雙氧水法尾氣脫硫設計要點與建議

張玉杰

（中國恩菲工程技術有限公司，北京 100038）

1 雙氧水特性與要求

1.1 雙氧水主要物性

過氧化氫俗稱雙氧水，化學式H2O2，相對分子量34.01；過氧化氫無色、無味、透明，常溫下為液體，密度比水大，可與水以任何比例混溶；過氧化氫具有氧化性、腐蝕性，在某些物質存在下能被還原生成水和氧氣；高濃度過氧化氫對人體健康、環境存在一定危害，在一定條件下具有燃爆危險。

1.2 國內對雙氧水的危險分類

根據現行國家標準GB 12268—2012《危險貨物品名表》，過氧化氫水溶液w(H2O2)＜8%，不作為危險貨物運輸；w(H2O2)在8%～20%（必要時加穩定劑）的過氧化氫水溶液的類/項別為5.1（按現行國家標準GB 6944—2012《危險貨物分類和品名編號》，危險貨物的危險性有9類，5.1項為氧化性物質），無次要危險性，包裝類別為III類（輕度危險性）；w(H2O2)在20%～60%（必要時加穩定劑）的過氧化氫水溶液的類/項別為5.1，次要危險性為8（腐蝕性），包裝類別為II類（中等危險性）；w(H2O2)＞60%的過氧化氫水溶液的類/項別為5.1，次要危險性為8，包裝類別為I類（高度危險性）。

根據現行國家標準GB 15603—1995《常用化學危險品儲存通則》，w(H2O2)在60%～100%的過氧化氫為爆炸品，w(H2O2)在40%～60%的過氧化氫為一級氧化劑，儲存溫度不超過30 ℃。

根據現行國家標準GB 18218—2018《危險化學品重大危險源辨識》，類別1的氧化性固體和液體臨界量為50 t，類別2、類別3的臨界量為200 t。

根據《危險化學品目錄》，w(H2O2)＞8%的過氧化氫溶液屬危險化學品，CAS號為7722-84-1。《危險化學品分類信息表》中對過氧化氫的危險性分類見表1。

表1 過氧化氫危險性類別

1.3 美國對雙氧水的危害分級

美國國家協會（NFPA）對過氧化氫的危害分級及分級說明見表2～3[1]。

表2 NFPA對過氧化氫的危害分級

表3 NFPA對化學物質的危害分級說明

2 硫酸尾氣脫硫參數控制

2.1 尾氣脫硫設計參數

某冶煉煙氣制酸廠尾氣采用雙氧水脫硫，尾氣參數見表4。當地排放氣體ρ(SO2)為200 mg/m3，按GB 26132—2010《硫酸工業污染物排放標準》及有色金屬工業污染物排放標準要求的特別排放限值。

表4 硫酸廠尾氣參數

2.2 尾氣脫硫實際運行情況

該工廠投運已有幾年時間，實測當硫酸尾氣ρ(SO2)為 1.2 g/m3時，脫硫后排放氣體ρ(SO2)＜90 mg/m3，脫硫效率大于92.5%。排放氣體SO2含量不僅滿足項目設計（及現行）國家標準的特別排放要求，也滿足2020年6月底生態環境部辦公廳發布的《重污染天氣重點行業應急減排措施指定技術指南》（2020年修訂版）中B級企業績效分級指標的要求。

