一种石灰脱硫获得高品质化学级石膏的系统的制作方法

1.本实用新型属于大气污染治理技术领域，特别是涉及一种石灰脱硫获得高品质化学级石膏的系统。


背景技术：

2.石灰石-石膏法和镁法脱硫是广泛采用的两种成熟的脱硫工艺。
3.石灰石-石膏法脱硫工艺因使用廉价的石灰石做脱硫剂而被广泛采用。但是，该方法的脱硫机理限制了其脱硫石膏的品质，原因是脱硫操作溶液 ph值仅控制在5～6范围，石灰石虽经湿磨粉碎制成料浆，矿物颗粒在微酸性溶液中溶解速度较慢，石灰石颗粒不能被全部溶解，最终得到的石膏产物是以硫酸钙、亚硫酸钙、碳酸钙和少量粉煤灰组成的复杂混合物，并且还因残留有可溶性的氯化物及硝酸盐，导致所获得的石膏品质太差，很难获得应用，多数企业选择抛弃掩埋处理。又因此废料残留有大量的可溶性盐，有造成污染地下水的隐患。因此，改变石膏的品质，使其能被广泛应用，变废为宝已势在必行。
4.镁法脱硫工艺因采用相对廉价的煅烧菱镁矿(氧化镁)获得高效脱硫和运行费用低下的优势也被很多企业采用。但是，近几年来，随着脱硫剂氧化镁的不断涨价，其脱硫经济性优势受到冲击，使得本就困难重重的企业雪上加霜。
5.显而易见，石灰石-石膏法脱硫其脱硫石膏的品质和应用能否满足未来环境允许和市场需求是一个严肃的问题。镁法脱硫其脱硫剂来源和价格能否满足市场允许也是个不可忽略的大问题。
6.如何改进脱硫石膏工艺和提高产品品质，如何发挥石灰石资源的天然优势，能不能寻找到氧化镁资源的替代品，能不能将钙法脱硫和镁法脱硫有机结合起来发挥出它们所有的优势，这些问题的解决对我国主流脱硫工艺的发展具有重要意义。


技术实现要素：

7.本实用新型的目的是提供一种石灰脱硫获得高品质化学级石膏的系统，该系统以氯化镁为循环介质，将钙法脱硫与镁法脱硫工艺和资源优势结合起来，采用脱硫单元内镁法脱硫(简称：体内镁法)，脱硫单元外用石灰再生氢氧化镁脱硫剂(简称：体外钙法)，仅消耗石灰一种原料和补充一些系统损失的氯化镁就可以利用离子反应优势将烟气中的硫氧化物转化为高品质石膏，实现真正意义上的石灰脱硫和获得化学级石膏的目的。
8.本实用新型一种石灰脱硫获得高品质化学级石膏的系统，以氯化镁 (mgcl2)为循环介质，以石灰为消耗原料，先在脱硫单元外用氯化镁 (mgcl2)溶液与石灰再生氢氧化镁和氯化钙(caci2)，氢氧化镁用于脱硫单元内的镁法脱硫，脱硫液完成液硫酸镁再与氯化钙溶液沉淀反应获得石膏(caso4·
2h2o)和再生出氯化镁，再生出的氯化镁返回与石灰再生氢氧化镁和氯化钙，周而复始，只需要补充系统损失的少量氯化镁，就可以实现以石灰为原料，以再生转化氢氧化镁为手段，以镁法脱硫为枢纽，以溶液型离子反应过程为核心，以获得高品质、高附加值化学级石膏为目的的脱硫效果，且具备工艺简单易行、成本低效益高和
无废渣、废水排放特点。
9.为达到上述发明目的，本实用新型提供了一种石灰脱硫获得高品质化学级石膏的系统，由若干化工单元按照化工反应过程依次关联组成，其特征在于：
10.p1：依次由mg(oh)2化浆单元、镁法脱硫单元、曝气单元、过滤单元、沉淀单元、过滤洗涤1单元和干燥粉碎单元组成石膏caso4·
xh2o产品制取子系统；
11.p2：依次由石灰消解单元、净化单元、再生单元和过滤2单元组成 mg(oh)2滤料制取子系统；
