一种利用废气中二氧化硫生产元明粉的工艺及装置的制作方法

1.本发明涉及元明粉生产技术领域，具体涉及一种利用废气中二氧化硫(so2)生产元明粉的工艺及装置，是一种废气中硫资源再利用的环保型元明粉生产工艺及装置。


背景技术：

2.传统的元明粉(硫酸钠)生产工艺流程是：将原料芒硝送入化硝槽中，加入适量的补充水，与大气冷凝器下水管来的热循环浑硝液直接混合，热循环浑硝液经换热后，再被硝水真空泵送到大气冷凝器，如此循环往复，以冷凝末效蒸发器的二次蒸汽。合格的浑硝液送往澄清槽中自然沉降，除去其中的泥沙等水不溶物。合格的清硝液送至蒸发器，蒸发后的硝浆分别顺流压入二、四效蒸发器。浓缩的硝浆送至旋液分离器，底流进入离心机进行固液分离，分离后的湿硝由离心机卸料口经流槽、螺旋输送机送人气流干燥筒进行干燥。干燥后的物料经旋风分离器气固分离，气体进人回收系统，固体经锁气器、旋振筛进入料仓，得到成品无水硫酸钠。
3.传统的元明粉原料是天然矿芒硝，芒硝也是很多工业生产的原料，例如玻璃、化工等行业。在很多行业生产自己的产品时，使用了含硫原料，由于各种原因导致硫进入到生产过程中产生的废气中。一般硫在废气中以气态so2存在，公开号为cn106745083a、cn111792655a的专利技术等公开了利用二氧化硫制备硫酸钠的方法，但这些方法均不适用于含有氮氧化物(no
x
)、f(一般以含氟化合物等形式存在)及粉尘等多种杂质的废气制备元明粉。由于环保要求，废气在排入大气前必须对废气进行脱硫、脱氟、脱硝、除尘后达到排放标准再外排大气中，脱除下来的这些成分一般当做固废以抛弃方式处理，如回填废矿坑、选择专门的抛弃场地堆放等，没有得到最大价值的回收利用，是自然资源的一大浪费。


