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KR102036816B1 - 암모니아-기반 공정에 의해 황산화물 및 분진을 효과적으로 제거하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

암모니아-기반 공정에 의해 황산화물 및 분진을 효과적으로 제거하기 위한 방법 및 장치 Download PDF

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KR102036816B1
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지앙난 엔바이론멘탈 프로텍션 그룹, 인크.
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Abstract

본 발명은 환경 보호 기술 분야, 특히 암모니아 법에 의해 가스 중의 황 산화물 및 분진을 효과적으로 제거하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

Description

암모니아-기반 공정에 의해 황산화물 및 분진을 효과적으로 제거하기 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR EFFECTIVELY REMOVING SULFUR OXIDES AND DUST IN GAS BY AMMONIA-BASED PROCESS}
본 발명은 환경 보호 기술 분야, 특히 암모니아 법에 의해 가스 중의 황 산화물 및 분진을 효과적으로 제거하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
현재, 석회석-석고 방법이 세계적으로 가스 중의 이산화황을 제거하기 위한 주류 공정이다. 이 방법은 탈황 공정에서 많은 양의 폐수와 석고 찌꺼기를 생성한다. 이산화황 1톤을 제거하는데 0.7톤의 이산화탄소가 발생한다. 이러한 폐수 및 잔류물의 처리에는 상당한 자본과 운영 비용이 필요하다. 암모니아 탈황은 폐수 또는 잔류물을 생성하지 않지만 탈황제로 첨가된 암모니아는 황산암모늄 비료로 전환된다. 이는 폐기물을 수익이 있게 만들고 황산암모니아 비료의 판매 수익은 일반적으로 암모니아 구매 비용보다 더 크다. 그러나 암모니아 탈황에서 나타나는 암모니아 슬립, 에어로졸 등과 같은 문제로 인해 이 첨단 기술의 보급 및 적용은 오랫동안 제한되어 왔다. 본 발명은 공정의 혁신적인 설계로 암모니아 슬립 및 에어로졸 형성을 근본적으로 제거하고, 암모니아 탈황의 개발 및 보급을 저해하는 중요한 기술적 과제를 완전히 해결하였다. 청정 연도 가스에서 SO2 ≤35 mg/N㎥, 총 분진 (에어로졸 포함) ≤5 mg/N㎥, 암모니아 슬립 ≤2 mg/N㎥을 달성할 수 있으면서도, 흡수 장치의 구조 설계는 더 간단하고 자본 비용은 더 적다.
JNEP (Jiangsu New Century Jiangnan Environmental Protection Inc.)는 1998년부터 암모니아 탈황 설비를 개발하기 시작했으며 이후 중국의 암모니아 탈황 시장 점유율 80%를 차지하는 암모니아 탈황 장치를 300 세트 이상 설치했으며, 암모니아 탈황의 주창자이자 선두 주자이다. 이 회사는 지속적으로 진행되는 기술인 암모니아 탈황 기술의 개발에 전념하고 있다. 암모니아 슬립, 에어로졸 형성 등과 같은 기술적 문제는 근본적으로 해결되었으며, 이 기술은 4 세대로 발전하였다. 이 기술을 사용함으로써, 생 연도 가스 중 SO2 농도 ≤30,000 mg/N㎥ 및 총 분진 농도 ≤50 mg/N㎥의 조건하에서 청정 연도 가스 내에 SO2 ≤35 mg/N㎥, 총 분진 (에어로졸 포함) ≤5 mg/N㎥ 및 암모니아 슬립 ≤2 mg/N㎥에 도달할 수 있었다. 이 회사는 2003년에 석탄 연소 연도 가스에서 SO2를 제거하는 방법에 관한 두 특허 (CN 1283346C 및 CN 1321723C)를 개시했는데, 여기에서는 냉각 탈분진화 및 흡수 탈황의 파라미터에 대한 요구조건과 테일 가스에서 SO2 농도가 100 mg/N㎥ 미만인 요구조건을 제안하였다. 그러나, 테일 가스의 암모니아 슬립은 12 mg/N㎥에 이르렀으며, 에어로졸 배출에 대해서는 아무런 주의를 기울이지 않았고, 암모니아의 회수율은 낮았다. 이에 대해 이 회사는 2005년에 "탑에서 결정화를 통한 암모니아 탈황 공정 및 장치" (CN100428979C)를 개시하였으며, 이는 순차으로 산화 구역, 결정화 구역, 냉각 흡수 구역, 주 흡수 구역, 탈수 미스트 제거 구역을 포함한다. 이러한 혁신에 의해, 장치의 작동 에너지 소비를 감소시키도록 연도 가스의 증발 능력을 사용하여 결정화가 수행되었다. 배출된 테일 가스의 SO2 농도는 200 mg/N㎥ 미만이었고, 테일 가스 내 암모니아 함량은 3 mg/N㎥ 이하였으며, 부산물인 황산암모늄 비료는 GB535 기준의 1 등급 제품 요건을 충족시켰다. 암모니아 회수율은 크게 증가하였으나, 에어로졸 배출량은 여전히 많았다. 이 회사는 이 후 2013년에 "탈황화 연도 가스에서 미립자를 제어하기 위한 장치 및 방법" (CN103301705B)을 개시하였으며, 여기에는 흡수 후 연도 가스 미스트 제거 및 수세척 미스트 제거를 위한 방법 및 장치가 개시된다. 미립자가 효과적으로 제거될 수 있다. 흡수 미스트 제거기는 10 μm 초과 액적을 대부분 제거하고, 큰 액적이 제거된 가스는 수세적 탈분진화를 위해 통과하고, 미립자는 수세 후 큰 미립자로 성장하여 제거된다. 미립자 및 분진의 제거 효율은 60% 이상일 수 있다. 이 기술은 미립자를 효율적으로 제거할 수 있지만 중국의 초미립자 배출 지수는 총 분진 (에어로졸 포함)이 10 mg/N㎥ 미만이어야 하며 분진 제거 효율은 더 향상되어야 한다.
