有機(jī)胺脫硫工藝中脫鹽系統(tǒng)的優(yōu)化

匡順根

（江西銅業(yè)集團(tuán)公司貴溪冶煉廠(chǎng)，江西 貴溪 335424）

有機(jī)胺脫硫工藝主要用于吸收環(huán)集煙氣中的SO2，以實(shí)現(xiàn)煙氣中SO2達(dá)標(biāo)排放。有機(jī)胺液的品質(zhì)決定了吸收煙氣中SO2的能力，通過(guò)對(duì)有機(jī)胺液脫鹽系統(tǒng)的運(yùn)行實(shí)踐，找出問(wèn)題，進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了有機(jī)胺液脫鹽系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行，保證了有機(jī)胺脫硫工藝中有機(jī)胺液的品質(zhì)，確保環(huán)保達(dá)標(biāo)排放。

1 概 述

江西銅業(yè)集團(tuán)公司貴溪冶煉廠(chǎng)熔煉車(chē)間工序中產(chǎn)生SO2濃度約為1 000 mg/m3的環(huán)集煙氣，排放物中SO2污染物是國(guó)家環(huán)境保護(hù)的重點(diǎn)監(jiān)管指標(biāo)之一，2010年國(guó)家頒布了《GB25467-2010銅、鎳、鈷工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》［1］，SO2排放濃度限值為400 mg/m3，對(duì)SO2排放濃度的要求越來(lái)越嚴(yán)。目前該廠(chǎng)熔煉車(chē)間2套環(huán)集煙氣脫硫裝置均采用了有機(jī)胺脫硫技術(shù)。有機(jī)胺脫硫技術(shù)是一種新型的再生型SO2分離技術(shù)，相比于前期使用的活性焦脫硫工序，該技術(shù)具有脫硫效率高、吸收劑可以再生、不產(chǎn)生二次污染等優(yōu)點(diǎn)。有機(jī)胺脫硫工藝流程如圖1所示。

有機(jī)胺脫硫工藝脫硫機(jī)理如下：

SO2+H2O H++HSO-3（1）H++R RH+（2）總反應(yīng)式：R+SO2+H2O RH++HSO-3（3）

上式中R代表有機(jī)胺脫硫劑，（3）式是可逆反應(yīng)，低溫下反應(yīng)（3）從左向右進(jìn)行，高溫下反應(yīng)（3）從右向左進(jìn)行。循環(huán)吸收法正是利用此原理，在低溫下吸收二氧化硫，高溫下將吸收劑中的二氧化硫再生出來(lái)，從而達(dá)到脫除和回收煙氣中SO2的目的［2］。

該工藝中有機(jī)胺凈化工序設(shè)置胺液過(guò)濾器、活性炭吸附器、陰離子樹(shù)脂交換柱和冷凍結(jié)晶，脫除有機(jī)胺循環(huán)液中的各類(lèi)雜質(zhì)，見(jiàn)表1。

表1 胺液凈化系統(tǒng)除雜對(duì)應(yīng)表

該廠(chǎng)二系統(tǒng)有機(jī)胺脫硫工藝自投入使用以來(lái)，初期使用冷凍結(jié)晶系統(tǒng)脫除陰離子，冷凍結(jié)晶系統(tǒng)電力設(shè)備多，維護(hù)成本大，電耗高，每個(gè)周期需工藝人員至現(xiàn)場(chǎng)啟停設(shè)備，更換料袋以容納鈉鹽（每周期4袋鈉鹽，每天約1.5個(gè)周期），并配合叉車(chē)運(yùn)輸鈉鹽，鈉鹽只能在室內(nèi)堆放，占據(jù)空間大。陰離子樹(shù)脂交換柱脫鹽系統(tǒng)設(shè)備少、維護(hù)成本少、電耗低，自動(dòng)運(yùn)行，無(wú)需人員現(xiàn)場(chǎng)啟停設(shè)備，節(jié)約了人力電耗。

