提高有機胺脫硫效率的生產實踐

張振宇

（江西銅業股份有限公司貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

1 引言

有機胺脫硫工藝是目前國內較先進的脫硫技術［1-2］，它利用有機胺液對SO2氣體具有良好的吸收和解吸能力，在低溫下吸收SO2，在減壓高溫條件下將吸收的SO2再生出來，從而達到脫除和回收煙氣中SO2的目的［3-4］。由于火法冶煉環集煙氣中存在含塵高、含酸高、煙氣量及SO2濃度波動大等問題，導致脫硫尾排波動較大，脫硫效率降低。為實現脫硫尾排超低排放，熔煉車間在生產實踐中通過技術創新和優化生產過程控制來提高脫硫效率。

2 生產現狀

貴溪冶煉廠熔煉車間一系統環集脫硫系統的最大煙氣處理能力為700000 Nm3/h，處理的煙氣主要包括閃速爐銅渣口和包廂環集煙氣以及轉爐、陽極爐爐口環集煙氣。在生產過程中，由于環集煙氣含塵、含酸高，轉爐開停風、進出料期間煙氣量和煙氣中SO2濃度較高，雜質元素在脫硫液中不斷富集等因素影響，導致脫硫尾排升高，脫硫效率降低。表1為熔煉車間一系統環集煙氣的主要參數。

表1 煙氣參數表

3 提高脫硫效率的措施

熔煉車間生產實踐表明，提高脫硫效率的可行措施有：對環集煙氣進行凈化處理［5］，保持有機胺濃度、溫度適宜，提高再生效果，降低有機胺液內雜質含量，優化過程控制。

3.1 環集煙氣凈化處理

環集煙氣中含有的三氧化硫、水分進入脫硫系統后會對離子液造成污染，影響有機胺系統的高效運行。生產過程中主要采取以下措施去除環集煙氣中的三氧化硫和水分。

（1）自動除酸霧脫濕技術。在環集煙氣進入布袋收塵器前，采用負壓自吸式自動噴入石灰粉。利用石灰吸潮吸酸的特性，達到去除環集煙氣中的三氧化硫及水分的目的，解決了布袋潮濕粘結和酸性腐蝕的問題。如圖1所示。

圖1 煙氣處理預噴涂

（2）高效噴淋凈化技術。在環集煙氣進入脫硫塔前增加噴淋凈化工序。即在入塔煙道垂直段設置洗滌噴嘴（圖2），通過噴淋洗滌水達到降溫、除塵、除酸霧的目的。

圖2 霧化噴嘴

洗滌段自下而上為煙氣分布器、填料段、空噴層、折流板式捕沫器。經過噴淋后的煙氣通過折流板式捕沫器去除煙氣中夾帶的較小液滴，從而減少酸霧進入吸收段的機會。預處理后煙氣溫度降至35℃左右，酸霧及塵含量得到進一步控制。

3.2 控制有機胺濃度在適宜范圍

表2是熔煉一系統2020年1—4月的脫硫生產報表。由表2可知，有機胺濃度越高，脫硫效率越好。兼顧成本效率，有機胺濃度在130 mg/Nm3以上即可，既能保證脫硫液對SO2有良好的吸收效果，又能保證脫硫效率達到93%以上。

表2 有機胺濃度對脫硫效率影響分析

3.3 控制有機胺貧液溫度在合適范圍

生產實踐證明,有機胺貧液溫度在30～40℃之間對SO2的吸收效果最佳。溫度過高會導致脫硫液磺化，從而降低有機胺吸收性能。貧液溫度受季節影響較大，一般夏秋季脫硫效率會略低于冬季的脫硫效率。目前，主要是通過調節再生塔蒸汽用量，將再生后貧液溫度控制在100～101℃，并通過對脫硫循環水冷卻系統進行優化改造，貧液冷卻器加裝Y型過濾器等措施，將貧液上塔溫度控制在30～40℃。

3.4 提高再生效果

（1）應用智能蒸汽控制技術。有機胺液再生主要是通過蒸汽加熱富液。隨著溫度上升，富液中SO2大部分解吸，從而達到再生效果。生產過程中由于蒸汽壓力或溫度波動會造成溶液過熱，蒸汽消耗增加。在蒸汽進入再沸器前增設一套全自動化的蒸汽減溫減壓控制系統（如圖3），可實現在不同富液流量下，將蒸汽始終維持在最優的溫度與壓力值狀態，從而大大減少蒸汽的消耗。

