有機胺脫硫工藝中脫鹽系統的優化

匡順根

（江西銅業集團公司貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

有機胺脫硫工藝主要用于吸收環集煙氣中的SO2，以實現煙氣中SO2達標排放。有機胺液的品質決定了吸收煙氣中SO2的能力，通過對有機胺液脫鹽系統的運行實踐，找出問題，進行優化，實現了有機胺液脫鹽系統的平穩運行，保證了有機胺脫硫工藝中有機胺液的品質，確保環保達標排放。

1 概 述

江西銅業集團公司貴溪冶煉廠熔煉車間工序中產生SO2濃度約為1 000 mg/m3的環集煙氣，排放物中SO2污染物是國家環境保護的重點監管指標之一，2010年國家頒布了《GB25467-2010銅、鎳、鈷工業污染物排放標準》［1］，SO2排放濃度限值為400 mg/m3，對SO2排放濃度的要求越來越嚴。目前該廠熔煉車間2套環集煙氣脫硫裝置均采用了有機胺脫硫技術。有機胺脫硫技術是一種新型的再生型SO2分離技術，相比于前期使用的活性焦脫硫工序，該技術具有脫硫效率高、吸收劑可以再生、不產生二次污染等優點。有機胺脫硫工藝流程如圖1所示。

有機胺脫硫工藝脫硫機理如下：

SO2+H2O H++HSO-3（1）H++R RH+（2）總反應式：R+SO2+H2O RH++HSO-3（3）

上式中R代表有機胺脫硫劑，（3）式是可逆反應，低溫下反應（3）從左向右進行，高溫下反應（3）從右向左進行。循環吸收法正是利用此原理，在低溫下吸收二氧化硫，高溫下將吸收劑中的二氧化硫再生出來，從而達到脫除和回收煙氣中SO2的目的［2］。

該工藝中有機胺凈化工序設置胺液過濾器、活性炭吸附器、陰離子樹脂交換柱和冷凍結晶，脫除有機胺循環液中的各類雜質，見表1。

表1 胺液凈化系統除雜對應表

該廠二系統有機胺脫硫工藝自投入使用以來，初期使用冷凍結晶系統脫除陰離子，冷凍結晶系統電力設備多，維護成本大，電耗高，每個周期需工藝人員至現場啟停設備，更換料袋以容納鈉鹽（每周期4袋鈉鹽，每天約1.5個周期），并配合叉車運輸鈉鹽，鈉鹽只能在室內堆放，占據空間大。陰離子樹脂交換柱脫鹽系統設備少、維護成本少、電耗低，自動運行，無需人員現場啟停設備，節約了人力電耗。

陰離子樹脂交換柱脫鹽系統運行步驟如下：

1.貧液脫鹽（下進上出）：陰離子交換器以25～40 m3/h流速進有機胺液，流出液進貧液槽，pH＜貧液pH+0.1、進液時間到、貧液槽液位≤900 mm三個條件任一滿足時，停止進有機胺液，排空系統內有機胺液（耗時1.3 h）。

圖1 有機胺脫硫工藝流程示意圖

2.脫鹽循環洗（上進下出）：用回收槽內的回收液以30 m3/h流速清洗樹脂，初步回收有機胺液，初期流出液進貧液槽，后期流出液進回收槽，結束清洗后，排空陰離子交換器內液體。

3.脫鹽純水洗（上進下出）：用純水循環槽內的純水以30 m3/h流速清洗樹脂，進一步回收有機胺液，流出液進貧液槽，結束清洗后，排空陰離子交換器內液體。

4.稀堿洗（下進上出）：用2%～4%NaOH，以10 m3/h的流速再生陰離子樹脂，流出液送至廢水處理系統，浸泡一段時間后，排凈系統內液體（耗時1 h）。

5.稀堿配置（濃堿與純水進入稀堿槽）：用32%NaOH與純水按照一定比例配比成2%～4%NaOH，為下一步稀堿洗做準備。

6.純水洗（正洗上進下出，反洗下進上出）：用純水循環槽內的純水以30 m3/h流速清洗樹脂，清洗樹脂內的NaOH，減少交換器內NaOH的殘留，流出液送至廢水處理系統，當流出液pH＜8.0或者達到設定次數，停止進純水，排盡系統內液體（3～5次，耗時3～5 h）。

7.系統復位，做好投入下一周期運行的準備。

2 有機胺液脫鹽系統現狀分析

陰離子樹脂交換柱脫鹽系統運行初期，由于脫鹽能力不足，導致SO2-4濃度長期處于高位，影響有機胺液吸收SO2效果，導致外排煙氣SO2濃度較高，不利于環保控制。造成陰離子樹脂交換柱脫鹽系統脫鹽能力不足的原因如下：

1.濃堿槽液位高時濃堿自流進入稀堿槽。有機胺脫硫時，濃堿用于樹脂再生以及冷凍結晶工序，濃堿由堿罐車運輸，通過濃堿泵打入濃堿槽，現場液位計最高液位顯示為2 500 mm，出液管最高液位為2 850 mm，堿罐車不好跟蹤液位，每次加濃堿超過2 850 mm液位時濃堿將自流進入稀堿槽，導致稀堿濃度過高，降低樹脂使用壽命，增加了純水洗時間。

