技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及變頻變壓吸附回收焙燒硫鐵礦爐氣中的氮?dú)夂投趸虻姆椒ā?

背景技術(shù)

液態(tài)二氧化硫是無色透明、有刺激性臭味的液體。其氣化性強(qiáng)，當(dāng)空氣中二氧化硫濃度 達(dá)0.04%～0.05%時(shí)，吸入人體就會(huì)中毒，對(duì)呼吸和眼睛有刺激作用。液態(tài)二氧化硫用途廣泛， 是一種重要的化工原料，既可用于生產(chǎn)合成纖維(主要是錦綸)、洗滌劑、橡膠助劑、保險(xiǎn)粉(連 二亞硫酸鈉)、塑料、染料、醫(yī)藥、潤(rùn)滑油和糖精等，又可用作制冷劑、漂白粉、滅火劑和消 毒劑等。近年，隨著我國(guó)現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，對(duì)液態(tài)二氧化硫的需求日益增長(zhǎng)，液體二氧化硫 的產(chǎn)量逐年增長(zhǎng)，市場(chǎng)需求日趨旺盛。

焙燒硫鐵礦的爐氣或尾氣中二氧化硫占7%～12%左右，三氧化硫占0.05％～0.4％，及微 量的升華硫、氧氣與酸霧等，其余為氮?dú)?。二氧化硫常溫常壓下為無色氣體，具有強(qiáng)烈刺激 性氣味。排放到大氣中會(huì)被氧化成三氧化硫，三氧化硫與水蒸氣結(jié)合生成酸霧，從而腐蝕相 關(guān)鐵金屬設(shè)備、管道和儀器，縮短其使用壽命。因此，去除或回收焙燒硫鐵礦的爐氣或尾氣 中的二氧化硫，并加以利用，變害為寶，顯得尤為迫切！

目前，國(guó)內(nèi)外工業(yè)上從焙燒硫鐵礦爐氣或尾氣中回收二氧化硫生產(chǎn)液態(tài)二氧化硫主要有 氨—酸法、檸檬酸鈉吸收法、水吸收法、部分冷凝法和威桑曼——洛德法等，這些方法都首 先用易吸收二氧化硫的有機(jī)胺、水或氨等吸收劑吸收煙氣或爐氣的二氧化硫，再解吸，得高 濃度二氧化硫；然后將高濃度二氧化硫用加壓或冷凍法制得液態(tài)二氧化硫。這些技術(shù)或多或 少受到技術(shù)可靠性、經(jīng)濟(jì)合理性、試劑來源區(qū)域性、行業(yè)生產(chǎn)特點(diǎn)及環(huán)保的要求等限制。如 目前國(guó)內(nèi)廣泛運(yùn)用的氨—酸法采用液氨或氨水作為吸收劑，吸收效率高、脫硫徹底，但工藝 流程復(fù)雜、設(shè)備投資大、運(yùn)行費(fèi)用高，且氨的來源受到地域的限制。鈣法是采用石灰水或石 灰乳洗滌含二氧化硫的煙氣，形成亞硫酸鈣沉淀，生成硫酸鈣。此法技術(shù)成熟，生產(chǎn)成本低， 但吸收速率慢、吸收能力小、副產(chǎn)品硫酸鈣的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值不大、產(chǎn)出渣量多，導(dǎo)致設(shè)備及 管路結(jié)垢嚴(yán)重。鈉法是使用檸檬酸鈉、碳酸鈉或氫氧化鈉等堿性物質(zhì)吸收含二氧化硫的煙氣， 生成亞硫酸鈉或亞硫酸氫鈉溶液，優(yōu)點(diǎn)是吸收能力大、吸收速率快、脫硫效率高、設(shè)備簡(jiǎn)單、 操作方便且不易結(jié)垢，不足之處是原料鈉堿較貴，生產(chǎn)成本高。上述方法的共同問題是：① 脫硫設(shè)備工程投資費(fèi)用大。②脫硫后的副產(chǎn)物的后續(xù)處理艱難。③無法滿足環(huán)保的要求或環(huán) 保運(yùn)行費(fèi)用高。

氮?dú)馐且环N無色無味無臭的氣體，無毒，具有良好的穩(wěn)定性和很低的沸點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用 于石油開采、化工安全防護(hù)、保護(hù)焊接金屬、充填燈泡、育種、果糧儲(chǔ)運(yùn)、保鮮、滅火、醫(yī) 學(xué)、制藥等，其占大氣總量的78.12%（體積分?jǐn)?shù)），是空氣的主要成份。

目前，國(guó)內(nèi)外工業(yè)上從空氣中分離回收氮?dú)獾闹饕椒ㄓ校旱蜏鼐s法、變壓吸附法、 膜分離法和化學(xué)吸附法等，各有其優(yōu)缺點(diǎn)。

其中，低溫精餾法的機(jī)理是將空氣壓縮液化，根據(jù)各組分沸點(diǎn)的不同，經(jīng)精餾塔精餾分 離，得到所需產(chǎn)品。大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)氧氣、氮?dú)猓缘蜏鼐s法為最經(jīng)濟(jì)，在空氣分離方法 中占有牢固的統(tǒng)治地位；同時(shí)冷損失可盡量低、所需熱量盡量少。低溫法分離空氣的主要有 同時(shí)分離氧、氮的雙塔流程和同時(shí)生產(chǎn)氧、氮和氬的三塔流程兩種。低溫法的發(fā)展趨勢(shì)是： (1)大型化，最大達(dá)到220000m³/h氮?dú)猓?2)采用規(guī)整填料，優(yōu)點(diǎn)是流量大、阻力小、操作彈 性大、效率高；(3)與其它過程相結(jié)合，降低能耗，提高整體總效率。低溫精餾法的設(shè)備操作 復(fù)雜，投資大，能耗大。

變壓吸附法制氧是利用沸石分子篩對(duì)氮的吸附親和力高于對(duì)氧的吸附親和力的特性分離 氧氣和氮?dú)?，或利用氧氣在碳分子微孔系統(tǒng)狹窄空隙中的擴(kuò)散速度大于氮?dú)獾臄U(kuò)散速度、在 遠(yuǎn)離平衡條件下分離氧、氮。變壓吸附法制氧、氮是在常溫下進(jìn)行的，工藝過程有加壓吸附， 常壓解吸；常壓吸附，真空解吸。吸附劑對(duì)氣體的吸附量隨著壓力的升高而增加，隨著壓力 的降低而減少，在降低壓力的過程中，放出被吸附的氣體，使吸附劑再生。變壓吸附受到兩 個(gè)關(guān)鍵技術(shù)的限制：一是高效吸附劑的開發(fā)；二是頻繁開關(guān)的閥門可靠性和靈活性的提高。 目前，大型的PSA裝置多數(shù)是鋼鐵工業(yè)制氫和合成氨原料氣CO2的分離，而在空分方面，目前， 分離能力多數(shù)是6000m³/h下的裝置。