湿式脱硫装置、工艺及应用的制作方法
1.本发明涉及一种脱硫装置及工艺，属于工业处理含硫气体技术领域，具体地涉及一种湿式脱硫装置、工艺及应用。
背景技术：
2.随着工业的发展，工业废气中尤其是烟气中里的硫氧化物是对环境危害最严重的污染物，烟气中含有二氧化硫，同时还含有三氧化硫等酸性气体成分，同时还含有少量的烟尘，烟尘中主要含铁、铜等元素是构成酸雨的主要因素。
3.烟气主要来源于煤炭发电厂、工业锅炉、工业窑炉、机动车尾气等。烟气脱硫(flue gas desulfurization，简称fgd)是目前世界上唯一大规模商业化应用的脱硫方式，是控制酸雨和二氧化硫污染的最主要技术手段。烟气脱硫技术主要利用各种碱性的吸收剂或吸附剂捕集烟气中的二氧化硫，将之转化为较为稳定且易机械分离的硫化合物或单质硫，从而达到脱硫的目的。
4.目前国内外脱除烟气中硫氧化物的方法主要分为：干法脱硫、半干法脱硫和湿法脱硫三种。干法固体脱硫剂的硫容量小、吸附效率低、操作复杂、再生繁琐、硫回收难度较大。干法烟气脱硫技术中金属氧化物仍处于开发研究阶段，其中研究主要集中在氧化铜、氧化铁、氧化钛等。这些吸附剂大多制备过程非常繁琐，价格昂贵不适于推广，湿法脱硫与半干法脱硫主要是利用碱性物质如石灰石等间接或直接与二氧化硫反应生成稳定亚硫酸盐或硫酸盐，脱硫效率在70～97％之间，因此脱硫效率有待进一步提升。
技术实现要素：
5.为解决上述技术问题，本发明公开了一种湿式脱硫设备及工艺，该脱硫工艺可以提高二氧化硫直接吸收反应速率，同时使脱硫效率稳定达到100％。
6.为实现上述技术目的，本发明公开了一种湿式脱硫装置，所述装置包含相互连接的至少一个脱硫反应装置和至少一个脱硫液槽，所述脱硫反应装置中设有催化剂，所述脱硫反应装置与所述脱硫液槽外部设置有至少一个用于泵送脱硫液的第一管道；
7.所述装置还包括增湿降温系统，所述增湿降温系统包括一个以上降温塔，各所述降温塔内设有喷淋装置一，所述喷淋装置一连接水槽，所述水槽与所述喷淋装置一之间设有一个以上用于泵送溶液的第二管道。
8.进一步地，所述水槽位于所述喷淋装置一下方，且所述水槽设置至少一个含硫气体进气口，含硫气体通过所述水槽液面上方形成烟道一的流速≥1m/s。
9.进一步地，进气口中含硫气体温度为130～180℃，出所述增湿降温系统降后的含硫气体温度＜85℃。
10.进一步地，所述水槽连接所述脱硫液槽，所述水槽内溶液ph值≥6.5。
11.进一步地，所述脱硫液槽位于所述脱硫反应装置下方，且所述脱硫液槽设置有至少一个出气口，所述出气口连接除雾装置。优选的，所述除雾装置位于所述脱硫液槽上方，
更优选的，所述除雾装置为除雾塔。
12.进一步地，所述催化剂由含有下述重量份的原料制得：
13.碱式氧化铁：10～20；
14.氢氧化铈：0.5～5；
15.赤泥：20～50；
16.粘土：10～30；
17.硅酸镁：1～20；
18.聚阴离子纤维素：0.5～10。
19.进一步地，所述原料还包含有1～5重量份氢氧化铝；和/或所述原料包含有0.5～15重量份钛白粉；和/或所述原料包含有0.5～5重量份羧甲基纤维素钠。
20.进一步地，各所述原料为粉末形态，粒度大于或等于300目。
21.进一步地，所述催化剂形状为粉末状、球状、条状、圆柱状、多空通道或蜂窝体中任意一种。
22.进一步地，所述催化剂的制备方法包括如下步骤：
23.1)将氢氧化铈、聚阴离子纤维素和水混合，并分散均匀，得到物料a备用；
24.2)将其他原料混合均匀，得到物料b备用；
25.3)将物料a和物料b混合均匀，之后成型，在10～35℃通风干燥24h，之后在80～120℃条件下干燥2h，在380～420℃焙烧1h，之后在700～800℃焙烧4h，自然冷却至常温，得到催化剂成品。
26.进一步地，所述脱硫反应装置内设有催化剂床层，由于催化剂规格、形状等影响催化剂床层高度，而催化剂床层高度对于脱硫效率有实际影响，本发明本发明在中试试验中限定所述催化剂床层高度为200～350mm，进一步优选300～350mm，最优选为300mm。
27.所述催化剂床层温度为30～80℃，进一步优选65～70℃；
28.所述脱硫反应装置内还设有脱硫塔，本发明在中试试验中限定所述脱硫塔的空塔线速度为0.5～4.5m
·
秒，进一步优选为0.8～2.5m
·
秒，最优选为1.5～2m
·
秒。
29.同上，本发明在中试试验中限定所述气液比为(500～1000):1。最优的气液比为1000:1。相较于现有钙法、氨法的气液比((20～30)：1)，本发明设计脱硫装置的能源消耗比现有脱硫工艺低50％～80％。
30.其中，上述气液比与液气比属于定义相反的概念，如果将气液比(100～1000):1转换为液气比，则为1～10l/m3。
