烟气中SO2净化的多级吸收-解析的柠檬酸盐工艺技术领域
本发明属于烟气脱除SO2的领域，涉及到使用柠檬酸盐溶液作为吸收剂的多级吸收-
解析的工艺方法。
背景技术
目前的烟气脱硫技术中，应用较广泛的钙法、镁法、氨法、海水法都属于对脱硫剂不
进行再生的吸收——转移法。其主要特点是：均采用脱硫剂吸收烟气中的SO2；生成的产
物不进行再生，而是转移或者抛弃。
1)湿式钙法的脱硫剂采用CaCO3或者CaO，产物为CaSO4，总体反应是：
CaO+SO2+1/2O2+2H2O→CaSO4·2H2O
2)镁法以MgO浆液为脱硫剂，产物为MgSO3，总体反应是：
MgO+SO2→MgSO3
3)氨法是利用氨液吸收烟气中的SO2生成亚硫酸铵溶液，并在有氧条件下将亚硫酸
铵氧化成硫酸铵，总体反应是：
2NH3+H2O+SO2+1/2O2→(NH4)2SO4
4)海水法是利用海水的天然碱性吸收烟气中SO2后排入大海，海水与烟气中的SO2
接触发生以下主要反应：
SO2(g)+H2O+1/2O2＝2H++SO42-
这类方法的缺点是形成了事实上的转移污染。
关于柠檬酸盐脱硫法见诸报道的有：
1)美国矿产局于实验室开发的柠檬酸盐溶液吸收烟气中的SO2——通过化学反应对
吸收液进行再生的方法。吸收液再生的产物是可从溶液中分离的硫磺颗粒。溶液再生后循
环用于吸收烟气中的SO2。两步反应是：
吸收：SO2(g)+H2O(l)＝HSO3—+H+
吸收液再生：H++HSO3—+2H2S＝3S(s)+3H2O
2)国内金川集团采用了柠檬酸盐溶液吸收烟气中的SO2并通过加热对吸收液进行再
生。
现有技术中的方法均为单级柠檬酸盐溶液吸收工艺，目前，没有使用柠檬酸盐溶液吸
收烟气中的SO2的多级吸收—解析工艺方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：为以柠檬酸盐溶液为吸收剂的烟气脱SO2工艺提供
多级吸收-解析设备叠加的工艺应用，以降低烟气脱硫装置能耗、减少装置设备重量。
为了更好地理解本发明，在对技术方案进行详细描述之前，需要对本发明描述中所使
用的部分术语进行解释。
在本发明中，待脱硫的含硫烟气(简称“烟气”)包括烧结烟气、冶金烟气、电站锅
炉烟气等中的一种或多种，所说脱硫是指脱除烟气中的SO2。
柠檬酸盐溶液，依据在吸收过程中的作用区分为吸收剂和吸收液；“吸收剂”指用
于吸收烟气中SO2的柠檬酸盐溶液；“吸收液”指已经吸收了SO2的柠檬酸盐溶液。
“吸收液”依据吸收剂应用于所对应的吸收设备的吸收级数和SO2富集程度区分为“第
R级富液、……、第2级富液、直至第1级吸收得到的富液。因此第R级富液、……、
第2级富液到第1级富液的SO2含量依次增加，即从第R级富液、……、第2级富液、
到第1级富液吸收SO2的能力依次降低。
“富液”指送往解析单元的、吸收了SO2的柠檬酸盐溶液；“贫液”指已经解析出所
吸收的SO2的柠檬酸盐溶液，并依据溶液历经的解析级数和解析程度区分为“第1级贫
液”、“第2级贫液”……最后一级解析得到的溶液为“末级贫液”；如果富液仅通过
一级解析来脱出所吸收的SO2，那么一级解析后的溶液就成为“末级贫液”。因此从第1
级贫液、第2级贫液、……、到末级贫液的SO2含量依次减少，即从第1级贫液、第2
级贫液、……、到末级贫液对SO2的吸收能力依次提高。
为了更好地解释本发明，在此对各实施例中各种设备、介质和介质特性的代码和编号
规则做以下统一的说明。
设备编号由3位数构成。首位数为0～5，分别对应为：0——体化设备内的隔板；1
—吸收设备；2—换热设备；3—解析设备；4—流体输送设备；5—塔内液体分布器。吸收
设备和解析设备后两位数为吸收设备和解析设备的级数号，对应于吸收或解析流程中的级
数依次编号；—体化设备内的隔板、换热设备、流体输送设备和塔内液体分布器依流程顺
序依次编号。
介质代码为i，用作下标的标注；i的编号由两位数构成，对工艺中各介质依流程顺
序依次编号。
各介质特性用xi、yi和Fi描述。xi为液相介质中的SO2浓度，单位为g/L；yi为气
相介质中的SO2浓度，单位为g/m3；Fi为介质的流量，单位为m3/h。i为介质编号。
本发明解决技术问题的技术方案为：
1、多级吸收：吸收单元的吸收装置由多级吸收设备叠加配置组合而成，用以分级吸
收净化烟气中的SO2。以烟气流动方向经过的各级吸收设备依次称为：第1级、第2级……
