CN201046913Y - 具有空气分布构件的硫铵生产设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及生产硫铵的设备，设计了一种具有空气分布构件的硫铵生产设备，包括塔体，设置在塔体上部的洗涤吸收段，设置在洗涤吸收段下方的氧化结晶段，所说的氧化结晶段包括设置在其上部的吸收液溢流出口，设置在吸收液溢流出口下方氧化空气入口，设置在氧化空气入口下方的吸收循环液出口，设置在氧化空气入口上方的硫铵脱水的浆液回流入口，设置在吸收循环液出口下方的硫酸铵浆料出口，设置在吸收液溢流出口与塔底之间的搅拌装置，以及与氧化空气入口相连接的设置在塔体内的、紧靠搅拌装置的氧化空气分布构件。本实用新型的设备，对空气的进入形式作了优化设计，提高了氧气的传质速率和氧化效果和设备的效率。

Description

具有空气分布构件的硫铵生产设备

技术领域

本实用新型涉及一种生产硫铵的设备，具体涉及设备的氧化结晶段。

背景技术

以煤或石油为燃料的锅炉或火力发电厂排放大量烟气。这些烟气含有SOx、NOx、HCl和HF等有害物质，其中SOx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SO₂是酸性气体，采用碱性水溶液脱吸烟气中的SOx，即烟气脱硫(FGD)是有效的方法，具有广泛的应用价值。

合成氨是碱性物质，作为脱硫剂，可以生产高肥效的硫酸铵化肥。这种方法称为氨法脱硫技术。

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3500万吨/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，占全国合成氨总需求量不到30％，同时可生产4000万吨硫酸铵，产值近300亿元。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，我国，乃至世界范围内，硫酸铵的产量都很低，基本上都是副产品，几乎没有专门生产硫酸铵化肥的工厂。因此，发展以烟气脱硫为基础的硫铵化肥产业，对于促进我国农业的发展具有重要意义。

氨法脱硫技术对应的三个步骤如下：

(1)SO₂吸收，表现为水溶液中的酸碱反应，首先生成亚硫酸铵，反应如下：

SO₂+H₂O+2NH₃＝(NH₄)₂SO₃    (亚硫酸铵)

(2)亚硫酸铵氧化为硫酸铵，化学反应也在水溶液中发生，反应如下：

(NH₄)₂SO₃+1/2O₂＝(NH₄)₂SO₄(硫酸铵)

(3)硫酸铵结晶，水溶液中的硫酸铵浓度超过溶解度后，会结晶析出固体硫酸铵颗粒。结晶通常也被看作为一个化学反应，即：

(NH₄)₂SO₄(L，液体硫酸铵)＝(NH₄)₂SO₄(S，固体硫酸铵)。

由于氨易溶于水，其第一个步骤是很容易实现的，吸收效率很高，可达到99％以上。但是，由于铵盐系统特有的一些性质，第二步的亚硫酸铵氧化为硫酸铵，和第三步的硫酸铵结晶表现了很多特殊性，致使目前的工业化技术很复杂，设备庞大，能耗高，很不经济，难以得到有效的推广。

亚硫酸铵氧化和其他亚硫酸盐相比明显不同，在于，随着溶液中硫酸铵浓度的不断积累，硫酸铵对亚硫酸铵的氧化产生强大的阻尼作用，即随着硫铵浓度的增加，亚硫酸铵的氧化速度急剧降低，文献[ChemicalEngineering Science，2000]从硫酸铵会显著阻碍O₂在水溶液中的溶解阐述了这一独特性质。当盐浓度小于0.5mol/L(约5％(wt))时，亚硫铵氧化速率随其浓度增加而增加，而当超过这个极限值时，氧化速率随浓度增加而降低。

亚硫酸铵的氧化虽然表面上看与SO₂的吸收没有关系，但是，如果亚硫酸铵氧化不充分，就会反过来抑制SO₂的吸收。因此，与其他脱硫方法，比如以石灰石为原料的钙法和以氧化镁为原料的镁法不同的是，氨法的氧化过程与SO₂吸收过程同等重要。在钙法和镁法中，SO₂的吸收效率几乎与亚硫酸盐(亚硫酸钙和亚硫酸镁)的氧化过程无关。之所以在这两种方法，尤其是石灰石-石膏法中要强调氧化，是因为要防止脱硫塔结垢堵塞，以及希望将其转化为石膏后，脱硫副产品能得到利用。这也正是早期的钙法没有氧化部分的原因。

