雙堿法脫硫技術(shù)在生產(chǎn)中的應(yīng)用進(jìn)展

史紅軍

(河南神馬尼龍化工有限責(zé)任公司 ,河南平頂山 467013)

煤炭作為我國(guó)的主要能源,占一次能源的75%。84%的煤炭利用方式是燃燒,產(chǎn)生的 SO2氣體成為大氣污染的重要組成,造成嚴(yán)重的酸雨污染,給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活帶來(lái)極大危害。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會(huì)進(jìn)步和人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng),工業(yè)煙氣脫除 SO2日益受到重視。雙堿法脫硫技術(shù)符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)要求,沒有二次污染,適合中國(guó)國(guó)情,其推廣應(yīng)用可為企業(yè)和社會(huì)帶來(lái)顯著的環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益。

1 煙氣濕法脫硫的簡(jiǎn)介與比較

鍋爐脫硫方法多種多樣,但煙氣脫硫 (FGD)是世界上唯一大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用的,最有效的脫硫方法。而這其中濕法脫硫又是效率最高的。由于濕法脫硫具有很多優(yōu)點(diǎn),使得它在世界脫硫工藝中具有很重要的位置。據(jù)統(tǒng)計(jì),全世界脫硫運(yùn)行設(shè)備中,濕法脫硫占到了 90%以上,對(duì)于濕法脫硫,按脫硫劑的不同,應(yīng)用較多的主要有石灰 (石灰石)法、鈉堿法、氨法、雙堿法等。

1.1 石灰 (石灰石)法脫硫

石灰 (石灰石)法是一種低成本、高效率的脫硫方法,但由于石灰 (石灰石)難溶于水,與 SO2反應(yīng)過程較慢,在脫硫中需要極大的持液量,當(dāng)要求達(dá)到90%以上的效率時(shí),其氣液比至少需達(dá)到 8以上,導(dǎo)致設(shè)備運(yùn)行成本增加和能源的大量消耗。

由于常規(guī)的石灰 (石灰石)法投資及運(yùn)行費(fèi)用一般廠家無(wú)法忍受,所以在我國(guó)的中小型鍋爐采用的都是簡(jiǎn)易的石灰法,省去了常規(guī)石灰法中的一部分設(shè)備,這樣的石灰法脫硫效率相對(duì)有所下降,一般不會(huì)超過 80%,另外易出現(xiàn)結(jié)垢現(xiàn)象,影響了設(shè)備的正常運(yùn)行,甚至堵塞設(shè)備,導(dǎo)致鍋爐停運(yùn)。

1.2 鈉堿法脫硫

鈉堿法是一種高效率的脫硫方法,同時(shí)還具有反應(yīng)速度快、氣液比小等優(yōu)勢(shì),但是由于鈉堿價(jià)格比較昂貴,市場(chǎng)價(jià)格是生石灰的 10倍以上,用在小型供熱鍋爐還差不多,對(duì)于大企業(yè)長(zhǎng)期生產(chǎn),則大規(guī)模使用提高脫硫效率,據(jù)測(cè)算,這種方法的成本較雙堿法高出 5～8倍。

1.3 氨法脫硫

氨法脫硫與鈉堿法一樣具有許多優(yōu)點(diǎn),但價(jià)格同樣高,市場(chǎng)上液氨在 3 000元 /t以上,是石灰的 30倍以上,同時(shí)液氨需要壓力容器運(yùn)輸,大規(guī)模應(yīng)用時(shí),極為不便。在諸多氨法脫硫中,所用脫硫劑一般為 5%氨水,雖然價(jià)格不高,但因含量低,用量非常大,總成本依舊很高,脫硫產(chǎn)物中 NH3HSO3也絕難產(chǎn)生,需耗相當(dāng)大的投資,風(fēng)險(xiǎn)相當(dāng)大,全國(guó)各地沒有幾家能完善此套系統(tǒng),故不宜采納。

1.4 雙堿法脫硫

雙堿法,即直接參與吸收塔內(nèi)脫硫反應(yīng)的是溶解度高,反應(yīng)速度快的 NaOH,但其生成物 Na2SO3和 NaHSO3又通過苛化反應(yīng),再生成 NaOH,因此最終消耗的是廉價(jià)的石灰。脫硫濕式雙堿法是一種低成本、高效率的脫硫方法。在本工藝中,由于消耗的是石灰,與使用價(jià)格高出幾倍的氧化鎂、氨水相比,運(yùn)行成本大大降低,同時(shí)由于直接發(fā)生反應(yīng)的是NaOH,從而提高了反應(yīng)速度與效率,大大減少了持液量,且運(yùn)行中不會(huì)出現(xiàn)堵塞、結(jié)垢等現(xiàn)象。