위에서 언급한 4건의 핵심 특허와 64건의 다른 보조 특허를 기반으로, 이 회사는 생성된 암모니아 슬립 및 에어로졸을 제거하는 방법에서 암모니아 슬립 및 에어로졸 형성을 근절하기 위한 흡수 과정의 혁신적인 조사로 기술적인 초점을 완전히 전환함으로써, 본 발명 내에서 암모니아 슬립 및 에어로졸의 중요한 기술적 과제에 대한 주요 문제를 계속해서 다루고 있다. 분할 제어, 다지점 암모니아 공급 등과 같은 기술적 수단에 의해, 처리 후 배출된 가스는 SO2 ≤35 mg/N㎥, 총 분진 (에어로졸 포함) ≤5 mg/N㎥, 암모니아 슬립 ≤2 mg/N㎥의 요건을 충족한다. 본 발명의 기술은 산업 시험에 의해 입증되었다.
발명의 요약
본 발명은 선행 기술이 암모니아-기반 탈황 기술의 요지를 완전히 파악하지 못하고 형성 기원으로부터의 암모니아 슬립 및 에어로졸의 중요한 기술적 과제를 해결하지 않고, 오직 슬립화 암모니아 및 형성된 에어로졸을 제거하는 방법에 초점을 두었다는 점을 대상으로 하였다. 이는 흡수 장치 내의 구역 수의 증가 및 시스템의 복잡성을 초래한다. 그것은 처리 효과가 낮을 뿐만 아니라 자본 및 운영 비용을 상당히 증가시킨다. 암모니아 탈황 기술의 체계적인 조사에 기초하여, 본 발명은 암모니아 슬립 및 에어로졸 형성의 이유에 초점을 맞추고, 분할 제어 및 다지점 암모니아 공급 기술을 사용하여 이러한 문제점을 근본적으로 해결하려 하였다. 이에 따라서, 본 발명의 기술을 이루게 되었다. 본 발명의 방법을 사용함으로써 탈황 탈분진에 적용된 청정 연도 가스에서 SO2 ≤35 mg/N㎥ 및 총 분진 (에어로졸 포함) ≤5 mg/N㎥, 암모니아 슬립 ≤2 mg/N㎥ 및 암모니아 회수율 ≥99%를 달성하게 되었다. 또한 공정 흐름이 간단하고 투자비가 적으며 자동화도가 높고 부산물이 용인되고 폐수가 배출되지 않으며 어떤 2차 오염도 없으며 다양한 오염원의 상승적 제어를 달성할 수 있었다.
마지막으로, 본 발명은 다음의 기술적 해결책에 의해 상술한 기술적 문제들을 해결한다.
암모니아 법에 의해 가스 중의 황 산화물 및 분진을 효과적으로 제거하기 위한 방법 및 장치로서, 다음과 같은 특징을 갖는다. 장치는 분할 제어 및 다지점 암모니아-공급 공정을 이용하여 암모니아 슬립 및 에어로졸 형성을 근본적으로 제어함으로써 효과적인 탈황 및 탈분진 효과를 달성하였다. 생 연도 가스 중 SO2 농도 ≤30,000 mg/N㎥ 및 총 분진 농도 ≤50 mg/N㎥의 조건하에서 청정 연도 가스 내에 SO2 ≤35 mg/N㎥, 총 분진 (에어로졸 포함) ≤5 mg/N㎥ 및 암모니아 슬립 ≤2 mg/N㎥을 달성할 수 있었다. 이 장치는 가스 정화 및 오염 물질 제거 시스템, 산화 시스템, 황산암모늄 후처리 시스템, 암모니아 공급 시스템 및 보조 시스템으로 구성된다.
가스 정화 및 오염 물질 제거 시스템은 분할 제어를 사용하며, 주로 예비-세척 구역, 흡수 구역 및 미립자 제어 구역으로 구분되며, 상기 각각의 예비-세척 구역, 흡수 구역 및 미립자 제어 구역은 다수의 스프레이층을 구비하고, 예비-세척 구역은 연도 가스의 온도를 낮추면서 순환 세척액을 농축시키고, 흡수 구역은 연도 가스에서의 이산화황을 흡수하여 제거한다. 각 구역에서 암모니아 슬립 및 에어로졸 형성을 제어하기 위해 상이한 조성을 갖는 흡수액이 각각의 구역에 사용된다.
가스 정화 및 오염 물질 제거 시스템은 다지점 암모니아 공급을 사용하며 암모니아 슬립 및 에어로졸 형성을 방지하기에 충분한 반응을 허용한다. 산화 시스템 내 산화 탱크의 상층, 중간층 및 하층, 예비-세척 구역, 흡수 스프레이 층 및 각각의 재순환 펌프의 입구 및 출구를 포함하는 복수의 지점으로부터 암모니아 함유 탈황제가 첨가된다. 혼합 구조 또는 장치가 각각의 암모니아 공급 지점에 제공될 수 있고, 무수 암모니아가 용액에 직접 첨가되어 다지점 암모니아 공급 및 충분한 반응을 달성하고 암모니아 슬립 및 에어로졸 형성을 방지할 때 액체 암모니아 전용 혼합기가 제공된다. 흡수 구역의 흡수 순환 액체의 pH는 4.6 초과이다. 예비-세척 구역의 순환 세척 액체는 흡수 장치 내부의 결정화 공정에 대해 pH 5.5 미만이고, 예비-세척 구역의 순환 세척 액체는 흡수 장치 외부의 결정화 공정에 대해 pH 6 미만이다.