31.其中，上述中试试验的试验包括如下实验条件：
32.脱硫塔φ80
×
h500mm、催化剂床层高度为150～350mm，脱硫塔的空塔线速度为0.5～4.5m
·
秒，气液比为(100～1000):1。
33.进一步地，所述脱硫液包含碱性物质如naoh，还包括可溶性钠盐，如na2so3溶液。
34.脱硫反应原理如下：
35.主反应：
36.辅反应：
[0037][0038][0039][0040][0041]
本发明选择naoh+na2so3作为脱硫液，可长期、稳定、高效的脱除尾气中的二氧化硫。
[0042]
本发明的目的之二是公开一种上述装置进行的脱硫工艺，所述工艺包括如下过程：含硫气体经过水箱上层烟道一进入降温塔内经喷淋装置一降温，同时脱除部分二氧化硫和部分粉尘，含硫气体降温伴随着蒸发形成的水蒸气，夹带少量液珠由脱硫塔顶进入，经脱硫塔内设置的喷淋装置二喷淋与脱硫液接触，其中脱硫液与含硫气体自上而下进入催化剂床层，并在催化剂床层上瞬间反应，完成脱硫；脱硫后气体与液体在脱硫液槽上层烟道二完成分离，气体随后进入除雾装置进一步分离液滴，最后进入烟囱排空，脱硫后液体随自重落入脱硫液槽，循环喷淋，当监测到脱硫液ph值＜8，与此同时监测到经除雾后气体中二氧化硫含量＞1mg/nm3时，脱硫循环液去脱硫液再生装置进行再生。
[0043]
本发明的目的之三是公开一种上述装置或上述工艺用于脱出工业除尘后的含硫气体，所述含硫气体可以为电厂烟气、钢厂尾气，以及其它工业尾气，且含硫气体中包含n2、co2、so2、o2等，其中so2的浓度可达到4000ppm以上。
[0044]
本发明实施例提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点：
[0045]
1、本发明设计的脱硫装置及工艺在合理选择催化剂种类，催化剂床层高度，催化剂床层温度，脱硫塔的空塔线速度等基础上配合本发明保护的脱硫装置，可实现对具备一定so2含量的含硫气体的100％脱硫，且该脱硫装置运行稳定，受含硫气体成分、含量及脱硫过程影响小。
[0046]
2、本发明设计的脱硫装置及工艺相较于现有装置在相同使用条件下能耗降低，相较于现有脱硫工艺，能耗降低50％～80％。
[0047]
3、本发明设计的脱硫装置及工艺相较于现有装置在相同使用条件下降低了脱硫耗材使用量及使用成本。
[0048]
4、本发明设计的脱硫装置及工艺在用于处理工业除尘后的含硫气体中具备较好工业化应用前景。
附图说明
[0049]
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
[0050]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0051]
图1为本发明设计脱硫装置结构示意图；
[0052]
图2为本发明脱硫工艺示意图；
[0053]
图3为不同线速度下的脱硫效率示意图；
[0054]
图4为不同床层高度下的脱硫效率示意图；
[0055]
图5为不同线速度下的床层压降示意图；
[0056]
图6为不同床层温度下的脱硫效率示意图；
[0057]
图7为不同二氧化硫含量下的脱硫效率示意图；
[0058]
图8为不同二氧化硫含量下的床层阻力示意图。
[0059]
其中上述附图中各部件编号如下：
[0060]
101、脱硫反应装置；102、脱硫液槽；103、催化剂；104、第一管道；105、喷淋装置二；106、烟道二；107、出气口；
[0061]
201、降温塔；202、喷淋装置一；203、水槽；204、第二管道；205、进气口；206、烟道一；
[0062]
300、除雾装置；
[0063]
400、烟囱。
具体实施方式
[0064]
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面将对本发明的方案进行进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0065]
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但本发明还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施；显然，说明书中的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。
[0066]
实施例1
[0067]
