CN1150117A - 在生产纯亚硫酸镁产品的同时洗涤除去二氧化硫 - Google Patents

在生产纯亚硫酸镁产品的同时洗涤除去二氧化硫 Download PDF

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Abstract

一种使用镁洗涤组分从气流中除去SO2的方法，除了从湿式洗涤装置中传统地排出第一部分水溶液外，还从湿式洗涤装置排出第二部分水溶液。调节第一部分排出物，以提高水溶液中的MgSO3含量达到基本饱和。向排出的第二部分水溶液加入Mg(OH)2，通过提高pH和/或冷却，得到MgSO3的过饱和溶液，以便从过饱和溶液中析出MgSO3·6H2O固体。从水溶液中分离MgSO3·6H2O固体，将其用来生成高纯的Mg(OH)2或MgO。

Description

在生产纯亚硫酸镁产品的同时 洗涤除去二氧化硫
本申请涉及Daniel W.Berisko和John W.College在1993年10月25日提出的顺序号为08/142693的申请，该申请已转让给本发明的受让人。
通过使用石灰、增加了镁的石灰或MgO或Mg(OH)2作为洗涤介质的各种湿式洗涤法，已经实现从热气流，例如煤燃烧生成的热燃烧气流中除去SO2。使用增加了镁的石灰作为洗涤介质的湿式洗涤法如在US3919393、US3919394、US3914378和US4976937中所描述，上述的全部专利都转让给了本发明的受让人。在如上述的顺序号为08/142693的美国申请的描述中，使用增加了镁的石灰的洗涤法中，保持镁洗涤成分中镁离子的含量为5000-12000ppm，亚硫酸盐的含量为3000-18000ppm和pH为6.0-7.0，所产生的含水洗涤液相对于MgSO3是过饱和的，并含有一些悬浮的固体。在从湿式洗涤装置中除去一部分过饱和溶液后，从过饱和溶液中分离悬浮的固体，冷却过饱和的固体和/或将pH调节到约7.0-7.5，以便将MgSO3的三水合物转化成MgSO3的六水合物，并从中沉淀出MgSO3的六水合物。
从热气流中除去SO2的湿式洗涤***的另一种类型是在湿式洗涤装置中使用不含石灰的镁洗涤组分的清净溶液。这种***如US4996032、US5039499、5084255和US5270026中所描述，上述这些专利都转让了给本发明的受让人，其中的全部内容都引入本文供参考。在US5039499中，所描述的方法中是将Mg(OH)2加到含水的洗涤溶液中，以除去SO2，洗涤器的排出物流被氧化后，用含镁的石灰乳处理，以再生Mg(OH)2，将该Mg(OH)2循环到湿式洗涤装置。US4996032、5084255和US5270026教导附加处理和回收从这种镁洗涤***的排出物流的各组分，以便得到更纯的付产品。遭遇到再生步骤产生的付产品石膏和Mg(OH)2水力旋流方面一些困难的来自这种镁洗涤***的付产品的供给达到了含70％Mg(OH)2和30％CaSO4·2H2O的付产品。利用新鲜水溶解石膏并从中分离Mg(OH)2可以产生纯度为约91％的Mg(OH)2付产品。但是，虽然溶解了石膏，而产生的Mg(OH)2并没有良好的脱水特性，由于增稠所得到的Mg(OH)2固含量仅为约15％，而过滤得到的Mg(OH)2固含量仅为约30％。如果从烟气脱硫***中能够实现Mg(OH)2付产品的更高纯度和更高的固含量，由于更高的纯度和更高的固含量能得到更有价值的产品，这将会是很有意义的。
本发明的一个目的是提供一种从气流中除去SO2的方法，所述的方法使用一种镁洗涤组分的水溶液，以便产生可以转化成纯Mg(OH)2或MgO付产物的纯MgSO3产品。
本发明的第二个目的是提供一种从气流中除去SO2的方法，所述的方法使用一种镁洗涤组分的水溶液，产生比传统地产生的MgSO3更易脱水的MgSO3产品。
使用镁洗涤组分从含SO2气流中除去SO2的方法，包括除了用于再生目的从湿式洗涤装置排出第一部分水溶液外，还包括从该装置排出第二部分水溶液。通过镁洗涤化合物与SO2反应，在水溶液中生成MgSO3和Mg(HSO3)2。MgSO3和Mg(HSO3)2水溶液的MgSO3部分的第一部分从湿式洗涤装置排出。
调节MgSO3和Mg(HSO3)2水溶液第一部分的排出，以便提高湿式洗涤装置中水溶液MgSO3含量达基本饱和的程度。然后自湿式洗涤装置中取出第二部分MgSO3和Mg(HSO3)2水溶液，并向其中加入Mg(OH)2，以得到MgSO3的过饱和溶液，并自水溶液沉淀MgSO3·6H2O，从该水溶液中分离析出的MgSO3六水合物。加入排出的第二部分水溶液中的Mg(OH)2可以是从湿式洗涤装置排出的第一部分水溶液再生过程中所产生的Mg(OH)2。
