雙堿法脫硫技術(shù)在生產(chǎn)中的應(yīng)用進展

史紅軍

(河南神馬尼龍化工有限責(zé)任公司 ,河南平頂山 467013)

煤炭作為我國的主要能源,占一次能源的75%。84%的煤炭利用方式是燃燒,產(chǎn)生的 SO2氣體成為大氣污染的重要組成,造成嚴重的酸雨污染,給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活帶來極大危害。隨著我國經(jīng)濟發(fā)展、社會進步和人們環(huán)保意識的增強,工業(yè)煙氣脫除 SO2日益受到重視。雙堿法脫硫技術(shù)符合循環(huán)經(jīng)濟要求,沒有二次污染,適合中國國情,其推廣應(yīng)用可為企業(yè)和社會帶來顯著的環(huán)境和經(jīng)濟效益。

1 煙氣濕法脫硫的簡介與比較

鍋爐脫硫方法多種多樣,但煙氣脫硫 (FGD)是世界上唯一大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用的,最有效的脫硫方法。而這其中濕法脫硫又是效率最高的。由于濕法脫硫具有很多優(yōu)點,使得它在世界脫硫工藝中具有很重要的位置。據(jù)統(tǒng)計,全世界脫硫運行設(shè)備中,濕法脫硫占到了 90%以上,對于濕法脫硫,按脫硫劑的不同,應(yīng)用較多的主要有石灰 (石灰石)法、鈉堿法、氨法、雙堿法等。

1.1 石灰 (石灰石)法脫硫

石灰 (石灰石)法是一種低成本、高效率的脫硫方法,但由于石灰 (石灰石)難溶于水,與 SO2反應(yīng)過程較慢,在脫硫中需要極大的持液量,當(dāng)要求達到90%以上的效率時,其氣液比至少需達到 8以上,導(dǎo)致設(shè)備運行成本增加和能源的大量消耗。

由于常規(guī)的石灰 (石灰石)法投資及運行費用一般廠家無法忍受,所以在我國的中小型鍋爐采用的都是簡易的石灰法,省去了常規(guī)石灰法中的一部分設(shè)備,這樣的石灰法脫硫效率相對有所下降,一般不會超過 80%,另外易出現(xiàn)結(jié)垢現(xiàn)象,影響了設(shè)備的正常運行,甚至堵塞設(shè)備,導(dǎo)致鍋爐停運。

1.2 鈉堿法脫硫

鈉堿法是一種高效率的脫硫方法,同時還具有反應(yīng)速度快、氣液比小等優(yōu)勢,但是由于鈉堿價格比較昂貴,市場價格是生石灰的 10倍以上,用在小型供熱鍋爐還差不多,對于大企業(yè)長期生產(chǎn),則大規(guī)模使用提高脫硫效率,據(jù)測算,這種方法的成本較雙堿法高出 5～8倍。

1.3 氨法脫硫

氨法脫硫與鈉堿法一樣具有許多優(yōu)點,但價格同樣高,市場上液氨在 3 000元 /t以上,是石灰的 30倍以上,同時液氨需要壓力容器運輸,大規(guī)模應(yīng)用時,極為不便。在諸多氨法脫硫中,所用脫硫劑一般為 5%氨水,雖然價格不高,但因含量低,用量非常大,總成本依舊很高,脫硫產(chǎn)物中 NH3HSO3也絕難產(chǎn)生,需耗相當(dāng)大的投資,風(fēng)險相當(dāng)大,全國各地沒有幾家能完善此套系統(tǒng),故不宜采納。

1.4 雙堿法脫硫

雙堿法,即直接參與吸收塔內(nèi)脫硫反應(yīng)的是溶解度高,反應(yīng)速度快的 NaOH,但其生成物 Na2SO3和 NaHSO3又通過苛化反應(yīng),再生成 NaOH,因此最終消耗的是廉價的石灰。脫硫濕式雙堿法是一種低成本、高效率的脫硫方法。在本工藝中,由于消耗的是石灰,與使用價格高出幾倍的氧化鎂、氨水相比,運行成本大大降低,同時由于直接發(fā)生反應(yīng)的是NaOH,從而提高了反應(yīng)速度與效率,大大減少了持液量,且運行中不會出現(xiàn)堵塞、結(jié)垢等現(xiàn)象。

表1 幾種脫硫方法的比較

2 濕式雙堿法脫硫概述

2.1 雙堿法脫硫原理

脫硫過程:

