一种控制氨法脱碳系统氨逃逸的装置及方法与流程

物理化学装置的制造及其应用技术1.本发明属于环保技术领域，具体涉及一种控制氨法脱硫脱碳系统氨逃逸的装置及方法。背景技术：2.近年来，温室效应逐渐成为了人类面对的最严峻的问题之一，二氧化碳是最重要的温室气体，化石能源使用是其主要的排放源，我国co2排放总量已位居世界第一，而且中国能源结构以煤为主的局面还将持续一段时间，煤炭能源仍将是新能源调峰及能源安全的基础，我国已向世界承诺2030年碳达峰，2060年实现碳中和。对排放烟气中co2进行捕集封存和资源化，对于控制和减少温室气体的排放，应对温室效应、全球变暖问题具有重要意义。3.目前，世界范围内主要采用的碳捕集技术是有机胺法，但存在运行成本高、系统三废排放量大且难处理的等问题。国内外也一直积极探索新的脱碳技术，与有机胺法相比，氨法具有再生容易、运行成本低、脱碳的副产物即为重要的碳酸氢铵化肥。碳酸氢铵是一个典型的复合肥，可同时向植物提供氮肥和co2，特别适合于无土栽培的现代农业、大棚植物生长的需要，真正实现了co2的资源化利用，实现碳循环，可以避免碳地下储存可能造成的二次污染和co2环境事故。与有机胺脱碳产物相比，氨吸收co2的效率高、碳酸氢铵更容易再生，可大幅降低脱碳成本。4.氨法脱碳技术一直是研究的重点，也是解决温室气体的最佳方法；但氨易挥发，脱碳需在偏碱性条件下进行，造成氨逃逸量增加。如不加以解决，大量的氨逃逸，不仅造成脱碳成本的增加，也造成二次污染。5.专利cn113262625a提出一种脱硫脱碳一体化装置，用脱硫循环液进行洗涤，以减少工艺气体中部分游离氨，洗涤液返回脱硫塔用于脱硫的吸收剂。对于工艺气体中的游离氨，简单地使用脱硫循环液进行洗净，仍然会造成大量的氨逃逸。采用脱硫的循环溶液洗涤后，再用工艺水洗涤，会产生大量含氨溶液，返回脱硫功能区用做脱硫的吸收剂会破坏脱硫系统的水平衡，产生废水。6.专利cn101600489b提出一种使用来自烟气的so2对氨进行酸洗的方法，借助于冷却液体来冷却工艺气体，并且将工艺气体的二氧化硫吸收到冷却液体中，从而获得包含着硫酸盐的冷却液体。使包含着氨的工艺气体与包含着硫酸盐的冷却液体接触而从已在co2吸收器中经过处理的工艺气体去除氨。冷却液体吸收二氧化硫后生成的主要应为亚硫酸盐，为达到除氨效果，还需要将硫酸添加到冷却液体以控制冷却液体的ph值，这大大增加了装置控制难度。而且该专利未将脱硫脱碳作为整体系统考虑其物料平衡，仅仅为了获得硫酸盐而部分的去除二氧化硫。7.本发明针对上述问题，结合氨法脱硫脱碳运行经验，开发了一种控制氨法脱碳系统氨逃逸的装置及方法，以氨为脱硫和脱碳剂，气体首先进入脱硫装置进行脱硫，脱硫后的气体进入脱碳装置中，脱除气体中的二氧化碳。脱碳后的气体中含有游离氨，用氨法脱硫的酸性硫酸铵液和酸性水洗液吸收气体中的游离氨。本发明有效地控制氨法脱碳系统的氨逃逸，同时，洗涤回收的氨还可在用于脱硫，节约了氨耗。技术实现要素：8.本发明开发了一种控制氨法脱碳系统氨逃逸的装置及方法，采用氨脱除硫氧化物和co2，生成硫酸铵化肥和碳酸氢铵化肥。氨法脱硫脱碳装置设置氨法脱硫功能区、氨法脱碳功能区、氨逃逸控制功能区，氨法脱硫功能区包括洗涤降温段、吸收循环段、颗粒物控制段，氨法脱碳功能区包括冷却降温段、吸收循环段，氨逃逸控制功能区包括酸性硫酸铵液洗涤系统、酸性水洗系统。