산화 시스템은 분할 제어에 대한 요구에 따라 적층되고, 예비-세척 구역의 보충 액체 및 흡수 순환 액체는 산화 시스템 내 산화 탱크의 상이한 위치로부터 유인되고, 2 내지 8 층의 가스-액체 분산 증진제는 흡수 효율을 보장할 뿐만 아니라 암모니아 슬립 및 에어로졸 형성을 제어할 목적으로 산화 탱크 내에 제공된다. 가스-액체 분산 증진제는 구조화된 패킹, 랜덤 패킹, 다공판, 버블 캡 (bubble cap), 에어레이션 헤드 (aeration head) 등 또는 이들의 조합된 형태 중 어느 하나의 형태를 채용할 수 있다. 산화 탱크 및 예비-세척 재순환 탱크는 각각 필요에 따라 탑의 저부 또는 탑 외부에 배치된다. 산화 탱크의 액체 수준은 5 m 초과이고, 산화 공기는 20 부피% 이상 과량이며, 용액의 순 체류 시간은 20 분 초과이고, 흡수 순환 액체의 산화율은 90% 초과이며, 예비-세척 구역의 순환 세척 액체의 산화율은 92% 초과이다.
미립자 제어 구역에는 데미스터 (demister)가 제공되고, 예비-세척 구역 및 흡수 구역의 각 층에는 필요에 따라 데미스터가 제공되며; 데미스터는 배플판, 리지 (ridge), 패킹 (packing) 또는 와이어 메쉬 (wire mesh)의 형태 또는 이들의 조합된 형태를 채용한다.
장치에 사용되는 공정 흐름은 다음과 같다:
연도 가스는 가스 정화 및 오염 물질 제거 시스템의 예비-세척 구역에서 진입하여 예비-세척 구역의 순환 세척 액체에 의해 냉각 및 세척되며 이동안 예비-세척 액체의 순환 세척 액체는 농축되고, 연도 가스는 배출되기 전에 흡수 순환 액체로의 세척에 의한 탈황용 흡수 구역과 미립자 순환 세척 액체에 의한 미립자 제거용 미립자 제어 구역을 통과하고,
예비-세척 구역의 순환 세척 액체가 흡수 순환 액체로부터 보충되고, 상기 흡수 순환 액체는 미립자 제어 구역의 순환 세척 액체로부터 보충되고, 공정 수는 주로 미립자 제어 구역으로부터 보충되고,
흡수 순환 액체는 산화 시스템에서 산화되고, 순환 흡수를 위해 산화 시스템 내 산화 탱크의 상이한 위치로부터 상이한 산화율을 갖는 용액이 인출된다.
흡수 구역의 각 층의 액체 대 가스 비율은 0.2 L/㎥ 이상이며, 스프레이 도포율은 110% 이상이다. 미립자 제어 구역의 각 층의 액체 대 가스 비율은 0.1 L/㎥ 이상이고, 스프레이 도포율은 100% 이상이다.
흡수 장치의 표면 가스 속도는 1 m/s 내지 5 m/s이고/이거나;
예비-세척 구역의 작동 온도는 35 ℃ 내지 80 ℃이고/이거나;
흡수 구역의 작동 온도는 30 ℃ 내지 70 ℃이고/이거나;
미립자 제어 구역의 작동 온도는 30 ℃ 내지 65 ℃이다.
예비-세척 구역의 순환 세척 액체는 예비-세척 구역에서 농축 (결정화)되거나 흡수 장치 외부에서 증발 결정화되고, 황산암모늄 후처리 시스템에 의해 상용화 황산암모늄으로 처리된다. 용액 중에서 염화물, 불화물 등의 유해한 이온을 제어할 필요가 있는 경우, 예비-세척 구역의 순환 세척 액체의 일부로부터 직접 황산암모늄을 생성하기 위해 통합 건조 탑이 사용된다.
이 시스템에서, 생 연도 가스 중 SO2 농도 ≤30,000 mg/N㎥ 및 총 분진 농도 ≤50 mg/N㎥의 조건하에서 청정 연도 가스 내에 SO2 ≤35 mg/N㎥, 총 분진 (에어로졸 포함) ≤5 mg/N㎥, 암모니아 슬립 ≤2 mg/N㎥ 및 암모니아 회수율 ≥99%를 달성할 수 있었다.
본 발명은 다음과 같은 긍정적이고 진보적인 효과를 갖는다.
1. 본 발명의 방법을 사용하여 처리된 연도 가스 중 총 분진 (에어로졸을 함유함) 및 SO2는 청정 연소 가스에서 SO2 ≤35 mg/N㎥ 및 총 분진 (에어로졸 포함) ≤5 mg/N㎥인 극저 방출 요건을 만족시킨다. 청정 연도 가스는 흡수 장치 상부의 연통을 통해 배출될 수 있거나 배출을 위해 기존 스택으로 되돌아갈 수 있다.
2. 본 발명의 방법을 사용하여 처리된 연도 가스에서 자유 암모니아는 ≤2 mg/N㎥이고, 암모니아의 회수율 및 이용률은 99% 이상이다.