再生過程:

2.2 雙堿法脫硫的特點

鍋爐煙氣中 SO2的脫除是在筒形反應(yīng)器中,以含NaOH的循環(huán)水為吸收劑,根據(jù)煙氣中 SO2含量及反應(yīng)器通過特殊的大孔徑噴頭,使吸收劑霧化,煙氣和霧化后的吸收劑在反應(yīng)板上充分混合、接觸,SO2和 NaOH發(fā)生化學(xué)反應(yīng),生成易溶于水的NaSO3和 NaSO4,反應(yīng)后吸收水經(jīng)苛化池加石灰乳苛化,生成 NaOH和 CaSO3,CaSO3與吸收水經(jīng)分離設(shè)備分離后運走拋棄,吸收后則用于循環(huán)吸收。工藝中雖然脫硫設(shè)備內(nèi)直接反應(yīng)物是易溶、強堿性、反應(yīng)速度快的 NaOH,但整個流程中消耗的是價廉易得的石灰,即降低運行成本,又保證了脫硫效率。

2.3 雙堿法脫硫的工藝流程

圖1 雙堿法脫硫的工藝流程

3 雙堿法脫硫技術(shù)的實施

3.1 吸收設(shè)備

除脫硫工藝的選擇外,設(shè)備的主吸收塔采用的是傳質(zhì)性能好、脫硫效率高的篩板塔,采用無溢流篩板的開孔率較高,開孔直徑設(shè)置為 25 mm,開孔數(shù)為一萬多個,當(dāng)煙氣通過時,分散均勻,遠遠高于一般旋流板,煙氣通過時,對板上產(chǎn)生強烈的撕裂和沖激,形成幾十厘米高的流化層,多次霧化,水滴與煙氣的接觸面積大大增加,因此,脫硫效果更佳。同時由于提高了傳質(zhì)效率,降低了氣、液比,所以也相對降低了運行費用。

3.2 脫硫劑的加入

由于雙堿法的脫硫工藝的脫硫劑有生石灰和NaOH兩種,都儲藏于罐中,生石灰可通過螺旋給料機根據(jù)循環(huán)水 pH值,或者煙氣中 SO2含量,直接調(diào)節(jié)加入量,pH計則采用在線 pH值監(jiān)測儀。生石灰在石灰乳生成池中熟化成 10%石灰乳后加苛入化池中。NaOH經(jīng)稀釋后加入循環(huán)池。

3.3 循環(huán)水

為提高脫硫劑的利用率,循環(huán)水基本作內(nèi)部循環(huán),只引出 20%～30%去苛化,對于苛化后富含脫硫產(chǎn)物的循環(huán)水通過濃縮過濾方式過濾后進行處理。這樣不會造成二次污染,有利凈化環(huán)境,大大降低了運行成本。

3.4 脫硫產(chǎn)物的處理

雙堿法的脫硫工藝中 Na2SO3及 NaHSO3為脫硫中間產(chǎn)物,通過苛化反應(yīng)后可再生成 NaOH,因此不需處理,最終產(chǎn)物為 CaSO3·(1/2H2O)及混雜的少量氧化物 CaSO3·2H2O,所以可采用拋棄法。

循環(huán)池中的吸收水,通過溢流溝,回流適宜量至苛化池。在苛化池內(nèi),加入石灰乳,發(fā)生苛化反應(yīng),NaOH再次生成,最終脫硫產(chǎn)物 CaSO3·(1/2H2O)和 CaSO3·2H2O也生成結(jié)晶,再生后的吸收水經(jīng)過濾后,濃縮后的脫硫產(chǎn)物的清液返回循環(huán)池。

3.5 脫硫的控制系統(tǒng)

采用 PLC自動控制系統(tǒng),通過通訊線與 DCS相連將運行中的狀態(tài)數(shù)據(jù)傳輸?shù)?DCS,在 DCS的操作臺上,對脫硫系統(tǒng)運行狀態(tài)進行監(jiān)控,本系統(tǒng)電氣設(shè)備控制,可實現(xiàn)自動就地控制。

4 結(jié)論

綜上所述,雙堿法脫硫技術(shù)脫硫效率高,系統(tǒng)運行可靠性高,投資費用和運行費用低,適用范圍廣,比較適合各種規(guī)模的鍋爐煙氣和工業(yè)窯爐煙氣脫硫治理,應(yīng)在化工生產(chǎn)中大力推廣雙堿法脫硫技術(shù)。