫和NOx的排放控制過程，適用於現有各種機組的脫硫技術改造工程。
近年來，隨著我國經濟實力的不斷增強和環境標準漸趨嚴格，二氧化硫汙染排放治理力度的不斷加大，許多火電廠根據各自的實際情況，先後引進了國外各種煙氣脫硫技術，並建成了石灰石-石膏溼法，旋轉噴霧半乾法，爐內噴鈣加尾部增溼活化幹法，海水脫硫，電子束脫硫和煙氣循環流化床脫硫技術等的示範機組。這些煙氣脫硫技術不同程度地存在投資大，運行費用高和需要治理二次汙染以及硫再資源化等問題，根據我國地域廣，機組繁雜，媒質和煤炭分布情況複雜，硫資源短缺及缺水等國情，必須發展更為先進的脫硫技術。
活性炭(焦)脫硫技術是一種以物理-化學吸附原理為基礎的幹法脫硫技術。吸附過的活性炭(焦)經再生，可以獲得硫酸，液體二氧化硫，單質硫等產品，這樣，活性炭(焦)脫硫工藝既可以用來控制二氧化硫的排放，又可以回收硫資源，是一種發展前途較好的脫硫工藝。
自20世紀80年代，國外展開了大量的研究開發。
德國的活性炭脫硫Lurgi工藝技術，Lurgi法中氣液接觸，洗淨水在床內分散不均勻，用水量大，水洗液中硫酸濃度低，提濃時難度大，脫硫效率較低，適用於處理量小，二氧化硫濃度較低的情況。
日本的日立-東電Hitachi Seesakujoo Ltd.Co.and Tokyo Tenryooku Ltd.Co.法活性炭脫硫工藝，與Lurgi法相比，該工藝得到的洗液中硫酸濃度較高，用水較少，連續性較好。但設備複雜，需多次切換，操作較繁，且雖可用於處理量較大的場合，但要求管線很粗，各項配套設備尺寸也相應加大，由此帶來的設備投資及維修難度加大。
日本化研機工株式會社Kaken Kiikoo Ltd.Co.的旋轉淋浴法-化研法，吸附設備構思巧妙，集中了Lurgi法與日本的日立-東電法的優點，但床層內活性炭(焦)利用率分布不均勻，總體利用效率不高，處理量大時，設備也要隨著增加，空間佔用加大，當煙氣含塵量大時，床層阻力會隨時間的延續而增大，因此，在吸附器前需要安裝除塵設備，運行時，吸附過的煙氣中SO2濃度波動較大，連續性較差。
日本的日立Hitachi Zoosen Ltd.Co.造船法，其優點是水蒸氣易於分離，得到的氣體較純，操作溫度低，避免了高溫下活性炭(焦)自身熱分解，損耗量減少，運行安全。
日本的住友-關電Sumitomo Heavy Induetry and EDPC PowerPlant atTakehara法，與日立造船法類似，只不過是用惰性氣體替換了水蒸氣，脫附溫度較高，為370℃以上，離開脫附器的富SO2氣體用於生產硫酸。
德國的BF/Uhde煙氣脫硫脫硝氨法，可以節省水源，不致造成二次汙染，可以得到富SO2氣體，既可以用來生產硫酸，又可以生產單質硫，可選性較大。但由於機械磨損，硫酸還原時需消耗一部分炭，因此，需定期補給。
中國在活性焦脫硫技術方面起步較晚，中國科學院大連化物所曾經開發過含碘活性炭水洗再生法，並在湖北松木坪和四川豆壩電廠進行了5000Nm3/h中間試驗，但由於所選工藝複雜，活性炭強度低，價格高等原因而未能推廣。
日本已在磯子發電廠600MW機組上安裝活性焦脫硫脫硝裝置。以上各種方法的終產品為濃硫酸，普遍存在著稀硫酸濃縮問題，而將解吸得到的富SO2氣體轉化為濃硫酸，需要制酸設備；活性炭的價格偏高，增加運行投資；水洗液中含酸，勢必造成二次汙染；稀硫酸具有強烈的腐蝕性，對設備的製造材料要求極高；其產品的運輸與貯存均存在大量問題；目前我國硫酸產銷已趨於平衡，硫酸價格較低；同時，我國每年的硫磺卻需要大量進口。
本發明的另一目的是儘可能減少水的消耗，減少脫硫裝置的佔用面積，以及熱效率的充分利用等。
本發明提供了一種循環流化床活性焦脫硫與硫再資源化方法，其特徵在於該流程包括將煙氣預除塵，經文丘裡管從底部進入脫硫塔反應器，用活性焦進行脫硫，脫氮，除塵；失去活性的活性焦經切換連續再生，用煤做還原劑將SO2還原成單質硫回收。