3. 부산물인 황산암모늄의 품질은 GB535 기준을 만족시킨다.
4. 본 발명의 방법은 간단한 공정 흐름, 낮은 에너지 소비, 폐수 무배출, 무 2차 오염, SO2, 분진, SO3, 자유 암모니아 등과 같은 다양한 오염 물질의 상승적 제어를 달성할 수 있고, 자본 및 운영 비용을 줄일 수 있다.
도 1은 장치 및 방법의 개략도이다.
도 2는 실시예 1의 장치 및 방법의 개략도이다.
실시형태의 설명
이하, 실시예에 의해 본 발명을 더욱 상세히 설명하지만, 본 발명이 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다. 하기 실시예에서 입증된 특정 조건이 없는 실험 방법은 통상적인 방법 및 조건에 따라 또는 상품 설명에 따라 선택될 것이다.
바람직한 실시형태
분할 제어 및 다지점 암모니아 공급 공정은 암모니아 슬립 및 에어로졸 형성을 근본적으로 제어하여 탈황 및 탈분진의 효과적인 효과를 달성하는 데 사용된다. 생 연도 가스 중 SO2 농도 ≤30,000 mg/N㎥ 및 총 분진 농도 ≤50 mg/N㎥의 조건하에서 청정 연도 가스 내에 SO2 ≤35 mg/N㎥, 총 분진 (에어로졸 포함) ≤5 mg/N㎥ 및 암모니아 슬립 ≤2 mg/N㎥에 도달할 수 있었다.
장치는 가스 정화 및 오염 물질 제거 시스템 (I), 산화 시스템 (II), 황산암모늄 후처리 시스템 (III), 암모니아 공급 시스템 (IV) 및 보조 시스템을 포함한다.
가스 정화 및 오염 물질 제거 시스템 (I)은 흡수 장치 (1), 증발 결정화 시스템 (31) (임의적), 미립자 제어 구역의 재순환 탱크 (22), 미립자 제어 구역의 재순환 펌프 (23) 및 예비-세척 재순환 장치 (11)를 구비하고 있다. 산화 시스템 (II)은 산화 탱크 (8), 상층 흡수 재순환 펌프 (6) 및 하층 흡수 재순환 펌프 (14)를 포함한다. 황산암모늄 후처리 시스템 (III)은 1차 고체-액체 분리 (181), 2차 고체-액체 분리 (182), 통합 건조 탑 (183), 및 포장기 (184)를 구비하고 있다. 필요에 따라, 산화 탱크 (8) 및 예비-세척 재순환 탱크 (11)가 각각 탑 하부 또는 흡수 장치 외부에 배치된다.
가스 정화 및 오염 물질 제거 장치 (I)의 흡수 장치 (1)는 분할 제어를 이용하고, 예비-세척 구역 (4), 흡수 구역 (3) 및 미립자 제어 구역 (5)으로 구분되어 있다. 각 예비-세척 구역 (4), 흡수 구역 (3) 및 미립자 제어 구역 (5)에는 복수의 스프레이층 (21)이 구비되고, 예비 세척 구역 (4)은 순환 세척 액체 (33)을 농축시키며, 이동안 생 연도 가스 (7)의 온도가 감소되고, 흡수 구역 (3)의 흡수 순환 액체 (32)는 연도 가스 내의 이산화황을 흡수 및 제거하고, 미립자 제어 구역 (5)은 미립자를 제거한다. 암모니아 슬립 및 에어로졸 형성을 제어하기 위해 조성이 다른 흡수액을 각각의 구역에서 사용한다.
다지점 암모니아 공급이 사용되며 반응은 암모니아 슬립 및 에어로졸 형성을 방지하기에 충분하다. 산화 탱크 (8) (흡수 재순환 탱크)의 상층, 중간층, 또는 하층, 예비-세척 구역 (4), 흡수 구역 (3)의 스프레이층, 및 각각의 재순환 펌프의 입구 및 출구를 포함하는 복수의 지점으로부터 암모니아 함유 탈황제가 첨가된다.
장치에 의해 사용되는 공정 흐름은 다음과 같다.
생 연도 가스 (7)가 가스 정화 및 오염 물질 제거 시스템 (I) 내 흡수 장치 (1)의 예비-세척 구역 (4)에서 진입하여 예비-세척 구역의 순환 세척 액체 (33)에 의해 냉각 및 세척되며, 이 동안 예비-세척 구역의 순환 세척 액체 (33)는 농축되고, 연도 가스는 배출되기 전에 흡수 순환 액체 (32)로의 세척에 의한 탈황용 흡수 구역 (3)과 각각 미립자 제어 구역 (34)의 순환 세척 액체로의 세척 및 미스트 제거에 의한 미립자 제거용 미립자 제어 구역 (5)을 더 통과한다.
예비-세척 구역의 순환 세척 액체 (33)가 흡수 순환 액체 (32)로부터 보충되고, 미립자 제어 구역의 순환 세척 액체 (34)로부터 흡수 순환 액체 (32)가 보충되고, 미립자 제어 구역 (5)의 재순환 탱크 (22)로부터 공정 수 (24)가 보충된다.
흡수 순환 액체 (32)는 산화 탱크 (8)에서 산화된다. 대부분의 용액은 산화 탱크 (8)의 상부로부터 회수되어 순환 흡수를 위해 흡수 장치 (1) 내 흡수 구역 (4)의 상부로 반환 펌핑되고, 소량이 예비-세척 구역의 보충 액체 (35)로서 사용되고, 하부로부터 회수한 용액은 순환 흡수를 위해 흡수 장치 (1) 내 흡수 구역 (4)의 하부로 펌핑된다.
