[发明专利]变频变压吸附回收焙烧硫铁矿炉气中的氮气和二氧化硫的方法

说明书

技术领域

本发明涉及变频变压吸附回收焙烧硫铁矿炉气中的氮气和二氧化硫的方法。

背景技术

液态二氧化硫是无色透明、有刺激性臭味的液体。其气化性强，当空气中二氧化硫浓度 达0.04%～0.05%时，吸入人体就会中毒，对呼吸和眼睛有刺激作用。液态二氧化硫用途广泛， 是一种重要的化工原料，既可用于生产合成纤维(主要是锦纶)、洗涤剂、橡胶助剂、保险粉(连 二亚硫酸钠)、塑料、染料、医药、润滑油和糖精等，又可用作制冷剂、漂白粉、灭火剂和消 毒剂等。近年，随着我国现代工业的发展，对液态二氧化硫的需求日益增长，液体二氧化硫 的产量逐年增长，市场需求日趋旺盛。

焙烧硫铁矿的炉气或尾气中二氧化硫占7%～12%左右，三氧化硫占0.05％～0.4％，及微 量的升华硫、氧气与酸雾等，其余为氮气。二氧化硫常温常压下为无色气体，具有强烈刺激 性气味。排放到大气中会被氧化成三氧化硫，三氧化硫与水蒸气结合生成酸雾，从而腐蚀相 关铁金属设备、管道和仪器，缩短其使用寿命。因此，去除或回收焙烧硫铁矿的炉气或尾气 中的二氧化硫，并加以利用，变害为宝，显得尤为迫切！

目前，国内外工业上从焙烧硫铁矿炉气或尾气中回收二氧化硫生产液态二氧化硫主要有 氨—酸法、柠檬酸钠吸收法、水吸收法、部分冷凝法和威桑曼——洛德法等，这些方法都首 先用易吸收二氧化硫的有机胺、水或氨等吸收剂吸收烟气或炉气的二氧化硫，再解吸，得高 浓度二氧化硫；然后将高浓度二氧化硫用加压或冷冻法制得液态二氧化硫。这些技术或多或 少受到技术可靠性、经济合理性、试剂来源区域性、行业生产特点及环保的要求等限制。如 目前国内广泛运用的氨—酸法采用液氨或氨水作为吸收剂，吸收效率高、脱硫彻底，但工艺 流程复杂、设备投资大、运行费用高，且氨的来源受到地域的限制。钙法是采用石灰水或石 灰乳洗涤含二氧化硫的烟气，形成亚硫酸钙沉淀，生成硫酸钙。此法技术成熟，生产成本低， 但吸收速率慢、吸收能力小、副产品硫酸钙的实际应用价值不大、产出渣量多，导致设备及 管路结垢严重。钠法是使用柠檬酸钠、碳酸钠或氢氧化钠等碱性物质吸收含二氧化硫的烟气， 生成亚硫酸钠或亚硫酸氢钠溶液，优点是吸收能力大、吸收速率快、脱硫效率高、设备简单、 操作方便且不易结垢，不足之处是原料钠碱较贵，生产成本高。上述方法的共同问题是：① 脱硫设备工程投资费用大。②脱硫后的副产物的后续处理艰难。③无法满足环保的要求或环 保运行费用高。

氮气是一种无色无味无臭的气体，无毒，具有良好的稳定性和很低的沸点，被广泛应用 于石油开采、化工安全防护、保护焊接金属、充填灯泡、育种、果粮储运、保鲜、灭火、医 学、制药等，其占大气总量的78.12%（体积分数），是空气的主要成份。

目前，国内外工业上从空气中分离回收氮气的主要方法有：低温精馏法、变压吸附法、 膜分离法和化学吸附法等，各有其优缺点。

其中，低温精馏法的机理是将空气压缩液化，根据各组分沸点的不同，经精馏塔精馏分 离，得到所需产品。大规模工业生产氧气、氮气，以低温精馏法为最经济，在空气分离方法 中占有牢固的统治地位；同时冷损失可尽量低、所需热量尽量少。低温法分离空气的主要有 同时分离氧、氮的双塔流程和同时生产氧、氮和氩的三塔流程两种。低温法的发展趋势是： (1)大型化，最大达到220000m³/h氮气；(2)采用规整填料，优点是流量大、阻力小、操作弹 性大、效率高；(3)与其它过程相结合，降低能耗，提高整体总效率。低温精馏法的设备操作 复杂，投资大，能耗大。

变压吸附法制氧是利用沸石分子筛对氮的吸附亲和力高于对氧的吸附亲和力的特性分离 氧气和氮气，或利用氧气在碳分子微孔系统狭窄空隙中的扩散速度大于氮气的扩散速度、在 远离平衡条件下分离氧、氮。变压吸附法制氧、氮是在常温下进行的，工艺过程有加压吸附， 常压解吸；常压吸附，真空解吸。吸附剂对气体的吸附量随着压力的升高而增加，随着压力 的降低而减少，在降低压力的过程中，放出被吸附的气体，使吸附剂再生。变压吸附受到两 个关键技术的限制：一是高效吸附剂的开发；二是频繁开关的阀门可靠性和灵活性的提高。 目前，大型的PSA装置多数是钢铁工业制氢和合成氨原料气CO2的分离，而在空分方面，目前， 分离能力多数是6000m³/h下的装置。