一種蒸發含亞硫酸銨的硫酸銨溶液的方法及其系統的製作方法
2023-08-07 05:55:31
一種蒸發含亞硫酸銨的硫酸銨溶液的方法及其系統的製作方法
【專利摘要】本發明提出一種蒸發含亞硫酸銨的硫酸銨溶液的方法，包括步驟1)含有亞硫酸銨的硫酸銨溶液進入二效分離室，循環加熱和分離，至硫酸銨質量濃度為50%-60%，進入一效加熱室；2)溶液在一效加熱室和一效分離室之間循環加熱和分離，至硫酸銨質量濃度為60%-72%，進入稠厚器。本發明的方法充分利用一效產生的蒸汽對二效進行加熱，降低了能耗，減少了冷凝液產量，得到質量濃度為50%-60%的硫酸銨濃縮液。解決了稀硫酸銨母液中未完全氧化的亞硫酸銨遇熱分解後產生的SO2和NH3氣體問題，產生的SO2與NH3排出並送至脫硫塔進行處理，避免了因亞硫酸銨分解產生的氣體汙染環境、造成系統內壓力不平衡，可使系統連續穩定運行，而且生成的硫酸銨晶體產品純度更高。
【專利說明】一種蒸發含亞硫酸銨的硫酸銨溶液的方法及其系統
【技術領域】
[0001]本發明屬於煙氣脫硫的【技術領域】，涉及一種溼式氨法脫硫後副產物含亞硫酸銨的硫酸銨溶液的蒸髮結晶方法。
【背景技術】
[0002]我國環境保護雖取得積極進展，但環境形勢依然嚴峻，以煤為主的能源結構導致大氣汙染物排放總量居高難下，區域性大氣汙染問題日趨明顯。煤的燃燒過程中會產生SO2，是大氣主要汙染物之一。溼式氨法脫硫是目前廣泛應用的脫硫方式，其主要原理是利用氨作為吸收劑，脫除煙氣中的SO2並產生亞硫酸銨，亞硫酸銨經氧化後形成硫酸銨。硫酸銨是一種常用的化學肥料，也可以應用於紡織、皮革、醫藥等行業。
[0003]脫硫過程中產生的硫酸銨溶液要經過蒸發-濃縮-冷卻-結晶才能形成硫酸銨產品，由於硫酸銨溶液中含有少量未能被完全氧化的亞硫酸銨，遇熱分解後會產生SO2和NH3氣體，因此會產生系統內壓力不平衡、管道腐蝕和影響硫酸銨產品質量等問題。
[0004]目前，溼式氨法脫硫的副產物硫酸銨的蒸發及結晶主要採用的是:
[0005]1、蒸發-結晶-分離-乾燥法(CN201558568U)。該法採用的是單效蒸發，對熱蒸汽的需求量大，蒸發排出大量二次蒸汽未能加以利用，不僅熱能利用率不高，氣相汙染也相對嚴重。
[0006]2、簡單雙效蒸發流程(CN101928016A)，處理對象為單一的硫酸銨溶液，不含化學性質不穩定的亞硫酸銨。
[0007]在已有的蒸髮結晶技術中，由於亞硫酸銨在60°C以上就開始分解，在加熱蒸發的過程中亞硫酸銨分解產生的SO2,不僅使系統壓力產生波動，造成管道腐蝕，而且SO2的任意排放會造成環境二次汙染；若亞硫酸銨進入後續的乾燥系統，會產生分解，影響工作環境及產物硫酸銨的品質。
【發明內容】
[0008]本發明的目的是針對本領域的不足之處，提出一種蒸發含亞硫酸銨的硫酸銨溶液的方法，採用雙效逆流工藝流程，充分利用一效產生的二次蒸汽的熱量為二效濃縮蒸發提供熱源。二效加熱室上設置排氣孔，通過控制二效中溶液的溫度，使溶液中未完全氧化的亞硫酸銨完全分解為SO2與NH3，送回到脫硫塔進行處理。
[0009]本發明的另一目的是提出一種蒸發含亞硫酸銨的硫酸銨溶液的的系統。
[0010]實現本發明上述目的的技術方案為:
[0011]1、一種蒸發含亞硫酸的硫酸銨溶液的方法，包括步驟:
[0012]I)含有硫酸銨的溶液經過預熱進入二效分離室，然後溶液在二效分離室和二效加熱室之間循環進行加熱和分離，至溶液中硫酸銨的質量濃度為50%-60%，進入一效加熱室；
[0013]2)進入一效加熱室中的溶液在一效加熱室和一效分離室之間循環加熱和分離，至溶液中硫酸銨的質量濃度為60%-72%，進入稠厚器；[0014]3)蒸汽首先進入一效加熱室，然後進入預熱器加熱含亞硫酸銨的硫酸銨溶液；在一效分離室產生的蒸汽進入二效加熱室；一、二效系統產生的蒸汽冷凝水進入冷凝水罐。
