三聚氰胺燃氣脫硫改造總結

陳 超

(陽煤豐喜(肥業)集團有限責任公司臨猗分公司， 山西運城 044100)

陽煤豐喜(肥業)集團有限責任公司臨猗分公司一期三聚氰胺裝置始建于2016年7月，于2017年10月投產，生產能力為5萬t/a，采取加壓氣相淬冷法工藝。三聚氰胺裝置中，熔鹽爐所用燃氣來源除氫回收的解吸氣外，還有合成氨系統氫回收裝置中的高閃氣回收氣以及3#合成氨裝置壓縮一段出口的煤氣。其中高閃氣回收氣與煤氣中的硫化氫(H2S)質量濃度為50～100 mg/m3，此部分H2S導致熔鹽爐產生的高溫煙氣中二氧化硫(SO2)的質量濃度為2 000 mg/m3，超出DB 14/1703—2019 《燃煤電廠大氣污染物排放標準》中35 mg/m3的要求[1]。在目前嚴峻的環保形勢下，對三聚氰胺的煙氣進行脫硫十分必要。

1 改造方案

為滿足高效率、低成本的要求，經現場勘察，提出在燃氣緩沖罐之前增加栲膠脫硫和活性炭脫硫環節，使燃氣在進熔鹽爐燃燒之前處于無硫或低硫狀態，以此降低煙氣中SO2的質量濃度。采用濕法脫硫中的栲膠脫硫和干法脫硫中的活性炭脫硫技術，對進入熔鹽爐的燃氣進行脫硫，處理量為3 000 m3/h,脫硫液循環量為30～40 m3/h，活性炭體積為10 m3。

對該方案的成熟性、可靠性進行分析后發現：

(1) 栲膠法脫硫是半水煤氣濕法脫硫中最常用的方法，栲膠價格低廉，其本身是良好的釩絡合劑；吸收H2S效果與蒽醌二磺酸鈉鹽(ADA)相近，且不容易堵塞填料塔，技術成熟、可靠。

(2) 活性炭脫硫是干法脫硫最常用的方法之一，利用活性炭表面的催化作用和工藝氣中微量的氧，將H2S氧化為單質硫并吸附在活性炭表面。

(3) 將栲膠脫硫與活性炭脫硫串聯操作，利用氣液傳質，脫除大部份的H2S，再利用活性炭脫硫作為把關的手段，進行高效吸附，確保H2S的脫除。

2 關鍵技術

2.1 栲膠脫硫原理

將栲膠、五氧化二釩、純堿倒入制液槽，經攪拌后，用蒸汽加熱0.5 h后通空氣，完成脫硫液制備。脫硫液與煤氣逆流接觸，進行傳質，煤氣中的H2S被純堿吸收，以硫氫化鈉(NaHS)形式進入液相中。吸收了H2S的脫硫液由貧液變為富液，吸收能力下降；而脫硫液中的栲膠、五氧化二礬、空氣通過氧化，將富液中的硫氫根(HS-)氧化為單質硫，使脫硫液由富液變為貧液，重新具備吸收H2S的能力，如此循環。栲膠中因羥基能與四價釩離子生成可溶性絡合物，能防止“釩—氧—硫”的沉淀，從而降低釩耗，因此溶液中不需要添加螯和劑。脫硫過程中，丹寧類物質將逐漸水解為分子質量較低的物質，這些酚類降解物質同樣具有脫除H2S的能力。丹寧含量下降時，堿性氧化法栲膠脫硫液仍能保持有較高的脫硫效率；栲膠法脫硫所得的硫膏顆粒大而疏松、黏性低，容易被浮選回收，故不易產生堵塔現象； 栲膠法脫硫工藝成熟且易掌握，對設備無腐蝕[2]。

2.2 活性炭脫硫原理

活性炭的脫硫并非直接吸收，而是在活性炭表面的催化劑作用下，氣體中的H2S與工藝氣中微量氧發生反應，屬于催化氧化脫硫。

活性炭脫硫過程為：首先活性炭表面化學吸附氧；其次氣體中的H2S分子碰撞活性表面，與化學吸附的氧發生化學反應，生成的硫黃分子可沉積在活性炭的空隙中[3]。

3 工藝技術

3.1 工藝流程

本次脫硫方案采取栲膠脫硫串聯活性炭脫硫，工藝流程見圖1。

圖1 工藝流程圖

從3#合成氨裝置凈化車間過來的脫硫液(體積流量為30 m3/h)與壓縮一出過來的煤氣以及高閃氣回收氣在脫硫塔內逆流接觸。煤氣從脫硫塔底部進入，通過填料與自上而下的脫硫液進行傳質，完成對H2S的脫除;氣體從脫硫塔頂端出，脫硫后富液經過液位自調閥組，通過泵加壓送至3#凈化填料塔富液槽進行再生。

脫硫塔頂部出來的氣體，從活性炭脫硫槽底部進入，在脫硫槽下部進行空間分離后，經過活性炭層，完成對殘余H2S的吸附。之后氣體從活性炭槽頂部出，通過煤氣過濾器，進入燃氣緩沖罐。

3.2 技術論證

(1) 煤氣中H2S質量濃度為50～100 mg/m3，氣體體積流量為2 500～3 000 m3/h，則煤氣中H2S質量流量為0.3 kg/h。 脫硫塔循環量為30 m3/h，硫質量濃度為50 mg/L，則可脫H2S質量流量為1.5 kg/h。可脫H2S質量流量大于煤氣中H2S質量流量，可滿足硫循環量要求。

(2) 假設燃氣經過脫硫塔后，氣體體積流量為3 000 m3/h，其中H2S質量濃度仍有10 mg/m3，則每年(按8 000 h計算)產生的H2S質量為0.24 t。活性炭槽中裝填有10 m3的T103活性炭，其堆積密度為0.6 t/m3，硫容為16%[4]，則可吸附H2S的質量為0.96 t。由于可吸附H2S質量是產生的H2S質量的4倍，理論上，裝填量為10 m3的T103活性炭使用時長為4 a。考慮到氣量較小以及活性炭槽主要處理進口H2S質量濃度較低的情況，使用時長至少為2 a。

3.3 控制工藝指標及設備

控制工藝指標及設備情況見表1和表2。

表1 控制工藝指標

表2 主要設備一覽表

4 項目投資及運行效果

本項目新購置了10 m3的T103活性炭和脫硫液相管線，其余設備及管材均利舊，加上土建和施工費用，項目總投資為32萬元。

2019年11月三聚氰胺裝置停車，在置換合格后，將預制好的燃氣脫硫模塊并入總系統，結果表明：脫硫循環量控制在20 m3/h，在活性炭槽進口取氣分析，H2S質量濃度為3.4 mg/m3；在活性炭槽后取氣分析，H2S質量濃度為0，高溫煙氣中SO2質量濃度為0，達到預期效果。

5 結語

該項目可解決三聚氰胺熔鹽爐煙氣中SO2超標排放的問題，減輕周邊環境污染，對于當地環境的保護產生不可估量的效益。