通过提高水溶液的PH值，通常是通过加入Mg(OH)2，使排出的PH为5.0-6.5的水溶液提高到至少PH约为7.0来实现排出的第二部分水溶液的过饱和。排出的第二部水溶液的过饱和也可借助将这部分水溶液从约50℃(122°F)或更高的温度冷却到约30℃(86°F)或更低的温度来实现。
在沉淀出的镁的六水合物固体从水溶液中分离出后，该水溶液可返回到湿式洗涤装置。
仅用实例的方法，和在附图中说明本发明方法实施方案的流程图所示出的本发明优选实施方案的下述描述，本发明将会更易理解。
本发明是在US5039499之上做出的改进，该专利用Mg(OH)2加入一湿式洗涤装置，与热的合SO2气流，例如煤燃烧产生的热气流(150-175℃)接触，除去气流中的SO2。在该湿式洗涤装置中，热气流骤冷到约120-130°F(49-55℃)的温度，而Mg(OH)2转化成Mg(HSO3)2和MgSO3，MgSO3大部分为三水合物，其反应如下：
(1)
(2) ，和
(3) ，洗涤液包含清液和很低的固含量。在湿式洗涤装置中的水溶液中的镁离子含量通常为2000-15000ppm，新鲜或循环的Mg(OH)2溶液或悬浮液加到湿式洗涤装置以补充排出的水溶液。控制贮缶或循环罐中水溶液介质的PH一般为6.0-7.0，更优选为约6.0-6.5。在通过湿式洗涤装置后，洗涤液收集在贮罐或循环罐，大部分溶液然后循环到湿式洗涤装置，同时从中排出一部分溶液，以便除去主要是MgSO3和溶解在水溶液介质的一些Mg(HSO3)2的硫反应物。
从***中排出的部分水溶液被氧化，以便MgSO3和Mg(HSO3)2转化成MgSO4。生成的MgSO4溶液进行加入石灰的再生步骤，产生CaSO4(石膏)和Mg(OH)2。CaSO4生成一种沉淀物，从Mg(OH)2含水悬浮液中除去。Mg(OH)2水悬浮液可以循环到湿式洗涤装置，要不然就用作生产作为可售副产品MgO的中间产物。
在本发明的方法中，从***中排放的上述部分的水溶液为第一部分，进行调节以提供某些特征，同时也排出第二部分水溶液，并将其处理以提供可以用于生产高纯度Mg(OH)2或MgO的高纯度MgSO3产品。
现在参考附图，所述的湿式洗涤装置1有洗涤段3和贮罐或循环罐5。用于除去SO2的镁洗涤组分，例如MgO、Mg(OH)2或Mg(HSO3)2或MgSO3的水溶液加入***，例如通过管7加入循环罐5。离开洗涤段3的镁洗涤组分的水溶液从循环罐5、经管9、泵11、管13和喷雾器15返回到湿式洗涤装置1的洗涤段3。含SO2的气流通过管17加到湿式洗涤装置，逆流通过水溶液物流，与镁洗涤组分接触除去SO2，净气经出口19从湿式洗涤装置1排出。
从湿式洗涤装置1，例如通过循环管13上的阀21排出的所产生的MgSO3和Mg(HSO3)2水溶液的第一部分经管23通到一氧化反应器25。在氧化反应器25中，MgSO3和Mg(HSO3)2被氧化，优选在氧化催化剂如铁或锰氧化催化剂存在下，通过管27将空气或氧气引入氧化反应器，通过管29从氧化反应器排出气体。氧化产生的MgSO4水溶液通过管31排出氧化反应器，并送给再生罐33。在再生罐33中，MgSO4水溶液与石灰乳例如通过管35加入的含镁高达6.5％Mg(OH)2的石灰乳接触，石灰与MgSO4反应产生Mg(OH)2和CaSO4(石膏)，其反应是：(4) 。
溶液中的石膏沉淀物通过管37通到一固体分离装置39。从固体分离装置39，经管4l排出石膏，同时Mg(OH)2溶液或悬浮液经管43返回到湿式洗涤装置，例如将其加到循环罐5。
在再生罐33中，所加的石灰乳的量要足以将水溶液介质的PH提高到10.5-11.0，在该PH下，铁或锰离子将以氢氧化物的形式从***中与所产生的石膏一起除去。在***其它区域的PH值下，发现这些铁或锰离子不被溶解除去。再者，由于再生和除去石膏，该***稳定地清除了硫酸盐。在管43中返回到湿式洗涤装置1的溶液一般含小于1200mg/L的硫酸盐，因为这些硫酸盐不易溶解，并已从固体分离器39通过管41将其除去。硫酸盐的这种清除也是在再生罐33中提高PH和在那个步骤产生石膏的结果。