本发明公开了一种脱硫装置，结合图1可知，所述装置包含相互连接的至少一个脱硫反应装置101和至少一个脱硫液槽102，所述脱硫反应装置101内设有催化剂103，本发明优选将催化剂103置于所述脱硫反应装置101内催化剂床层中。所述脱硫反应装置101与所述脱硫液槽102外部设置有至少一个用于泵送脱硫液的第一管道104；且所述脱硫反应装置101内设有喷淋装置二105，所述脱硫液槽102液面上方形成烟道二106；
[0068]
所述装置包括增湿降温系统，所述增湿降温系统包括一个以上降温塔201，各所述降温塔内设有喷淋装置一202，所述喷淋装置一202连接水槽203，所述水槽203与所述喷淋装置一202之间设有一个以上用于泵送增湿降温溶液的第二管道204；与此同时，本发明优选所述水槽203位于所述喷淋装置一202下方，所述水槽203设置至少一个含硫气体进气口205，含硫气体通过所述水槽203液面上方形成烟道一206的流速≥1m/s。
[0069]
结合图1可知，所述水槽203连接脱硫液槽102，且在连接管道上设置有至少一个阀门和/或至少一个泵；所述水槽203内溶液ph值≥6.5。
[0070]
此外，本发明优选所述脱硫液槽102位于所述脱硫反应装置101下方，且所述脱硫液槽102设置有至少一个出气口107，所述出气口107连接除雾装置300；优选的，所述除雾装置300位于所述脱硫液槽102上方，更优选的，所述除雾装置300为除雾塔。所述除雾装置300的出气口连接烟囱400。
[0071]
本发明保护的上述装置选择性的使用前端或后端风机，使用前段风机时整个系统为正压，使用后端风机时整个系统为负压，即本发明技术方案与脱硫系统在正负压条件下均可正常、稳定运行。
[0072]
此外，图1中使用的气体流量计、液体流量计、液位计、电表、电子差压计、烟气分析仪、so2在线监测系统及ph仪等仪器均为本领域常用仪器，其使用参数等标准等均为现有技术，本发明不作详细赘述。
[0073]
与此同时，图1中各仪器及阀门、泵等均与plc控制系统相连，实现脱硫装置的智能化控制，关于plc控制系统根据气体流量计、液体流量计、液位计、电表、电子差压计、烟气分析仪、so2在线监测系统及ph仪等的显示结果对各阀门、泵的控制系统及过程均在本发明保护范围内，且所述烟气分析仪包括图1中显示仪器。
[0074]
所述so2在线监测系统包括图2中二氧化硫检测仪。
[0075]
本实施例还公开了上述设备进行脱硫处理的工艺，结合图2可知，所述工艺包括含硫气体经过水槽203上层烟道一206进入降温塔201内经喷淋装置一202降温，同时脱除部分二氧化硫和部分粉尘，含硫气体降温伴随着蒸发形成的水蒸气，夹带少量液珠由脱硫塔顶进入。本发明通过合理控制水槽203液位可以保证含硫气体通过所述水槽203液面上方形成烟道一206的流速≥1m/s，并最终实现对含硫气体的有效增湿降温，与此同时，还需要实时监测水槽203内溶液ph，保证ph值≥6.5。
[0076]
与此同时，由于含硫气体温度高，在经过水槽203时会持续蒸发掉水槽中大量水，所述水槽203需补水，所述水槽203中水来自脱硫液槽102或者是工业水，无论补充哪种溶液或水，目的都是为防止水槽203内水大量蒸发，出现结晶情况。
[0077]
此外，随着水槽203内溶液吸收二氧化硫量的增加，水槽203内溶液ph值都会逐渐降低，经试验得出结论，当增湿溶液ph值降低至＜6.5时，脱硫效率大幅降低。脱硫溶液ph值降低至＜8时，出口精度在高含硫条件下会受到影响，因此当水槽203内设置的ph计显示溶液ph＜6.5时，需将水槽203内溶液外排，并将脱硫液槽102内溶液转移至水槽203内。当监测到脱硫液ph值＜8，与此同时监测到经除雾后气体中二氧化硫含量＞1mg/nm3时，脱硫循环液去脱硫液再生装置进行再生。
[0078]
最后经脱硫塔内设置的喷淋装置二105喷淋与脱硫循环液接触，其中脱硫循环液与含硫气体自上而下进入催化剂床层，并在催化剂床层上瞬间反应，完成脱硫。
[0079]
本发明通过控制催化剂床层高度，催化剂床层温度，脱硫塔的空塔线速度等实现相对较优的脱硫效率。
[0080]
在如下的一些实施例中，本发明优选所述催化剂床层高度为150～350mm，进一步优选300～350mm，最优选300mm。本发明通过控制合适的催化剂床层高度，在保证脱硫效率高效稳定基础上，实现了穿透时循环溶液ph值呈弱酸性或中性，且床层阻力不大，有利于工业应用与节能。
[0081]
在如下的一些实施例中，本发明优选催化剂床层温度为30～80℃，进一步优选催化剂床层温度为65～70℃。本发明通过控制合适的催化剂床层温度，在保证脱硫效率高效稳定基础上，维护脱硫系统的正常运行。
[0082]
在如下的一些实施例中，本发明优选脱硫塔的空塔线速度为0.5～4.5m
·
秒，进一
步优选为0.8～2.5m
·
秒，最优选1.5～2m
·