[0015]其中，所述含亞硫酸銨的硫酸銨溶液為對煙氣進行溼式氨法脫硫後產生的溶液，密度為1.15-1.23g/ml，含有質量濃度為0.5-5%的亞硫酸銨。因為氨法脫硫首先產生亞硫酸銨，然後通過氧化得到所述硫酸銨的溶液，由於亞硫酸銨未能被完全氧化，因此硫酸銨溶液中含少量亞硫酸銨。由溶液密度推知，該含亞硫酸銨的硫酸銨溶液中硫酸銨的質量濃度為 25-45%。
[0016]其中，所述步驟I)中含有亞硫酸銨的硫酸銨溶液經過預熱，溫度為72_85°C，然後進入二效分離室。
[0017]其中，所述步驟I)中二效分離室的溶液溫度為70-80 °C，真空度為
0.07-0.085MPa ;所述步驟2)中一效分離室中的溶液溫度為105-115 °C，真空度為
0.005-0.0lMPa0
[0018]其中，所述步驟3)中首先進入一效加熱室的蒸汽溫度為120_140°C，進入二效加熱室的蒸汽溫度為90-100°C。
[0019]一種雙效蒸發含亞硫酸銨的硫酸銨溶液的系統，其包括二效加熱室和二效分離室；一效加熱室和一效分離室；
[0020]所述二效加熱室和二效分離室通過管道和循環泵連接；所述一效加熱室和一效分離室通過管道和循環泵連接。
[0021]其中，所述二效分離室設置有溶液進口和氣體出口，所述溶液進口連接有預熱器；所述氣體出口連接有冷凝器。分解產生的SO2與NH3通過氣體出口與蒸汽一起進入冷凝器，蒸汽經過冷凝後成為冷凝水，進入冷凝水罐，經過冷凝水泵後回到脫硫系統，而SO2與NH3經過冷凝器降溫後通過真空泵送至脫硫塔重新吸收，避免汙染的同時回收了 SO2與NH3資源。
[0022]其中，所述循環泵為軸流泵。由於硫酸銨溶液蒸發過程中會出現大量的硫酸銨晶體，為了防止硫酸銨結垢堵塞，用軸流泵提高物料在加熱室的流速，使其在加熱室內快速通過。
[0023]其中，所述一效加熱室和二效加熱室均為列管式換熱器。
[0024]其中，所述一效分離室還連接有稠厚器。一效分離室完成液經一效出料泵定量採出後經稠厚器降溫、養晶後，進入後續離心、乾燥工序。稠厚器的作用是使高濃度硫酸銨溶液形成晶體並分層，稠厚器底部的硫酸銨溶液呈濃稠狀，進入離心機分離後得到的固體硫酸銨再經過流化床乾燥後得到硫酸銨晶體，而離心機中分離出的液體則進入硫酸銨母液儲罐，再次進入一效分離室。
[0025]本發明的有益效果在於:
[0026]本發明提出的方法，採用二效逆流式工藝，充分利用一效產生的蒸汽對二效進行加熱，既降低了系統的能耗，減少了冷凝液的產量，又生產出質量濃度為50%-60%的硫酸銨濃縮液。稀硫酸銨溶液先經過二效加熱，使溶液中含有的亞硫酸銨溶液充分迅速分解，解決了稀硫酸銨母液中未被完全氧化的亞硫酸銨遇熱分解後產生的SO2和NH3氣體問題；產生的SO2與NH3排出並送至脫硫塔進行處理，避免了因亞硫酸銨分解產生的有毒性氣體汙染環境，同時造成系統內壓力不平衡，使系統得以連續穩定的運行。另一方面，由於亞硫酸銨得到充分的分解，可以使結晶生成的硫酸銨晶體產品的純度更高。【專利附圖】
【附圖說明】
[0027]圖1:本發明蒸發含亞硫酸銨的硫酸銨溶液系統圖。
[0028]圖中，1為上料泵,2為預熱器,3為一效加熱室,4為一效分離室,5為一效循環泵，6為一效出料泵，7為二效出料泵，8為二效加熱室，9為二效分離室，10為二效循環泵，11為冷凝器，12為真空泵，13為冷凝水罐，14為冷凝水泵，15為稠厚器。
【具體實施方式】
[0029]現以以下最佳實施例來說明本發明，但不用來限制本發明的範圍。
[0030]實施例1:
[0031]下面結合附圖1對本系統的一個較佳實施方式做詳細闡述。