예비-세척 구역의 순환 세척 액체 (33)는 예비-세척 구역 (4)에서 농축 및 결정화되거나, 농축된 액체는 흡수 장치 외부의 증발 결정화 시스템 (31)에서 결정화되고, 이어서 슬러리는 1차 고체-액체 분리 장치 (181), 2차 고체-액체 분리 장치 (182), 통합 건조기 건조 탑 (183) 및 포장기 (184)를 거쳐서 황산암모늄 후처리 시스템 (IV)에 의해 상용화 황산암모늄 (19)으로 처리된다. 한편, 예비-세척 구역의 순환 세척 액체 (33) 중 0.5%는 건조용 통합 건조 탑으로 직접 전달되고, 장치 내 순환 액체 중의 염소 및 불소의 총 함량은 ≤30,000 mg/L가 되도록 제어된다. 고체-액체 분리된 모액은 증발 결정화 시스템으로 되돌아간다.
미립자 제어 구역 (5) 및 흡수 구역 (3)에는 복수의 데미스터 (12) 층이 구비된다. 데미스터 (12)는 배플판, 리지 또는 와이어 메쉬의 형태 또는 이들의 조합 형태를 취한다.
혼합 구조는 다지점 암모니아 공급 및 충분한 반응을 달성하고 암모니아 슬립 및 에어로졸 형성을 방지하기 위해 각각의 암모니아 공급 지점에 제공된다. 흡수 구역 (3)의 흡수 순환 액체 (32)의 pH는 상부가 4.6 내지 5.8, 하부가 5.2 내지 6.4이다. 예비-세척 구역 (4)의 순환 세척 액체 (33)의 pH 값은 5 내지 5.4이다.
산화 탱크 (8)에는 2 내지 8층의 기체-액체 분산 증진제 (26)가 제공되고, 기체-액체 분산 증진제는 구조화된 패킹 및 다공판을 사용한다. 산화 탱크 (8)의 액체 수준은 5 m 초과이고, 산화 공기는 20 부피% 이상 과다이고, 용액의 순 체류 시간은 20 분 이상이며, 흡수 순환 액체의 산화율은 90% 이상이고, 예비-세척 구역의 순환 세척 액체 (33)의 산화율은 92% 이상이다.
흡수 구역 (3)의 각 층에서의 흡수 액체의 액체 대 가스 비율은 0.2 L/㎥ 이상이고, 스프레이 도포율은 110% 이상이다. 미립자 제어 구역 (5)의 각 층의 분포 액체의 액체 대 가스 비율은 0.1 L/㎥ 이상이고, 스프레이 도포율은 100% 이상이다.
흡수 장치의 표면 가스 속도는 1 m/s 내지 5 m/s이고/이거나;
예비-세척 구역 (4)의 작동 온도는 35 ℃ 내지 80 ℃이고/이거나;
흡수 구역 (3)의 작동 온도는 30 ℃ 내지 70 ℃이고/이거나;
미립자 제어 구역 (5)의 작동 온도는 30 ℃ 내지 65 ℃이다.
실시예 1
1. 암모니아-기반 공정으로 가스 중의 황 산화물 및 분진을 효과적으로 제거하기 위한 장치
장치는 가스 정화 및 오염 물질 제거 시스템 (I), 산화 시스템 (II), 황산암모늄 후처리 시스템 (III), 암모니아 공급 시스템 (IV) 및 보조 시스템을 포함한다.
가스 정화 및 오염 물질 제거 시스템 (I)은 흡수 장치 (1), 미립자 제어 구역의 재순환 탱크 (22), 미립자 제어 구역의 재순환 펌프 (23) 및 예비-세척 재순환 장치 (11)를 구비하고 있다. 산화 시스템 (II)은 산화 탱크 (8), 상층 흡수 재순환 펌프 (6) 및 하층 흡수 재순환 펌프 (14)를 포함한다. 황산암모늄 후처리 시스템 (III)은 1차 고체-액체 분리 (181), 2차 고체-액체 분리 (182), 통합 건조 탑 (183), 및 포장기 (184)를 구비하고 있다.
가스 정화 및 오염 물질 제거 장치 (I)의 흡수 장치 (1)는 분할 제어를 이용하고, 예비-세척 구역 (4), 흡수 구역 (3) 및 미립자 제어 구역 (5)으로 구분되어 있다. 예비-세척 구역 (4), 흡수 구역 (3) 및 미립자 제어 구역 (5)에는 2/5/2 스프레이층 (21)이 각각 구비되어 있고, 예비 세척 구역 (4)은 순환 세척 액체 (33)를 농축시키며, 이동안 생 연도 가스 (7)의 온도가 감소되고, 흡수 구역 (3)은 연도 가스 내의 이산화황을 흡수 및 제거하여 암모니아 슬립 및 에어로졸 형성을 제어하고, 미립자 제어 구역 (5)은 미립자를 제어한다.
다지점 암모니아 공급이 사용되며 반응은 암모니아 슬립 및 에어로졸 형성을 방지하기에 충분하다. 암모니아-함유 탈황화제는 산화 탱크 (8)의 상층 및 하층, 예비-세척 구역 (4), 예비-세척 재순환 탱크 (11), 상층/하층 흡수 재순환 펌프 (6/14)의 입구 및 출구, 및 예비-세척 재순환 펌프 (2)의 출구로부터 첨가된다.
