基于高效传热传质技术的碱式硫酸铝脱硫富液的再生方法技术

本发明专利技术属于化工生产技术领域。本发明专利技术公开了一种基于高效传热传质技术的碱式硫酸铝脱硫富液的再生方法，其包括，将碱式硫酸铝脱硫富液先进行预热，然后再将预热后的碱式硫酸铝脱硫富液通入缩放管降膜蒸发器中进行热交换并使碱式硫酸铝脱硫富液发生解吸反应，碱式硫酸铝脱硫富液经解吸反应后获得再生碱式硫酸铝溶液和二次蒸汽，将再生碱式硫酸铝溶液回收，将二次蒸汽与碱式硫酸铝脱硫富液进行热交换预热碱式硫酸铝脱硫富液，二次蒸汽经过热交换后变成二氧化硫和冷凝水，收集由二次蒸汽热交换后获得的二氧化硫。采用本发明专利技术中的方法二氧化硫解吸率可以提高6.7～16.3%，碱式硫酸铝脱硫富液在缩放降膜传热管内降膜二氧化硫解吸率可高达94.2%以上。

Regeneration of Aluminum Sulfate Desulfurization Rich Liquor Based on High Efficiency Heat and Mass Transfer Technology

The invention belongs to the technical field of chemical production. The invention discloses a regeneration method of alkaline aluminium sulfate desulfurization rich liquor based on high-efficiency heat and mass transfer technology, which includes preheating the rich liquor of alkaline aluminium sulfate desulfurization first, then transferring the preheated rich liquor of alkaline aluminium sulfate desulfurization into a falling film evaporator of a converging tube for heat exchange and desorbing the rich liquor of alkaline aluminium sulfate desulfurization, and the rich liquor of alkaline aluminium sulfate des The regenerated alkaline aluminium sulfate solution and secondary steam were obtained after absorption reaction. The regenerated alkaline aluminium sulfate solution was recovered. The secondary steam and the alkaline aluminium sulfate desulfurization rich liquid were heat exchanged to preheat the alkaline aluminium sulfate desulfurization rich liquid. After heat exchange, the secondary steam was transformed into sulfur dioxide and condensate water. The sulfur dioxide obtained by heat exchange of secondary steam was collected. The desorption rate of sulfur dioxide can be increased by 6.7-16.3% by adopting the method of the present invention. The desorption rate of sulfur dioxide in the falling film of the alkaline aluminium sulfate desulfurization rich liquid can be as high as 94.2% in the converging falling film heat transfer tube.