秒。本发明通过控制合适的空塔线速度，在保证脱硫效率高效稳定基础上，实现了脱硫塔阻力不大，有利于工业应用与节能。
[0083]
在如下的一些实施例中，本发明优选脱硫气液比为(500～1000):1，最优的，脱硫气液比为1000:1。本发明通过控制合理的气液比，有利于工业应用与节能。
[0084]
脱硫后气体与循环液在脱硫液槽102上层烟道二106完成分离，气体随后进入除雾装置400进一步分离液滴，最后进入烟囱500排空，脱硫后液体随自重落入脱硫液槽102，循环喷淋，直至亚硫酸钠和/或氢氧化钠反应变成亚硫酸氢钠并进行再生。
[0085]
本发明优选含硫气体温度为130～180℃，出所述增湿降温系统降后的含硫气体温度＜85℃。具备该温度的含硫气体满足催化剂使用要求。
[0086]
在如下的一些实施例中，本发明优选所述含硫气体可以为电厂烟气、钢厂尾气，以及其它工业尾气，且含硫气体中包含n2、co2、so2、o2等，其中so2的浓度可达到4000ppm以上。
[0087]
综上所述，采用本发明设计的增湿降温系统可实现对含硫气体的有效降温，脱硫反应装置可实现有效脱硫。
[0088]
实施例2
[0089]
本实施例探究了催化剂对脱硫效率影响：下述实施例2-1、2-2、2-3、2-4、2-5至2-17为本发明保护的原料配比及制备工艺制得的催化剂，应用例1为实施例2-1至2-5制备催化剂在本发明实施例1设计脱硫装置中的脱硫测试用于判断催化剂实际使用效果。
[0090]
实施例2-1
[0091]
将120g氢氧化铈与1kg聚阴离子纤维素加入10l水，搅拌分散均匀，得到混合物料a；
[0092]
将4kg碱式氧化铁、10kg赤泥、4kg粘土、4kg硅酸镁混合均匀得到物料b；
[0093]
以上原料均为＞300目的粉体。
[0094]
将物料a和物料b搅拌，混合均匀，按照条形成型；整形后，得到初步成型催化剂；
[0095]
将成型后的催化剂通风干燥24h，然后在80℃条件下干燥2h，进入焙烧阶段；在380℃下焙烧1h，然后在750℃条件下焙烧4h，自然冷却后得到成品催化剂。
[0096]
实施例2-2
[0097]
将550g氢氧化铈与550g聚阴离子纤维素加入10l水，搅拌分散均匀，得到混合物料a；
[0098]
将8kg碱式氧化铁、20kg赤泥、8kg粘土、4kg硅酸镁混合均匀得到物料b；
[0099]
以上原料均为＞300目的粉体。
[0100]
将物料a和物料b搅拌，混合均匀，按照条形成型；整形后，得到初步成型催化剂；
[0101]
将成型后的催化剂通风干燥24h，然后在120℃条件下干燥2h，进入焙烧阶段；在420℃下焙烧1h，然后在800℃条件下焙烧4h，自然冷却后得到成品催化剂。
[0102]
实施例2-3
[0103]
将250g氢氧化铈与800g聚阴离子纤维素加入10l水，搅拌分散均匀，得到混合物料a；
[0104]
将6kg碱式氧化铁、16kg赤泥、12kg粘土、6kg硅酸镁混合均匀得到物料b；
[0105]
以上原料均为＞300目的粉体。
[0106]
将物料a和物料b搅拌，混合均匀，按照条形成型；整形后，得到初步成型催化剂；
[0107]
将成型后的催化剂通风干燥24h，然后在100℃条件下干燥2h，进入焙烧阶段；在400℃下焙烧1h，然后在750℃条件下焙烧4h，自然冷却后得到成品催化剂。
[0108]
实施例2-4
[0109]
将200g氢氧化铈与900g聚阴离子纤维素加入10l水，搅拌分散均匀，得到混合物料a；
[0110]
将5kg碱式氧化铁、15kg赤泥、10kg粘土、4kg硅酸镁、氢氧化铝2kg、钛白粉4kg混合均匀得到物料b；
[0111]
以上原料均为＞300目的粉体。
[0112]
将物料a和物料b搅拌，混合均匀，按照条形成型；整形后，得到初步成型催化剂；
[0113]
将成型后的催化剂通风干燥24h，然后在120℃条件下干燥2h，进入焙烧阶段；在420℃下焙烧1h，然后在800℃条件下焙烧4h，自然冷却后得到成品催化剂。
[0114]
实施例2-5
[0115]
将250g氢氧化铈与900g聚阴离子纤维素加入10l水，搅拌分散均匀，得到混合物料a；
[0116]
将5kg碱式氧化铁、15kg赤泥、10kg粘土、4kg硅酸镁、氢氧化铝2kg、钛白粉2kg、羧甲基纤维素钠2kg混合均匀得到物料b；
[0117]
以上原料均为＞300目的粉体。
[0118]
将物料a和物料b搅拌，混合均匀，按照条形成型；整形后，得到初步成型催化剂；
[0119]
将成型后的催化剂通风干燥24h，然后在120℃条件下干燥2h，进入焙烧阶段；在420℃下焙烧1h，然后在800℃条件下焙烧4h，自然冷却后得到成品催化剂。
[0120]