12.p3：mg(oh)2化浆单元其mg(oh)2滤料进料口与过滤2单元滤料出口相连通，其洗液1加入口与过滤洗涤1单元洗液出口相连通，其料浆出口与镁法脱硫单元脱硫剂注入口相连通；镁法脱硫单元还包括烟气入口、净烟气出口以及脱硫完成液出口，该脱硫完成液出口与曝气单元料液进口相连通；曝气单元曝气完成液出口与过滤单元料液进口相连通；过滤单元过滤完成液出口与沉淀单元硫酸镁滤液进口相连通；沉淀单元还包括氯化钙溶液返回口和沉淀料浆出口，其氯化钙溶液返回口与过滤2单元滤液出口相连通，其沉淀料浆出口与过滤洗涤1单元料浆进口相连通；过滤洗涤1单元还包括滤液1出口、洗液1出口、石膏滤料出口和洗水入口，其滤液1 出口与再生单元氯化镁溶液入口相连通，其洗液1出口分别与mg(oh)2化浆单元洗液1加入口和石灰消解单元洗液1加入口相连通，其石膏滤料出口与干燥粉碎单元滤料入口相连通；干燥粉碎单元还包括石膏产品出口；石灰消解单元还包括石灰加入口和消解完成料浆出口，其消解完成料浆出口与净化单元料浆入口相连通；净化单元料浆出口与再生单元料浆进口相连通，再生单元还包括氯化镁补充加料口、过滤洗涤1单元氯化镁滤液加料口、再生完成料浆出口，其氯化镁滤液加料口与过滤洗涤1单元滤液出口相连通，其再生完成料浆出口与过滤2单元料浆进口相连通；过滤2单元还包括氯化钙滤液出口和mg(oh)2滤料出口，其氯化钙滤液出口与沉淀单元氯化钙溶液返回口相连通，其mg(oh)2滤料出口与mg(oh)2化浆单元mg(oh)2滤料进料口相连通。
13.在p1子系统中，曝气单元并没有标注曝气入口，这可以理解成一种惯常表示方式，不妨碍理解本实用新型以及对其进行验证。同理，在过滤单元也没有标注滤料的出料口，因为此过滤单元的固体微乎其微，其作用就是净化处理，专门对其滤料进行表述是多余的。
14.在p1子系统中，过滤洗涤1单元标注用洗水洗涤，值得提示的是，洗水尽量采用纯净水可有效维护系统的物料纯度和保持石膏的品质。当然，不同的干燥方式会提供好一些的洗水资源。比如采用蒸汽干燥时，其形成的蒸汽冷凝水就是极佳的洗水，这对产品纯度和系统水平衡很有益处。
15.在p1子系统中，干燥粉碎单元干燥方式优选是蒸汽换热，但不妨碍等同替换为天然气、煤气、电能等方式，特别是在获得半水石膏以及无水石膏时。当采用有污染空气的燃料干燥时，将干燥烟气引入脱硫系统也是显而易见的。
16.在p1子系统中，获得产品石膏标注为石膏caso4·
xh2o，值得解释的是，这只是石膏的一种通用表达方式，它还代表是二水石膏caso4·
2h2o、半水石膏caso4·
o.5h2o、无水石膏caso4等，因此，x＝0～2。另外，在本实用新型中也常出现石膏的习惯说法，可以理解成是对石膏的总称，如有冲突则以二水石膏理解。
17.本实用新型提供的一种石灰脱硫获得高品质化学级石膏的系统，不是将石灰或者石灰料浆直接用于脱硫单元实施所谓“钙法脱硫”，而是一种间接的、不与烟气直接接触的“塔”外变相脱硫，之所以称之为“石灰脱硫”，是因为该系统形成的工艺方法在本质上仅以石灰为原料辅助补充少量系统损失的氯化镁就实现了传统钙法脱硫用相同材料获得相同产品的内涵，只不过新的“石灰脱硫”脱硫效率更高、运行维护更简单和获得的石膏品质更高。
18.本实用新型提供的一种石灰脱硫获得高品质化学级石膏的系统，科学地融合了传统钙法和镁法的优势，即：钙法的资源廉价易得优势和镁法脱硫效率高且脱硫完成液是可溶性液体的本质优势，因为石灰石易得廉价成就了本实用新型脱硫成本不会高于传统钙法经济地位，因为镁法脱硫效率高、反应速率快、运行电耗低和脱硫生成物是硫酸镁液体的基因，成就了本实用新型系统可以从容以化学手段对系统物料进行沉淀分离洗涤。在本实用新型系统中，镁和钙实现了和谐完美的内外分工：镁以氢氧化镁变硫酸镁的循环方式将脱硫单元内烟气中的硫带出，钙以氯化钙沉淀二水石膏循环方式将硫酸镁中的硫移出本系统。两套系统工艺结合又分工的效果就是硫消灭的更彻底，获得的石膏品质更高。
