氨法脫硫系統(tǒng)工藝優(yōu)化分析與應(yīng)用

彭學(xué)江，何 喜，羅文林

(貴州開磷集團(tuán)礦肥有限責(zé)任公司，貴州開陽 550302)

氨法脫硫系統(tǒng)工藝優(yōu)化分析與應(yīng)用

彭學(xué)江，何 喜，羅文林

(貴州開磷集團(tuán)礦肥有限責(zé)任公司，貴州開陽 550302)

針對硫磺制酸尾氣氨法脫硫系統(tǒng)存在的操作難度大、開車初期SO2指標(biāo)超標(biāo)、硫酸銨氧化率不足、尾氣排出部分硫酸銨與亞硫酸銨物質(zhì)、pH值難于穩(wěn)定及尾氣觀感差等問題，通過仔細(xì)分析、查找原因并進(jìn)行適應(yīng)性整改，降低了系統(tǒng)操作難度，確保了尾氣達(dá)標(biāo)排放。

硫酸生產(chǎn) 氨法脫硫 存在問題 技改方案 效果

貴州開磷集團(tuán)礦肥有限責(zé)任公司(以下簡稱開磷礦肥)一，二期硫酸裝置于2010年全部建成投產(chǎn)，裝置能力為800 kt/a，配套了尾氣氨法脫硫系統(tǒng)，采用液氨進(jìn)行吸收。生產(chǎn)初期SO2排放指標(biāo)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國家標(biāo)準(zhǔn)，但隨著時間的推移，發(fā)現(xiàn)該尾氣脫硫吸收系統(tǒng)的操作難度越來越大,大修后開車SO2指標(biāo)超標(biāo)、硫銨氧化率不足、尾氣會排出部分硫銨與亞硫酸銨物質(zhì)、pH值難于穩(wěn)定。通過分析、查找原因并進(jìn)行整改，降低了操作難度，確保了尾氣的達(dá)標(biāo)排放。

1 氨法脫硫吸收反應(yīng)原理

1.1氨法脫硫反應(yīng)機(jī)理[1]

1) 液氨稀釋

NH3+H2O→NH3·H2O

2) 脫硫

NH3·H2O→NH4++OH-

SO2+H2O→H2SO3

SO2+(NH4)2SO3+H2O→2NH4HSO3

3) 中和再生

NH4HSO3+NH3·H2O→(NH4)2SO3+H2O

4) 氧化與中和

(NH4)2SO3+1/2O2→(NH4)2SO4

NH4HSO3+1/2O2→NH4HSO4

NH4HSO4+NH3·H2O→(NH4)2SO4+H2O

1.2脫硫系統(tǒng)工藝流程

75 ℃左右的硫酸尾氣進(jìn)入脫硫塔內(nèi)，與自上而下噴淋成霧狀的脫硫循環(huán)液逆流接觸，氣液兩相充分傳質(zhì)傳熱，完成煙氣的脫硫吸收。經(jīng)脫硫后的煙氣通過塔頂?shù)某F器，將煙氣中的液滴除去，除霧效率可達(dá)99%以上；脫硫并除去水霧后的煙氣直接進(jìn)入塔頂鋼煙囪排放。

脫硫液采用循環(huán)吸收方式，循環(huán)泵從脫硫塔底部將脫硫液打到塔內(nèi)3層噴淋層上，經(jīng)由螺旋噴嘴霧化與煙氣逆流接觸吸收。脫硫液進(jìn)入脫硫塔底部，再由循環(huán)泵將脫硫液加壓打入噴淋層。

將大量壓縮空氣鼓入脫硫塔底部，將部分亞硫酸氫銨和亞硫酸銨氧化成為硫酸銨。

脫硫塔中的部分脫硫液由泵打入硫酸銨氧化罐，在罐中通入壓縮空氣繼續(xù)進(jìn)行氧化，將亞硫酸銨氧化成為硫酸銨。脫硫系統(tǒng)工藝流程見圖1。

圖1 脫硫系統(tǒng)工藝流程

2 氨法脫硫主要設(shè)備

氨法脫硫系統(tǒng)主要設(shè)備見表1。

3 存在問題分析

氨法脫硫系統(tǒng)在運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn)如下問題：

表1 氨法脫硫系統(tǒng)主要設(shè)備

1) 開車初期SO2排放指標(biāo)超標(biāo)。開車初期由于轉(zhuǎn)化器溫度未達(dá)到指標(biāo)要求，轉(zhuǎn)化率低，使進(jìn)入脫硫塔的SO2含量較高，而加氨閥門偏小，液氨加入與循環(huán)液混合后很快發(fā)生反應(yīng)，造成循環(huán)液pH值偏低，部分SO2未經(jīng)吸收就排入大氣。