通过除去催化剂和硫酸盐来减少湿式洗涤装置中的氧化反应有助于湿式洗涤装置1中的亚硫酸盐离子接近于饱和。在本发明的方法中，调节通过管23从湿式洗涤剂装置1排出的第一部分MgSO3和Mg(HSO3)2，以便提高湿式洗涤装置中洗涤溶液的MgSO3含量，达到基本饱和的程度。然后利用阀45通过管47将排出的第二部分MgSO3和Mg(HSO3)2水溶液排放到结晶罐49。在结晶罐49中，将Mg(OH)2加入到排出的第二部分MgSO3和Mg(HSO3)2水溶液中，例如通过管51加入，实现提高水溶液的PH达约7.0，生成MgSO3的过饱和溶液，并从该溶液中析出MgSO3固体，主要以MgSO3·6H2O析出。含MgSO3六水合物结晶的水溶液通过管53从结晶装置49中排出，并分离沉淀出的MgSO3·6H2O结晶，例如在过滤器55中通过过滤分离，并经管57排出使用。所述的结晶有大的粒径，例如直径为44微米或更大。这种MgSO3·6H2O主要的用途将是用来生产高纯度的MgO和Mg(OH)2。来自过滤器55的滤液通过管59排出，可返回湿式洗涤装置，例如加入通过管43返回到循环罐5的Mg(OH)2悬浮液中。
加入到结晶装置49的Mg(OH)2可由任意适宜的镁源提供，其镁源之一是通过阀61从管43中取出的滑流，并利用管63送到管51加入结晶罐49的Mg(OH)2中。
降低温度(49℃到30℃)或不改变温度(49℃)而提高PH对MgSO3·6H2O水溶液的相对饱和度(RS)的影响说明在如下的表I中：
                 表I
  初始条件        温度调节到30℃  PH调节到7.0且温度不变
  (温度：49℃)    且PH不变时的RS  时的RSPH    亚硫酸盐  Mg
  mg/l      mg/l6.06  12,216    6154      1.34         1.355.87  20,232    7261      1.77         2.125.73  14,464    6179      1.68         1.576.14  13,256    6216      1.57         1.465.83  15,176    6523      1.28         1.655.73  15,336    6427      1.12         1.655.74  14,264    6088      1.03         1.536.20  15,160    7047      1.96         1.706.22  15,472    7287      2.06         1.75
如表I所示，降低温度或提高pH值，MgSO3六水合物水溶液的RS增加。
提高PH和降低温度对MgSO3·6H2O水溶液的RS的影响示于下面的表II，表II中，RS为相对饱和度：
               表II
    洗涤器操作条件                      结晶器操作条件
                     给定pH和49℃时     pH7.0和20℃时pH     亚硫酸盐    Mg    MgSO3·6H2O的R.S.MgSO3·6H2O的R.S.6.06    12,216     6154       0.78              3.145.87    20,232     7261       1.08              5.175.73    14,464     6179       0.92              3.406.14    13,256     6216       0.61              3.685.83    15,176     6523       0.75              3.895.73    15,336     6427       0.66              3.915.74    14,264     6088       0.61              3.616.20    15,160     7047       1.14              3.946.22    15,472     7287       1.19              4.04
如表II所示，提高pH和降低温度大大地改变了MgSO3六水合物水溶液的R.S.。
