超重力聯(lián)合技術(shù)在焦化制酸尾氣中的應(yīng)用

侯亞寧

(寶武裝備智能科技有限公司 上海：200000)

0 引言

20世紀(jì)90年代至21世紀(jì)的頭十年，我國(guó)焦化行業(yè)進(jìn)入高速發(fā)展期，全國(guó)的產(chǎn)焦量逐年上升。焦化行業(yè)在帶動(dòng)我國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的同時(shí)，也對(duì)環(huán)境造成了嚴(yán)重污染和破壞，同時(shí)也對(duì)人們的身體健康造成了嚴(yán)重威脅。

焦化生產(chǎn)過程中每生產(chǎn)1t焦炭會(huì)產(chǎn)生10kg脫硫廢液。在煉焦過程中產(chǎn)生的廢液成分復(fù)雜，屬于典型的難降解、有毒有害的高濃度廢水，含有大量的高毒、高腐蝕性硫氰酸鹽等無(wú)機(jī)鹽以及硫磺、焦油和催化劑等數(shù)十種雜質(zhì)，這種廢液的濫排易造成周邊水生態(tài)、土壤和植被的破壞。焦化脫硫液是世界公認(rèn)的焦化行業(yè)污染最嚴(yán)重、最難處理的廢水，現(xiàn)已被列入國(guó)家危險(xiǎn)廢物名錄。

某焦化廠對(duì)脫硫廢液進(jìn)行再回收利用，以脫硫廢液為原料制備濃硫酸，制硫酸工藝采用昆帕克斯工藝，基本原理是將含硫漿液在燃燒爐中進(jìn)行燃燒，所得含SO2爐氣進(jìn)行凈化、冷卻、轉(zhuǎn)化、干燥、吸收等過程，得到產(chǎn)品硫酸。其采用的超重力聯(lián)合技術(shù)大大提高了制酸尾氣中SO2和硫酸霧的凈化效率。

1 焦化制酸尾氣排放現(xiàn)狀

某焦化廠制取硫酸工序由SO2氣體生成、SO2氣體冷卻和精制、SO2氣體轉(zhuǎn)化為SO3氣體、硫酸兩級(jí)吸收SO3氣體等工段組成。SO3氣體通過一級(jí)吸收塔被98%濃硫酸吸收后，進(jìn)入二級(jí)吸收塔被98%濃硫酸再次充分吸收，最終制酸尾氣從二級(jí)吸收塔通過40米高排氣筒排放至大氣中。工藝流程如圖1。

該工藝制酸尾氣排放的SO2濃度約為185mg/m3，排放速率4.26kg/h，硫酸霧濃度約32mg/m3，排放速率0.736kg/h，尚滿足《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB16297-1996)標(biāo)準(zhǔn)要求(SO2：550mg/m3，25kg/h；硫酸霧：45mg/m3，15kg/h)。但隨著環(huán)保要求不斷趨嚴(yán)，特別是考慮到地方標(biāo)準(zhǔn)即將頒布實(shí)施，新標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)排放濃度和速率均提出了更高的要求(其中SO2：200mg/m3，1.6kg/h；硫酸霧：5mg/m3，1.1kg/h)，原有的制酸尾氣排放已不能滿足新標(biāo)準(zhǔn)要求，該焦化廠深感硫酸尾氣治理的必要性和緊迫性，尾氣凈化升級(jí)成為了該焦化廠保生存的唯一路徑。

圖1 某焦化廠制硫酸工藝流程圖

2 脫硫方案原理

2.1 鈉堿復(fù)噴脫硫

鈉堿復(fù)噴法脫硫技術(shù)是采用氫氧化鈉溶液作為脫硫劑，將配制好的氫氧化鈉溶液直接打入吸收設(shè)備，洗滌脫除尾氣中SO2，達(dá)到煙氣脫硫的目的。此方法與以氨水為脫硫劑的脫硫方法比較，氨法脫硫最大的問題就是氨的逃逸，若使用氨水為脫硫劑，還需對(duì)含氨尾氣進(jìn)行處理，并且常規(guī)水洗法洗氨還無(wú)法達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，因此，鈉堿法復(fù)噴脫硫方法效率較氨法更高。