第R级。含SO2的烟气依次由第1级至最后一级的吸收设备的底部进入，与吸收剂逆流
接触，经过多级吸收后排放。
2、溶液在吸收设备级间梯级利用：后一级吸收器排出的吸收液全部作为前一级吸收
器的吸收剂使用。例如：二级吸收器中，吸收了烟气中的SO2的二级吸收液称为第二级
富液，全部送往一级吸收器作一级吸收剂。
3、多级解析：解析单元的解析装置由多级解析设备叠加配置，用以分级解析富液。
以需解析的吸收液的流动方向经过的各级解析设备依次称为：第1级、第2级……第R
级。出一级吸收器的富液全部送入第一级解析器解析再生，得到的解析溶液部分送到吸收
单元，其余部分再送入后一级解析器进一步解析再生，直至最后一级解析器得到的解析溶
液(末级贫液)全部送到吸收单元；各级解析器得到的解析气体(酸汽)由后至前经过前
设各级解析器后，所有解析的SO2气体从第1级解析器顶排出。
本发明吸收烟气中SO2所用的吸收剂为：柠檬酸盐的水溶液。
所述柠檬酸盐通常是柠檬酸钾或柠檬酸钠中的一种；柠檬酸盐在溶液中起缓冲剂作
用。
所述吸收-解析单元的设备是一座集成的一体化设备或者是串联的多座。
所述吸收单元中，从第1级吸收设备开始，所得到的液相和气相的SO2浓度依次减
小。
所述吸收单元中，可对吸收装置中的各级设备应用不同或相同的液气比；液气比如若
不相同，则从第1级开始依次减小。
所述R通常为2～4级，优选为2～3级。
当R为3级时，烟气从一级吸收器底部进入，在一级吸收器内部与一级吸收剂逆流
接触，脱除部分SO2；再进入后一级吸收器即：二级吸收器，在二级吸收器内部与二级吸
收剂逆流接触。烟气经过多级叠加配置的吸收器达到净化指标后排放。
所述多级解析中，各级排出解析液的SO2浓度依次降低，最后1级解析设备排出的吸
收剂中SO2浓度为最低。
所述多级解析中，各级解析器得到的解析气体(酸汽)由后至前经过前设各级解析器
后，酸汽中SO2分压提高；酸汽中所含的水汽则在前级解析器中被冷凝的同时，也为前
级解析器提供解析所需的部分热量。
所述多级解析，其级数不多于相配套的多级吸收设备的级数，即：不多于R级(R
优选为2～4)。
所述解析单元中，气液两相逆流接触，从第1级解析设备到最后一级，各级所得到的
解析液和出口解析气体(酸汽)的SO2浓度依次减小。
所述解析单元中，解析装置的各级设备的溶液处理负荷均不相同；从第1级开始依次
减小。
本发明与现有技术中柠檬酸盐工艺相比，具有以下优点：
1.第二级及以后级的吸收设备的液气比低于单级吸收工艺，从而使得吸收设备体积减
小；吸收剂根据浓度差进行配置，后一级吸收液作为前一级吸收剂梯级利用；送往解析单
元的富液浓度升高；总体吸收剂用量减小，吸收剂利用效能提高；输送电耗降低。
2.由于富液浓度比单级吸收工艺升高，提高了解析推动力，各级解析过程中能耗降低：
1)入第1级解析的富液，其Xi提高，推动力增加，分离所需解析器理论板数减少，因此
设备体积、能耗均减小；2)至最末级排出的末级贫液Xi等于现有技术，但从第二级至最
后级各级处理量(依次)进一步减少，相应解析设备体积减小，进一步降低能耗。
3.出一级吸收器的富液全部送入第一级解析器解析再生，得到的解析溶液部分送到吸
收单元，其余部分再送入后一级解析器进一步解析再生，流程简单，工艺设备减少。
4.前一级贫液只有一部分送往下一级解析器，入下一级解析器的SO2浓度较低，分离
所需的理论板数减少，下一级解析器的塔高较低，节约设备投资。
5.整个解析塔的各级解析器为串联操作，压力体系一致，便于操作。
6.根据烟气进出口SO2浓度，本工艺吸收-解析的级数情况可叠加配置，工艺介质流
程明晰；工艺单元各级设备配置优化。
附图说明
图1常压多级吸收-解析工艺流程
图中，
01：入一级吸收器的烟气；02：出一级吸收器烟气；03：出二级吸收器烟气；04：出三级
吸收器烟气；05：三级吸收剂；06：入二级吸收器的第3级富液；07：二级吸收剂；08：
入一级吸收器的第2级富液；09：一级吸收剂；10：出一级吸收器的第1级富液；11：入
一级吸收器的第1级贫液；12：入二级解析器的第1级贫液；13：入二级吸收器的第2
级贫液；14：入三级解析器的第2级贫液；15：末级贫液；16：出三级解析器的酸汽；17：
出二级解析器的酸汽；18：出一级解析器的酸汽。
101：一级吸收器；102：二级吸收器；103：三级吸收器；104：一体化吸收塔。
201：第1级贫液冷却器；202：第2级贫液冷却器；203：第3级贫液冷却器；204：第1