且制备的催化剂形状可以为粉末状、球状、条状、圆柱状、多空通道或蜂窝体中的任意一种,本发明优选条状、多空通道或蜂窝体。
[0121]
实施例2-6
[0122]
本实施例与实施例2-1不同之处在于氢氧化铈质量为1kg。
[0123]
实施例2-7
[0124]
本实施例与实施例2-1不同之处在于赤泥质量为8kg。
[0125]
实施例2-8
[0126]
本实施例与实施例2-1不同之处在于粘土质量为2kg。
[0127]
实施例2-9
[0128]
本实施例与实施例2-1不同之处在于粘土质量为6kg。
[0129]
实施例2-10
[0130]
本实施例与实施例2-1不同之处在于硅酸镁质量为200g。
[0131]
实施例2-11
[0132]
本实施例与实施例2-1不同之处在于聚阴离子纤维素质量为2kg。
[0133]
实施例2-12
[0134]
本实施例与实施例2-1不同之处在于聚阴离子纤维素质量为100g。
[0135]
实施例2-13
[0136]
本实施例与实施例2-4不同之处在于氢氧化铝质量为400g。
[0137]
实施例2-14
[0138]
本实施例与实施例2-4不同之处在于钛白粉质量为6kg。
[0139]
实施例2-15
[0140]
本实施例与实施例2-5不同之处在于钛白粉质量为0.25kg。
[0141]
实施例2-16
[0142]
本实施例与实施例2-5不同之处在于羧甲基纤维素钠质量为0.25kg。
[0143]
实施例2-17
[0144]
本实施例与实施例2-5不同之处在于羧甲基纤维素钠质量为2.5kg。
[0145]
应用例1
[0146]
对实施例2-1至2-5制得的催化剂进行脱硫测试，用于判断催化剂的实际使用效果。
[0147]
1.1实验条件：
[0148]
1.11处理介质：含硫气体，气体构成以n2、co2、o2、so2为主；其中so2含量：＜2000ppm；
[0149]
1.12催化剂指标：
[0150]
外观：棕红条形
[0151]
规格：
[0152]
1.13测试装置：
[0153]
脱硫塔：h600mm，催化剂装填高度：150mm；
[0154]
一级喷淋；
[0155]
脱硫液槽：20l；
[0156]
脱硫循环液：亚硫酸钠水溶液；亚硫酸钠与氢氧化钠混合水溶液。
[0157]
1.14具体实验条件：
[0158]
脱硫温度：30～80℃；
[0159]
系统压力：-10～10kpa；
[0160]
烟气流量：16m3/h；
[0161]
液气比：0.5～1l/nm3。
[0162]
1.2实验流程：
[0163]
含硫气体由脱硫塔顶进入，经过喷淋装置二，与脱硫循环液接触；脱硫循环液与含硫气体自上而下进入催化剂床层，并在催化剂上瞬间反应，完成脱硫；脱硫后气体与循环液分离，气体随后进入除雾塔进一步分离液滴，最后进入烟囱排空；脱硫后的液体随自重落入循环液水箱，循环喷淋，且实时监测脱硫液ph值，当ph＜8时，与此同时监测到经除雾后气体中二氧化硫含量＞1mg/nm33时，需要将循环液送至脱硫液再生装置进行再生。
[0164]
本发明通过比较进出口气体中的二氧化硫含量，评价脱硫效果。
[0165]
1.3实验结果如下列表1所示；
[0166][0167]
由上述表1可知，本发明探究的实施例2-1至2-5制备的催化剂对50～2000ppm的so2的脱除率均达到100％。
[0168]
采用上述实施例2-6至实施例2-17制备的催化剂也能实现上述脱硫效果。
[0169]
此外，还采用上述实验测试了催化剂在高二氧化碳体系、贫氧体系与含硫空气体系中的脱硫效率，所述高二氧化碳体系为含二氧化碳15～20％，所述贫氧体系为含氧4～8％，且这里的百分含量均为体积百分含量；所述含硫空气体系中的含硫物质主要以二氧化硫形式存在，上述体系用来模拟电厂烟气、钢厂尾气，以及其它工业尾气等，试验结果发现上述体系对本发明保护的催化剂均无影响，证明了本发明设计催化剂的稳定性及选择特异性。
[0170]
实施例3
[0171]
本实施例采用实施例2制备的催化剂进行中试实验，一方面进一步探究催化剂在烟气环境中的脱硫效果，另一方面探究脱硫塔线速度、催化剂床层高度、催化剂床层温度、二氧化硫含量等对脱硫效率影响。
[0172]
3.1试验设备：具体装置组成、位置关系、连接关系如上述实施例1记载。
[0173]
3.2实验条件：介质空气、脱硫塔φ80
×
h500mm、催化剂床层高度150mm、计算线速度≈0.88m
·
s、床层温度30～80℃，二氧化硫含量≈2000ppm、气液比≈1000:1。
[0174]
3.3催化剂脱硫效率计算公式如下：
[0175][0176]
式中：η
‑‑‑‑
脱硫率，％；
[0177]