2.2 超重力脫硫

目前對(duì)焦化尾氣脫硫的工藝主要采用傳統(tǒng)的塔式洗滌法、超重力法，其基本原理都是通過外加堿源來(lái)吸收尾氣中的SO2。塔式洗滌法優(yōu)點(diǎn)是投資較低，工藝較簡(jiǎn)單，但單塔脫除效率不高，占地大，容易帶來(lái)二次污染。超重力脫硫法脫硫效率高，速率快，設(shè)備體積小，占地面積小，容易布置，后期運(yùn)行成本低。由于該焦化廠場(chǎng)地受限，選擇超重力法脫硫更為合適。

2.3 靜電除霧

該焦化廠硫酸霧排放濃度高，僅利用溶液脫硫方法，對(duì)硫酸霧的去除效果可能不佳，因此考慮在脫硫末端增加濕式靜電除霧裝置。濕式靜電除霧和除塵的原理相似，均是利用高壓靜電場(chǎng)的原理使煙氣中的酸霧荷電并定向移動(dòng)到陽(yáng)極上，并依靠重力及間歇性沖洗使酸霧從煙氣中分離。該工藝不僅對(duì)于大顆粒酸霧去除效果突出，而且能夠有效去除粒徑在1μm以下的亞微米粒子，對(duì)微細(xì)酸霧、黏性、高比電阻粉塵、氣溶膠、細(xì)小的金屬顆粒、水霧等都有理想的捕集效果。

結(jié)合該焦化廠污染物排放和生產(chǎn)場(chǎng)地受限等現(xiàn)狀，經(jīng)過綜合分析，采用以上超重力聯(lián)合技術(shù)，既節(jié)約占地面積,又能保證污染物得到更加有效治理。

在超重力脫硫機(jī)前端增加堿液復(fù)噴的復(fù)噴吸收器，后端增加濕式電除霧的組合方式來(lái)凈化制酸尾氣中的SO2和硫酸霧。制硫酸裝置中和塔后的硫酸尾氣，由煙道進(jìn)入復(fù)噴吸收器，尾氣中50%左右的SO2被脫硫液吸收，經(jīng)初脫后的尾氣進(jìn)入超重力脫硫機(jī)，尾氣中SO2被進(jìn)一步充分吸收，尾氣再經(jīng)電除霧器除霧后從排氣筒達(dá)標(biāo)排放。超重力聯(lián)合系統(tǒng)凈化工藝流程見圖2。

超重力聯(lián)合系統(tǒng)吸收液的輸送和循環(huán)，將制硫酸裝置堿槽中的部分堿液用泵輸送至高位槽，通過位差可將堿液補(bǔ)充至循環(huán)槽，以維持脫硫液中有足夠的有效脫硫成分，堿液的補(bǔ)充量由循環(huán)液的pH值進(jìn)行調(diào)節(jié)。當(dāng)循環(huán)吸收液密度增至1200kg/m3時(shí)，排出一部分吸收液。循環(huán)槽低液位時(shí)，補(bǔ)充一部分工藝水，維持循環(huán)槽液位穩(wěn)定。

經(jīng)復(fù)噴吸收器脫硫后的尾氣進(jìn)入超重力機(jī)中，氣體經(jīng)氣體進(jìn)口管由切線方向引入轉(zhuǎn)子外腔，在氣體壓力的作用下由轉(zhuǎn)子外緣處進(jìn)入填料。液體由液體進(jìn)口管引入轉(zhuǎn)子內(nèi)腔，經(jīng)噴頭均勻地淋灑在轉(zhuǎn)子內(nèi)緣上。進(jìn)入轉(zhuǎn)子的液體受到轉(zhuǎn)子內(nèi)填料的作用，圓周方向速度增加，所產(chǎn)生的離心力將其推向轉(zhuǎn)子外緣。在此過程中，液體被填料分散、破碎形成極大的、不斷更新的表面積，曲折的流道加劇了液體表面的更新。液體在高分散、高湍動(dòng)、強(qiáng)混合以及界面急速更新的情況下與氣體以極大的相對(duì)速度在彎曲孔道中逆向接觸，極大地強(qiáng)化了傳質(zhì)過程。這樣，在轉(zhuǎn)子內(nèi)部形成了極好的傳質(zhì)與反應(yīng)條件，液體被轉(zhuǎn)子拋到外殼，匯集后經(jīng)液體出口管離開超重機(jī)，氣體自轉(zhuǎn)子中心離開轉(zhuǎn)子，由氣體出口管引出，完成傳質(zhì)與反應(yīng)過程。

