有機胺煙氣脫硫在燃煤電廠中的應用

尹 濤，曾毅夫

（凱天環保科技股份有限公司，長沙 410100）

有機胺煙氣脫硫在燃煤電廠中的應用

尹 濤，曾毅夫

（凱天環保科技股份有限公司，長沙 410100）

在燃煤電廠的“十二五”規劃中，SO2的減排仍是節能減排的主要任務。有機胺脫硫作為一種新興的資源再生型脫硫工藝，能有效對燃煤電廠煙氣中的SO2進行資源化回收，實現“零污染”。文章重點介紹了有機胺脫硫的國內外研究情況，以及有機胺脫硫工藝的特點及其在燃煤電廠應用的優越性。

有機胺；煙氣脫硫；燃煤電廠

1 前言

近年來，我國通過引進-吸收-消化-創新的方式，使燃煤電廠脫硫產業取得重大的進展，現國產化能力基本能滿足“十二五”時期二氧化硫減排的需求。目前，燃煤電廠常用的脫硫工藝有石灰石-石膏濕法、煙氣循環流化床法、氨法、電石渣法等。其中，石灰石-石膏法是當前應用最多的脫硫技術，約占燃煤電廠的90%以上。然而石灰石-石膏法脫硫的最終產物石膏難以回收利用[1]，氨法脫硫存在一定的安全問題，而且氨氣蒸發及泄漏也會造成環境的二次污染[2]。因此尋求更加“綠色”的脫硫工藝成為當前的主要任務。

有機胺煙氣脫硫比傳統的濕法煙氣脫硫具有更高的脫硫效率，吸收劑可循環使用，且副產物可回收利用[3-5]，屬于“綠色”脫硫技術，具有廣闊的應用前景。

2 有機胺脫硫國內外研究進展

有機胺法源于20世紀初，一般用在煉油廠脫除硫化氫，如BASF公司開發的MDEA溶劑吸收H2S工藝[6]。首次將四乙二醇二甲醚作為吸收劑用于工業中SO2的脫除是由Heusel and bellaniti提出的。1991年，Leo Hakka[7]闡述了Cansolv法工藝原理和工藝參數。2002年，Leo Hakka和John Sarlis在歐洲某化工廠進行了工業實驗，此工藝的最大特點是吸收率很高，緩沖能力強。直到此時有機胺煙氣脫硫技術才在工業中得到廣泛的應用[8]。

國內研究有機胺法煙氣脫硫起步較晚，20世紀80年代才見報道。張有民[9]對有機極性分子對SO2的吸收和解吸性能進行了研究，結果表明，在20℃～60℃溫度下，二甲基甲酰胺的吸收能力最大，解吸再生也容易。湯志剛，周長城等[10]篩選出乙二胺作為吸收劑，確定了吸收和解吸過程中最適宜的工藝條件。鐘秦，翟林智等主要[11]研究了不同添加劑的加入對乙二胺的吸收率和解吸率的影響，結果表明硼酸和磷酸的添加效果較好，以硼酸為添加劑的解吸效果最好，10次吸收和解吸循環實驗后脫硫率仍在99%以上。成都華西化工研究所[12]采用一種專利吸收劑吸收SO2，通過連續的吸收和解吸實驗表明吸收劑的脫硫率為99.73%。

3 有機胺脫硫原理及工藝流程

3.1 有機胺脫硫原理

在水溶液中，溶解的SO2會發生下列所示的反應：

在水中加入緩沖劑，可以增加SO2的溶解量。例如有機胺，通過與水中氫離子發生反應，形成胺鹽，反應①、②方程式向右移動，增大SO2的溶解量。

反應③說明SO2的濃度增加，平衡向右移動，有利于胺溶液脫除煙氣中的SO2氣體。采用蒸汽加熱，可以逆轉①～③的方程式，再生吸收劑與收集富集的SO2氣體。

有機胺采用二元胺時在煙氣脫硫上具有更大優勢，一個胺基先與硫酸反應生成一種非常穩定的鹽，另一個胺基的化學性能不穩定，可與SO2發生化學反應，在不同的溫度下可以再生：