CEMS (25)는 연도 가스 입구 (20) 및 연도 가스 출구 (16)에 장착된다. 연도 가스 입구에서 CEMS는 온도, 압력, 유속, 질소 산화물 농도, 이산화황 농도, 수분 함량, 산소 함량 및 분진 함량에 대해 연도 가스를 검출한다. 연도 가스 출구의 CEMS는 온도, 압력, 유속, 질소 산화물 농도, 이산화황 농도, 수분 함량, 산소 함량, 자유 암모니아 함량 및 분진 함량에 대해 연도 가스를 검출한다.
흡수 구역 (3) 내 액체 분배기의 각 층에서의 액체 대 가스 비율은 1.2 L/㎥이고, 스프레이 도포율은 125%이며, 흡수 구역의 총 스프레이 도포율은 500% 이상이다.
미립자 제어 구역 (5)의 각 층에서의 액체 대 가스 비율은 1.1 L/㎥이고, 스프레이 도포율은 140%이다.
흡수 구역 (3)의 상부에는 2층의 데미스터 (12)가 구비되고, 데미스터는 1층의 리지와 1층의 배플판을 채용한다. 미립자 제어 구역 (5)의 미스트 제거 구역의 상부에 3층의 데미스터가 구비되고, 데미스터는 2층의 리지와 1층의 와이어 메쉬를 채용한다.
장치 설계 파라미터
No. 공정 인덱스 단위 값
1 보일러 연도 가스량 N㎥/h 510000
2 입구 연도 가스의 온도 °C 130-150
3 연도 가스의 SO2 농도 mg/N㎥ 4500
5 입구 연도 가스의 분진 농도 mg/N㎥ ≤20
6 출구에서 연도 가스의 SO2 농도 mg/N㎥ ≤35
7 출구에서 연도 가스의 분진 농도 mg/N㎥ ≤5
8 암모니아 회수 및 이용율 % ≥99
2. 암모니아 법에 의해 가스 중의 황 산화물 및 분진을 효과적으로 제거하기 위한 방법
공정 흐름은 다음과 같다.
생 연도 가스 (7)가 연도 가스 입구 (20)로부터 가스 정화 및 오염 물질 제거 시스템 (I)의 예비-세척 구역 (4)으로 진입하여 예비-세척 구역의 순환 세척 액체 (33)과 역류 접촉하여 연도 가스 내 분진, SO3 및 일부 SO2가 제거된 뒤, 흡수 구역 (3)에 진입하여 흡수 순환 액체 (32)와 역류 접촉하여 연도 가스 내의 SO2를 흡수하고, 이어서 미립자 제어 구역 (5)에 진입하여 연도 가스 내 소량의 자유 암모니아 및 에어로졸뿐만 아니라 연무 액적들이 제거된 다음, 최종적으로 청정 연도 가스 (13)가 탑의 상부에 있는 연도 가스 출구 (16)로부터 직접 배출된다.
흡수 순환 액체는 압축 공기 (10)의 산화하에 있고, 혼합 액체 중의 아황산염은 황산염으로 산화된다. 상부 용액은 93%의 산화율, 1.15 g/L의 밀도 및 4.75의 pH를 갖는다. 하부 용액은 92%의 산화율, 1.12 g/L의 밀도 및 5.7의 pH를 갖는다.
산화 공기 (10)는 파이프라인을 통해 산화 시스템의 하부로 전달되고, 산화 시스템의 출구 가스는 흡수 장치 (1)의 예비-세척 구역 (4)으로 전달되어 교반에 사용된다.
공정 수 (24)는 미립자 제어 구역의 재순환 탱크 (22)에 보충된다.
생 연도 가스 (7) 및 청정 연도 가스 (13)의 실제 작동 파라미터 및 황산암모늄 생성물의 품질 파라미터는 표 4 내지 6에서 확인할 수 있다.
흡수 장치 (1)의 표면 가스 속도는 3.1 m/s이고;
예비-세척 구역 (4)의 작동 온도는 53 ℃이고;
흡수 구역 (3)의 작동 온도는 49 ℃이고;
미립자 제어 구역 (5)의 작동 온도는 47 ℃이다.
효과 실시예 1
상이한 작업 조건의 연도 가스를 실시예 1의 장치 및 방법을 사용하여 암모니아 탈황 및 미스트 제거 처리하였다. 표 2는 작업 조건 1의 작동 파라미터 및 시험 결과이고; 표 3은 작업 조건 2의 작동 파라미터 및 시험 결과이다.
Figure 112018006352638-pat00001
Figure 112018006352638-pat00002
Figure 112018006352638-pat00003
Figure 112018006352638-pat00004
참고: 제1 기간은 2016년 5월 18일 오전이며, 제2 기간은 2016년 5월 18일 오후이다.
I. 가스 정화 및 오염 물질 제거 시스템;
II. 산화 시스템;
III. 암모니아 공급 시스템;
IV. 황산암모늄 후처리 시스템;
1. 흡수 장치;
2. 예비-세척 재순환 펌프;
3. 흡수 구역;
4. 예비-세척 구역;
5. 미립자 제어 구역;
6. 상층 흡수 재순환 펌프;
7. 생 연도 가스;
8. 산화 탱크;
9. 포종 트레이;
10. 산화 공기;
11. 예비-세척 재순환 탱크;
12. 데미스터;
13. 청정 연도 가스;
14. 하층 흡수 재순환 펌프;
15. 황산암모늄 슬러리;
16. 연도 가스 출구;
17. 결정화 펌프;
181. 1차 고체-액체 분리;
182. 2차 고체-액체 분리;
183. 통합 건조 탑;
184. 포장 기계;
19. 상용화 황산암모늄;
20. 연도 가스 입구;
21. 스프레이 층;
22. 미립자 제어 구역의 재순환 탱크;
23. 미립자 제어 구역의 재순환 펌프;
24. 공정 수;
25. 연속 방출 모니터링 시스템 (CEMS);
26. 가스-액체 분산 증진제;
31. 증발 결정화 시스템;
32. 흡수 순환 액체;
33. 예비-세척 구역의 순환 세척 액체;
34. 미립자 제어 구역의 순환 세척 액체;
35. 예비-세척 구역의 보충 액체.