[0032]蒸發含亞硫酸銨的硫酸銨溶液的系統，包括二效分離室9和二效加熱室8 ;一效加熱室3和一效分離室4 ;二效分離室9和二效加熱室8通過管道和二效循環泵10連接；一效加熱室3和二效加熱室8均為列管式換熱器。
[0033]—效加熱室3和一效分離室4通過管道和一效循環泵6連接；二效循環泵10和一效循環泵5均為軸流泵。
[0034]二效分離室9和一效加熱室3通過管道和二效出料泵7連接；
[0035]所述二效分離室9設置有溶液進口和氣體出口，所述溶液進口連接有預熱器2 ;氣體出口連接有冷凝器11。排出的氣體C含SO2和NH3,進入冷凝器冷凝後經真空泵12採出後去脫硫系統。冷凝器11排出的冷凝水進入冷凝水罐，經冷凝水泵14返回脫硫塔回用。
[0036]其中，所述一效分離設備還連接有稠厚器15。稠厚器15內壓力為常壓，材質為搪瓷。
[0037]實施例2:
[0038]蒸發含亞硫酸銨的硫酸銨溶液的系統為實施例1的系統。進行雙效蒸發的物料B為煙氣氨法脫硫的吸收液，經過氧化，密度1.21g/ml，含有3%(質量濃度)的亞硫酸銨。物料B通過上料泵I輸送至預熱器2。
[0039]由蒸汽總管來的新蒸汽A (溫度為133°C)進入到一效加熱室3作為一效加熱室的熱源，一效加熱室內冷凝下來的熱水經過預熱器2給物料預熱後返回鍋爐循環使用；一效分離室4產生的二次蒸汽溫度97°C，進入到二效加熱室8，作為二效加熱室的熱源使用，力口熱二效後產生的冷凝水排入冷凝水罐13 ;二效分離室9產生的蒸汽經過冷凝器11後產生的冷凝水也排入冷凝水罐13。冷凝水罐13中的水最終由冷凝水泵14輸送至脫硫系統回用。
[0040]物料B溫度為55°C。由於物料溫度較低，故在進入系統時，先經過預熱器2對其進行預熱，預熱後溫度為76°C，直接進入二效分離室9，進行閃蒸(二效分離室中真空度為
0.08MPa)，然後參與循環蒸發操作。二效加熱室8中溶液溫度78°C，蒸汽溫度60°C，在加熱過程中，亞硫酸銨完全分解產生SO2與NH3氣體，此氣體C從二效分離室9中排出，經冷凝器11，真空泵12去脫硫系統(圖中未示出)進行處理。
[0041]二效完成液由二效出料泵7從二效循環泵10後面定量採出(二效完成液中硫酸銨質量濃度為57.52%)，輸送到一效加熱室3，先加熱至溫度108°C，再參與蒸發操作。一效分離室4的真空度0.009MPa,蒸汽溫度97°C。一效完成液經一效出料泵6自一效循環泵後面定量採出(一效完成液硫酸銨質量濃度為67.97%，)，送至稠厚器15進行降溫、結晶。經此蒸發系統得到的硫酸銨晶體中未檢測出亞硫酸銨，硫酸銨產品質量符合GB 535—1995中規定的優等品指標。
[0042]實施例3:
[0043]雙效蒸發硫酸銨溶液的系統為實施例1的系統。進行雙效蒸發的物料為煙氣氨法脫硫的吸收液，經過氧化，含有1%(質量濃度)的亞硫酸銨。
[0044]物料溫度為56°C。在進入系統時，先經過預熱器2對其進行預熱，預熱後溫度為78°C，直接進入二效分離室9，先進行閃蒸(閃蒸是:液體在一定壓力下加熱到一定溫度，然後注入至下級壓力較低的容器中，突然擴容使部分液體變為氣相的過程)後參與蒸發操作。預熱過程與二效加熱室8中的加熱過程中硫酸銨溶液中殘留的亞硫酸銨分解產生的SO2和NH3氣體從二效分離室9中排出，經冷凝器11，真空泵12回到脫硫塔(圖中未示出)進行處理。在二效加熱室8和二效分離室9之間循環的溶液溫度為72°C。
[0045]二效完成液由二效出料泵7從二效循環泵10後面定量採出(二效完成液的濃度為52.8%)，輸送到一效加熱室3，先進行加熱至溫度110°C，再參與蒸發操作。一效分離室4的真空度0.006MPa, 二效分離室真空度0.084MPa, 一效完成液經一效出料泵6自一效循環泵5後面定量採出(一效完成液濃度為63.9%)，送至稠厚器15進行降溫、結晶。
