離子液脫硫技術(shù)的生產(chǎn)實(shí)踐及技術(shù)優(yōu)化

陳 鵬

(巴彥淖爾紫金有色金屬有限公司， 內(nèi)蒙古 巴彥淖爾 015543)

離子液脫硫技術(shù)的生產(chǎn)實(shí)踐及技術(shù)優(yōu)化

陳 鵬

(巴彥淖爾紫金有色金屬有限公司， 內(nèi)蒙古 巴彥淖爾 015543)

簡(jiǎn)述了巴彥淖爾紫金有色金屬有限公司采用離子液尾氣脫硫技術(shù)治理硫酸尾氣，介紹了該技術(shù)近幾年的運(yùn)行狀況、存在的問題及改造后的效果。

離子液; 尾氣治理; 技術(shù)優(yōu)化

冶金行業(yè)一直是國(guó)家重污染和高能耗行業(yè)，特別是含有硫酸尾氣排放的冶煉企業(yè)更是國(guó)家環(huán)保部門重點(diǎn)監(jiān)控的企業(yè)，隨著國(guó)家環(huán)保政策的日趨緊縮，2010年12月國(guó)家最新頒布的《硫酸工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，將SO2排放濃度限額由原來的960 mg/m3降低到400 mg/m3以下，針對(duì)按原標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的冶煉廠，其低濃度二氧化硫煙氣的治理已勢(shì)在必行。

煙氣脫硫技術(shù)可分為三類：濕法、干法、半干法，三類脫硫技術(shù)中濕法煙氣脫硫技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)用范圍最廣，是目前行業(yè)內(nèi)的主要工藝。干法脫硫技術(shù)主要有碳酸鹽法、活性炭法、金屬氧化物法等，濕法主要有石灰石法、Wellman-Lord法、液氨法、稀酸法等，但這些濕法工藝共同的缺點(diǎn)是都屬于非再生工藝，脫硫后產(chǎn)出大量的副產(chǎn)品，如利用鈣質(zhì)物料的將產(chǎn)出石膏渣，其它材質(zhì)都有相應(yīng)的渣類，而這些渣類的處理又會(huì)帶來新的問題。因此，開發(fā)符合我國(guó)國(guó)情的脫硫技術(shù)迫在眉睫，離子液循環(huán)吸收二氧化硫尾氣工藝具有吸收劑再生性，回收的二氧化硫尾氣可以返回制酸或者制備液態(tài)二氧化硫產(chǎn)品，此工藝脫硫效率高，達(dá)到95%以上。

1 離子液脫硫技術(shù)的工藝原理及設(shè)備

1.1 離子液脫硫技術(shù)原理

離子液對(duì)SO2具有很好的吸收和再解吸能力，反應(yīng)原理如下：

(1)

R+H+→RH+

(2)

式中R代表吸收劑，總的反應(yīng)為：

(3)

離子液吸收劑對(duì)二氧化硫氣體具有很好的吸收和再解吸能力，在較低溫度下能吸收二氧化硫氣體，在較高的溫度下，可將離子液中的二氧化硫再生出來，即達(dá)到了脫除、回收二氧化硫的目的，極大地降低了運(yùn)行成本。

1.2 離子液循環(huán)吸收法脫硫工藝原理

離子液脫硫工藝原理見圖1。

1-吸收塔；2-再生塔；3-富液泵；4-貧/富液換熱器；5-再沸器；6-冷凝器；7-返回泵；8-氣液分離器；9-貧液泵；10-貧液冷卻器；11-吸附槽；12-過濾器；13-凈化裝置

從圖1可以看出，該工藝系統(tǒng)主要包括四個(gè)工序：煙氣系統(tǒng)、離子液吸收系統(tǒng)、離子液吸收劑凈化系統(tǒng)、工藝水供給系統(tǒng)、離子液再生與返回系統(tǒng)等。

其中離子液吸收系統(tǒng)是煙氣脫硫工程的核心部分，包括吸收塔、離子液富液泵、再生離子液泵、換熱器、冷卻器等。巴彥淖爾紫金有色金屬有限公司硫酸尾氣從二吸塔排放后，正常情況下有10～20 kPa的壓力，完全滿足本系統(tǒng)所需壓力(～5.5 kPa)，因此不需要額外增加風(fēng)機(jī)，煙氣從吸收塔下面進(jìn)入與從頂部噴淋的離子液吸收劑逆流接觸快速反應(yīng)，達(dá)標(biāo)的煙氣排放。

2 投產(chǎn)運(yùn)行情況及存在的問題

2.1 投產(chǎn)運(yùn)行情況

巴彥淖爾紫金有色金屬有限公司是國(guó)內(nèi)六大鋅冶煉生產(chǎn)企業(yè)之一，內(nèi)蒙古重點(diǎn)工業(yè)企業(yè)，目前已具備20萬t/a鋅錠生產(chǎn)能力，與焙燒系統(tǒng)配套的尾氣制酸系統(tǒng)，采用絕熱蒸發(fā)稀酸冷卻凈化、兩轉(zhuǎn)兩吸工藝年產(chǎn)硫酸40萬t，公司在2008年建成國(guó)內(nèi)首家離子液尾氣回收裝置，于當(dāng)年正式投產(chǎn)運(yùn)行。脫硫裝置效果見表1、表2。

表1 離子液脫硫系統(tǒng)入口煙氣量、煙氣成分

表2 離子液脫硫系統(tǒng)煙氣出口二氧化硫數(shù)據(jù) mg/m3

從表1和2數(shù)據(jù)可看出：原硫酸尾氣通過“離子液”吸收后，尾氣中的二氧化硫排放濃度由原來的960 mg/m3以下，下降到100 mg/m3以下，工藝穩(wěn)定可靠，增加硫酸700多t/a，實(shí)現(xiàn)了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