2) pH值與SO2控制困難。循環(huán)吸收液pH值控制在5.5～6.5最佳，既保證了SO2吸收率的要求，又確保了氨的利用率，防止多余的氨逸出。生產(chǎn)要求排放ρ(SO2)在20～100 mg/m3，硫磺制酸裝置在正常開車時轉(zhuǎn)化率一般大于99.8%，尾氣中SO2濃度是比較低的，消耗的液氨量也較低，但實(shí)際是只要供氨調(diào)節(jié)閥(DN25)微開，通過的液氨量就超過消耗量，造成pH值偏高，SO2排放經(jīng)常顯示為零，不符合控制要求。為了保證SO2排放濃度又要控制好pH值，需對供氨氣動閥頻繁開關(guān)，操作難度較大。由于采用的是液氨直接加入循環(huán)液或塔內(nèi)，存在混合不充分的情況，pH值顯示值與真實(shí)值存在偏差。

3) 亞硫酸銨氧化效果不好。脫硫塔內(nèi)的曝氣管為1層，在使用一段時間后曝氣膜氣孔存在堵塞現(xiàn)象，提供的壓縮空氣分布不均，部分得不到全面氧化。

4) pH值超過(大于)正常控制范圍，排放尾氣中SO2仍然偏高。塔內(nèi)噴淋吸收層隨著生產(chǎn)時間的推移，部分噴頭存在堵塞使氣體發(fā)生短路現(xiàn)象，同時SO2排放監(jiān)測點(diǎn)取樣孔的位置偏低(在吸收塔的頂部，約28 m位置)。

5) 尾氣中含有少量的亞硫酸銨或硫酸銨，酸霧存在超標(biāo)現(xiàn)象。除霧器除霧效果不理想，霧滴中含有亞硫酸銨或硫酸銨，隨尾氣帶出。除霧器沖洗水沖洗效果不好，在除霧器上有硫酸銨結(jié)晶，少量結(jié)晶會隨尾氣一起排出。

6) 尾氣冒大量的白煙(霧)。外部環(huán)境溫度低時，排出的尾氣與空氣混合形成白煙(霧)。pH值偏離控制上限，有部分氨隨著尾氣排出，在煙囪出口吸收空氣中的水分形成白煙(霧)。

4 解決方案

針對以上存在的問題，制定了相應(yīng)的技改方案，計劃停車時一次改造到位。

1) 針對開車初期供氨量不足及系統(tǒng)轉(zhuǎn)入正常生產(chǎn)時補(bǔ)氨量不好控制的問題，在原有調(diào)節(jié)閥(DN25)的位置串聯(lián)增加1臺DN10的調(diào)節(jié)閥。開車初期全開DN25的閥門，采用DN10閥門控制供氨量，隨著系統(tǒng)指標(biāo)逐漸正常，逐漸關(guān)閉DN25的調(diào)節(jié)閥，采用DN10閥門控制供氨量，確保pH值正常，減少氨的逸出，改善尾氣的感觀(白霧)。

2) 改造加氨裝置及靜態(tài)混合器的安裝分布點(diǎn)，讓液氨充分與循環(huán)液以及塔內(nèi)含硫銨液體充分混合。改造示意見圖2,3。

3) 將脫硫塔1層曝氣管改為2層，增加壓縮空氣曝氣量，同時增加1臺140 m3/min的羅茨風(fēng)機(jī)作為主要供氣設(shè)備，原有壓縮空氣管網(wǎng)作為補(bǔ)充(管網(wǎng)用氣點(diǎn)較多，存在壓力不穩(wěn)定現(xiàn)象)，保證亞硫酸銨的氧化率。