【技术实现步骤摘要】
基于高效传热传质技术的碱式硫酸铝脱硫富液的再生方法
本专利技术涉及化工生产
，尤其是涉及一种基于高效传热传质技术的碱式硫酸铝脱硫富液的再生方法。
技术介绍
湿法烟气脱硫技术已成为烟气脱硫技术的主要发展趋势，按照吸收二氧化硫后脱硫剂的处理方法不同，主要分为吸收剂非再生湿法烟气脱硫技术、吸收剂可再生湿法烟气脱硫技术。不可再生湿法烟气脱硫技术常见的有石灰石-石膏湿法脱硫技术、湿式氨法脱硫技术、海水脱硫技术等。然而，由于可再生湿法烟气脱硫技术脱硫剂脱除烟气中的二氧化硫后，经处理后脱硫剂可以继续循环使用。可见，与不可再生湿法烟气脱硫技术相比，可再生湿法烟气脱硫技术具有脱硫剂可循环使用、二氧化硫气体可回收综合利用、脱硫成本较低等优点，具有更为广泛的应用前景。目前可再生湿法烟气脱硫技术常见的有柠檬酸钠法、氧化镁回收法、亚硫酸钠循环法、有机胺法、碱式硫酸铝-解吸法等。研究人员对亚硫酸钠法、氧化镁法、柠檬酸钠法、有机胺法等进行了研究，相比较而言，碱式硫酸铝-解吸法具有制备原料廉价易得，溶液化学性能稳定，脱硫效率高，生成产物石膏具有商业价值，脱硫液可循环使用，工艺液气比小，回收的SO2可再利用等众多优点，作为一种有前景的脱硫剂，已在烟气脱硫技术中进行了实际应用。碱式硫酸铝水溶液是由粉末状的硫酸铝与石灰石发生中和反应，静置后过滤掉石膏沉淀物后得到的无色透明液体，如反应(1-1)所示；Al2(SO4)3(aq)+3xCaCO3(s)+6xH2O→(1-x)Al2(SO4)3·xAl2O3(aq)+3xCaSO4·2H2O(s)+3xCO2(g)(1-1)碱式硫酸铝溶液中吸收SO2的有效成分为Al2O3，用铝量(a)和碱度(x)表示。铝量为每升碱式硫酸铝溶液中含有总铝(以Al2O3计)的质量(g/L)，碱度为游离的Al2O3占溶液中总铝的比例。在反应(1-1)中，x表示溶液的碱度。碱式硫酸铝溶液吸收二氧化硫后，形成碱式硫酸铝脱硫富液，如反应(1-2)所示。由于反应(1-2)是可逆反应，通过加热的方式就可以使得碱式硫酸铝脱硫富液中解吸出二氧化硫。但由于Al2(SO3)3在溶液中具有不稳定性，碱式硫酸铝脱硫富液在解吸二氧化硫的同时，SO32-、Al3+会发生双水解反应，如反应(1-3～1-6)所示。此外极少量SO32-会发生氧化反应，如反应(1-7)所示；(1-x)Al2(SO4)3·xAl2(SO3)3(aq)+3x/2O2(g)→Al2(SO4)3(aq)(1-7)以往碱式硫酸铝-解吸法烟气脱硫技术研究焦点主要集中在对SO2的吸收过程，从机理、动力学、影响因素、抑制剂等方面进行了大量研究，而针对SO2的解吸过程研究较少。张宏等以水浴加热方式对碱式硫酸铝再生法脱硫解吸工艺进行了实验研究，结果表明解吸液在最佳的解吸条件下，SO2解吸率约为70％。由于采用传统的水浴加热方式，存在加热不均匀、加热时间长、能耗高等缺点。针对水浴加热方式存在的缺点，研究人员进行了改善，如张树峰等采用水浴加热加上机械搅拌的方式对解吸效果进行了研究，结果表明加装了机械搅拌装置的解吸率只是略高于未加装机械搅拌装置的解吸率。高艺等则采用了水浴加热加上微波辅助的方式进行了解吸效果的实验研究，结果表明微波作用虽然有利于促进解吸反应深度，恒温水浴解吸到达终点后继续使用微波作用解吸，解吸率也只提高了3～5％。总体来说，水浴加热方式只是以热传导的方式进行热量传递，碱式硫酸铝脱硫富液解吸二氧化硫时所吸收的热量有限，解吸出的SO2在脱硫富液中的传质系数也较小。从碱式硫酸铝脱硫富液解吸二氧化硫的反应机理可以看出，提高二氧化硫的解吸效果主要可以通过加热和减少SO2分压力。实际上，加热和减少SO2分压力其本质是为了提高传热传质效率。
技术实现思路
为解决现有技术中，碱式硫酸铝脱硫富液中二氧化硫解吸效果差、效率低、加热不均、解吸时间长等问题，本专利技术提供了一种基于高效传热传质技术的碱式硫酸铝脱硫富液的再生方法，即基于高效传热传质设备缩放管降膜蒸发器采用降液膜蒸发的方法用于碱式硫酸铝脱硫富液的再生。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种基于高效传热传质技术的碱式硫酸铝脱硫富液的再生方法，包括以下步骤：将碱式硫酸铝脱硫富液先进行预热，然后再将预热后的碱式硫酸铝脱硫富液通入缩放管降膜蒸发器中进行热交换并使碱式硫酸铝脱硫富液发生解吸反应，碱式硫酸铝脱硫富液经解吸反应后获得再生碱式硫酸铝溶液和二次蒸汽，将再生碱式硫酸铝溶液回收供循环使用，将二次蒸汽与碱式硫酸铝脱硫富液进行热交换预热碱式硫酸铝脱硫富液，二次蒸汽经过热交换后变成二氧化硫和冷凝水，收集由二次蒸汽热交换后获得的二氧化硫。作为优选，预热后的碱式硫酸铝脱硫富液通入缩放管降膜蒸发器前，先利用热源将缩放管降膜蒸发器预热。作为优选，基于高效传热传质技术的碱式硫酸铝脱硫富液的再生方法，通过基于高效传热传质技术的碱式硫酸铝脱硫富液再生系统实现；基于高效传热传质技术的碱式硫酸铝脱硫富液再生系统由脱硫富液储液罐、进液泵、冷凝器、缩放管降膜蒸发器依次连接组成；冷凝器由冷凝器壳、冷凝器上筒、冷凝器下筒和冷凝管组成，冷凝器上筒连接于冷凝器壳上端，冷凝器下筒连接于冷凝器壳下端，冷凝管位于冷凝器壳中；冷凝器壳侧面下部设有进液口，冷凝器壳侧面上部设有出液口；冷凝器上筒顶端设有二次蒸汽进口，冷凝器下筒底部设有冷凝水出口，冷凝器下筒侧面设有二氧化硫出口；缩放管降膜蒸发器由上筒体、壳体、下筒体和缩放降膜传热管组成，上筒体和壳体之间通过上管板连接在一起，下筒体和壳体通过下管板连接在一起；缩放降膜传热管设于壳体中；上筒体的侧面还设有脱硫富液进口，下筒体的下端面设有再生液出口，下筒体的侧面设有二次蒸汽出口；壳体侧面热源进口和热源出口；冷凝器的出液口与缩放管降膜蒸发器上的脱硫富液进口相连，缩放管降膜蒸发器上的二次蒸汽出口与冷凝器上的二次蒸汽进口相连，冷凝器的二氧化硫出口还与真空泵相连。缩放管是一种典型的强化传热管，由具有周期性交替的渐缩段和渐扩段交替构成。缩放管由于具有传热效果好、曲面过渡平滑、流阻小、不易结垢等优点，作为性能较优的强化传热元件，之前主要用于管内外单相流体强化传热，在本专利技术提出将缩放管用于降膜蒸发器中使用，能够提高碱式硫酸铝脱硫富液的传热系数和传质速率。图1为缩放管降膜蒸发器的缩放管内降液膜传热传质物理模型，如图1所示，碱式硫酸铝脱硫富液在缩放管降膜蒸发器的缩放管内表面形成降液膜，管外加热热源提供热量，热量由管外向管内液膜传递，由于液膜处于蒸发状态，热量主要用于碱式硫酸铝脱硫富液解吸反应发生的吸收热、水蒸汽的蒸发热及部分热损失，同时管内碱式硫酸铝脱硫富液解吸出的SO2通过液相主体向气液界面传递，最后脱离气液界面进入气相主体。因此，传热的目的是使碱式硫酸铝脱硫富液中亚硫酸根离子快速转化为SO2，传质的目的是使得富液解吸出的SO2快速转移到气相中。作为优选，进液泵与冷凝器之间还设有进液阀，冷凝器的二氧化硫出口与真空泵之间还设有二氧化硫净化罐中，冷凝器的冷凝水出口上设有冷凝水阀门。二氧化硫净化罐用于吸收二氧化硫气体中夹杂的水蒸气等，经二氧化硫净化罐及真空泵之后二氧化硫回收再利用。作为优选，缩放管降膜蒸发器的上筒体顶端还设有真空度调节口，所述的真空度调本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于高效传热传质技术的碱式硫酸铝脱硫富液的再生方法，其特征在于包括以下步骤：将碱式硫酸铝脱硫富液先进行预热，然后再将预热后的碱式硫酸铝脱硫富液通入缩放管降膜蒸发器中进行热交换并使碱式硫酸铝脱硫富液发生解吸反应，碱式硫酸铝脱硫富液经解吸反应后获得再生碱式硫酸铝溶液和二次蒸汽，将再生碱式硫酸铝溶液回收，将二次蒸汽与碱式硫酸铝脱硫富液进行热交换预热碱式硫酸铝脱硫富液，二次蒸汽经过热交换后变成二氧化硫和冷凝水，收集由二次蒸汽热交换后获得的二氧化硫。