为此，中国专利ZL 02136906.2和ZL 02266994.9提出了一种多功能的以氨为原料的烟气脱硫装置，将亚硫铵氧化和硫铵结晶分开进行，确保了氧化段(在吸收塔底部)的硫酸铵浓度控制在较低的水平，提高氧化速度。在氧化段(位于底部)和吸收段之间巧妙地设置了浓缩段。该技术尽管较好地利用了亚硫酸铵氧化的特点，但是脱硫塔略现复杂，造价较高，另外，流程亦较长。

原因在于，现有技术的实现是以亚硫酸铵氧化过程的本征反应动力学为基础的。显然，要提高亚硫酸盐的氧化效果，必须强化和提高氧气的传质速率。

发明内容

本实用新型需要解决的技术问题是公开一种具有空气分布构件的硫铵生产设备，以克服现有技术存在的上述缺陷。

本实用新型的具有空气分布构件的硫铵生产设备，包括：

塔体；

设置在所说的塔体上部的洗涤吸收段；

设置在洗涤吸收段下方的与洗涤吸收段连成一体的氧化结晶段；

所说的洗涤吸收段为现有技术，本实用新型不再赘述；

所说的氧化结晶段包括：

设置在氧化结晶段上部塔体上的吸收液溢流出口，用于控制结晶段的液位；

设置在溢流出口下方的塔体上的氧化空气入口；

设置在氧化空气入口下方的塔体上的吸收循环液出口；

设置在氧化空气入口上方的塔体上的硫铵脱水的浆液回流入口；

设置在吸收循环液出口下方的塔体上的硫酸铵浆料出口；

设置在溢流出口与塔底之间的1～6层搅拌装置；

其特征在于，还包括与氧化空气入口相连接的设置在塔体内的、紧靠搅拌装置的氧化空气分布构件。

本实用新型是这样运行的：

含有SO₂的烟气在洗涤吸收段与吸收液接触，生成亚硫酸铵，进入氨法脱硫的脱硫塔下部的氧化结晶段，空气从氧化空气入口进入塔体内，通过氧化空气分布构件排出，先被搅拌装置分散，然后进一步被均匀分布，与亚硫酸铵接触，被氧化为硫酸铵，并形成结晶，含有硫酸铵结晶的料浆从硫酸铵浆料出口送往后续的脱水工段，制备产品，吸收液从吸收循环液出口流出，再次循环使用。

本实用新型的具有空气分布构件的硫铵生产设备，充分考虑到氧化剂，即氧气的传质过程是限制整个氧化过程的关键因素，因此，对空气的进入形式作了优化设计，通过搅拌装置和氧化空气分布构件，对空气进行分散和均匀分布，提高了氧气的传质速率，大大提高了亚硫酸盐的氧化效果，从而提高了设备的效率。

