空氣自凈法治理煙氣二氧化硫裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了空氣自凈法治理煙氣二氧化硫裝置及方法。本發(fā)明的技術(shù)要點是，它包括規(guī)流填料塔，在塔頂內(nèi)設(shè)有水和水溶性氧化態(tài)金屬鹽類催化劑及助劑的噴淋裝置，水和水溶性氧化態(tài)金屬鹽類催化劑及助劑吸收液的出料口與固液分離裝置連接，固液分離裝置與減壓蒸餾裝置連接，固液分離裝置分離出的固態(tài)物送入低溫活化池；減壓蒸餾裝置的冷凝水出水管與低溫活化池連接，低溫活化池與除渣裝置連接，除渣裝置的出液口通過液體傳動裝置與規(guī)流填料塔的噴淋裝置連接。本發(fā)明采用反應(yīng)控制相轉(zhuǎn)移催化空氣自凈法將SO2轉(zhuǎn)化成硫酸來達(dá)到煙氣脫硫的目的，基本無二次污染，還能實現(xiàn)廢物資源化；充分利用煙氣熱能，變廢為寶；兼具除塵功能，節(jié)約成本。
【專利說明】空氣自凈法治理煙氣二氧化硫裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于化學(xué)化工及環(huán)保工程【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種空氣自凈煙氣催化脫硫裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，在化工廠、冶煉廠、煤換油廠、煤化工廠及大型鋼鐵廠的有毒有害尾氣的治理方面，尤其是大型硫酸廠、大型鋼鐵廠的毒害氣體的處理方面，現(xiàn)有技術(shù)主要是采用濕法即化學(xué)吸收法來進(jìn)行處理，這種方法需要利用大量的鹽(純堿、石灰石、石膏)、酸(濃硫酸)、堿(氨水或液氨、燒堿、石灰)中和反應(yīng)來消除SO2等氣體，該方法存在以下幾個主要問題:(O酸堿鹽的耗量大，因此生產(chǎn)成本高；(2)占地大；(3)大量廢渣的二次污染(廢渣含硫酸鈣等)；(4)大量廢氣的二次污染(廢氣含氨氣)；(5)大量廢水的二次污染(廢水含硫酸銨、硫酸鈉等);(6)運輸費用高；(7)對原料依賴性強。在煙道氣SO2的處理方法上，盡管20世紀(jì)70年代發(fā)展起來的采用活性炭吸附法進(jìn)行廢氣處理，然而該法的致命弱點是活性炭吸附量小。繼后雖開發(fā)了改性吸附和帶壓吸附技術(shù)提高了活性炭的吸附量，但都存在吸附平衡問題，無法達(dá)到毒害氣體零排放的高標(biāo)準(zhǔn)，另外改性吸附技術(shù)也需利用HN03、NH3, HCN等酸堿。最近雖有報道硫酸廠尾氣低排放生產(chǎn)方法，但它僅適用以進(jìn)口高純硫磺為原料的生產(chǎn)方法，其原料要求苛刻(純度極高)，且依賴性強，不適應(yīng)以普通的黃鐵礦為原料的生產(chǎn)工藝，缺乏普適性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的之一在于針對現(xiàn)在技術(shù)中存在的上述缺陷，提供一種采用反應(yīng)控制相轉(zhuǎn)移催化法，利用空氣自身來有效地消除煙氣中SO2有害氣體的自凈法治理煙氣二氧化硫裝置。
[0004]本發(fā)明的上述目的是通過如下的技術(shù)方案來實現(xiàn)的:該空氣自凈法治理煙氣二氧化硫裝置，它包括規(guī)流填料塔，規(guī)流填料塔的底部側(cè)面設(shè)有煙氣進(jìn)氣口、頂面設(shè)有凈化煙氣出氣口、中間設(shè)有流化球吸收層，塔頂內(nèi)設(shè)有水和水溶性氧化態(tài)金屬鹽類催化劑及助劑的噴淋裝置，塔體內(nèi)最頂部設(shè)有除霧器；水和水溶性氧化態(tài)金屬鹽類催化劑及助劑吸收液的出料口與固液分離裝置的進(jìn)料口連接，固液分離裝置的出液口與減壓蒸餾裝置的進(jìn)液口連接，固液分離裝置分離出的固態(tài)物送入低溫活化池；所述減壓蒸餾裝置的冷凝水出水管與所述低溫活化池連接，低溫活化池的出料口與除渣裝置連接，除渣裝置的出液口通過液體傳動裝置與規(guī)流填料塔塔頂內(nèi)的噴淋裝置連接。