【技术特征摘要】
1.一种基于高效传热传质技术的碱式硫酸铝脱硫富液的再生方法，其特征在于包括以下步骤：将碱式硫酸铝脱硫富液先进行预热，然后再将预热后的碱式硫酸铝脱硫富液通入缩放管降膜蒸发器中进行热交换并使碱式硫酸铝脱硫富液发生解吸反应，碱式硫酸铝脱硫富液经解吸反应后获得再生碱式硫酸铝溶液和二次蒸汽，将再生碱式硫酸铝溶液回收，将二次蒸汽与碱式硫酸铝脱硫富液进行热交换预热碱式硫酸铝脱硫富液，二次蒸汽经过热交换后变成二氧化硫和冷凝水，收集由二次蒸汽热交换后获得的二氧化硫。2.根据权利要求1所述的一种基于高效传热传质技术的碱式硫酸铝脱硫富液的再生方法，其特征在于：所述预热后的碱式硫酸铝脱硫富液通入缩放管降膜蒸发器前，先利用热源将缩放管降膜蒸发器预热。3.根据权利要求1所述的一种基于高效传热传质技术的碱式硫酸铝脱硫富液的再生方法，其特征在于：其通过基于高效传热传质技术的碱式硫酸铝脱硫富液再生系统实现；所述的基于高效传热传质技术的碱式硫酸铝脱硫富液再生系统由脱硫富液储液罐、进液泵、冷凝器、缩放管降膜蒸发器依次连接组成；所述冷凝器由冷凝器壳、冷凝器上筒、冷凝器下筒和冷凝管组成，所述冷凝器上筒连接于冷凝器壳上端，所述冷凝器下筒连接于冷凝器壳下端，所述的冷凝管位于冷凝器壳中；所述冷凝器壳侧面下部设有进液口，所述冷凝器壳侧面上部设有出液口；所述冷凝器上筒顶端设有二次蒸汽进口，所述冷凝器下筒底部设有冷凝水出口，所述冷凝器下筒侧面设有二氧化硫出口；所述缩放管降膜蒸发器由上筒体、壳体、下筒体和缩放降膜传热管组成，所述上筒体和壳体之间通过上管板连接在一起，所述的下筒体和壳体通过下管板连接在一起；所述缩放降膜传热管设于壳体中；所述上筒体的侧面还设有脱硫富液进口，所述下筒体的下端面设有再生液出口，所述下筒体的侧面设有二次蒸汽出口；所述壳体侧面热源进口和热源出口...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄阔，
申请(专利权)人：广州能源检测研究院，
类型：发明
国别省市：广东,44