x2‑‑‑‑
出口二氧化硫浓度；
[0178]
x1‑‑‑‑
进口二氧化硫浓度；
[0179]
其中，进出口二氧化硫浓度采用泵吸式二氧化硫检测仪检测，且采用二氧化硫检测管取样分析进行比对，确保数据的可靠性。
[0180]
3.4脱硫塔线速度等技术参数对脱硫效率影响：
[0181]
由于小试装置的线速度无法调整，因此先测试不同的线速度条件下脱硫效率的变化。进行线速度实验，在小试的基础上(床层高度150mm，线速度≈0.88m
·
s)，逐步提高线速度，测试催化剂的脱硫效率，测试条件如下列表2；
[0182]
催化剂形状介质床层高度床层温度烟气二氧化硫含量气液比中空柱状合成烟气150mm50～60℃≈2000ppm1000:1
[0183]
不同线速度下的脱硫效率如下列表3及图3；
[0184][0185][0186]
由上述列表3及图3可知，床层高度为150mm时，随着线速度的增加，脱硫效率相应降低，线速度≈2.1m
·
s时，出口穿透时循环液ph值呈强碱性，由此推断是床层高度不足所造成。因此接下来增加床层高度，探究对脱硫效率的影响。
[0187]
3.5床层高度对脱硫效率影响：
[0188]
进行床层高度实验，在150mm床层高度、≈2.5m
·
s线速度基础上，分别对200、250、300、350(mm)床层进行测试，测试条件见下表4；
[0189][0190]
不同床层高度下的脱硫效率如下列表5及图4；
[0191][0192]
经数次测试，催化剂床层高度为200mm，出口穿透时循环溶液为强碱性，脱硫效率较低。床层高度250mm，脱硫效率接近100％，穿透时循环液ph值接近中性。床层高度在300mm
时脱硫效率稳定，穿透时循环溶液ph值呈弱酸性。床层高度在350mm时循环溶液ph值略微降低，但床层阻力较高，不利于工业应用与节能。因此以床层高度300mm为基础，并选取合适的线速度作为后续实验的条件。
[0193]
3.6 300mm床层下线速度与阻力关系；
[0194]
300mm床层下不同线速度的脱硫床层压降如下列表6；
[0195][0196]
测试结果如图5所示，目前工业应用的脱硫线速度范围1.5～3.5m
·
s，脱硫塔阻力一般＜4000pa，结合上述列表及附图因而得出床层线速度控制在1.5～2m
·
s之间较为适宜。
[0197]
3.7床层温度对脱硫效率影响：
[0198]
床层温度影响实验，测试床层温度变化对脱硫效果的影响，验证脱硫剂适用的温度范围，测试条件见下列表7：
[0199][0200]
测试结果如下列表8；
[0201][0202]
测试图如图6。
[0203]
经测试，本发明设计的催化剂在10～90℃区间内使用，无明显变化，脱硫效率始终维持在100％，床层压降基本稳定，催化剂结构无明显变化。然而因床层温度超过90℃时循环液中的nahso3等开始分解，不利于脱硫反应；低于20℃时循环液容易结晶，这两种情况都不利于脱硫系统的正常运行，故建议床层温度控制在30～80℃范围内。
[0204]
3.8二氧化硫含量对脱硫效率影响：
[0205]
进行二氧化硫浓度变化的实验，测试催化剂对不同二氧化硫浓度下的脱硫效率，并通过床层压降及脱硫后催化剂强度判断催化剂在弱酸性条件下的结构稳定性，测试条件见下表9：
[0206][0207]
测试结果如下列表10：
[0208][0209][0210]
二氧化硫含量对脱硫效率的影响见图7。二氧化硫对床层阻力的影响见图8。
[0211]
结合上述表9、表10、图7和图8可知，本发明设计的催化剂在高浓度二氧化硫环境(4000ppm左右)使用时，脱硫效率及催化剂结构并无明显变化，系统运行稳定。在循环液ph值呈弱酸性时催化剂结构完好，脱硫后催化剂颗粒强度无降低。然而由于弱酸性环境下的设备腐蚀，催化剂床层附着少量铁锈，导致床层阻力略微升高，因此在选择设备时需要注意防腐问题。
[0212]
实施例4
[0213]
本实施例探究了气液比在100:1，500:1，600:1，700:1，800:1，900:1，也能实现与上述实施例3相同的脱硫效果。
[0214]
实施例5
[0215]
本实施例探究了处理介质对脱硫装置的影响；
[0216]
上述实施例3～4处理介质均为合成烟气，为了降低实验成本，考虑用空气作为介质进行后期的连续性实验，因此通过此实验验证空气对脱硫效率是否产生影响。测试条件见下表11：
[0217][0218]
测试结果如下表12：
[0219][0220]
通过200次小试周期测试发现利用空气作为介质与烟气比较，没有发现催化剂的脱硫效率发生变化，系统运行稳定，所有测试结果均与烟气系统相吻合。因此后期的连续性实验从降低实验成本方面考虑，决定以空气作为介质进行长周期的连续性测试。