氨法脱硫功能区的吸收循环段通过管道与氨逃逸控制功能区酸性硫酸铵液洗涤系统连接，氨法脱硫功能区的颗粒物控制段或氨法脱碳功能区的冷却降温段通过管道与氨逃逸控制功能区酸性水洗系统连接。氨法脱碳吸收循环段采用多级吸收，其中最后一级少加氨或不加氨，以减少脱碳后的nh3逃逸。9.采用氨为脱硫和脱碳剂，气体首先进入脱硫功能区中进行脱硫，生成硫酸铵化肥，脱硫后的气体进入脱碳功能区中，脱除气体中的二氧化碳，生成碳酸氢铵化肥，脱碳后的气体中含有游离氨，用氨法脱硫的酸性硫酸铵液和酸性水洗液洗涤吸收气体中的游离氨。酸性硫酸铵液采用氨法脱硫功能区吸收循环段溶液，硫酸铵浓度10-38wt％，ph 4.5-6.5；酸性水洗液采用氨法脱硫功能区颗粒物控制段溶液或氨法脱碳功能区冷却降温段溶液，硫酸铵浓度0-5wt％，ph 3-7。在氨逃逸控制功能区洗涤后，酸性硫酸铵液和酸性水洗液浓度基本不变，酸性硫酸铵液ph 4.6-6.9，酸性水洗液ph 3.5-7.5。10.酸性硫酸铵液、酸性水洗液温度20-60℃，优选30-50℃。11.酸性硫酸铵液、酸性水洗液洗涤前通过冷却器冷却降温后再洗涤。12.酸性硫酸铵液、酸性水洗液洗涤器中设置液体分布器、气液接触部件，液体分布器优选槽式分布器，气液接触部件优选填料。13.在用氨法脱硫的酸性硫酸铵液和酸性水洗液吸收气体中的游离氨前，还包括用工艺水进行洗涤，吸收游离氨。工艺水优选脱盐水或氨法脱碳功能区冷却降温段溶液或氨逃逸控制功能区酸性水洗系统排水。14.氨法脱硫的酸性硫酸铵液洗涤至少设置1层液体分布器，气液接触洗涤后的溶液回收，返回脱硫系统。15.氨法脱硫的酸性水洗液洗涤至少设置1层液体分布器，气液接触洗涤后的溶液回收，返回脱硫系统或脱碳系统。16.工艺水洗涤至少设置1层液体分布器，产生的含氨溶液返回脱硫系统或脱碳系统。17.用氨法脱硫的酸性硫酸铵液和酸性水洗液洗涤之间，设有仅允许气体通过的集液器。18.用氨法脱硫的酸性硫酸铵液和工艺水洗涤之间，设有仅允许气体通过的集液器。19.上述功能区，可以组合成一个塔中或多个塔中。在脱硫功能区，每个段设置至少一层喷淋层，段与段之间设有允许气体通过的设备/部件。在颗粒物去除段，分成两个部分，第一部分喷淋洗涤采用含硫酸铵的高浓度溶液循环洗涤，第二部分采用含硫酸铵的稀溶液循环洗涤。两个部分之间设有允许气体通过的设备/部件。在脱碳功能区，每个段设置至少一层喷淋层，段与段之间设有允许气体通过的设备/部件。20.本发明还涉及如下实施方案：21.1.一种控制氨法脱碳系统氨逃逸的方法，其特征在于，氨法脱碳后的气体中含有游离氨，用氨法脱硫的酸性硫酸铵液和酸性水洗液洗涤吸收该氨法脱碳后的气体中的游离氨。22.2.如实施方案1所述的方法，其特征在于，在用氨法脱硫的酸性硫酸铵液和酸性水洗液吸收气体中的游离氨前，还包括用工艺水进行洗涤，吸收游离氨，工艺水优选脱盐水、洗涤冷凝水、酸性水洗液排水。23.3.如实施方案1所述的方法，其特征在于，氨法脱硫的酸性硫酸铵液和酸性水洗液洗涤产生的含氨溶液返回脱硫系统或脱碳系统。24.4.如实施方案1所述的方法，其特征在于，氨法脱硫的酸性硫酸铵液洗涤至少设置1层液体分布器，气液接触洗涤后的溶液回收，返回脱硫系统。25.5.