19.本实用新型提供的一种石灰脱硫获得高品质化学级石膏的系统，所述的氯化镁具有与石灰乳发生复分解反应使其中难溶的氢氧化钙转化成易溶的氯化钙，同时又能使氯化镁中镁离子以氢氧化镁沉淀出来，提供了钙与镁分离的物理条件，所形成的氢氧化镁纯度较菱镁矿烧制的氧化镁消解成的氢氧化镁要高，且其活性也高得多。该氢氧化镁滤料可供给mg(oh)2化浆单元使用。
20.本实用新型提供的一种石灰脱硫获得高品质化学级石膏的系统，所述的石灰允许含有氧化镁成分，甚至可以采用白云石灰替代石灰使用，只不过这些氧化镁是本系统多余出来是氧化镁，显而易见，他们可以做为本实用新型系统多产的氢氧化镁提供给本系统之外脱硫单元做为脱硫剂使用，比如提供给船舶脱硫使用，也可以做为镁盐生产的原料等。
21.本实用新型提供的一种石灰脱硫获得高品质化学级石膏的系统，所述的化学级石膏，其纯度可以达到96％以上，白度可以达到95以上，粒径达到纳米级，经过不同温度条件干燥或者煅烧可以改变其物理性能，是造纸、pvc和橡胶制品的优良填充剂，可取代高岭土及碳酸钙被广泛应用，也可做为制造石膏晶须的优良原料被用于可降解塑料制品等产品的重要原料。这是传统钙法脱硫石膏难以比拟的。
22.本实用新型提供的一种石灰脱硫获得高品质化学级石膏的系统，其依据的化学原理步骤如下：
23.步骤1：在石灰消解单元用过滤洗涤1单元之洗液1将石灰消解；
24.cao+h2o＝ca(oh)2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
25.步骤2：在净化单元对ca(oh)2进行精制净化，筛除或者滤除生石颗粒等杂质；
26.步骤3：在再生单元用过滤洗涤1单元之氯化镁滤液及补充损失的氯化镁再生出氢氧化镁并获得氯化钙过渡溶液；
27.ca(oh)2+mgcl2＝cacl2+mg(oh)2↓ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
28.步骤4：在过滤2单元对cacl2+mg(oh)2混合料浆进行钙镁分离过滤，获得cacl2过渡溶液及mg(oh)2滤料；
29.步骤5：在mg(oh)2化浆单元用过滤2单元的mg(oh)2滤料及过滤洗涤1 单元的洗液1化浆至适当固含量；
30.步骤6：在镁法脱硫单元实施“体内镁法”脱硫，获得以硫酸镁为主伴随亚硫酸镁的
混合液(部分亚硫酸镁在此单元被o2氧化成硫酸镁)；
31.2mg(oh)2+2so2+1/2o2＝mgso4+mgso3+2h2o
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
32.步骤7：在曝气单元曝气使亚硫酸镁氧化成硫酸镁溶液和消除cod影响；
33.mgso3+1/2o2＝mgso4ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
34.步骤8：在过滤单元对曝气后的硫酸镁溶液精制滤除悬浮物残渣；
35.步骤9：在沉淀单元实施“体外钙法”脱硫，用过滤2单元的氯化钙过渡溶液将硫酸镁中硫酸根沉淀成石膏并再生出氯化镁溶液介质；
36.mgso4+cacl2+2h2o＝caso4·
2h2o
↓
+mgcl2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
37.步骤10：在过滤洗涤1单元对caso4·
2h2o
↓
+mgcl2混合浆液进行固液分离洗涤，滤液为mgcl2溶液返回再生单元再生氢氧化镁进入循环，洗涤后的滤料即为高品质化学级二水石膏caso4·
2h2o滤料，经不同温度干燥粉碎即可得到高品质化学级caso4·
xh2o产品。
