低浓度SO2烟气吸收氧化后直接制备K2SO4的方法及其装置 技术领域：
本发明涉及低浓度SO2烟气吸收氧化后直接制备K2SO4的方法及其装置，属化学工程与环境保护技术领域。
背景技术：
氨法吸收SO2是一种成熟技术(国内大连化工厂、南京化工厂等厂硫酸尾气吸收均有应用)，利用氨法回收硫酸生产尾气中低浓度SO2，使烟气达标排放，同时获得亚盐产品，根据需要控制不同工艺条件可生产(NH4)2SO3或NH4HSO3。
有不少硫酸厂进一步利用氨酸法，在氨法吸收的基础上用过量硫酸将亚盐分解，亚盐转化为(NH4)2SO4，解吸出高浓度SO2返回制酸系统，过量酸用氨中和，(NH4)2SO4作为产品。
现有生产技术要求处理的气体含尘量低以免设备堵塞。生产的亚盐(NH4)2SO3、NH4HSO3使用范围局限，用量较少，且因吸收中伴有一定的氧化作用，产品纯度不易控制。利用氨一酸法生产硫酸铵，需要消耗大量的硫酸分解亚盐，并用氨中和过量硫酸，从而得到(NH4)2SO4及高浓度SO2。该工艺需要解决大量SO2的回收利用问题，因此一般多用于具有硫酸生产的工厂或SO2装瓶出售，使该方法的应用具有较大的局限性。
现有生产技术中一般使用填料塔、筛板泡沫塔作为吸收装置，该吸收装置耗用材料多，价格贵。
发明内容：
本发明目的在于提供一种利用湍流逆喷旋液塔氨法吸收SO2，并在催化剂的作用下，烟气中的氧将水溶液中亚盐直接氧化为(NH4)2SO4，并直接应用(NH4)2SO4水溶液与KCL复分解生产K2SO4产品地一体化工艺技术及装置。
本方法的工艺包括氨法吸收工艺和用吸收氧化后产生的(NH4)2SO4(450～550g/L)在不蒸发的状态下与粉状固体KCl或饱和KCl溶液在60～90℃温度下搅拌反应和结晶后制备成K2SO4的工艺。本方法的吸收和氧化过程经两塔内并行，在吸收和氧化过程中除分别向两塔母液槽中按氨法工艺加入NH3水外，还加入Fe+3或S2O3-2催化剂，催化剂的加入量为含固量的0.05-0.3％。SO2经二段处理后的总吸收率≥99％，被吸收的SO2产生的亚盐被氧化成(NH4)2SO4，占总盐的≥98％。吸收及氧化过程中生成的(NH4)2SO4溶液与氯化钾(KCl)溶液在反应器(7)中进行复分解反应，利用K2SO4及NH4Cl溶解度的差异，K2SO4在反应器(7)中先结晶析出，析出的结晶经离心过滤器(14)，固体结晶去干燥得硫酸钾产品(主产品)，过滤后的溶液主要为氯化铵(NH4Cl)溶液，该溶液经过蒸发器(8)和NH4Cl结晶器(9)，含晶体液体经过离心过滤器(11)分离，NH4Cl固体结晶去干燥得NH4Cl产品(副产品)。过滤后的液体返回蒸发器(8)。本方法的工艺操作条件同现有技术。
本方法采用的装置包括吸收氧化设备，斜管沉降槽(3)，一段循环母液槽(2)，溶液输送泵(1)、(15)，(16)，与输送泵(15)的管道连接的(NH4)2SO4与KCl复分解反应器(7)，分别与复分解反应器(7)连接的KCl溶解槽(6)和K2SO4离心过滤器(14)，与输送泵(13)的管道连接的NH4Cl溶液蒸发器(8)，与输送泵(12)的管道连接的NH4Cl结晶器(9)，分别与NH4Cl结晶器(9)和输送泵(10)的管道连接的NH4Cl离心过滤器(11)。吸收氧化设备为一段湍流逆喷旋液吸收氧化塔(4)及二段湍流逆喷旋液吸收氧化塔(5)。其中；一段湍流逆喷旋液吸收氧化塔(4)由塔体、置于塔体上部且一端插入塔内的逆喷反应管、置于逆喷反应管内的旋液喷头、置于塔内并设在逆喷反应管下方的旋液喷头、置于塔体上部的排出管组成。二段湍流逆喷旋液塔(5)由塔体上部和下部构成，塔体上部结构同一段湍流逆喷旋液吸收氧化塔(4)，塔体下部为母液槽。本方法采用的装置除吸收氧化设备外，其余结构均为公知结构。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