如实施方案1所述的方法，其特征在于，氨法脱硫的酸性水洗液洗涤至少设置1层液体分布器，气液接触洗涤后的溶液回收，返回脱硫系统或脱碳系统。26.6.如实施方案2所述的方法，其特征在于，工艺水洗涤至少设置1层液体分布器，产生的含氨溶液返回脱硫系统或脱碳系统。27.7.如实施方案1所述的方法，其特征在于，用氨法脱硫的酸性硫酸铵液和酸性水洗液洗涤之间，设有仅允许气体通过的设备或部件。28.8.如实施方案2所述的方法，其特征在于，用氨法脱硫的酸性硫酸铵液和工艺水洗涤之间，设有仅允许气体通过的设备或部件。29.9.如实施方案1所述的方法，其特征在于，氨法脱碳吸收循环段包括多级吸收，其中最后一级少加氨或不加氨，以减少脱碳后的nh3逃逸。30.10.如实施方案1所述的方法，其特征在于，经氨法脱碳功能区吸收循环段处理后气体中nh3含量为200至2000ppm；优选400至1500ppm；更优选500至1000ppm。31.11.如实施方案1所述的方法，其特征在于，在经过氨逃逸控制功能区处理之后气体中nh3含量为0至30ppm；优选0至20ppm；更优选0至10ppm。32.12.如实施方案1所述的方法，其特征在于，酸性硫酸铵液ph 4.5-6.5，硫酸铵浓度10-38wt％；酸性水洗液ph 3-7，硫酸铵浓度0-5wt％。33.13.如实施方案1所述的方法，其特征在于，酸性硫酸铵液、酸性水洗液温度20-60℃，优选30-50℃。34.14.如实施方案1所述的方法，其特征在于，酸性硫酸铵液、酸性水洗液洗涤前通过冷却器冷却降温后再洗涤。35.15.如实施方案2所述的方法，其特征在于，工艺水的液气比通常采用5-25，优选10-20，更优选12-18。36.16.如实施方案1所述的方法，其特征在于，酸性硫酸铵液的液气比通常采用1-20，优选1-10，更优选2-6。37.17.如实施方案1所述的方法，其特征在于，酸性水洗液的液气比通常采用1-15，优选1-8，更优选2-5。38.18.如实施方案1所述的方法，其特征在于，酸性硫酸铵液、酸性水洗液洗涤器中设置气液接触部件，气液接触部件优选填料。39.19.如实施方案2所述的方法，其特征在于，工艺水、洗涤冷凝水、酸性水洗液排水的ph不大于8。40.20.如实施方案2所述的方法，其特征在于，工艺水、洗涤冷凝水、酸性水洗液排水加入酸调节ph，优选该酸是硫酸。41.21.一种控制氨法脱硫脱碳系统氨逃逸的装置，其特征在于，包括氨法脱硫功能区、氨法脱碳功能区、氨逃逸控制功能区，42.其中，43.氨法脱硫功能区包括洗涤降温段、吸收循环段、颗粒物控制段，44.氨法脱碳功能区包括冷却降温段、吸收循环段，45.氨逃逸控制功能区包括氨逃逸控制段包括酸性硫酸铵液洗涤系统、酸性水洗系统，46.氨法脱硫功能区的吸收循环段和通过管道与氨逃逸控制功能区酸性硫酸铵液洗涤系统连接，氨法脱硫功能区的颗粒物控制段或氨法脱碳功能区的冷却降温段通过管道与氨逃逸控制功能区酸性水洗系统连接。47.22.如实施方案21所述的装置，其特征在于，氨法脱碳吸收循环段包括多级吸收，其中最后一级少加氨或不加氨，以减少脱碳后的nh3逃逸。48.23.如实施方案21所述的装置，其特征在于，氨逃逸控制功能区还可包括工艺水洗系统，工艺水洗系统通过管道与工艺水管连接，并与氨法脱硫装置吸收循环段或氨法脱碳装置吸收循环段连接。49.24.