3 雙氧水尾氣脫硫設計

3.1 雙氧水脫硫系統設計

雙氧水尾氣脫硫工序包括尾氣脫硫、雙氧水儲存與輸送、副產物處理等系統。主要設計及說明如下：

1）為確保脫硫效率，脫硫塔采用填料塔。

2）為確保脫硫后排放氣體酸霧達標，脫硫塔上部設除霧器，塔后設電除霧器。

3）為確保脫硫塔后電除霧器運行安全，脫硫塔后設氧氣濃度分析及聯鎖裝置。

4）雙氧水儲槽儲存w(H2O2)27.5%工業雙氧水，儲槽有效容積為20 m3；儲槽設溫度、壓力檢測及安全閥、排空管、防曬設施及噴水降溫聯鎖。

5）雙氧水采用隔膜計量泵（或專用離心泵）輸送，管道設溫度、壓力監測（必要時設壓力釋放裝置）。

6）雙氧水及稀酸管道、儲槽、電除霧器及相關平臺設防靜電接地，管道及閥門、法蘭設跨接導線；管道配置無“盲腸”、“氣袋”，管道最高處設放氣閥。

7）脫硫塔進出口管道煙氣溫度、壓力，脫硫塔、雙氧水儲槽、稀酸儲槽液位，雙氧水加入量、脫硫塔補水量、稀酸產量等設在線檢測及相應參數報警設施。

8）由于項目所在地冬季最低氣溫低于0 ℃，雙氧水儲槽、管道及其他部分管道設電伴熱裝置及保溫，電伴熱采用自動控制型自限溫低溫伴熱帶。

9）脫硫副產物為w(H2SO4)20%～25%稀硫酸，可代替部分干吸加水，無其他外排副產物。

10）脫硫塔區域及雙氧水儲存區域設噴淋洗眼器及消防設施。

11）脫硫塔、雙氧水儲存與輸送、副產物處理區域設圍堰，圍堰區域內做耐酸防腐處理。

3.2 設備管道材質選擇

軍用標準GJB 6369—2008《高濃度過氧化氫安全使用要求》規定，與高濃度過氧化氫接觸的容器、管道和閥門主體均應采用與高濃度過氧化氫相容性在二級以上的材料制作，或內襯與高濃度過氧化氫相容性在二級以上的材料。根據材料的相容性和使用情況，該規定將材料分成4級：1級，材料不污染過氧化氫，且材料本身也不受過氧化氫的影響。2級，有輕微影響的材料，如增加過氧化氫的分解速度或使材料生銹。材料允許和過氧化氫接觸的時間由材料表面加工情況決定，比較精細的裝面加工，相容性比較滿意。71 ℃下接觸時間為4 h，在21～22 ℃下接觸時間為1～4周，使用特殊穩定化的過氧化氫時，接觸時間可延長。3級，短時間和過氧化氫接觸，開始強烈反應，引起過氧化氫分解或反之亦然。4級，相互之間產生強烈影響，不能在過氧化氫系統中使用。

常見材料與過氧化氫的相容性等級見表5。

表5 常見材料與過氧化氫的相容性等級

另外，美國Buffalo Electro.Chemical公司將聚氯乙烯與過氧化氫的相容性定位1，聚三氟氯乙烯為1，聚苯乙烯為1，聚乙烯為4。

建議與雙氧水直接接觸的設備及管道材質選用316不銹鋼或（襯）PTFE、ETFE、聚氯乙烯、聚三氟氯乙烯。

4 結論與建議

4.1 設計方面

設計需嚴格按照相關法律法規、標準規范要求，結合當地環境、所用雙氧水濃度情況，充分考慮施工安裝、生產運行維修及可能發生的其他狀況。主要設計注意事項如下：①防火防爆與安全間距；②儲存量與圍堰；③設備管道材質；④壓力檢測與釋放；⑤溫度檢測與超溫噴淋；⑥專用設備、閥門；⑦設備、平臺、管道靜電接地與法蘭跨接；⑧安全淋浴與消防。

4.2 制造及施工安裝方面

1）設備/管道材質符合規定并嚴格檢查，同一設備采用相同牌號焊材焊接，焊縫需均勻飽滿光滑，無缺陷、焓瘤、飛濺、毛刺。

2）襯塑前金屬內表面潔凈狀態符合規定，襯塑材料需進行耐壓、電火花掃描等試驗；每次試驗后及時檢查內襯層是否有起泡或脫落，內襯潔凈、光滑、無雜質，無貫穿性氣泡、無大氣泡，滾塑法蘭邊不允許有縱向大于0.5 mm的劃痕。

3）施工安裝及檢測完成后，投入使用前，雙氧水儲槽、管道等直接與雙氧水接觸的部位需進行去污、除銹、脫油脂、酸洗鈍化、沖洗。

4.3 生產操作維修方面

1）制定并嚴格落實操作、維修人員的崗位制度，所有人員經培訓并考核合格后上崗；制定合理的應急預案，并按期進行演練。

2）雙氧水脫硫區域內嚴禁吸煙，遠離火種、熱源，遠離易燃、可燃物、活性金屬粉末、各類雜物。

3）操作人員穿戴適當個人防護用品，如全封閉呼吸器，氯乙烯防護服，氯丁橡膠手套；巡檢、操作、取樣化驗等工作避免與雙氧水皮膚接觸，若有皮膚直接接觸應立即用大量流動清水沖洗，并就醫。

4）雙氧水裝卸操作應避免潑濺，禁止將受污染的雙氧水回收使用。

5）定期檢查設備、管道、電氣、儀表等系統，記錄任何不正常跡象；發現問題或隱患及時妥善處理。

6）維修前需進行設備與閥門上鎖，相關區域進行隔離（建議視情況分隔離區、防護區、安全區），設置警示標牌，安排警戒人員，檢修人員做好個體防護；作業前分析氧含量、SO2含量等組分濃度，受限空間、動火、高空等危險作業落實作業票制度并按規定程序實施。