[发明专利]一种硫氧化物脱出系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种以氨为原料，从烟气中回收硫氧化物生产硫铵化肥的系统和方法，属于电力、冶金、环保和化工的技术领域。

背景技术

以煤或石油为燃料的锅炉或火力发电厂，以及以铁矿石为原料的钢铁厂烧结机排放大量烟道气。这些烟气含有SOx、NOx、HCl和HF等有害物质，其中硫氧化物SOx，包括SO₂和SO₃，是形成酸雨的主要物质。随燃烧煤种的不同，SO₂含量通常在300～5000ppmv(1000～15000mg/Nm³)之间。但是，烟气量十分巨大，以燃煤锅炉而论，蒸汽规模从35T/h到2500T/h，发电机组容量6MW到1000MW，烟气量由5万Nm³/h到250万Nm³，SO₂排放量1000吨/年到100,000吨/年。由于SOx是酸性气体，采用碱性水溶液脱吸烟气中的SOx，即烟气除硫，或称烟气脱硫(Flue Gas Desulfurization，FGD)是有效的烟气净化方法，具有广泛的应用价值。

以氨为原料，烟气脱硫的反应原理如下：

SO₂+H₂O+2NH₃+1/2O₂＝(NH₄)₂SO₄(硫酸铵，或称硫铵)

具体包括三个步骤：

(1)SO₂吸收：

烟气中的硫氧化物即SO₂被吸收液吸收并与吸收液中的氨反应变为亚硫铵，它包括亚硫酸二铵和亚硫酸氢一铵。

SO₂+xNH₃+H₂O＝x/2(NH₄)₂SO₃+(1-x/2)NH₄HSO₃

x可在1.0～2.0之间，由气液平衡条件决定。

(2)亚硫铵氧化

亚硫酸铵溶液鼓空气直接氧化，便可得到硫酸铵，简称硫铵。

(NH₄)₂SO₃+1/2O₂＝(NH₄)₂SO₄

(3)硫铵结晶：

硫铵在吸收液中的浓度超过其对应条件的溶解度，会结晶析出固体硫铵，

(NH₄)₂SO₄(L)＝(NH₄)₂SO₄(S)

很显然，这是一个非常有价值的“绿色技术”，回收烟气中的SO₂，以非常廉价的辅助原料，包括空气和水，可以生产很有价值的硫铵，作为农用化肥。

中国是一个人口、粮食和化肥大国，化肥的产量折合为合成氨，相当于5000万吨/年。以FGD技术可以解决2000万吨SO₂/年计算，需要提供合成氨1000万吨/年，占总需求量的五分之一，因此，具有丰富的原料供应。另外，碳铵或尿素仅含氮营养，而硫铵中同时含氮和硫营养。因此，硫铵是比碳铵和尿素更好的化肥，在中国具有巨大的市场前景。

但是，以氨为原料的脱硫方法却长期没有得到很好地发展，主要原因是由于氨是一个易挥发的化学品。按传统化学吸收原理设计的吸收塔，或称脱硫塔，难以克服氨的挥发和逃逸损失的问题。

现有技术的一个共同缺点是采用了气-液逆流的硫氧化物脱出装置，或称脱硫塔，洗涤塔火净化塔。在这种设备中，净化烟气离开气-液接触区(或称吸收区，或称洗涤区，或称传质区)时对应的吸收液中含游离氨(或称自由氨)的浓度最高，意味着其表面氨分压最高，经过传质后，净化烟气中氨含量也将是最高的，即氨逃逸损失很高。