如上所述，由于在湿式洗涤装置中生成亚硫酸盐，同时在对排放的第一部分水溶液所使用的再生和分离石膏的步骤中从该洗涤***中清除了硫酸盐和氧化催化剂，所以使用从湿式洗涤装置中排放的第二部分MgSO3和Mg(HSO3)2水溶液就将生成高的MgSO3六水合物结晶产品。
在本发明的方法中，由于原料MgSO3六水合物的纯度，所以所生产的MgSO3六水合物将优选转化成MgO，并产生很纯的MgO产品。
从MgSO3六水合物(来自附图的管57)煅烧生产的MgO的纯度，与来自第一部分排放水溶液的氧化、再生和分离的Mg(OH)2(来自附图的管43)煅烧所生成的MgO进行比较，结果示于表III：
                表III
             管43      煅烧的     管57    煅烧的
                       管43产品           管57产品％水分           80-85     ----        0-2     ----Mg(OH)2         75.0      ----        ----    ----CaSO42H2O      22.0      ----        ----    ----CaCO3            2.0      ----        ----    ----惰性物质          1.0      ----        ----    ----MgSO3·6H2O    ----      ----        98.89   ----MgSO4·6H2O    ----      ----         0.70    ----MgSO3·1/2H2O  ----      ----         0.41    ----MgO               ----      73.1        ----    97.94CaSO4           ----       24.1        ----     2.06惰性物质         ----        1.3        ----     0.0CaO              ----        1.5        ----     0.0
煅烧产品纯度的改进是明显的。由于在煅烧MgSO3·6H2O时蒸发的水分要少得多，所以煅烧费用明显改变。甚至当通过压滤器得到40％固体的增稠的Mg(OH)2(管43)时，这也是对的。40％固体Mg(OH)2，含约68磅自由水和化合水，2％H2O的MgSO3·6H2O(管57)含约50磅自由水和化合水。现在97.9纯度的MgO可以用于更高价值的用途，如制耐火砖(要求95％纯度)，而生产金属Mg要求97％纯度。
从湿式洗涤装置放出或部分排出MgSO3和Mg(HSO3)2水溶液物流对循环溶液的化学特性有决定性影响。例如在如US5039499所描述的方法中，使用循环流量为约3000加仑/分(GPM)，排除部分水溶液，在不同放空速率下化学特性的影响示于表IV中：
               表IV
             放空速率GPM
               500    250     200pH                 6.0    6.0     6.0Ca(mg/L)           50     50      50Mg(mg/L)           3000   6000    7500SO3(mg/L)         8800   17600   22000SO4(mg/L)         4000   8000    10000MgSO3·6H2O的RS  0.49   0.96    1.26
表中数据说明，通过使Mg(OH)2与SO2反应，在循环罐中累积以提高亚硫酸盐含量和提高洗涤溶液中MgSO3·6H2O的RS，很容易改变化学特性。
如上所速，本发明的方法是利用Mg洗涤组分的水溶液除去SO2，产生一种纯的MgSO3产品，该MgSO3产品比传统生产的MgSO3易脱水，且该MgSO3产品可以转化成纯的Mg(OH)2或MgO产品。

Claims (14)

1，在一湿式洗涤装置中从含SO2的气流中除去SO2的方法，用于除去SO2的镁洗涤组分的水溶液与上述的气流接触，除去气流中的SO2，并产生MgSO3和Mg(HSO3)2的水溶液，从湿式洗涤装置中排出第一部分MgSO3和Mg(HSO3)2的水溶液，并再生以产生Mg(OH)2，其改进之处包括：