技术实现要素：

4.针对上述技术问题以及本领域存在的不足之处，本发明提供了一种全新的利用废气中二氧化硫生产元明粉的工艺及装置。
5.传统的元明粉原料是天然矿芒硝，芒硝也是很多工业生产的原料，随着全球工业的发展，天然矿芒硝使用量越来越大，如果得不到循环利用，芒硝资源势必越来越少。本发明通过烟气治理的脱硫反应解决了作为生产原料芒硝的回收制品再循环利用的问题，而且本发明最突出的优势就是在烟气治理的过程就可以回收硫制成元明粉，在原烟气治理设备的基础上不需要另建一套生产线就可以生产元明粉，既节能又减排。其工作原理主要是sds脱硫工艺，总反应方程式如下：
6.2nahco3+so2+1/2o2＝na2so4+2co2+h2o
7.另辅助脱氟、脱硝、除尘以生产出高纯度元明粉，同时可使烟气达标排放。
8.元明粉成分是硫酸钠，本发明制备的元明粉中硫的来源是工业生产过程中产生的含硫废气，利用干法脱硫反应生产元明粉。利用干法脱硫工艺作为元明粉的生产工艺，既净化了废气又生产了元明粉，让废物变成产品，硫资源得到循环利用。
9.一种利用废气中二氧化硫生产元明粉的装置，包括依次连接的脱氟塔、脱硝
‑
除尘设备、反应器和过滤器；
10.过滤器底部的灰斗a通过输送装置a与成品仓连接。
11.脱氟塔、脱硝
‑
除尘设备为第一级废气净化装置，是为了把废气中的所有杂质去除以提高第二级元明粉生产装置(反应器和过滤器)生产元明粉的纯度。脱氟塔用于消石灰干法脱除废气中的f，脱硝
‑
除尘设备用于脱除废气中的氮氧化物，去除脱氟塔产生的氟化钙(caf2)固体和废气中的粉尘，反应器用于废气中的二氧化硫与小苏打反应生成硫酸钠固体，过滤器用于过滤、收集硫酸钠固体并排出洁净废气。过滤器底部的灰斗a收集的硫酸钠固体最后通过输送装置a输送到成品仓。
12.脱氟塔是脱氟剂(消石灰)与废气中的含f成分反应的反应器，脱氟剂可采用普通消石灰，干法普通消石灰脱f效率高，脱硫效率低，消石灰与废气中的f反应生成固体产物caf2，以除去废气中的f。而且废气中含f量远远小于so2含量，所以通过控制消石灰的量来减少与so2的反应。脱氟塔不限于循环流化床结构。脱f反应方程式如下：
13.2hf+ca(oh)2＝caf2+2h2o
14.消石灰的用量可根据反应方程式计算，以脱f达标排放为准，不宜过多，过多的消石灰会把so2也大量反应掉。
15.在脱硝
‑
除尘设备中，废气中的no
x
(包括no、no2等)在一定温度条件及催化剂存在下可与脱硝剂(氨气、尿素等)反应生成n2和h2o，同时前道工序反应生成的固体产物caf2及原废气中的杂质粉尘也均被去除，只剩含so2的废气进入到下级工艺。no
x
的催化还原反应方程式如下：
16.4no+4nh3+o2＝4n2+6h2o
17.2no2+4nh3+o2＝3n2+6h2o
18.脱硝剂的用量可根据反应方程式来计算，一般大于反应方程式的量，在达到no
x
排放要求的情况下要控制氨逃逸量，所以投加量也不能超量。
19.反应器是脱硫剂与废气中的so2反应的反应器，脱硫剂采用小苏打，废气温度控制在100℃以上，小苏打脱硫效率非常高，可达99％以上，产物元明粉成分是：大于92wt％的na2so4、小于1wt％的na2so3及过剩小苏打分解产物na2o。反应器不限于循环流化床结构。小苏打在高温下分解及小苏打与so2的反应方程式如下：
20.2nahco3＝na2o+2co2+h2o
21.na2o+so2＝na2so322.2na2so3+o2＝2na2so423.总反应方程式如下：
24.2nahco3+so2+1/2o2＝na2so4+2co2+h2o
25.小苏打的用量可根据反应方程式来计算，一般大于反应方程式的量，为了达到高纯度的元明粉，投入量不宜过大，而且还要循环使用。
26.过滤器是将前道工序生成的元明粉过滤收集装置，过滤器可以是陶瓷滤管过滤器或布袋除尘器等。
27.输送设备a用于输送前道工序过滤收集的元明粉，为了让元明粉中少量的na2o、na2so3进一步与so2和o2反应生成na2so4，所以优选将元明粉再循环输送到前面的反应器中
进一步反应，na2o进一步与so2反应生成na2so3，na2so3进一步氧化成na2so4，最终元明粉的纯度达到96wt％以上，最后输送到成品仓。输送装置一般可采用气力输送或螺旋输送机。
28.同时，净化达到排放标准的废气可通过风机输送到烟囱排放。
29.在一优选例中，所述的利用废气中二氧化硫生产元明粉的装置，过滤器底部的灰斗a通过输送装置a还与反应器的回料口连接；
30.反应器底部的灰斗b通过输送装置b与反应器的回料口连接。
31.在一优选例中，所述的利用废气中二氧化硫生产元明粉的装置，脱硝
‑
除尘设备底部的灰斗c通过输送装置c与固废仓连接。
32.在一优选例中，所述的利用废气中二氧化硫生产元明粉的装置，脱硝
‑
除尘设备底部的灰斗c通过输送装置c与脱氟塔的回料口连接；
33.脱氟塔底部的灰斗d通过输送装置d与脱氟塔的回料口连接。
34.所述的利用废气中二氧化硫生产元明粉的装置，脱硝
‑
除尘设备可由独立的脱硝设备和独立的除尘设备组成，独立的脱硝设备可以是独立的scr脱硝反应器，独立的除尘设备可以是陶瓷滤管过滤器或布袋除尘器，或者为使用内含脱硝催化剂的陶瓷滤管的脱硝除尘一体设备。