[0046]由蒸汽總管來的新蒸汽(溫度為120°C )進入到一效加熱室3作為一效加熱室的熱源，一效分離室4內冷凝下來的水經過預熱器2給原料預熱後返回鍋爐；一效分離室4出來的二次蒸汽(溫度98°C)進入到二效加熱室8，作為二效加熱室的熱源使用，二效加熱室8中的蒸汽冷凝水匯集於冷凝水罐13 ;二效分離室9出來的二次蒸汽經過冷凝器11冷凝下來的冷凝水也進入冷凝水罐13。冷凝水罐13中的水最終由冷凝水泵14輸送至脫硫系統(圖中未示出)。
[0047]稠厚器溫度80°C，將一效的完成液靜置約10h，離心得到硫酸銨晶體產品。產品純度為硫酸銨含量達到99.9%。
[0048]本【技術領域】內的一般技術人員應當認識到，上述實施例僅是用來說明本發明，而並非用作對本發明的限定，只要在本發明的實質精神範圍內，對上述實施例的變換、變型都將落在本發明權利要求的範圍內。
【權利要求】
1.一種蒸發含亞硫酸銨的硫酸銨溶液的方法，包括步驟: 1)含亞硫酸銨的硫酸銨溶液經過預熱進入二效分離室，然後溶液在二效分離室和二效加熱室之間循環進行加熱和分離，至溶液中硫酸銨的質量濃度為50%-60%，進入一效加熱室; 2)進入一效加熱室中的溶液在一效加熱室和一效分離室之間循環加熱和分離，至溶液中硫酸銨的質量濃度為60%-72%，進入稠厚器； 3)蒸汽首先進入一效加熱室，然後進入預熱器加熱含亞硫酸銨的硫酸銨溶液；在一效分離室產生的蒸汽進入二效加熱室；蒸汽冷凝水進入冷凝水罐。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述含亞硫酸銨的硫酸銨溶液為對煙氣進行溼式氨法脫硫後產生的溶液，密度為1.15-1.23g/ml，含有質量濃度為0.5-5%的亞硫酸銨。
3.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述步驟I)中含有亞硫酸銨的硫酸銨溶液經過預熱，溫度為72-85°C，然後進入二效分離室。
4.根據權利要求1-3任一所述的方法，其特徵在於，所述步驟I)中二效分離室的溶液溫度為70-80°C，真空度為0.07-0.085MPa ;所述步驟2)中一效分離室中的溶液溫度為105-115°C，真空度為 0.005-0.0lMPa0
5.根據權利要求1-3任一所述的方法，其特徵在於，所述步驟3)中首先進入一效加熱室的蒸汽溫度為120-140°C，進入二效加熱室的蒸汽溫度為90-100°C。
6.一種雙效蒸發含亞硫酸銨的硫酸銨溶液的系統，其特徵在於，包括二效加熱室和二效分離室；一效加熱室和一效分離室； 所述二效加熱室和二效分離室通過管道和循環泵連接； 所述一效加熱室和一效分離室通過管道和循環泵連接。
7.根據權利要求6所述的系統，其特徵在於，所述循環泵為軸流泵。
8.根據權利要求6所述的系統，其特徵在於，所述二效分離室設置有排氣孔，排氣孔通過冷凝器連接到真空泵；所述真空泵出口連接至脫硫塔。
9.根據權利要求6所述的系統，其特徵在於，所述溶液進口連接有預熱器；所述一效分離設備還連接有稠厚器。
10.根據權利要求6-9任一所述的系統,其特徵在於，所述一效加熱室和二效加熱室均為列管式換熱器。
【文檔編號】C01C1/246GK103537108SQ201310501528
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年10月23日 優先權日:2013年10月23日
【發明者】魏進超, 葉恆棣, 賀新華, 劉昌齊, 謝琛, 李勇 申請人:中冶長天國際工程有限責任公司