级贫富液换热器；205：第2级贫富液换热器；206：第3级贫富液换热器；207：一级再
沸器；208：二级再沸器；209：三级再沸器。
301：一级解析器；302：二级解析器；303：三级解析器；304：一体化解析塔。
401：第1级富液泵；402：第1级贫液泵；403：第2级贫液泵；404：末级贫液泵。
501：一级吸收器的液体分布器；502：二级吸收器的液体分布器；503：三级吸收器的液
体分布器；504：一级解析器的液体分布器；505：二级解析器的液体分布器；506：三级
解析器的液体分布器。
001～004：一体化设备内的级间隔板。
图2为一体化设备隔板示意图
19：溢流液位；20：溢流的液体流道；21：上升的气体流道；22：不进入下一级的液体外
排出口。
图3为独立设备间介质流道示意图
其中，图1为摘要附图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明详细说明，以下仅为本发明的较佳实施例，不能以此限定本
发明的范围。即大凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应仍属本发明专利
涵盖的范围内。
实施例1(图1)
烟气流程：
经除尘和冷却后的入一级吸收器的烟气01，其y01为10g/m3，F01为200000m3/h(干
基)，从一级吸收器101底部进入，在一级吸收器101内与从液体分布器501喷淋而下的
一级吸收剂09逆流接触，脱除了部分SO2后为出一级吸收器烟气02，其y02为2g/m3；
烟气02通过设在一级吸收器101和二级吸收器102之间的隔板001进入二级吸收器102
的底部，在二级吸收器102内与从液体分布器502喷淋而下的二级吸收剂07逆流接触，
脱除了部分SO2后为出二级吸收器烟气03，其y03为0.5g/m3；烟气03通过设在二级吸收
器102和三级吸收器103之间的隔板002进入三级吸收器103的底部，在吸收器103内与
液体分布器503喷淋而下的三级吸收剂05逆流接触，脱除了SO2为出三级吸收器烟气04，
由吸收器103顶部排出，其y04为0.05g/m3，F04为200000m3/h(干基)。
吸收液流程:
解析部分
吸收了SO2并送往解析器的吸收液称为出一级吸收器的第1级富液10，其X10为
21.35g/L、F10为230m3/h，由第1级富液泵401送入并联的贫富液换热器204、205、206，
预热后汇总送入一级解析器301顶部。出一级吸收器的第1级富液10在一级解析器301
内与上升的解析气体逆流接触的同时，富液10中的SO2也部分解析出来，溶液中的SO2
浓度下降，溶液得以再生。一级解析器301中再生得到的溶液称为第1级贫液，部分由第
1级贫液泵402抽出送往第1级贫富液换热器204冷却后，再由第1级贫液冷却器201冷
却到吸收所需的温度，这部分入一级吸收器的第1级贫液11，其X11为16g/L、F11为
130m3/h；其余部分的第1级贫液为入二级解析器的第1级贫液12，由一级解析器301底
部隔板003上的溢流槽溢流进入二级解析器302进行解析，其X12为16g/L、F12为100m3/h。
入二级解析器的第1级贫液12在二级解析器302内与上升的解析气体逆流接触的同
时，第1级贫液12中的SO2也部分解析出来，溶液中的SO2浓度下降，溶液得以再生。
二级解析器302中再生得到的溶液称为第2级贫液，部分由第2级贫液泵403抽出送往第
2级贫富液换热器205冷却后，再由第2级贫液冷却器202冷却到吸收所需的温度，这部
分贫液为入二级吸收器的第2级贫液13，其X13为10g/L、F13为60m3/h；其余部分的
第2级贫液为入三级解析器的第2级贫液14，由二级解析器302底部隔板004上的溢流
槽溢流进入三级解析器303进行解析，其X14为10g/L、F14为40m3/h。
入三级解析器的第2级贫液14在三级解析器303内与上升的解析气体逆流接触的同
时，第2级贫液14中的SO2也部分解析出来，溶液中的SO2浓度下降，溶液得以再生。
三级解析器303中再生得到的溶液称为末级贫液15，由末级贫液泵404抽出送往第3级
贫富液换热器206冷却后，再由第3级贫液冷却器203冷却到吸收所需的温度，其X15
为6g/L、F15为40m3/h。
吸收部分