35.在一优选例中，所述的利用废气中二氧化硫生产元明粉的装置，过滤器的气体出口与风机、烟囱依次连接。
36.本发明中采用的输送装置均可采用一般的气力输送或螺旋输送机。
37.一种利用废气中二氧化硫生产元明粉的工艺，采用所述的利用废气中二氧化硫生产元明粉的装置，包括步骤：
38.1)含有so2、no
x
、f及粉尘的废气携带脱硝剂、消石灰进入脱氟塔，废气中的f与消石灰反应生成caf2固体；
39.2)caf2固体随废气一起进入脱硝
‑
除尘设备，将废气中的no
x
脱除的同时除去caf2固体和粉尘；
40.3)经过脱硝
‑
除尘设备的废气携带小苏打进入反应器，反应生成硫酸钠固体；反应器内的反应温度控制在100℃以上；
41.4)硫酸钠固体随废气一起进入过滤器，硫酸钠固体经过滤器过滤后被灰斗a收集，最后通过输送装置a输送至成品仓。
42.在一优选例中，所述的利用废气中二氧化硫生产元明粉的工艺，还包括步骤：
43.5)输送装置a、输送装置b分别将过滤器底部的灰斗a、反应器底部的灰斗b收集的固体输送回反应器再次反应生成硫酸钠固体。
44.所述的利用废气中二氧化硫生产元明粉的工艺，加入的小苏打与废气中so2的摩尔比优选为2.0～2.5:1，进一步优选为大于2.0:1且不大于2.5:1。
45.本发明与现有技术相比，主要优点包括：本发明制备的元明粉中硫的来源是工业生产过程中产生的含硫废气，在依次脱氟、脱硝、除尘后利用干法脱硫反应生产元明粉。利用干法脱硫工艺作为元明粉的生产工艺，既净化了废气又生产了元明粉，让废物变成产品，硫资源得到循环利用。
附图说明
46.图1为实施例的利用废气中二氧化硫生产元明粉的装置结构示意图；
47.图中：
[0048]1‑
脱氟塔，
[0049]2‑
灰斗d，
[0050]3‑
输送装置d，
[0051]4‑
脱硝
‑
除尘设备，
[0052]5‑
灰斗c，
[0053]6‑
输送装置c，
[0054]7‑
固废仓，
[0055]8‑
反应器，
[0056]9‑
灰斗b，
[0057]
10
‑
输送装置b，
[0058]
11
‑
过滤器，
[0059]
12
‑
灰斗a，
[0060]
13
‑
输送装置a，
[0061]
14
‑
成品仓，
[0062]
15
‑
风机，
[0063]
16
‑
烟囱。
具体实施方式
[0064]
下面结合附图及具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的操作方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。
[0065]
本实施例的利用废气中二氧化硫生产元明粉的装置，如图1所示，包括依次连接的脱氟塔1、脱硝
‑
除尘设备4、反应器8和过滤器11。
[0066]
脱氟塔1底部的灰斗d2通过输送装置d3与脱氟塔1的回料口连接。
[0067]
脱硝
‑
除尘设备4为使用内含脱硝催化剂的陶瓷滤管的脱硝除尘一体设备，其底部的灰斗c5通过输送装置c6与脱氟塔1的回料口、固废仓7连接。
[0068]
反应器8底部的灰斗b9通过输送装置b10与反应器8的回料口连接。
[0069]
过滤器11底部的灰斗a12通过输送装置a13与反应器8的回料口、元明粉的成品仓14连接。
[0070]
过滤器11的气体出口与风机15、烟囱16依次连接。
[0071]
采用上述利用废气中二氧化硫生产元明粉的装置进行利用废气中二氧化硫生产元明粉的工艺，包括步骤：
[0072]
1)含有so2、no
x
、f及粉尘的废气经过废气管道进入脱氟塔1，同时在脱氟塔1的入口管道上加入脱硝剂(氨气或尿素)、脱氟剂(消石灰)，在脱氟塔1内废气中的f与消石灰反应生成caf2固体；caf2固体随废气再一起进入脱硝
‑
除尘设备4，进一步反应将废气中的no
x
脱除，并经过过滤除去caf2固体和粉尘，得到只含so2的废气；
[0073]
同时，在脱氟塔1的灰斗d2及脱硝
‑
除尘设备4的灰斗c5内的固体产物分别通过输送装置d3和输送装置c6循环输送到脱氟塔1内充分反应后最终进入固废仓7。
[0074]
2)经过脱硝
‑
除尘设备4的废气进入反应器8，同时与反应器8进口管道上加入的小苏打在反应器8内反应生成元明粉，其成分是：大于92wt％的na2so4、小于1wt％的na2so3及过剩小苏打分解产物na2o，最后再进入过滤器11，在过滤器11中把元明粉过滤出来；
[0075]
同时，在反应器8的灰斗b9及过滤器11的灰斗a12内的元明粉分别通过输送装置b10和输送装置a13循环输送到反应器8内，再次在反应器8内反应，生成纯度更高的元明粉，最终纯度可达96wt％以上，最后进入元明粉的成品仓14。
[0076]
反应器8内的反应温度控制在100℃以上。
[0077]
加入的小苏打与废气中so2的摩尔比为大于2.0:1且不大于2.5:1。
[0078]
3)过滤器11排出净化达标的废气，通过风机15输送到烟囱16排放到大气。
[0079]
此外应理解，在阅读了本发明的上述描述内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本技术所附权利要求书所限定的范围。