[0221]
应用例2
[0222]
将本发明保护的脱硫工艺与现有技术的氧化镁法工业脱硫进行对比；
[0223]
2.1脱硫装置介绍：
[0224]
(1)1号线为氧化镁法工业脱硫装置
[0225]
工业脱硫工艺采用氧化镁湿法脱硫工艺，每台锅炉配备一台脱硫塔，并线运行的为4#脱硫塔，分别配置2台风机和3台循环水泵，以及脱硫剂加料、氧化、雾化喷淋系统等。各锅炉为可燃烧废水、废气、废渣的三废锅炉，原料种类多，烟气组分复杂。工艺流程简图为现有技术公开的图示，本发明不作详述。
[0226]
(2)2号线为应用实施例1记载的脱硫催化剂脱硫装置；
[0227]
侧线装置主要有喷淋装置、脱硫塔、除雾塔、脱硫液储槽、水槽，以及相对应的循环泵组成。脱硫塔内装企业自主研发的高效so2脱除催化剂，入口高温烟气经喷淋降温、洗涤和初脱硫后进入脱硫塔，在高效催化剂作用下精脱硫，脱硫后的烟气经除雾后排出。工艺流程简图见图2。
[0228]
2.2主要工艺参数及设备如下列表13；
[0229][0230]
表14为主要配套设备；
[0231][0232]
2.3本发明进行脱硫试验满足如下相关标准：
[0233]
gb 31571-2015《石油化学工业污染物排放标准》；
[0234]
dl/t 986-2005《湿法烟气脱硫工艺性能检测技术规范》；
[0235]
dl/t 986-2006《石灰石-石膏湿法烟气脱硫装置性能验收试验规范》；
[0236]
db 37/664-2007《火电厂大气污染物排放标准(山东省)》；
[0237]
gb/t37186-2018《气体分析二氧化硫和氮氧化物的测定紫外差分吸收光谱法》；
[0238]
hj1131-2020《固定污染源废气二氧化硫的测定便携式紫外吸收法》；
[0239]
hj1132-2020《固定污染源废气氮氧化物的测定便携式紫外吸收法》；
[0240]
hj1045-2019《固定污染源烟气(二氧化硫和氮氧化物)便携式紫外吸收法测量仪器技术要求及检验方法》；
[0241]
jjg968-2002《烟气分析仪检定规程》；
[0242]
db37/t 2704-2015《固定污染源废气氮氧化物的测定紫外吸收法》；
[0243]
db37/t 2705-2015《固定污染源废气二氧化硫的测定紫外吸收法》；
[0244]
db37/t2641-2015《便携式紫外吸收法多气体测量系统技术要求及检测方法》；
[0245]
hj/t 397-2007《固定源废气监测技术规范》。
[0246]
2.4基础数据采集；
[0247]
表15为入口烟气成分(实际)
[0248]
成分单位1号线2号线o2％9～11％9～11％so2mg/nm3300-800300-800noxmg/nm3＜30＜30烟尘mg/nm3＜10＜10
[0249]
表16为出口烟气成分(实际)
[0250]
成分单位1号装置2号装置o2％9～11％9～11％so2mg/nm3＜10＜2noxmg/nm3＜30＜30烟尘mg/nm3＜5＜1
[0251]
表17为试验工况参数
[0252][0253]
2.5脱硫效果对比
[0254]
对比两套装置的脱硫精度及床层阻力降等参数变化如下表18；
[0255][0256][0257]
其中，上述表15、16、17、18中涉及到的单位mg/nm3与单位ppm之间在标准情况下满足如下换算关系，必要时可进行相应换算：
[0258]
1ppm＝2.86mg/nm3。
[0259]
2.6脱硫用电量数据对比如下表19；
[0260][0261]
2.7对比试验结果分析
[0262]
气源为三废锅炉烟气，进脱硫时烟气温度＜180℃，二氧化硫含量＜800mg/nm3，同条件下两种工艺的对比的试验结果如下：
[0263]
(1)装置稳定性方面：
[0264]
本次试验累计用时378个小时，在温差25℃环境下，本发明设计的脱硫工艺运行稳定，过程安全，可完全实现自动化控制。当烟气量在200～400m3/h、二氧化硫浓度在300～3500mg/nm3发生变化时，不调整设备运行参数，依然保证脱硫精度。
[0265]
(2)脱硫效果方面：
[0266]
相比氧化镁法工业脱硫装置，本发明设计脱硫装置的脱硫效果更优，出口二氧化硫含量均为零，与此同时，本发明设计脱硫装置的材料消耗为4kg氧化钙每万方含硫气体，氧化镁法工业脱硫装置的材料消耗为1.9kg氧化镁+5.1kg氧化钙每万方含硫气体。
[0267]
(3)适应性试验
[0268]
因现场烟气中二氧化硫含量较低，为了验证本发明设计脱硫装置在不同二氧化硫浓度环境下的脱硫精度，测试期间向脱硫装置中补充二氧化硫共计47小时，累计补充二氧化硫51.8kg。结果表明，入口二氧化硫的波动变化，对出口精度无任何影响。详见下表20：