表1 幾種脫硫方法的比較

2 濕式雙堿法脫硫概述

2.1 雙堿法脫硫原理

脫硫過程:

再生過程:

2.2 雙堿法脫硫的特點(diǎn)

鍋爐煙氣中 SO2的脫除是在筒形反應(yīng)器中,以含NaOH的循環(huán)水為吸收劑,根據(jù)煙氣中 SO2含量及反應(yīng)器通過特殊的大孔徑噴頭,使吸收劑霧化,煙氣和霧化后的吸收劑在反應(yīng)板上充分混合、接觸,SO2和 NaOH發(fā)生化學(xué)反應(yīng),生成易溶于水的NaSO3和 NaSO4,反應(yīng)后吸收水經(jīng)苛化池加石灰乳苛化,生成 NaOH和 CaSO3,CaSO3與吸收水經(jīng)分離設(shè)備分離后運(yùn)走拋棄,吸收后則用于循環(huán)吸收。工藝中雖然脫硫設(shè)備內(nèi)直接反應(yīng)物是易溶、強(qiáng)堿性、反應(yīng)速度快的 NaOH,但整個(gè)流程中消耗的是價(jià)廉易得的石灰,即降低運(yùn)行成本,又保證了脫硫效率。

2.3 雙堿法脫硫的工藝流程

圖1 雙堿法脫硫的工藝流程

3 雙堿法脫硫技術(shù)的實(shí)施

3.1 吸收設(shè)備

除脫硫工藝的選擇外,設(shè)備的主吸收塔采用的是傳質(zhì)性能好、脫硫效率高的篩板塔,采用無(wú)溢流篩板的開孔率較高,開孔直徑設(shè)置為 25 mm,開孔數(shù)為一萬(wàn)多個(gè),當(dāng)煙氣通過時(shí),分散均勻,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于一般旋流板,煙氣通過時(shí),對(duì)板上產(chǎn)生強(qiáng)烈的撕裂和沖激,形成幾十厘米高的流化層,多次霧化,水滴與煙氣的接觸面積大大增加,因此,脫硫效果更佳。同時(shí)由于提高了傳質(zhì)效率,降低了氣、液比,所以也相對(duì)降低了運(yùn)行費(fèi)用。

3.2 脫硫劑的加入

由于雙堿法的脫硫工藝的脫硫劑有生石灰和NaOH兩種,都儲(chǔ)藏于罐中,生石灰可通過螺旋給料機(jī)根據(jù)循環(huán)水 pH值,或者煙氣中 SO2含量,直接調(diào)節(jié)加入量,pH計(jì)則采用在線 pH值監(jiān)測(cè)儀。生石灰在石灰乳生成池中熟化成 10%石灰乳后加苛入化池中。NaOH經(jīng)稀釋后加入循環(huán)池。

3.3 循環(huán)水

為提高脫硫劑的利用率,循環(huán)水基本作內(nèi)部循環(huán),只引出 20%～30%去苛化,對(duì)于苛化后富含脫硫產(chǎn)物的循環(huán)水通過濃縮過濾方式過濾后進(jìn)行處理。這樣不會(huì)造成二次污染,有利凈化環(huán)境,大大降低了運(yùn)行成本。

3.4 脫硫產(chǎn)物的處理

雙堿法的脫硫工藝中 Na2SO3及 NaHSO3為脫硫中間產(chǎn)物,通過苛化反應(yīng)后可再生成 NaOH,因此不需處理,最終產(chǎn)物為 CaSO3·(1/2H2O)及混雜的少量氧化物 CaSO3·2H2O,所以可采用拋棄法。

循環(huán)池中的吸收水,通過溢流溝,回流適宜量至苛化池。在苛化池內(nèi),加入石灰乳,發(fā)生苛化反應(yīng),NaOH再次生成,最終脫硫產(chǎn)物 CaSO3·(1/2H2O)和 CaSO3·2H2O也生成結(jié)晶,再生后的吸收水經(jīng)過濾后,濃縮后的脫硫產(chǎn)物的清液返回循環(huán)池。

3.5 脫硫的控制系統(tǒng)

采用 PLC自動(dòng)控制系統(tǒng),通過通訊線與 DCS相連將運(yùn)行中的狀態(tài)數(shù)據(jù)傳輸?shù)?DCS,在 DCS的操作臺(tái)上,對(duì)脫硫系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控,本系統(tǒng)電氣設(shè)備控制,可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)就地控制。

4 結(jié)論

綜上所述,雙堿法脫硫技術(shù)脫硫效率高,系統(tǒng)運(yùn)行可靠性高,投資費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用低,適用范圍廣,比較適合各種規(guī)模的鍋爐煙氣和工業(yè)窯爐煙氣脫硫治理,應(yīng)在化工生產(chǎn)中大力推廣雙堿法脫硫技術(shù)。