[0005]進(jìn)一步，如果煙氣溫度高于40°C，則采用:規(guī)流填料塔內(nèi)設(shè)有兩層以上的流化球吸收層，每層流化球吸收層之上設(shè)有水和水溶性氧化態(tài)金屬鹽類催化劑及助劑的噴淋裝置；最底層流化球吸收層的水和水溶性氧化態(tài)金屬鹽類催化劑及助劑的噴淋裝置通過液體傳動裝置與所述除渣裝置的出液口連接，最底層流化球吸收層的水和水溶性氧化態(tài)金屬鹽類催化劑及助劑吸收液的出料口設(shè)在規(guī)流填料塔的底部側(cè)面，并與冷卻池的進(jìn)料口連接，冷卻池的出料口則通過液體傳動裝置與其上一層即第二底層流化球吸收層的水和水溶性氧化態(tài)金屬鹽類催化劑及助劑的噴淋裝置連接；第二底層流化球吸收層的水和水溶性氧化態(tài)金屬鹽類催化劑及助劑的吸收液出料口則又通過冷卻池和液體傳動裝置與其上一層即第三底層流化球吸收層的水和水溶性氧化態(tài)金屬鹽類催化劑及助劑的噴淋裝置連接；依次類推，最上層流化球吸收層的水和水溶性氧化態(tài)金屬鹽類催化劑及助劑吸收液的出料口則與所述固液分離裝置的進(jìn)料口連接。
[0006]本發(fā)明的目的之二在于提供上述裝置的空氣自凈法治理煙氣二氧化硫方法，該方法包括如下順序的步驟:
[0007](I)將煙氣送入規(guī)流填料塔的底部側(cè)面，從塔頂噴淋水和水溶性氧化態(tài)金屬鹽類催化劑及助劑；
[0008](2)煙氣通過規(guī)流填料塔中的流化球吸收層，在煙氣溫度下，煙氣中的SO2與煙氣中的殘留氧在噴淋液中活性催化劑及助劑的作用下，生成硫酸和無活性低價固態(tài)催化劑的固液混合物，同時吸收煙塵；
[0009](3)將固液混合物送入固液分離裝置，分離出稀硫酸、無活性低價固態(tài)催化劑及塵渣；
[0010](4)將步驟(3)分離出的稀硫酸送入減壓蒸餾裝置，濃縮得濃硫酸，所得冷凝水則送入低溫活化池；
[0011](5)將步驟(3)分離出的無活性低價固態(tài)催化劑及塵渣放入低溫活化池，在40°C?100°C的溫度下，無活性低價固態(tài)催化劑與水、空氣，在一定酸度條件下活化，得耐酸、耐溫、耐水、水溶的活性高價催化劑；
[0012](6)將上一步活化好的催化劑與塵渣從低溫活化池轉(zhuǎn)入除渣裝置除掉塵渣；
[0013](7)將從除渣裝置分離出的活性高價催化劑溶液送入規(guī)流填料塔頂噴淋裝置，再度吸收煙氣SO2，循環(huán)使用。
[0014]進(jìn)一步，如果煙氣溫度高于40°C，規(guī)流填料塔內(nèi)設(shè)置多層流化球吸收層，下一層流化球吸收層的水和水溶性氧化態(tài)金屬鹽類催化劑及助劑吸收液排出塔體冷卻后送入上一層流化球吸收層噴淋，吸收液溫度往上逐層降低，一直降到煙氣中的殘留氧不能直接活化無活性催化劑為止，而不影響活性高價催化劑的活性，因活性高價催化劑在o°c以上仍有足夠催化活性。
[0015]為使無活性低價催化劑活化充分，設(shè)置低溫活化池組交換更替使用。
[0016]上述方法中步驟(I)所述水溶性氧化態(tài)金屬鹽催化劑中的金屬元素是Fe、Cu、Mn、Pd元素中的一種，助劑主要元素是As、Cl、P、Br元素中的一種或幾種。
[0017]上述活性高價催化劑的使用溫度大于0°C，pH小于7;無活性低價固態(tài)催化劑的活化溫度大于40°C, pH小于3。
[0018]上述方法中步驟(2)的凈化過程中所發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)可用如下的方程式來表示:2M(II,aq) + SO2 + 2H20>2.M([,s) + SO]-+4 H+。
[0019]下面說明本發(fā)明的催化原理:
[0020](一)活性高價態(tài)金屬鹽催化劑氧化SO2被還原成無活性低價態(tài)固相催化劑——反
應(yīng)控制催化劑的相轉(zhuǎn)移(液轉(zhuǎn)固)
[0021]
【權(quán)利要求】
1.一種空氣自凈法治理煙氣二氧化硫裝置，其特征在于:它包括規(guī)流填料塔，規(guī)流填料塔的底部側(cè)面設(shè)有煙氣進(jìn)氣口、頂面設(shè)有凈化煙氣出氣口、中間設(shè)有流化球吸收層，塔頂內(nèi)設(shè)有水和水溶性氧化態(tài)金屬鹽類催化劑及助劑的噴淋裝置，塔體內(nèi)最頂部設(shè)有除霧器；水和水溶性氧化態(tài)金屬鹽類催化劑及助劑吸收液的出料口與固液分離裝置的進(jìn)料口連接，固液分離裝置的出液口與減壓蒸餾裝置的進(jìn)液口連接，固液分離裝置分離出的固態(tài)物送入低溫活化池；所述減壓蒸餾裝置的冷凝水出水管與所述低溫活化池連接，低溫活化池的出料口與除渣裝置連接，除渣裝置