38.至此，不断被水解消耗的石灰原料转换成应用广泛的高品质、高附加值化学级石膏，完美实现本实用新型的目的。
39.与现有技术相比，本实用新型的有益效果体现在：
40.本实用新型一种石灰脱硫获得高品质化学级石膏的系统，巧妙利用氯化镁为转换循环介质，将最流行的钙法和镁法工艺优势融为一体，形成新的“体内镁法、体外钙法”的石灰脱硫系统并获得了高品质化学级石膏，成功避免了钙法脱硫石膏品质差、难应用和潜在的环境二次污染问题，也在发挥镁法工艺优势同时寻找到氧化镁脱硫剂的替代品氯化镁，通过补充少量的氯化镁将石灰转化成高效脱硫剂氢氧化镁，创造出“体内镁法”脱硫条件和脱硫完成液为硫酸镁可溶性盐的优势，为“体外钙法”实施离子化的石膏沉淀反应奠定了基础，其结果是烟气中的硫先被“体内镁法”转化成硫酸镁溶液，后被石灰转化成的氯化钙溶液沉淀出化学级石膏。
附图说明
41.以下结合附图及实施例，对本实用新型做进一步描述，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
42.图1为本实用新型提供的一种石灰脱硫获得高品质化学级石膏的系统的直观示意图
43.图2为本实用新型提供的一种石灰脱硫获得高品质化学级石膏的系统的特征标记示意图
44.图2中：1-mg(oh)2化浆单元、2-镁法脱硫单元、3-曝气单元、4-过滤单元、5-沉淀单元、6-过滤洗涤1单元、7-干燥粉碎单元、 8-石灰消解单元、9-净化单元、10-再生单元、11-过滤2单元
具体实施方式
45.实施例1：由图2可见，本实用新型提供了一种石灰脱硫获得高品质化学级石膏的系统，由若干化工单元按照化工反应过程依次关联组成，其特征在于：
46.p1：依次由mg(oh)2化浆单元1、镁法脱硫单元2、曝气单元3、过滤单元4、沉淀单元
5、过滤洗涤1单元6和干燥粉碎单元7组成石膏 caso4·
xh2o产品制取子系统；
47.p2：依次由石灰消解单元8、净化单元9、再生单元10和过滤2单元 11组成mg(oh)2滤料制取子系统；
48.p3：mg(oh)2化浆单元1其mg(oh)2滤料进料口与过滤2单元11滤料出口相连通，其洗液1加入口与过滤洗涤1单元6洗液出口相连通，其料浆出口与镁法脱硫单元2脱硫剂注入口相连通；镁法脱硫单元2还包括烟气入口、净烟气出口以及脱硫完成液出口，该脱硫完成液出口与曝气单元3 料液进口相连通；曝气单元3曝气完成液出口与过滤单元4料液进口相连通；过滤单元4过滤完成液出口与沉淀单元5硫酸镁滤液进口相连通；沉淀单元5还包括氯化钙溶液返回口和沉淀料浆出口，其氯化钙溶液返回口与过滤2单元11滤液出口相连通，其沉淀料浆出口与过滤洗涤1单元6料浆进口相连通；过滤洗涤1单元6还包括滤液1出口、洗液1出口、石膏滤料出口和洗水入口，其滤液1出口与再生单元10氯化镁溶液入口相连通，其洗液1出口分别与mg(oh)2化浆单元1洗液1加入口和石灰消解单元 8洗液1加入口相连通，其石膏滤料出口与干燥粉碎单元7滤料入口相连通；干燥粉碎单元7还包括石膏产品出口；石灰消解单元8还包括石灰加入口和消解完成料浆出口，其消解完成料浆出口与净化单元9料浆入口相连通；净化单元9料浆出口与再生单元10料浆进口相连通，再生单元10 还包括氯化镁补充加料口、过滤洗涤1单元6氯化镁滤液加料口、再生完成料浆出口，其氯化镁滤液加料口与过滤洗涤1单元6滤液出口相连通，其再生完成料浆出口与过滤2单元11料浆进口相连通；过滤2单元11还包括氯化钙滤液出口和mg(oh)2滤料出口，其氯化钙滤液出口与沉淀单元5 氯化钙溶液返回口相连通，其mg(oh)2滤料出口与mg(oh)2化浆单元1 mg(oh)2滤料进料口相连通。