基本過程如下1)燃煤電站鍋爐尾部來的煙氣首先進入預除塵器，預除塵後的煙氣從底部經文丘裡管進入脫硫塔反應器，煙氣溫度為110～200℃，含硫量為200～18000mg/Nm3；2)活性焦從脫硫塔反應器側下部，文丘裡管上部加入，氣固接觸，循環流動，活性焦吸附煙氣中的SO2、NOx；3)被脫除了SO2、NOx的煙氣從脫硫塔反應器頂部出口處的內分離器進入外煙氣除塵系統，經過除塵的煙氣含塵濃度符合煙塵排放標準，SO2含量低於10～900mg/Nm3，排煙溫度為80℃以上；4)吸附了SO2，NOx的活性焦從外除塵器分離進入解吸塔，熱氣再生塔產生的氣體被輸送到解吸塔中通過惰性氣體循環管讓解吸塔中的溫度保持在300～600℃之間，這樣吸附了SO2的活性，就會釋放出高濃度的SO2，釋放了SO2的活性焦恢復了吸附能力，被輸送到解吸塔後面的分離器；5)由解吸塔後面的分離器分離出來的符合標準的活性焦再被輸送到脫硫塔反應器進行循環；6)由解吸塔後面的分離器分離出來的熱的磨損的小顆粒的焦碳，及灰分通過管路輸送到鍋爐，和其它的煤一起燃燒；7)在解吸塔釋放的SO2輸送到填充煤特別是劣質煤作為還原劑的還原塔中，在還原塔裡溫度達到600～900℃，一部分SO2被還原成單質硫蒸氣，另一部分被還原為H2S；8)反應後熱的固體包括為反應完全的煤等輸送到鍋爐燃燒；9)單質硫蒸氣，SO2和H2S按1∶2的比例被輸送到溫度為100～200℃的Claus反應器，通過Claus反應生成單質硫；10)生成的單質硫蒸氣被輸送到冷凝裝置冷凝，最終回收固態單質硫。
本發明還提供了一種專門用於上述方法的循環流化床活性焦脫硫與硫再資源化系統，其基本特徵在於該系統由預除塵器(1)、文丘裡管(2)、反應器(3)、活性焦加入裝置(6)、活性焦解吸裝置(5)、煤加入裝置(11)、還原裝置(7)、Claus反應器(8)、冷凝裝置(9)、固體硫回收裝置(10)、活性焦分離裝置、外分離裝置(4)構成；預除塵器(1)為分離效率高的靜電除塵器，連接文丘裡管(2)和反應器(3)；活性焦解吸裝置(5)，反應器(3)，與外分離裝置(4)首尾相接；經過切換，反應器(3)、活性焦解吸裝置(5)、還原裝置(7)、Claus反應器(5)、冷凝裝置(9)、固體硫回收裝置(10)順序連接；活性焦解吸裝置(5)、活性焦分離裝置順序連接；活性焦加入裝置(6)與反應器(3)連接；外分離裝置(4)採用旋風分離器；煤加入裝置(11)連接還原裝置(7)；活性焦解吸裝置(5)、還原裝置(7)分別與鍋爐連接；活性焦加入裝置(6)兩套，其中活性焦輪換脫硫和再生。
本發明循環流化床活性焦脫硫與硫再資源化方法適用於各種含硫量燃煤電站鍋爐的煙氣處理。
與各種煙氣脫硫技術相比，本發明具有以下獨特的優點(1)採用活性焦，價格低廉，機械強度高；(2)不需要使用大量水，二次汙染少；(3)終產品為純的固態的單質硫，易於貯存，運輸，經濟價值可觀；(4)設備無腐蝕；(5)分離的磨損的焦碳及熱的灰分輸送回鍋爐，增加熱效率；(6)活性焦用量小，設備簡單，佔地面積小，建設費用低，且使用劣質煤作還原劑，運行成本低廉。
總之，本發明系統簡單，運行穩定，連續性好，活性焦用量小，脫硫效率高，可達到95％以上，同時除塵，脫硝，脫除氯化氫，氟化氫等強酸性，強腐蝕性氣體；純的固態單質硫的回收，運行費用將大大降低，甚至盈利。不論從生產能力方面，還是從工藝流程，生產設備的種類和數量方面都遠遠優於已有技術，因此具有更為廣泛的應用前景。
實施例2某電站鍋爐排放煙氣48.5萬立方米/小時，煙氣中含硫6000mg/Nm3，反應器設計直徑為6.6米，高為30米，活性焦解吸裝置(3)體積為45立方米；選用粒徑約為2.5～7.5mm活性焦，循環總量為560噸。具體流程為來自電站鍋爐尾部的煙氣首先進入預除塵器(1)，除塵後的煙氣經文丘裡管(2)進入反應器(3)，活性焦從脫硫塔反應器側下部加入，煙氣與活性焦充分接觸，循環流動，脫除了SO2等的煙氣與吸附了的SO2活性焦進入旋風分離器(4)，煙氣排出；附了的SO2活性焦進入活性焦加入裝置(6)進行循環；吸附了SO2等失去了活性的活性焦經切換進入活性焦解吸裝置(5)，解吸後經活性焦加入裝置(6)回到反應器(3)繼續循環；在活性焦解吸裝置(5)解吸的SO2進入還原裝置(7)與加入的劣質煤反應生成單質硫蒸氣，與生成的H2S和SO2按照2∶1的比例進入Claus反應器(8)，H2S和SO2在這裡反應生成單質硫，然後，單質硫蒸氣進入冷凝裝置(9)冷凝，在固體硫回收裝置(10)回收比較純的固體單質硫。該系統的設計脫硫效率為95％。