的出液口通過液體傳動裝置與規(guī)流填料塔塔頂內(nèi)的噴淋裝置連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述空氣自凈法治理煙氣二氧化硫裝置，其特征在于:所述規(guī)流填料塔內(nèi)設(shè)有兩層以上的流化球吸收層，每層流化球吸收層之上設(shè)有水和水溶性氧化態(tài)金屬鹽類催化劑及助劑的噴淋裝置；最底層流化球吸收層的水和水溶性氧化態(tài)金屬鹽類催化劑及助劑的噴淋裝置通過液體傳動裝置與所述除渣裝置的出液口連接，最底層流化球吸收層的水和水溶性氧化態(tài)金屬鹽類催化劑及助劑吸收液的出料口設(shè)在規(guī)流填料塔的底部側(cè)面，并與冷卻池的進(jìn)料口連接，冷卻池的出料口則通過液體傳動裝置與其上一層即第二底層流化球吸收層的水和水溶性氧化態(tài)金屬鹽類催化劑及助劑的噴淋裝置連接；第二底層流化球吸收層的水和水溶性氧化態(tài)金屬鹽類催化劑及助劑的吸收液出料口則又通過冷卻池和液體傳動裝置與其上一層即第三底層流化球吸收層的水和水溶性氧化態(tài)金屬鹽類催化劑及助劑的噴淋裝置連接；依次類推，最上層流化球吸收層的水和水溶性氧化態(tài)金屬鹽類催化劑及助劑吸收液的出料口則與所述固液分離裝置的進(jìn)料口連接。
3.一種基于權(quán)利要求1所述裝置的空氣自凈法治理煙氣二氧化硫方法，其特征在于包括如下順序的步驟: (1)將煙氣送入規(guī)流填料塔的底部側(cè)面，從塔頂噴淋水和水溶性氧化態(tài)金屬鹽類催化劑及助劑； (2)煙氣通過規(guī)流填料塔中的流化球吸收層，在煙氣溫度下，煙氣中的SO2與煙氣中的殘留氧在噴淋液中活性催化劑及助劑的作用下，生成硫酸和無活性低價固態(tài)催化劑的固液混合物，同時吸收煙塵； (3)將固液混合物送入固液分離裝置，分離出稀硫酸、無活性低價固態(tài)催化劑及塵渣； (4)將步驟(3)分離出的稀硫酸送入減壓蒸餾裝置，濃縮得濃硫酸，所得冷凝水則送入低溫活化池； (5)將步驟(3)分離出的無活性低價固態(tài)催化劑及塵渣放入低溫活化池，在40°C~100°C的溫度下，無活性低價固態(tài)催化劑與水、空氣，在一定酸度條件下活化，得耐酸、耐溫、耐水、水溶的活性高價催化劑； (6)將上一步活化好的催化劑與塵渣從低溫活化池轉(zhuǎn)入除渣裝置除掉塵渣； (7)將從除渣裝置分離出的活性高價催化劑溶液送入規(guī)流填料塔頂噴淋裝置，再度吸收煙氣SO2，循環(huán)使用。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述空氣自凈法治理煙氣二氧化硫方法，其特征在于:如果煙氣溫度高于40°C，規(guī)流填料塔內(nèi)設(shè)置多層流化球吸收層，下一層流化球吸收層的水和水溶性氧化態(tài)金屬鹽類催化劑及助劑吸收液排出塔體冷卻后送入上一層流化球吸收層噴淋，吸收液溫度往上逐層降低，一直降到煙氣中的殘留氧不能直接活化無活性催化劑為止，而不影響活性高價催化劑的活性，因活性高價催化劑在0°c以上仍有足夠催化活性。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述空氣自凈法治理煙氣二氧化硫方法，其特征在于:為使無活性低價催化劑活化充分，設(shè)置低溫活化池組交換更替使用。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述空氣自凈法治理煙氣二氧化硫方法，其特征在于:步驟(1)所述水溶性氧化態(tài)金屬鹽催化劑中的金屬元素是Fe、Cu、Mn、Pd元素中的一種，助劑主要元素是As, Cl, P, Br元素中的一種或幾種。
7.根據(jù)權(quán)利要求 3所述空氣自凈法治理煙氣二氧化硫方法，其特征在于:所述活性高價催化劑的使用溫度大于0°C，pH小于7 ;無活性低價固態(tài)催化劑的活化溫度大于40°C，pH小于3。
【文檔編號】B01D53/50GK103861449SQ201410100128
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2014年3月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月18日
【發(fā)明者】李大塘, 湯建庭, 封朝霞, 范超, 袁芳芳, 李靜 申請人:湖南科技大學(xué)