如实施方案21所述的装置，其特征在于，氨法脱硫功能区、氨法脱碳功能区各段，可以组合成一个塔中或多个塔中，段与段之间设有允许气体通过的设备/部件。50.25.如实施方案21所述的装置，其特征在于，氨法脱硫功能区颗粒物控制段可部分或全部实现氨法脱碳功能区冷却降温段功能。附图说明51.图1为本发明实施例1，在用氨法脱硫的酸性硫酸铵液和酸性水洗液吸收气体中的游离氨前，还用工艺水进行洗涤，吸收游离氨。52.图2为本发明实施例2，用氨法脱硫的酸性硫酸铵液和酸性水洗液洗涤吸收气体中的游离氨。53.图3为对比例，用工艺水进行洗涤，吸收游离氨。54.工艺气1、脱硫功能区2、脱硫洗涤降温段2-1、脱硫吸收循环段2-2、脱硫颗粒物控制段2-3、脱硫循环泵a 3、脱硫循环泵b 4、脱硫循环泵c 5、脱硫循环槽6、氧化空气7、去脱硫系统加氨8、硫酸铵排出泵9、脱硫循环泵d 10、脱硫换热器11、脱硫后尾气12、脱碳吸收塔13、脱碳循环泵14、碳铵排出泵15、去脱碳系统加氨16、脱碳后尾气17、洗氨塔18、工艺水洗涤段18-1、硫酸铵洗涤段18-2、酸液洗涤段18-3、洗氨循环泵a 19、脱硫吸收段硫酸铵溶液20、返回脱硫液21、洗氨循环泵b 22、脱硫颗粒物控制段溶液23、返回酸性溶液24、净烟气25、产成品硫酸铵26、产成品碳酸氢铵27、工艺水28、含氨溶液29、工艺水洗涤段填料30-1、硫酸铵洗涤段填料30-2、酸液洗涤段填料30-3、工艺水洗涤段槽式分布器31-1、硫酸铵洗涤段槽式分布器31-2、酸液洗涤段槽式分布器31-3、去洗氨的脱硫吸收段硫酸铵溶液换热器32、去洗氨的脱硫颗粒物控制段溶液换热器33。具体实施方式55.在本发明控制氨法脱碳系统氨逃逸的方法中，氨法脱碳后的气体中含有游离氨。本发明具体采用氨法脱硫的酸性硫酸铵液和酸性水洗液洗涤吸收该氨法脱碳后的气体中的游离氨。此外，本发明还在用氨法脱硫的酸性硫酸铵液和酸性水洗液吸收气体中的游离氨前，还包括用工艺水进行洗涤，吸收游离氨，工艺水优选脱盐水、洗涤冷凝水。56.在本发明的方法中，用于洗涤吸收的酸性硫酸铵液、酸性水洗液或工艺水的流量可以根据需要进行合适地调节，工艺水的液气比通常采用5-25，优选10-20，更优选12-18；酸性硫酸铵液的液气比通常采用1-20，优选1-10，更优选2-6；酸性水洗液的液气比通常采用1-20，优选1-15，更优选2-10。57.液气比＝q/v,58.q，液体循环量，l/h59.v，氨法脱碳后的工艺气体流量(工况条件，即操作条件下(温度、压力等条件下)的气体流量)，m3/h。60.根据本发明方法进行的处理主要脱除氨法脱碳后的气体中含有的游离氨，而对so2含量和co2含量影响较小。61.在本发明的方法中，酸性硫酸铵液ph为4.5-6.5，硫酸铵浓度为10-38wt％，优选12-35wt％，更优选15-30wt％，最优选17-28wt％；酸性水洗液ph为3-7，硫酸铵浓度为0-5wt％，优选0-3wt％，更优选0-1wt％，最优选0-0.6wt％。62.在本发明的方法中，酸性硫酸铵液、酸性水洗液温度为20-60℃，优选30-50℃。63.经脱碳吸收塔处理后气体中nh3含量为200至2000ppm；优选400至1500ppm；更优选500至1000ppm。64.