1、工艺流程简单，生产中原材料消耗及能耗低，生产成本低；生产的产品K2SO4为市场急需(近年部分国外进口)的无氯钾肥，具有良好的经济效益和社会效益、同时能有效地保护环境。
2、设备结构简单、耗用材料少，制造成本低。
3、本发明的工艺流程适用于≤200mg/Nm3的含尘气体，还可进一步湿法除尘，气体量及SO2波动大的非稳态烟气；可广泛适用于燃煤含硫烟气，治炼低浓度SO2烟气无制酸装置的场合。
附图说明：
附图为本发明的工艺流程示意图及吸收氧化设备的结构示意图。
具体实施方式：
实施例1：(本实施例的工艺操作条件同现有技术，装置为权利要求2所述)
将低于100℃的含尘≤200mg/Nm3、SO2＜2.5％烟气进入一段湍流逆喷旋液吸收氧化塔(4)的逆喷反应管，吸收母液为(NH4)2SO3、NH4HSO3、(NH4)2SO4的溶液，母液密度为1.2～1.24g/cm3，碱度为1.5～2.0tt°。SO2烟气在一段湍流逆喷旋液吸收氧化塔(4)中与反向喷射旋转的液体碰撞，形成湍动的泡沫区，气一液膜状传质表面更新快，SO2被化学吸收为亚盐同时由于气流中氧存在，催化剂的催化作用转化为(NH4)2SO4，SO2经一段湍流逆喷旋液吸收氧化塔(4)后的吸收率＞80％，被吸收的SO2产生的亚盐被氧化成(NH4)2SO4，占总盐的98％，吸收母液中还夹带了烟气带入的粉尘，吸收母液从塔底进入斜管沉降槽(3)，将烟尘沉降并排出，清液进入母液循环槽(2)，此时向一段循环母液槽(2)中加入NH3水和Fe+3催化剂，催化剂的加入量为含固量的0.05％，加氨调整亚盐浓度后，经泵(1)返回一段作吸收母液。一段吸收后的烟气进入二段湍流逆喷旋液吸收氧化塔(5)，此时直接向塔下部的母液贮槽内加入NH3水和S2O3-2催化剂，S2O3-2催化剂的加入量为含固量的0.15％，使母液密度为1.05～1.10g/1，碱度为2～3tt°，SO2经二段湍流逆喷旋液吸收氧化塔(5)后的吸收率＞95％，二段母液经泵(16)循环，两段总吸收率≥99％。二段的吸收母液用泵(16)输出至一段贮槽(2)补充和调节一段吸收母液用。一段塔排出的450g/L的(NH4)2SO4水溶液经泵(15)输至复分解反应器(7)与粉状固体在60℃温度下搅拌反应并形成K2SO4结晶，结晶母液经过离心过滤机(14)，湿硫酸钾去干燥得产品。离心机液体经泵(13)进入NH4Cl液蒸发器(8)，再经泵(12)进入NH4Cl结晶机(9)降温结晶，晶液进离心机(11)过滤，固体湿NH4Cl去干燥得产品，滤液经泵(10)返回蒸发器(8)。
实施例2：
基本同实施例1。不同之处为：一段Fe+3催化剂的加入量为含固量的0.1％；二段S2O3-2催化剂加入量为含固量的0.2％；一段塔排出的500g/L的(NH4)2SO4水溶液经泵(15)输至复分解反应器(7)饱和KCl溶液在75℃温度下搅拌反应并形成K2SO4结晶。
实施例3：
基本同实施例1。不同之处为：一段Fe+3催化剂的加入量为含固量的0.15％；二段S2O3-2催化剂加入量为含固量的0.3％；一段塔排出的550g/L的(NH4)2SO4水溶液经泵(15)输至复分解反应器(7)与粉状固体在90℃温度下搅拌反应并形成K2SO4结晶。