调节排出的上述第一部分的MgSO3与Mg(HSO3)2的水溶液，以便提高上述湿式洗涤装置中水溶液的MgSO3含量达到基本饱和；
从上述湿式洗涤装置排出第二部分上述MgSO3与Mg(HSO3)2的水溶液；
将Mg(OH)2加入上述排出的第二部分MgSO3与Mg(HSO3)2的水溶液中，以便得到MgSO3的过饱和溶液，并从上述溶液中沉淀出MgSO3固体；和
从上述水溶液中分离析出的MgSO3固体。
2，按权利要求1的方法，其中在从上述水溶液中分离上述析出的MgSO3固体后，上述的水溶液返回上述的湿式洗涤装置。
3，按权利要求1的方法，其中加入上述排出的第二部分MgSO3与Mg(HSO3)2溶液的所述Mg(OH)2是来自湿式洗涤装置排出的上述第一部分水溶液再生生成的Mg(OH)2。
4，按权利要求1的方法，其中上述排出的第二部分MgSO3与Mg(HSO3)2水溶液的PH值为5.0-6.5，并加入Mg(OH)2以使其pH提高到至少为7.0。
5，按权利要求4的方法，其中上述析出的MgSO3固体主要包括粒径至少为44微米那样大的MgSO3·6H2O。
6，按权利要求5的方法，其中上述析出的MgSO3固体包括至少90％MgSO3·6H2O和，小于10％MgSO3·3H2O。
7，按权利要求1的方法，其中上述排出的第二部分MgSO3与Mg(HSO3)2溶液的温度为约50℃或50℃以上，并将上述温度降低到约30℃或30℃以下。
8，按权利要求7的方法，其中上述析出的MgSO3固体主要包括粒径至少为44微米那样大的MgSO3·6H2O。
9，按权利要求8的方法，其中上述析出的MgSO3固体包括至少90％MgSO·6H2O和少于10％的MgSO3·3H2O。
10，在一湿式洗涤装置中从含SO2的气流中除去其中的SO2的方法，使用于除去SO2的镁洗涤组分的水溶液与上述的气流接触，除去气流中的SO2，产生MgSO3与Mg(HSO3)2的水溶液，从湿式洗涤装置排出第一部分MgSO3与Mg(HSO3)2的水溶液并再生，生成Mg(OH)2，其改进之处包括：
调节排出的上述第一部分的MgSO3与Mg(HSO3)2水溶液，以便提高湿式洗涤装置中水溶液的MgSO3含量达到基本饱和；
从湿式洗涤装置排出PH为5.0-6.5的第二部分上述的MgSO3与Mg(HSO3))2的水溶液；
将Mg(OH)2加到上述排出的第二部分MgSO3与Mg(HSO3)2的水溶液中，以便将其pH提高到至少为7.0，得到MgSO3·6H2O的过饱和溶液，从上述溶液中析出MgSO3·6H2O固体；
从上述溶液分离析出的MgSO3·6H2O固体；和
在分离出上述MgSO3·6H2O固体后，上述的溶液返回上述湿式洗涤装置。
11.按权利要求10的方法，其中加入上述排出的第二部分MgSO3与Mg(HSO3)2溶液的Mg(OH)2是来自湿式洗涤装置排出的第一部分溶液再生生成的Mg(OH)2。
12.在湿式洗涤装置中从含SO2的气流中除去SO2的方法，使用于除去SO2的镁洗涤组分的水溶液与上述气流接触，从气流中除去SO2，并产生MgSO3与Mg(HSO3)2的水溶液，从湿式洗涤装置中排出第一部分MgSO3与Mg(HSO3)2的水溶液并再生生成Mg(OH)2，其改进之处包括：
调节排出的第一部分MgSO3与Mg(HSO3)2水溶液，提高湿式洗涤装置中水溶液的MgSO3含量达到基本饱和；
从上述湿式洗涤装置中排出第二部分MgSO3与Mg(HSO3)水溶液；
将由上述排出的第一部分MgSO3与Mg(HSO3)2水溶液所述的再生产生的Mg(OH)2加入所述的排出的第二部分MgSO3与Mg(HSO3)2的溶液中，以便得到MgSO3的过饱和溶液，并从上述溶液析出MgSO3；
从上述水溶液中分离析出的MgSO3固体，和
在分离上述的MgSO3固体后，将上述水溶液返回到上述湿式洗涤装置。
13.按权利要求12的方法，其中上述排出的第二部分MgSO3与Mg(HSO3)水溶液的PH为5.0-6.5，且向其中加入上述的Mg(OH)2，将上述排出的第二部分水溶液的PH提高到至少为7.0。
14.按权利要求12的方法，其中所述的析出的MgSO3固体包括至少90％MgSO3·6H2O和小于10％MgSO3·3H2O。
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