煙氣中存在的少量強酸根離子，在與貧胺溶液逆流接觸中也被吸收下來：

式中的X-表示煙氣中所代表的強酸根離子，如Cl-、N、S等，可提高吸附液的抗氧化能力及降低再生能耗，這是其他濕法工藝不具備的特性之一。

3.2 有機胺脫硫工藝流程

有機胺脫硫工藝流程圖如下圖所示。

有機胺脫硫工藝流程圖

從燃煤電廠煙道來的煙氣，經電除塵與增加風機進入煙氣洗滌系統，煙道氣經除塵降溫后送入吸收填料塔，與從上噴淋的脫硫溶液逆流接觸，氣體中的SO2與脫硫溶液反應被吸收。凈化的氣體經除霧后從吸收塔頂排放。

吸收SO2后的溶液稱為富液，從吸收塔塔底經富液泵加壓后進入貧富液換熱器，與熱貧液換熱后進入再生塔再生。富液在再生塔里經過填料層后進入再沸器，繼續加熱再生成貧液，從再生塔底出來的貧液經貧富換熱器降溫，部分溶液進入吸收劑凈化系統進行熱穩定性鹽等的凈化處理，降溫與除雜后的貧液進入吸收塔上部重新吸收SO2。

從解析塔內解析出來的SO2隨同蒸汽由解析塔塔頂引出，進入冷凝器，冷卻至40℃左右，分離水分后的SO2進入制酸系統制酸。

4 有機胺脫硫的優越性及其在燃煤電廠的應用

4.1 有機胺脫硫優越性

（1）硫資源的回收利用

我國是世界上最大的硫酸消耗國，但國內的硫資源匱乏，制酸用的硫磺大部分都是依賴進口。有機胺脫硫能夠回收利用燃煤電廠排放的SO2，能夠有效緩解硫資源利用問題，也符合國家“綠色經濟”的發展，具有明顯的經濟效益及社會效益。

（2）不產生二次污染

燃煤電廠傳統的石灰石-石膏法脫硫在脫除SO2的同時也會排放出相當量的CO2氣體。理論上每脫除1噸SO2就會排放0.72噸CO2。同時傳統石灰石-石膏法脫硫產生的副產品石膏很難得到綜合利用，隨意拋棄可能會面臨污染地下水的難題。而有機胺脫硫產生的副產品為SO2，能夠作為制酸的原料，可有效解決“燃煤電廠將大氣污染轉移到地面污染”的難題。

（3）經濟效益

以某電廠2×60萬千瓦的機組為例。機胺脫硫裝置設計當該電廠燃煤含硫量達4.51%時，校核煤種含硫量高達6%。在設計工況下，SO2排放濃度小于200mg/Nm3，在火電機組燃用高硫煤種情況下可達到國家最新排放標準，同時減少CO2排放近25萬噸/年。項目可年產濃度98%的工業級硫酸42萬噸，換算成硫磺采購可節省1.4億元/年，同時硫酸年銷售收入可達1.6億元。

通過有機胺脫硫工藝的實施，可使二氧化硫和粉塵污染物排放濃度大幅降低。不僅具有很好的經濟效益，同時環境效益非常顯著。

4.2 有機胺脫硫在燃煤電廠的應用

2012年國電都勻發電有限公司有機胺1號脫硫裝置順利通過168小時試運行。試運行期間，各項指標滿足設計要求。這是目前世界上最大的燃煤電廠有機胺脫硫工程。

在這一煙氣制硫酸循環經濟創新項目上，該公司采用有機胺提純硫酸的脫硫工藝，不僅提高了脫硫效率，而且對煤種含硫量適應性較強。另一方面，吸收液可再生，循環使用周期很長，年補充量小于10%。將有機胺解析后的二氧化硫還可以生產成工業需要的原料，投運后，預計年產硫酸約60萬噸，可解決我國西南地區高硫煤利用所帶來的二氧化硫排放超標問題。