2.陰離子交換器樹脂泄漏量大。陰離子樹脂交換柱脫鹽程序運行時，大量的樹脂從陰離子交換器泄漏至過濾器，堵塞過濾器，造成過濾器排液不暢發生泄漏，導致陰離子樹脂交換柱脫鹽程序無法正常運行。同時，陰離子交換器內大量樹脂泄漏出去，脫鹽效果不佳，有機胺液中濃度無法降低，胺液吸收SO2效果變差，最終導致尾排上升。

3.排液不暢。陰離子樹脂交換柱脫鹽系統每個步驟都涉及到排液，排液量的大小決定了脫鹽程序的日平均運行次數，最終影響了脫鹽效率。陰離子樹脂交換柱脫鹽程序中排液管道設置兩臺過濾器，運行中發現排液過濾器過濾孔隙過小，出液困難。

3 改進措施

1.加高濃堿槽入稀堿槽管道高度。設計初期，濃堿槽入稀堿槽水平進液管道高度低于濃堿槽高度，一旦濃堿槽液位高于2 850 mm時，濃堿將自流進入稀堿槽，濃堿浪費，同時稀堿濃度過高，破環樹脂屬性，降低樹脂使用壽命，影響脫鹽效率。將濃堿槽入稀堿槽水平管道增加高度，高于濃堿槽高度，防止濃堿自流入稀堿槽。

2.更換陰離子交換器下部濾水帽。陰離子交換器下部濾水帽，原使用的是較為柔軟的塑料濾水帽，過濾間隙過大，受介質、溫度等影響，容易發生變型老化，改為過濾間隙遠低于樹脂最小直徑的316L材質不銹鋼濾水帽，防止樹脂流失。

3.更換陰離子交換器上部出液管。檢修過程中發現陰離子交換器上部出液管中最大的一條管縫超過0.75 mm，遠大于樹脂顆粒最小直徑0.325 mm，造成樹脂泄漏的。更換為過濾孔徑低于最小樹脂直徑的自制出液管，杜絕陰離子交換器內樹脂泄漏。

4.過濾器管徑改大。將陰離子交換器排液管道上過濾器管徑由DN40改為DN80，增大排液面積，節約排液時間，增加脫鹽頻次，提高脫鹽效率。

5.調整脫鹽程序。純水洗步驟是脫鹽工序中耗時最長的，當脫鹽廢水pH≤8且電導率≤20μs/cm時，步驟結束。實際運行中設置的5次循環后脫鹽廢水pH值在11左右，針對該問題進行分析，決定從堿液用量及純水洗效果兩方面進行改進：（1）增加正洗、反洗的風干時間，確保風干后陰離子交換器內液體排盡，循環次數由5次改為3次，純水洗效果更佳；（2）減少稀堿洗過程中的稀堿用量，防止稀堿使用過量導致終點判定延后。改進后，純水洗步驟耗時明顯減少，增加了脫鹽程序日均運行頻次。

4 改進效果

改進后，各項運行參數的前后對比見表2。

表2 改造前后各參數對比表

從近一年的使用來看，脫鹽貧液循環量由11 m3/h提高到了35 m3/h，很明顯提高了陰離子樹脂交換柱的處理能力，同時，有機胺液中SO24-濃度由110 g/L降到了70 g/L，提高了脫鹽實效，進而提高了有機胺液對SO2的吸收效率，脫硫尾排濃度由200 m3/h降低到了80 m3/h，提高了脫硫效率；通過將濃堿罐入稀堿罐水平管道的加高，有效遏制了濃堿的浪費，降低了運行成本；通過加大過濾器管徑，增加了排液面積，縮短了排液時間，進而降低了脫鹽周期，提高了陰離子樹脂交換柱脫鹽程序的日均運行次數，脫鹽效率得到了提高；NaOH溶液合理使用，避免了浪費，減少了沖洗過量NaOH的純水用量，純水洗次數的合理調整減少了廢水排放。優化后的工序起到了降本增效減排的作用。

通過改進，一天可節約濃堿用量0.4 t，一年節約用量約為146 t，一噸濃堿價格約為2 400元，一年節約費用約為35.04萬元，具有可觀的經濟效益。

5 結 語

通過對陰離子樹脂交換柱脫鹽系統的改造及脫鹽程序的優化，提高了脫鹽系統的處理能力，提高了脫鹽頻次，有效脫除了胺液中SO2-4等陰離子，確保了有機胺液對SO2的吸收效果，進而提高了脫硫效率，保證了尾排達標排放，防止了大氣污染。

目前該廠熔煉車間的兩套有機胺脫硫裝置運行平穩，可實現環集煙氣SO2低濃度排放（SO2濃度小時平均值小于100 mg/m3），同時再生出來的高濃度SO2返回制酸系統，在節能減排的同時，也實現了經濟的可持續發展，為企業創造了環境效益和經濟效益［3］。