圖2 超重力聯(lián)合系統(tǒng)凈化工藝流程圖

超重力機(jī)內(nèi)設(shè)置絲網(wǎng)除霧器，在脫除SO2的同時(shí)，也能脫除部分酸霧，酸霧和脫硫液反應(yīng)生成硫酸銨，大大降低了后續(xù)除霧工序的負(fù)荷。

3 運(yùn)行效果

根據(jù)制酸尾氣凈化工藝實(shí)際需要，超重力聯(lián)合系統(tǒng)設(shè)備設(shè)計(jì)參數(shù)如表1。為了尋找最佳工藝控制點(diǎn)，該焦化廠進(jìn)行了一系列調(diào)試，將30%濃度的氫氧化鈉溶液用蒸氨廢水配置成10%濃度的氫氧化鈉，用泵輸送至超重力系統(tǒng)的高位槽，通過位差堿液補(bǔ)充至循環(huán)槽，以維持脫硫液中足夠的有效脫硫成分，堿液的補(bǔ)充量由循環(huán)液的pH值進(jìn)行調(diào)節(jié)，發(fā)現(xiàn)循環(huán)槽內(nèi)pH的控制值對(duì)設(shè)備運(yùn)行效果存在比較大的影響，尾氣排放測(cè)試結(jié)果分析如表2。

發(fā)現(xiàn)循環(huán)槽內(nèi)在pH值為5～6和pH值為6～7時(shí)，對(duì)SO2去除能滿足排放要求，但對(duì)硫酸霧的去除效果不佳。當(dāng)控制pH值在7～8和8～9時(shí)，脫硫效果較好，但pH在8～9時(shí)會(huì)增大脫硫液的投入，增加運(yùn)行成本，因此最佳運(yùn)行條件為：循環(huán)槽內(nèi)pH值控制在7～8，成本投入和凈化效果更為理想。

經(jīng)過1年時(shí)間的運(yùn)行，整體運(yùn)行可靠。從測(cè)試結(jié)果可以看出，尾氣中SO2排濃放度為18～35mg/m3，排放速率0.392～0.733kg/h，硫酸霧排濃放度0.86～2.13mg/m3，排放速率1.87×10-2～4.38×10-2kg/h，均能滿足新標(biāo)準(zhǔn)的排放限值。以原排放量為基準(zhǔn)來(lái)計(jì)算，SO2凈化效率最高可達(dá)91%，硫酸霧凈化效率最高可達(dá)97%，脫硫凈化效果顯著。

表1 設(shè)備技術(shù)設(shè)計(jì)參數(shù)

表2 制酸尾氣排放測(cè)試結(jié)果分析

4 結(jié)論

(1)使用超重力聯(lián)合技術(shù)處理制酸尾氣，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠性好、不易結(jié)垢，脫硫凈化效果顯著，尾氣排放的SO2和硫酸霧濃度及速率均能滿足新標(biāo)準(zhǔn)的排放限值。

(2)整個(gè)系統(tǒng)設(shè)備體積小，占地面積小，容易布置。

(3)系統(tǒng)自動(dòng)化程度高，整體運(yùn)行成本低，維護(hù)方便，勞動(dòng)強(qiáng)度低。

該聯(lián)合技術(shù)對(duì)提高制酸尾氣清潔化生產(chǎn)具有良好的示范意義，既滿足了環(huán)保要求，又確保了員工的職業(yè)健康安全，在環(huán)保和安全生產(chǎn)方面都具有積極作用。