附图说明

图1为具有空气分布构件的硫铵生产设备结构示意图。

图2为搅拌装置、氧化空气分布构件与塔体放大的配合示意图。

具体实施方式

参见图1，本实用新型的具有空气分布构件的硫铵生产设备，包括：

塔体1；

设置在所说的塔体1上部的洗涤吸收段20；

设置在洗涤吸收段20下方的与洗涤吸收段20连成一体的氧化结晶段30；

所说的洗涤吸收段20包括：

设置在塔体1顶部的第一烟气通道口2；

设置在第一烟气通道口2下方的塔体1上的循环液入口3；

设置所说的第一烟气通道口2下方的、与循环液入口3相连通的循环液分布器31；

设置在所说的循环液分布器3下方的塔体1上的第二烟气通道口4；

所说的氧化结晶段30包括：

设置在氧化结晶段30上部的塔体1上的吸收液溢流出口5，用于控制结晶段的液位；

设置在吸收液溢流出口5下方的塔体1上的氧化空气入口6；

设置在氧化空气入口6下方的塔体1上的吸收循环液出口7；

设置在氧化空气入口上方的塔体上的硫铵脱水的浆液回流入口；

设置在吸收循环液出口7下方的塔体1上的硫酸铵浆料出口8；

设置在吸收液溢流出口5与塔底之间的1～6层搅拌装置9；

其特征在于，还包括与氧化空气入口6相连接的设置在塔体1内的、紧靠搅拌装置9的氧化空气分布构件601；

参见图2，所说的氧化空气分布构件包括直管10和支管11，直管10的一端与氧化空气入口6相连接，直管10的另一端与支管11的一端相连接，支管11的另一端12与搅拌装置9之间的水平间距L为0.2～2.0m，支管11的另一端12与搅拌装置9之间的垂直间距H为0.1～1.0m；

进一步，支管11的另一端12设有坡口，以便于空气的分散，坡口面向塔体1的轴线，坡口的角度γ为10～80°；优化的坡口角度γ为20～60°；

所说的氧化空气入口6可设置在搅拌装置9的上方，也可设置在搅拌装置9的下方；

参见图1和图2，所说的搅拌装置9包括搅拌轴901和固定在搅拌轴901端部的搅拌桨叶902，所说的搅拌轴901穿过所说的塔体1的塔壁，与动力机构，如电机相连接，搅拌轴901与塔体1之间设有密封构件；

所说的搅拌装置9优选2～4层，每层设有1～6个搅拌装置9，优选2～4个；

进一步，最底层的搅拌装置9，主要起固体悬浮的作用，其与塔体1底部的距离为1-2m，最底层搅拌装置9上方的搅拌装置9与最底层搅拌装置9之间的距离，以及其它各层搅拌装置9之间的距离均为搅拌桨叶902直径的3-6倍。

Claims (7)

1.一种具有空气分布构件的硫铵生产设备，包括：

塔体(1)；

设置在所说的塔体(1)上部的洗涤吸收段(20)；

设置在洗涤吸收段(20)下方的与洗涤吸收段(20)连成一体的氧化结晶段(30)；

所说的氧化结晶段(30)包括：

设置在氧化结晶段(30)上部的塔体(1)上的吸收液溢流出口(5)；

设置在吸收液溢流出口(5)下方的塔体(1)上的氧化空气入口(6)；

设置在氧化空气入口(6)下方的塔体(1)上的吸收循环液出口(7)；

设置在氧化空气入口上方的塔体上的硫铵脱水的浆液回流入口；

设置在吸收循环液出口(7)下方的塔体(1)上的硫酸铵浆料出口(8)；

设置在吸收液溢流出口(5)与塔底之间的1～6层搅拌装置(9)；

其特征在于，还包括与氧化空气入口(6)相连接的设置在塔体(1)内的、紧靠搅拌装置(9)的氧化空气分布构件(601)。

2.根据权利要求1所述的具有空气分布构件的硫铵生产设备，其特征在于，所说的氧化空气分布构件(601)包括直管(10)和支管(11)，直管(10)的一端与氧化空气入口(6)相连接，直管(10)的另一端与支管(11)的一端相连接，支管(11)的另一端(12)与搅拌装置(9)之间的水平间距L为0.1～2.0m。

3.根据权利要求2所述的以氨为原料从锅炉烟气中回收SO₂生产硫铵的设备，其特征在于，支管(11)的另一端(12)与搅拌装置(9)之间的垂直间距H为0.1～1.0m。

4.根据权利要求2或3所述的具有空气分布构件的硫铵生产设备，其特征在于，支管(11)的另一端(12)设有坡口，坡口面向塔体(1)的轴线。

5.根据权利要求4所述的具有空气分布构件的硫铵生产设备，其特征在于，坡口的角度γ为10～80°。

6.根据权利要求1～5任一项所述的具有空气分布构件的硫铵生产设备，其特征在于，所说的氧化空气入口(6)设置在搅拌装置(9)的上方。

7.根据权利要求1～5任一项所述的具有空气分布构件的硫铵生产设备，其特征在于，所说的氧化空气入口(6)设置在搅拌装置(9)的下方。