Claims (21)

  1. 암모니아 법에 의해 가스 중의 황 산화물 및 분진을 효과적으로 제거하기 위한 방법으로서,
    상기 방법은 암모니아 슬립 및 에어로졸 형성을 근본적으로 제어하기 위해 분할 제어 및 다지점 암모니아 공급 공정을 이용하여 생 연도 가스 중 SO2 농도 ≤30,000 mg/N㎥ 및 총 분진 농도 ≤50 mg/N㎥의 조건하에서 청정 가스 내에 SO2 ≤35 mg/N㎥ 및 총 분진 ≤5 mg/N㎥ 및 암모니아 슬립 ≤2 mg/N㎥을 실현하여 효과적인 탈황 및 탈분진 효과를 달성하고;
    하기 공정 흐름을 사용하는 것을 특징으로 하는 방법:
    연도 가스가 예비-세척 구역으로부터 유입되어 예비-세척 구역의 순환 세척 액체에 의해 냉각 및 세척되고 이동안 순환 세척 액체는 농축되며, 연도 가스는 흡수 순환 액체로의 세척에 의한 탈황용 흡수 구역과 미립자 순환 세척 액체에 의한 미립자 제거용 미립자 제어 구역을 각각 더 통과한 뒤 배출되고;
    예비-세척 구역의 순환 세척 액체는 흡수 순환 액체로부터 보충되고, 상기 흡수 순환 액체는 미립자 제어 구역의 순환 세척 액체로부터 보충되며, 50 중량%를 초과하는 공정 수가 미립자 제어 구역으로부터 보충되고;
    흡수 순환 액체는 산화 시스템에서 산화되고, 순환 흡수를 위해 산화 탱크의 상이한 위치로부터 상이한 산화율을 갖는 흡수 순환 액체 및 순환 세척 액체가 회수되고;
    예비-세척 구역의 순환 세척 액체는 예비-세척 구역에서 농축되거나 흡수 장치 외부에서 증발 결정화되고, 황산암모늄 후처리 시스템에 의해 상용화 황산암모늄으로 처리되며; 용액 중에서 염화물, 불화물의 농도를 제어할 필요가 있는 경우, 일부 흡수 액체로부터 직접 황산암모늄을 생성하기 위해 통합 건조 탑이 사용됨.
  2. 제1항에 있어서, 미립자 제어 구역에 데미스터가 제공되고, 예비-세척 구역 및 흡수 구역의 각 층에는 필요에 따라 데미스터가 제공되며, 상기 데미스터는 배플판, 리지 (ridge), 패킹 (packing) 또는 와이어 메쉬 (wire mesh)의 형태 또는 이들의 조합된 형태를 채용하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 혼합 구조 또는 장치가 각각의 암모니아 공급 지점에 제공되고, 무수 암모니아가 흡수 순환 액체 및 순환 세척 액체에 직접 첨가되는 경우에는, 다지점 암모니아 공급을 이루고 충분한 반응을 제공하고 암모니아 슬립 및 에어로졸 형성을 방지하기 위해 무수 암모니아 전용 혼합기가 제공되고, 흡수 구역의 흡수 순환 액체는 4.6보다 큰 pH 값을 갖고; 예비-세척 구역의 순환 세척 액체는, 흡수 장치 내부에서는 결정화를 위하여 5.5 미만의 pH 값을 갖고, 흡수 장치 외부에서는 결정화를 위하여 6 미만의 pH 값을 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 가스-액체 분산 증진제가 구조화된 패킹, 랜덤 패킹, 다공판, 버블 캡 (bubble cap), 에어레이션 헤드 (aeration head) 또는 이들의 조합된 형태 중 어느 하나의 형태를 채용하고; 산화 탱크의 액체 수준은 5 m 초과이고, 산화 공기는 20 부피% 이상 과량이거나, 또는 흡수 순환 액체의 순 체류 시간은 20 분 초과이거나, 또는 흡수 순환 액체의 산화율은 90% 초과이거나, 또는 예비-세척 구역의 순환 세척 액체의 산화율은 92% 초과인 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제1항에 있어서, 흡수 구역 각 층의 액체 대 가스 비율이 0.2 L/㎥ 이상이고, 스프레이 도포율은 110% 이상이고, 미립자 제어 구역 각 층의 액체 대 가스 비율은 0.1 L/㎥ 이상이며, 스프레이 도포율은 100% 이상인 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제1항에 있어서, 흡수 장치의 표면 가스 속도가 1 m/s 내지 5 m/s인 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제6항에 있어서, 예비-세척 구역의 작동 온도가 35 ℃ 내지 80 ℃인 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 흡수 구역의 작동 온도가 30 ℃ 내지 70 ℃인 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제6항 또는 제7항에 있어서, 미립자 제어 구역의 작동 온도가 30 ℃ 내지 65 ℃인 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제1항에 있어서, 총 분진이 에어로졸을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제1항에 있어서, 예비-세척 구역의 순환 세척 액체가 예비-세척 구역에서 결정화되는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 암모니아 법에 의해 가스 중의 황 산화물 및 분진을 효과적으로 제거하기 위한 장치로서,