经脱碳吸收塔处理后气体中so2含量为0至20mg/nm3；优选0至15mg/nm3；更优选0至10mg/nm3。65.经脱碳吸收塔处理后气体中co2含量为0-20v％；优选1-10v％；更优选2-7v％。66.在经过本发明的方法处理之后气体中nh3含量为0至30ppm；优选0至20ppm；更优选0至10ppm。67.本发明所保护的一种控制氨法脱碳系统氨逃逸的方法优选在本发明所限定的一种控制氨法脱硫脱碳系统氨逃逸的装置中进行。68.本发明的方法和装置实现了除了技术效果以外的有益经济效果，特别是减少氨逃逸，特别显著地减少了氨耗，具体地可以使氨耗损失减少96％-99％，优选97％-99％，具体地如以下实施例所示。69.本发明中气体中so2含量测试方法为hj 629-2011固定污染源废气.二氧化硫的测定.非分散红外吸收法；70.co2含量测试方法为hj 870-2017固定污染源废气二氧化碳的测定非分散红外吸收法；71.nh3含量测试方法为hj 533-2009环境空气和废气氨的测定纳氏试剂分光光度法。72.本发明中所提及的所有浓度以重量计，除非另外说明。73.实施例74.本发明具体提供实施例1和2及对比例以进一步说明本发明的技术方案及其有益效果。75.实施例176.如图1，含硫氧化物、co2的工艺气1进入脱硫功能区2，依次经过脱硫洗涤降温段2-1、脱硫吸收循环段2-2、脱硫颗粒物控制段2-3，在脱硫洗涤降温段2-1用脱硫循环泵-a 3进行喷淋循环，尾气降温的同时提浓硫酸铵溶液，提浓并析出固体的硫酸铵浆液经硫酸铵排出泵9送出产硫酸铵26。用脱硫循环泵-b 4和脱硫循环泵-c 5、脱硫循环槽6进行吸收喷淋循环，吸收尾气中的硫氧化物(二氧化硫及三氧化硫)。脱硫循环泵-c 5送出部分硫酸铵溶液20经冷却器32冷却至35℃后去洗氨塔硫酸铵洗涤段18-2，洗涤后的溶液21回脱硫循环槽6。利用脱硫循环泵-d 10进行洗涤喷淋循环，利用脱硫换热器11控制洗涤温度及脱硫后尾气12的温度。氨法脱硫功能区颗粒物控制段2-3实现氨法脱碳的冷却降温功能。烟气冷凝的酸性溶液23经冷却器33冷却至35℃后作为洗氨塔酸性水洗段18-3补水，洗涤后的溶液24回脱硫循环槽6。去脱硫系统加氨8经计量后去脱硫循环槽6加氨。氧化空气7去脱硫循环槽6将溶液氧化。77.脱硫后尾气12进入脱碳吸收塔13，用脱碳循环泵14进行吸收循环，用碳铵排出泵15送出产成品碳酸铵27。去脱碳系统加氨16经计量后去脱碳吸收塔13加氨。78.脱碳后尾气17进入洗氨塔18，依次经过工艺水洗涤段18-1、硫酸铵洗涤段18-2、酸液洗涤段18-3，在洗氨塔工艺水洗段18-1利用洗氨循环泵-a 19进行工艺水洗涤，洗氨塔工艺水洗段18-1设有槽式分布器31-1和填料30-1，工艺水通过外界工艺水管28补水，洗涤后的含氨溶液29去脱碳塔13。脱硫循环泵-c 5送出的部分脱硫吸收段硫酸铵溶液20进洗氨塔硫酸铵洗涤段18-2，洗氨塔硫酸铵洗涤段18-2设有槽式分布器31-2和填料30-2，洗涤后的溶液(即返回脱硫液)21回脱硫循环槽6。脱硫循环泵-d 10送出的烟气冷凝的酸性溶液(即脱硫颗粒物控制段溶液)23作为洗氨塔酸性水洗段18-3补水，洗氨塔酸性水洗段18-3设有槽式分布器31-3和填料30-3，洗涤后的溶液(即返回酸性溶液)24回脱硫循环槽6。