末级贫液15送入设在三级吸收器103上部的液体分布器503上，即称为三级吸收剂
05，其X05为6g/L、F05为40m3/h；三级吸收剂05吸收了烟气中的SO2后成为入二级吸收
器的第3级富液06，通过设在三级吸收器103底部的隔板002上的溢流槽溢流进入二级
吸收器102，其X06为8.25g/L、F06为40m3/h。
入二级吸收器的第3级富液06与入二级吸收器的第2级贫液13汇集于设在二级吸收
器102上部的液体分布器502上，即为二级吸收剂07，其X07为9.3g/L、F07为100m3/h，
吸收剂07吸收了烟气中的SO2后成为入一级吸收器的第2级富液08，通过设在二级吸收
器102底部的隔板001上的溢流槽溢流进入一级吸收器101，其X08为12.3g/L、F08为
100m3/h。
入一级吸收器的第2级富液08与入一级吸收器的第1级贫液11汇集于设在一级吸收
器101上部的液体分布器501上，即为一级吸收剂09，其X09为14.39g/L、F09为230m3/h，
一级吸收剂09吸收了烟气中的SO2即成为出一级吸收器的富液10，其X10为21.35g/L、
F10为230m3/h，由第1级富液泵401，送往解析器再生。
解析气体流程：
各级解析器解析所得的SO2气体，通过由隔板004、003分隔的三级解析器303、二
级解析器302、一级解析器301，最后从一级解析器顶部送往后续工序。从三级解析器303
至一级解析器301的出口酸气中SO2分压逐渐提高；从三级解析器303至一级解析器301
的出口解析液Xi逐级增大。
三级解析器303操作温度是99℃、操作压力是125.39kPa(a)。入三级解析器的第2级
贫液14在三级解析器303内解析得到出三级解析器的酸汽16，酸汽16进入二级解析器
302，这部分酸汽中所含的水汽在二级解析器302中被冷凝的同时，也为二级解析器302
提供解析所需的部分热量。
二级解析器302操作温度是97℃、操作压力是116.81kPa(a)。入二级解析器的第1级
贫液12在二级解析器302内解析出的酸汽与三级解析器303送来的酸汽汇集为出二级解
析器的酸汽17，然后进入一级解析器301，这部分酸汽中所含的水汽在一级解析器301
中被冷凝的同时，也为一级解析器301提供解析所需的部分热量。
一级解析器301操作温度是95℃、操作压力是108.22kPa(a)。出一级吸收器的富液
10在一级解析器301内解析出酸汽与二级解析器302送来的酸汽汇集为出一级解析器的
酸汽18，从一级解析器301塔顶排出，然后送往后续SO2转化装置。
再沸器207～209为各级解析器提供解析所需的绝大部分热源。
一级吸收器101、二级吸收器102、三级吸收器103可以集成为一体化吸收塔104。
一级解析器301、二级解析器302、三级解析器303可以集成为一体化解析塔304。
隔板的结构与作用：
隔板001～004是具有积液功能并提供了气液两相流道的部件，可以采用但不限于泡
罩塔板型式。
图2展示的一个一体化设备中所应用的隔板实例，但应用中不限于该类型。
当各级设备设置为相互独立的设备，级间液体间不存在位差的时候，利用设备间气体
介质存在压强差，通过管道输送；液相介质则由泵输送；等同于一体化设备中隔板的作用。
各级之间气液两相通道如图3所示。
该流程的技术特征是：吸收-解析的工艺设备为多级叠加配置、不同SO2含量的吸收
液在流程中依据SO2含量高低顺序梯级使用、富液的解析在常压下进行。
实施例1的详细工艺数据说明：
●消耗数据：
冷却水(以进口温度20℃、出口温度20℃计)：230m3/h；电功率：63kW；
蒸汽(以0.4MPa饱和蒸汽计)：9259kg/h。
●实施例的代码编号详情一览表
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表格参数说明：
液气比：指在各级吸收设备当中，吸收液的体积流量与烟气的体积流量之比，单位L/m3。
吸收率：指每级吸收设备当中从烟气转移到吸收液的SO2的质量流量与烟气带入到设备当中的SO2
总质量流量之比。
解析率：指每级解析设备当中从解析液中解析出来的SO2的质量流量与解析单元解析出来的SO2
总质量流量之比。
气相负荷：指每级解析设备出口的SO2质量流量，单位kg/h。
设备直径比例：以解析设备单元中最大工作负荷的某级设备直径为基准，记为100；其余各级设
备的直径对应于最大设备直径的百分数。