    상기 장치는 암모니아 슬립 및 에어로졸 형성을 근본적으로 제어하기 위해 분할 제어 및 다지점 암모니아 공급 공정을 이용하여 효과적인 탈황 및 탈분진 효과를 달성하고; 가스 정화 및 오염 물질 제거 시스템, 산화 시스템, 황산암모늄 후처리 시스템, 암모니아 공급 시스템 및 보조 시스템으로 구성되고;
    가스 정화 및 오염 물질 제거 시스템은 분할 제어를 이용하고 원칙적으로 예비-세척 구역, 흡수 구역 및 미립자 제어 구역으로 구분되며, 상기 예비-세척 구역, 흡수 구역 및 미립자 제어 구역은 각각 복수의 스프레이 층을 구비하고, 예비-세척 구역은 연도 가스의 온도를 낮추면서 상기 예비-세척 구역의 순환 세척 액체를 농축하고, 흡수 구역은 연도 가스 중의 이산화황을 흡수 제거하여 각각의 구역에서 암모니아 슬립 및 에어로졸 형성을 제어하고;
    가스 정화 및 오염 물질 제거 시스템은 다지점 암모니아 공급을 사용하며 암모니아 슬립 및 에어로졸 형성을 방지하기에 충분한 반응을 허용하고; 암모니아 함유 탈황제는 산화 시스템 내 산화 탱크의 상층, 산화 시스템 내 산화 탱크의 중간층, 산화 시스템 내 산화 탱크의 하층, 예비-세척 구역, 흡수 스프레이 층, 예비-세척 재순환 펌프의 입구, 예비-세척 재순환 펌프의 출구, 흡수 재순환 펌프의 입구, 흡수 재순환 펌프의 출구, 세척 재순환 펌프의 입구 및 세척 재순환 펌프의 출구 중 적어도 2개를 포함한 복수의 지점으로부터 첨가되며;
    산화 시스템 내 산화 탱크는 분할 제어의 요건에 따라 적층되고, 예비-세척 구역의 보충 액체와 흡수 순환 액체는 산화 탱크의 서로 다른 위치로부터 인출되고, 흡수 효율을 보장할 뿐만 아니라 암모니아 슬립 및 에어로졸 형성을 제어하도록 산화 탱크에 2 내지 8층의 기체-액체 분산 증진제가 제공되는, 장치.
  13. 제12항에 있어서, 미립자 제어 구역에 데미스터가 제공되고, 예비-세척 구역 및 흡수 구역의 각 층에는 필요에 따라 데미스터가 제공되며, 상기 데미스터는 배플판, 리지 (ridge), 패킹 (packing) 또는 와이어 메쉬 (wire mesh)의 형태 또는 이들의 조합된 형태를 채용하는 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 제12항에 있어서, 혼합 구조 또는 장치가 각각의 암모니아 공급 지점에 제공되고, 무수 암모니아가 흡수 순환 액체 및 순환 세척 액체에 직접 첨가되는 경우에는, 다지점 암모니아 공급을 이루고 충분한 반응을 제공하고 암모니아 슬립 및 에어로졸 형성을 방지하기 위해 무수 암모니아 전용 혼합기가 제공되고, 흡수 구역의 흡수 순환 액체는 4.6보다 큰 pH 값을 갖고; 예비-세척 구역의 순환 세척 액체는, 흡수 장치 내부에서는 결정화를 위하여 5.5 미만의 pH 값을 갖고, 흡수 장치 외부에서는 결정화를 위하여 6 미만의 pH 값을 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
  15. 제12항에 있어서, 가스-액체 분산 증진제가 구조화된 패킹, 랜덤 패킹, 다공판, 버블 캡 (bubble cap), 에어레이션 헤드 (aeration head) 또는 이들의 조합된 형태 중 어느 하나의 형태를 채용하고; 산화 탱크의 액체 수준은 5 m 초과이고, 산화 공기는 20 부피% 이상 과량이거나, 또는 흡수 순환 액체의 순 체류 시간은 20 분 초과이거나, 또는 흡수 순환 액체의 산화율은 90% 초과이거나, 또는 예비-세척 구역의 순환 세척 액체의 산화율은 92% 초과인 것을 특징으로 하는 장치.
  16. 제12항에 있어서, 흡수 구역 각 층의 액체 대 가스 비율이 0.2 L/㎥ 이상이고, 스프레이 도포율은 110% 이상이고, 미립자 제어 구역 각 층의 액체 대 가스 비율은 0.1 L/㎥ 이상이며, 스프레이 도포율은 100% 이상인 것을 특징으로 하는 장치.
  17. 제12항에 있어서, 흡수 장치의 표면 가스 속도가 1 m/s 내지 5 m/s인 것을 특징으로 하는 장치.
  18. 제17항에 있어서, 예비-세척 구역의 작동 온도가 35 ℃ 내지 80 ℃인 것을 특징으로 하는 장치.
  19. 제17항 또는 제18항에 있어서, 흡수 구역의 작동 온도가 30 ℃ 내지 70 ℃인 것을 특징으로 하는 장치.
  20. 제17항 또는 제18항에 있어서, 미립자 제어 구역의 작동 온도가 30 ℃ 내지 65 ℃인 것을 특징으로 하는 장치.
  21. 제12항에 있어서, 예비-세척 구역의 순환 세척 액체가 예비-세척 구역에서 결정화되는 것을 특징으로 하는 장치.
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