有機胺脫硫作為一種新興的資源回收型工藝，其在燃煤電廠的應用，完全符合“減量化、再利用、資源化”的循環經濟模式。將燃煤電廠所產生的SO2廢物富集成為制酸等下游產業的原料，合理利用，實現了硫污染向硫資源的轉變，達到經濟發展與資源、環境保護相協調的可持續發展目的。

5 結語

有機胺脫硫技術作為一種新興的資源回收型脫硫工藝，目前在石化行業得到了成功應用，并成為石化行業主要的脫硫技術。但有機胺脫硫技術在燃煤電廠上的研究發展還不是很成熟，還有待深入研究。

（1）開發新型高效的有機胺脫硫劑，所研究的脫硫劑應具有高脫硫效率、低腐蝕性、耐熱性能穩定等優點。

（2）有機胺脫硫工業裝備的設計與工藝參數的優化研究。特別是針對高硫煤的燃煤電廠煙氣參數對有機胺脫硫工藝進行優化，重點解決濕法煙氣脫硫“設備腐蝕、酸霧、系統堵塞”問題，同時降低脫硫系統的能耗。

有機胺脫硫技術具有技術先進性、環保實用性、經濟性等特點，在煙氣脫硫凈化領域將具有廣闊的應用前景。

[1] 中華人民共和國環境保護部.2010年中國環境狀況公報[Z].2011.

[2] 隋建才.我國煙氣脫硫技術現狀與建議[J].能源技術，2008，29（5）：277-280.

[3] 韓永嘉.煙氣脫除二氧化硫技術現狀與發展趨勢[J].過濾與分離，2009，19 （2）：23-27.

[4] 劉征建.燒結煙氣脫硫技術的研究與發展[J].中國冶金，2009，19（2）：1-5. [5] MENG H，ZHANG S，LI C X，et al. Removal of heat stable from aqueoussolutionsofN-methyldiethanolamineusingaspeciallydesignedthreecompartment configuration eletrodialyzer[J] Journal of Membrane Science. 2008，322（2）：437-441.

[6] 焦文霞.MDEA 在氣體凈化領域中的應用[J].河南化工，2003，34（8）：8-10.

[7] Leo E，Hakka LE.用SO2循環工藝代替兩轉兩吸工藝是一種經濟的選擇[J].硫酸工業，2003，28（3）：28-29.

[8] 劉瑜.康世富可再生胺法脫硫技術的應用[J].硫酸工業，2007，61（1）：39-41.

[9] 李惕川，張敦儀，張有民，等.某些極性非質子溶劑對SO2的高效吸收[J].環境化學，1987，6（6）：13-15.

[10] ZGTANG，CCZHOU，CCHENG.Studies on Flue Gas Desulfurizationby-Chemical Absorption Using anEthylenediamine Phosphoric Acid solution. Industrial&EngineeringChemistry Research.2004，158(43)： 6714-6722.

[11] L. Z. ZHAI，Q. ZHONG，C. HE.Experimental Research on Effect of Acids as Additives on Wet Flue Gas Desulfurization with Ethylenediamine. Precceedings of the 2009 International Confe- rence on Energy and Environm entTechnology(ICEET2009). Guilin：2009.

[12] 成都華西化工研究所.從混合氣中脫除回收二氧化硫的吸收劑[P].中國專利，200710048743. 2007-03-28.

Application of Organic Amine FGD in Coal-fired Power Plants

YIN Tao, ZENG Yi-fu
(Kaitian Environmental Technology Co., Ltd, Changsha 410100, China)

The emission of SO2is the main task of energy saving and emission reduction in the “Twelfth Five-year Plan”of coal-fired power plant. The organic amine desulfurization as a new recycling desulfurization technology can carry through the resource recycling of SO2effectively in the flue gas of coal-fired power plant and can realize “zero pollution”. This paper mainly focuses on the research status of organic amine desulfurization abroad and at home, the characteristics of organic amine desulfurization and the advantages of its application in coal-fired power plants.

organic amine; FGD; coal-fired power plant

X701

A

1006-5377（2016）12-0040-03