洗涤后净烟气25排出。79.酸性硫酸铵液20流量350m3/h，ph 6.4，硫酸铵浓度18wt％，进入洗氨塔洗涤后返回的酸性硫酸铵液ph 6.9，硫酸铵浓度基本不变。80.酸性水洗液23流量根据洗氨塔酸性水洗段18-3水洗液ph值调整，ph 3.8，硫酸铵浓度2wt％，进入洗氨塔洗涤后返回的酸性水洗液ph 4.2，硫酸铵浓度基本不变，其中洗氨循环泵b 22循环量500m3/h，以保证洗氨效果。81.工艺水28流量根据洗氨塔工艺水洗段18-1水洗液ph值调整，其中洗氨循环泵a 19循环量1200m3/h，以保证洗氨效果。采用除盐水ph 6.9，进入洗氨塔洗涤后返回的溶液ph7.9。82.脱硫脱碳采用99.6％的液氨作为吸收剂，工艺气1参数见下表：83.序号项目数值1气量，nm3/h823812温度，℃1203so2含量，mg/nm344804co2含量，v％12.95h2o含量，v％86o2含量，v％5.6184.脱硫并冷却后气体12参数见下表：[0085][0086][0087]经脱碳吸收塔处理后气体17主要参数见下表：[0088]序号项目数值1脱碳吸收塔出口气量，nm3/h753332脱碳吸收塔出口co2含量，v％5.263脱碳吸收塔出口nh3含量，ppm10004脱碳吸收塔出口so2含量，mg/nm355脱碳效率，％606副产碳酸氢铵量，t/h22.5799.6％的液氨消耗量，t/h4.86[0089]经洗氨塔处理后气体25主要参数见下表：[0090]序号项目数值1洗氨塔出口气量，nm3/h777542洗氨塔出口co2含量，v％5.263洗氨塔出口nh3含量，ppm104洗氨塔出口so2含量，mg/nm35[0091]氨逃逸量4.98t/年，氨耗损失约2万元/年。[0092]实施例2[0093]如图2，同实施例1，但不设洗氨塔的工艺水洗段18-1。脱硫脱碳参数一致，经洗氨塔处理后气体25主要参数见下表：[0094]序号项目数值1洗氨塔出口气量，nm3/h777542洗氨塔出口co2含量，v％5.263洗氨塔出口nh3含量，ppm184洗氨塔出口so2含量，mg/nm35[0095]氨逃逸量8.96t/年，氨耗损失约3.6万元/年。[0096]对比例[0097]如图3，同实施例1，但不设洗氨塔的硫酸铵洗涤段18-2和酸性溶液水洗段18-3。脱硫脱碳参数一致，经洗氨塔处理后气体25主要参数见下表：[0098]序号项目数值1洗氨塔出口气量，nm3/h777542洗氨塔出口co2含量，v％5.263洗氨塔出口nh3含量，ppm5004洗氨塔出口so2含量，mg/nm35[0099]氨逃逸量248t/年，氨耗损失约99.2万元/年。[0100]从以上本发明实施例和对比例的比较可以看出，经过本发明方法和装置处理的气体中氨逃逸量显著下降，使得氨耗损失极大地降低，从而实现了优异的技术效果和经济效果。[0101]唯以上所述者，仅为本发明的较佳实施例而已，举凡熟悉此项技艺的专业人士在了解本发明的技术手段之后，自然能依据实际的需要，在本发明的教导下加以变化。因此凡依本发明申请专利范围所作的同等变化与修饰，都应仍属本发明专利涵盖的范围内。









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