2.2 存在問題

(1) 吸收塔自2008年建成投產(chǎn)后出現(xiàn)多次蝕漏現(xiàn)象，2010年內(nèi)襯改為904 L，雖然蝕漏問題基本解決，但在加焊折流板后，又多次出現(xiàn)腐蝕漏穿現(xiàn)象，目前已近無法焊補(bǔ)。

(2) 本脫硫裝置系成都華西第一套工業(yè)化應(yīng)用的離子液脫硫裝置，在吸收塔設(shè)計(jì)時(shí)沒考慮到離子液循環(huán)回收手段，可能導(dǎo)致在使用過程中部分離子液隨煙氣帶走，離子液的消耗過大。

(3) 目前的脫鹽系統(tǒng)在使用過程中出現(xiàn)樹脂堵塞，致使該裝置無法正常使用，導(dǎo)致系統(tǒng)中氯離子偏高，對(duì)設(shè)備的腐蝕性加強(qiáng)。

2.3 改造措施及方案

(1)吸收塔重建。因吸收塔原采用的是碳鋼內(nèi)襯不銹鋼，施工質(zhì)量不好，多次蝕漏，加上原設(shè)計(jì)時(shí)有缺陷，應(yīng)增加離子液的循環(huán)回收段，減少離子液的消耗。改造方案擬重建一個(gè)以玻璃鋼為主材的吸收塔，盡可能利用原有的塔內(nèi)件，增加一段循環(huán)回收離子液填料，增設(shè)一回收槽和兩臺(tái)循環(huán)泵，新工藝流程參見圖2。

圖2 改造后工藝流程圖

(2)更換脫鹽裝置中的樹脂槽，更換后的樹脂槽由目前的兩個(gè)變?yōu)橐粋€(gè)，將絲網(wǎng)攔截樹脂，改成水帽攔截樹脂。

(3)吸收塔結(jié)構(gòu)改造，將原有的吸收塔單一吸收功能改為吸收+回收的復(fù)合塔功能，即在原塔吸收段上面增加一回收段，以達(dá)到回收離子液，減少離子液消耗的效果。

改造后原吸收塔的吸收段填料高度降至4 m，其上增加一段1 m填料的回收段，吸收塔頂出口設(shè)一200 mm的捕沫填料層。

回收段在吸收塔內(nèi)氣液相逆向傳質(zhì)，由上向下的回收液經(jīng)升氣帽側(cè)的溶液出口流向回收液循環(huán)槽F101，經(jīng)回收泵增壓后從吸收塔回收段上部溶液分布器進(jìn)入吸收塔回收段，經(jīng)一定次數(shù)的循環(huán)吸收后的回收液補(bǔ)充至脫硫系統(tǒng)的離子液體系(吸收塔底部)參與離子液的循環(huán)，該步驟通過閥門實(shí)現(xiàn)，此閥門建議使用電動(dòng)或氣動(dòng)控制閥，并入DCS系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)化操作。補(bǔ)充后的回收循環(huán)槽液位會(huì)下降，要適時(shí)補(bǔ)充軟水，該過程通過閥門實(shí)現(xiàn)，同樣建議此閥門使用電動(dòng)或氣動(dòng)閥門，與回收循環(huán)槽的液位聯(lián)鎖由DCS控制?；厥昭h(huán)槽設(shè)有液位顯示儀，有遠(yuǎn)傳功能。

2.4 改造前后離子液成本比較

改造前離子液消耗約60 t/a，改造后離子液消耗有望控制在20 t/a以內(nèi)，按目前離子液的銷售價(jià)54 000元/t，年節(jié)約成本216萬元。

3 結(jié)論

離子液循環(huán)吸收法脫除和回收煙氣中的二氧化硫技術(shù)以離子液為脫硫劑，采用吸收再生氣體凈化工藝，達(dá)到高效脫除二氧化硫，回收二氧化硫來生產(chǎn)

硫酸等化工產(chǎn)品的目的，實(shí)現(xiàn)硫資源化利用。其特點(diǎn)是：

(1)脫硫效率高，二氧化硫脫除率≥99.5%，流程簡(jiǎn)單，自動(dòng)化程度高，無二次污染物。

(2)經(jīng)濟(jì)效益好，可回收純度不小于99%的氣態(tài)二氧化硫生產(chǎn)硫酸、硫磺或者液態(tài)二氧化硫;離子液可循環(huán)利用，年補(bǔ)充量少，能耗低，可利用工廠廢熱，可用于連續(xù)不間斷生產(chǎn)，不需廢渣堆場(chǎng)及輔料運(yùn)輸。

[1]肖萬平，黃祥華，董四祿.高效制酸新技術(shù)在大冶轉(zhuǎn)爐煙氣制酸技改工程的應(yīng)用[J].中國(guó)有色冶金，2007.

[2]北京有色冶金設(shè)計(jì)研究總院等.重有色金屬冶煉設(shè)計(jì)手冊(cè)(鉛鋅鉍卷)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1996.

[3]鉛鋅冶金學(xué)編委會(huì).鉛鋅冶金學(xué)[M].北京：科學(xué)出版社，2003.

Practiceoftheionicliquidsdesulfurizationtechnologyanditsoptimization

CHEN Peng

The treatment of sulfuric acid tail gas with the ionic liquids desulfurization technology in Bayannaoer Zijin non-ferrous metals Co., Ltd. was simply presented, and the technology’s running situations, existed problems in recent years and modified effects were introduced in this paper.

ionic liquids; tail gas treatment; technology optimization

陳鵬(1979—)，男，安微桐城市人，工程師，從事有色冶金生產(chǎn)管理工作。

TF805.3

B