圖3 智能氣液分離器

如圖4所示，改造后蒸汽流量的波動明顯變小且蒸汽消耗較改造前每小時節約2t左右。不僅提高了富液再生效果，而且節約了生產成本。

圖4 改造前后蒸汽流量對比圖

（2）優化再沸器循環方式。原有再沸器循環方式為“虹吸式”，循環效率低，換熱效果不高。為了進一步提高再沸器的換熱效率，將再沸器和再生塔的相對位置進行調整，如圖5所示，使循環方式由虹吸式變為強制循環式，極大地提高了再沸器的換熱效率，減少了蒸汽消耗。優化后的循環方式對蒸汽品質要求較高，蒸汽的品質與耗量直接決定著解吸效率。熔煉一系統脫硫再沸器循環方式優化后的解吸效果分析如表3所示。

表3 離子液強制循環解吸效果

圖5 再沸器與再生塔位置改造圖

（3）有機胺液循環量串級控制。環集煙氣量和SO2濃度在生產過程中會不斷變化，因此貧液上塔量也需不斷變化。為了實現最佳的脫硫效果，貴冶研發了脫硫液循環量串級控制模型。循環量串級控制模型根據環集煙氣量、出入口SO2濃度變化自動調整有機胺循環量，在實現脫硫尾排超低排放的前提下，最優控制循環量，減少蒸汽消耗。

（4）改進再生塔SO2解吸方式。常規有機胺脫硫采用常壓再生解吸，解吸溫度為100℃。利用硫酸動力波負壓進行再生解吸，胺液解吸溫度可降低至97℃，提高了再沸器內蒸汽與貧液換熱效率，同時負壓解吸能夠避免SO2外逸造成環境污染。

3.5 有機胺液凈化

環集煙氣中含有少量油、粉塵、三氧化硫、氯、氟等物質。在吸收過程中，粉塵、油會進入有機胺液中，而三氧化硫、氯、氟等雜質會與有機胺液發生副反應生成硫酸鹽等物質，這些化合物會和有機胺液進一步反應生成不能再生的熱穩性鹽。隨著熱穩性鹽的不斷富集會引起有機胺液起泡，導致吸收SO2的能力下降。生產過程中為了防止有機胺液性能下降，采取以下措施凈化有機胺液。

（1）根據有機胺液化驗成分，調整陰離子脫鹽間隔時間，有效去除系統內富集的SO42-、Cl-。（2）通過在貧液冷卻器至脫鹽管線上安裝活性碳吸附器，除去脫硫液中的油類。

（3）應用冷凍結晶技術除Na+及SO42-。生產中通過冷凍機組降低有機胺液溫度，從而使溶液過飽和析出硫酸鈉，再通過離心機實現固液分離，在硫酸鈉結晶析出的同時，其他相同性質的硫酸鹽也會析出，生成芒硝。凈化后的脫硫液返回系統內，從而將系統內富集的Na+及SO42-脫出，提高有機胺液的吸收性能。熔煉一系統脫硫液凈化效果分析如表4所示。

表4 離子液凈化效果 g/L

3.6 優化過程控制，建立環集能力自動控制模型

熔煉車間一系統環集脫硫有30個環集吸風口，且各個工序對環集負壓需求不同，環集閥門控制不夠智能。為此，貴冶開發了環集能力自動調節模型，根據閃速爐、轉爐、陽極爐的環集負壓需求量實時跟蹤調整，保證環集能力的最優化。

針對轉爐進S期料時，環集煙氣中SO2濃度高導致尾排升高的現象，一方面通過在轉爐進S1期料時利用硫酸主系統抽煙氣來降低進入環集系統的煙氣量，另一方面通過加強閃速爐與轉爐之間的溝通協調，在轉爐進料前閃速爐提前加大有機胺液循環量，增加對SO2濃度波峰的吸收。此外，通過規范行車標準化作業，可有效降低進料時環集煙氣量波動，從而實現脫硫尾排SO2濃度超低排放。

4 結論

貴冶通過長期的生產實踐摸索，對環集煙氣進行凈化處理和控制有機胺濃度及貧液溫度在適宜范圍內，以及提高再生效果、凈化有機胺液、優化過程控制等一系列措施，將脫硫尾排SO2濃度維持在100 mg/Nm3以下，遠低于國家排放標準，并具有運行成本較低，環保指標佳的行業技術競爭優勢。