[0269][0270][0271]
(4)脱硫用电量方面：
[0272]
氧化镁脱硫装置的单位能耗为9.9kw
·
h，本发明设计脱硫装置为3.8kw
·
h，本发明设计脱硫装置的耗水量为0.01t/d，氧化镁脱硫装置的耗水量为18t/d。
[0273]
根据单位能耗比较(处理每万方烟气的平均耗电量)，本发明设计的脱硫装置比氧化镁法装置节能62％。
[0274]
因测线装置所使用的设备功率偏大，实际能耗不是唯一参考值。为此可参考液气比数据，以同等能力的装置平行比较，本发明设计脱硫装置的液气比仅为氧化镁装置的1/10，即同样处理24.5m3/h的烟气，氧化镁法需用循环泵总功率396kw，而本发明设计脱硫装置循环泵总功率仅为30kw，从工艺投资、设备选择和能耗方面更优。
[0275]
表21同等规模装置能耗对比
[0276]
参数1号装置2号装置处理气量24.5m3/h24.5m3/h循环泵功率396kw30kw液气比9.8l/nm30.625l/nm3[0277]
综上所述，本发明设计的脱硫装置，从装置运行稳定性、脱硫效果、能耗等方面均比现有氧化镁法装置优越。故本发明设计的脱硫装置适合工业推广应用。
[0278]
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0279]
以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所述的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
技术特征：
1.一种湿式脱硫装置，其特征在于，所述装置包含相互连接的至少一个脱硫反应装置(101)和至少一个脱硫液槽(102)，所述脱硫反应装置(101)中设有催化剂(103)，所述脱硫反应装置(101)与所述脱硫液槽(102)外部设置有至少一个用于泵送脱硫液的第一管道(104)；所述装置还包括增湿降温系统，所述增湿降温系统包括一个以上降温塔(201)，各所述降温塔(201)内设有喷淋装置一(202)，所述喷淋装置一(202)连接水槽(203)，所述水槽(203)与所述喷淋装置一(202)之间设有一个以上用于泵送溶液的第二管道(204)。2.根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述水槽(203)位于所述喷淋装置一(202)下方，且所述水槽(203)设置至少一个含硫气体进气口(205)，含硫气体通过所述水槽(203)液面上方形成烟道一(206)的流速≥1m/s。3.根据权利要求2所述装置，其特征在于，进气口(205)中含硫气体温度为130～180℃，出所述增湿降温系统降后的含硫气体温度＜85℃。4.根据权利要求1或2或3所述设备，其特征在于，所述水槽(203)连接所述脱硫液槽(102)，所述水槽(203)内溶液ph值≥6.5。5.根据权利要求4所述装置，其特征在于，所述脱硫液槽(102)位于所述脱硫反应装置(101)下方，且所述脱硫液槽(102)设置有至少一个出气口(107)，所述出气口(107)连接除雾装置(300)。6.根据权利要求1或2或3或5所述装置，其特征在于，所述催化剂由含有下述重量份的原料制得：碱式氧化铁：10～20；氢氧化铈：0.5～5；赤泥：20～50；粘土：10～30；硅酸镁：1～20；聚阴离子纤维素：0.5～10。7.根据权利要求6所述装置，其特征在于，所述原料还包含有1～5重量份氢氧化铝；和/或所述原料包含有0.5～15重量份钛白粉；和/或所述原料包含有0.5～5重量份羧甲基纤维素钠。8.根据权利要求1或2或3或5或7所述装置，其特征在于，所述脱硫反应装置(101)内设有催化剂床层，所述催化剂床层温度为30～80℃。9.一种权利要求1～8中任意一项所述装置进行脱硫工艺。10.一种权利要求1～8中任意一项所述装置或权利要求9所述工艺用于脱出工业除尘后的含硫气体。
技术总结
本发明涉及一种湿式脱硫装置、工艺及应用，属于工业处理含硫气体技术领域。该脱硫工艺包括含硫气体经过水箱上层烟道一进入降温塔内经喷淋装置一降温，同时脱除部分二氧化硫和部分粉尘，含硫气体降温后由脱硫塔顶进入，经脱硫塔内设置的喷淋装置二喷淋与脱硫循环液接触，其中脱硫循环液与含硫气体自上而下进入催化剂床层，并在催化剂床层上瞬间反应，完成脱硫；脱硫后气体与循环液在脱硫液槽上层烟道二完成分离，气体随后进入除雾装置进一步分离液滴，最后进入烟囱排空，脱硫后液体可循环至脱硫液槽并进行再生。本发明设计的脱硫装置及工艺在实现稳定有效脱硫目的下，满足工业推广要求。广要求。广要求。