權利要求
1.一種循環流化床活性焦脫硫與硫再資源化方法，其特徵在於該流程包括將煙氣預除塵，經文丘裡管從底部進入脫硫塔反應器，用活性焦進行脫硫，脫氮，除塵；失去活性的活性焦經切換連續再生，用煤做還原劑將SO2還原成單質硫回收。
2.按照權利要求1所述循環流化床活性焦脫硫與硫再資源化方法，其特徵在於基本過程如下1)燃煤電站鍋爐尾部來的煙氣首先進入預除塵器，預除塵後的煙氣從底部經文丘裡管進入脫硫塔反應器，煙氣溫度為110～200℃，含硫量為200～18000mg/Nm3；2)活性焦從脫硫塔反應器側下部，文丘裡管上部加入，氣固接觸，循環流動，活性焦吸附煙氣中的SO2、NOx；3)被脫除了SO2、NOx的煙氣從脫硫塔反應器頂部出口處的內分離器進入外煙氣除塵系統，經過除塵的煙氣含塵濃度符合煙塵排放標準，SO2含量低於10～900mg/Nm3，排煙溫度為80℃以上；4)吸附了SO2，NOx的活性焦從外除塵器分離進入解吸塔，熱氣再生塔產生的氣體被輸送到解吸塔中通過惰性氣體循環管讓解吸塔中的溫度保持在300～600℃之間，這樣吸附了SO2的活性，就會釋放出高濃度的SO2，釋放了SO2的活性焦恢復了吸附能力，被輸送到解吸塔後面的分離器；5)由解吸塔後面的分離器分離出來的符合標準的活性焦再被輸送到脫硫塔反應器進行循環；6)由解吸塔後面的分離器分離出來的熱的磨損的小顆粒的焦碳，及灰分通過管路輸送到鍋爐，和其它的煤一起燃燒；7)在解吸塔釋放的SO2輸送到填充煤作為還原劑的還原塔中，在還原塔裡溫度達到600～900℃，一部分SO2被還原成單質硫蒸氣，另一部分被還原為H2S；8)反應後熱的固體包括未反應完全的煤輸送到鍋爐燃燒；9)單質硫蒸氣，SO2和H2S按1∶2的比例被輸送到溫度為100～200℃的Claus反應器，通過Claus反應生成單質硫；10)生成的單質硫蒸氣被輸送到冷凝裝置冷凝，最終回收固態單質硫。
3.按權利要求1或2所述連續再生循環流化床活性焦脫硫與硫再資源化方法，其特徵在於所用還原劑為劣質煤。
4.一種專門用於權利要求1所述方法的循環流化床活性焦脫硫與硫再資源化系統，其基本特徵在於該系統由預除塵器(1)、文丘裡管(2)、反應器(3)、活性焦加入裝置(6)、活性焦解吸裝置(5)、煤加入裝置(11)、還原裝置(7)、Claus反應器(8)、冷凝裝置(9)、固體硫回收裝置(10)、活性焦分離裝置、外分離裝置(4)構成；預除塵器(1)為分離效率高的靜電除塵器，連接文丘裡管(2)和反應器(3)；活性焦解吸裝置(5)，反應器(3)，與外分離裝置(4)首尾相接；經過切換，反應器(3)、活性焦解吸裝置(5)、還原裝置(7)、Claus反應器(5)、冷凝裝置(9)、固體硫回收裝置(10)順序連接；活性焦解吸裝置(5)、活性焦分離裝置順序連接；活性焦加入裝置(6)與反應器(3)連接；外分離裝置(4)採用旋風分離器；煤加入裝置(11)連接還原裝置(7)；活性焦解吸裝置(5)、還原裝置(7)分別與鍋爐連接；活性焦加入裝置(6)兩套，其中活性焦輪換脫硫和再生。
全文摘要
一種循環流化床活性焦脫硫與硫再資源化方法，其主要的技術特點是以活性焦作為脫硫劑，70～200℃的含有SO
文檔編號C01B17/00GK1435273SQ0210910
公開日2003年8月13日 申請日期2002年1月29日 優先權日2002年1月29日
發明者李振中, 李辰飛, 馮兆興, 董建勳, 王陽, 程雲馳, 朱利民, 馬力, 劉剛, 劉曉東, 於遂影, 王志強, 馮廣偉, 張悅, 陸詩詣, 葉楓, 祁寧, 蘇振東 申請人:國家電站燃燒工程技術研究中心, 遼寧省燃燒工程技術中心, 遼寧東電燃燒設備有限公司, 遼寧科林環保工程有限責任公司