圖2 加氨改造前后示意

圖3 靜態(tài)混合器技改示意

4) 增加管道噴淋吸收裝置。改造塔內(nèi)噴淋液的分布結(jié)構(gòu)，確保在部分噴頭存在堵塞的情況下噴淋液全覆蓋。尾氣SO2進(jìn)入脫硫塔前先經(jīng)過管道噴淋吸收，再進(jìn)入塔內(nèi)進(jìn)行吸收，保證SO2的吸收率。管噴示意見圖4，塔噴效果見圖5。

圖4 管噴示意

圖5 塔噴效果

5) SO2檢測孔位置從脫硫塔28 m高位置處改至煙囪57 m高的位置，在塔內(nèi)排出的SO2氣體在煙囪處的混合較為均勻，保證其準(zhǔn)確性。

6) 將原有的除霧器更換為高效折流除霧器，有效除去尾氣中的細(xì)小霧滴，減少氣體含水量，改善煙氣觀感(白霧)。

7) 在除霧器最上面增加1層沖洗水裝置，盡量將除霧器上的硫酸銨(亞硫酸銨)結(jié)晶體沖洗干凈，減少其隨尾氣帶入外部環(huán)境中。

新增或改造部分的的主要設(shè)備見表2。

表2 新增或改造部分的的主要設(shè)備

5 改造效果

通過技術(shù)改造，供氨量控制更具操作彈性，液氨充分與循環(huán)液以及塔內(nèi)含硫銨液體充分混合。pH值的控制既可以滿足開車初期對大加氨量的要求，又可以保證在正常生產(chǎn)時小加氨量的要求，pH值可穩(wěn)定控制在5.9～6.2。空氣壓力更為穩(wěn)定，曝氣量增加，使硫酸銨的轉(zhuǎn)化率合格所需要的時間從約48 h縮短到約24 h。管噴與塔噴的結(jié)合使用，開車初期基本不出現(xiàn)尾氣SO2超標(biāo)現(xiàn)象；SO2檢測孔位上移到塔內(nèi)氣體混合較為均勻部位，檢測更為準(zhǔn)確。結(jié)合除霧效果的改善，硫酸霧質(zhì)量濃度的檢測值從平均40 mg/m3降到了平均25 mg/m3，遠(yuǎn)低于國家排放標(biāo)準(zhǔn)限值。

6 結(jié)語

開磷礦肥一，二期硫酸尾氣脫硫裝置通過對存在的問題進(jìn)行分析總結(jié)，提出了可行的改造方案，經(jīng)改造后在開車初期時尾氣中SO2得到了較好控制，在正常生產(chǎn)過程中pH值能夠穩(wěn)定在操作指標(biāo)范圍內(nèi)，尾氣排放ρ(SO2)基本穩(wěn)定在50 mg/m3以內(nèi)，亞硫酸銨氧化率達(dá)到了98%以上，杜絕了硫酸銨(亞硫酸銨)進(jìn)入外部環(huán)境，基本消除了煙囪的視覺污染。

[1] 覃煥章.400 kt/a硫酸裝置尾氣氨法脫硫的設(shè)計與運(yùn)行[J].硫酸工業(yè),2015(6):28-30.

[2] 季皓.氨法脫硫在硫磺制酸裝置上的應(yīng)用[J].硫酸工業(yè),2016(5):66-68.

Process analysis and application of ammonia desulphurization system

PENG Xuejiang, HE Xi, LUO Wenlin

(Guizhou Kailin Group Mineral Fertilizer Co., Ltd.， Kaiyang, Guizhou, 550302, China)

In view of the difficulty in the operation of ammonia sulphuric acid desulphurization system, the SO2index of the initial stage is insufficient, the oxidation rate of ammonium sulfate is insufficient, the ammonium sulfate and ammonium sulphite substances are exhausted, the pH value is difficult to stabilize and the tail gas perception is poor, Through careful analysis, find the reasons and adaptability rectification, reducing the difficulty of system operation, to ensure that the flue gas discharge standards.

sulphuric acid production; ammonia desulphurization; problem; technical transformation program; effect

2017-08-18。

彭學(xué)江，男，貴州開磷集團(tuán)礦肥有限責(zé)任公司研發(fā)部部長、副總工程師，主要從事生產(chǎn)技術(shù)管理，新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備、新材料的引進(jìn)及應(yīng)用等工作。電話：13809446059；E-mail: pengxj7410@163.com。

TQ111.16

B

1002-1507(2017)09-0045-04