陰離子樹(shù)脂交換柱脫鹽系統(tǒng)運(yùn)行步驟如下：

1.貧液脫鹽（下進(jìn)上出）：陰離子交換器以25～40 m3/h流速進(jìn)有機(jī)胺液，流出液進(jìn)貧液槽，pH＜貧液pH+0.1、進(jìn)液時(shí)間到、貧液槽液位≤900 mm三個(gè)條件任一滿(mǎn)足時(shí)，停止進(jìn)有機(jī)胺液，排空系統(tǒng)內(nèi)有機(jī)胺液（耗時(shí)1.3 h）。

圖1 有機(jī)胺脫硫工藝流程示意圖

2.脫鹽循環(huán)洗（上進(jìn)下出）：用回收槽內(nèi)的回收液以30 m3/h流速清洗樹(shù)脂，初步回收有機(jī)胺液，初期流出液進(jìn)貧液槽，后期流出液進(jìn)回收槽，結(jié)束清洗后，排空陰離子交換器內(nèi)液體。

3.脫鹽純水洗（上進(jìn)下出）：用純水循環(huán)槽內(nèi)的純水以30 m3/h流速清洗樹(shù)脂，進(jìn)一步回收有機(jī)胺液，流出液進(jìn)貧液槽，結(jié)束清洗后，排空陰離子交換器內(nèi)液體。

4.稀堿洗（下進(jìn)上出）：用2%～4%NaOH，以10 m3/h的流速再生陰離子樹(shù)脂，流出液送至廢水處理系統(tǒng)，浸泡一段時(shí)間后，排凈系統(tǒng)內(nèi)液體（耗時(shí)1 h）。

5.稀堿配置（濃堿與純水進(jìn)入稀堿槽）：用32%NaOH與純水按照一定比例配比成2%～4%NaOH，為下一步稀堿洗做準(zhǔn)備。

6.純水洗（正洗上進(jìn)下出，反洗下進(jìn)上出）：用純水循環(huán)槽內(nèi)的純水以30 m3/h流速清洗樹(shù)脂，清洗樹(shù)脂內(nèi)的NaOH，減少交換器內(nèi)NaOH的殘留，流出液送至廢水處理系統(tǒng)，當(dāng)流出液pH＜8.0或者達(dá)到設(shè)定次數(shù)，停止進(jìn)純水，排盡系統(tǒng)內(nèi)液體（3～5次，耗時(shí)3～5 h）。

7.系統(tǒng)復(fù)位，做好投入下一周期運(yùn)行的準(zhǔn)備。

2 有機(jī)胺液脫鹽系統(tǒng)現(xiàn)狀分析

陰離子樹(shù)脂交換柱脫鹽系統(tǒng)運(yùn)行初期，由于脫鹽能力不足，導(dǎo)致SO2-4濃度長(zhǎng)期處于高位，影響有機(jī)胺液吸收SO2效果，導(dǎo)致外排煙氣SO2濃度較高，不利于環(huán)?？刂?。造成陰離子樹(shù)脂交換柱脫鹽系統(tǒng)脫鹽能力不足的原因如下：

1.濃堿槽液位高時(shí)濃堿自流進(jìn)入稀堿槽。有機(jī)胺脫硫時(shí)，濃堿用于樹(shù)脂再生以及冷凍結(jié)晶工序，濃堿由堿罐車(chē)運(yùn)輸，通過(guò)濃堿泵打入濃堿槽，現(xiàn)場(chǎng)液位計(jì)最高液位顯示為2 500 mm，出液管最高液位為2 850 mm，堿罐車(chē)不好跟蹤液位，每次加濃堿超過(guò)2 850 mm液位時(shí)濃堿將自流進(jìn)入稀堿槽，導(dǎo)致稀堿濃度過(guò)高，降低樹(shù)脂使用壽命，增加了純水洗時(shí)間。

2.陰離子交換器樹(shù)脂泄漏量大。陰離子樹(shù)脂交換柱脫鹽程序運(yùn)行時(shí)，大量的樹(shù)脂從陰離子交換器泄漏至過(guò)濾器，堵塞過(guò)濾器，造成過(guò)濾器排液不暢發(fā)生泄漏，導(dǎo)致陰離子樹(shù)脂交換柱脫鹽程序無(wú)法正常運(yùn)行。同時(shí)，陰離子交換器內(nèi)大量樹(shù)脂泄漏出去，脫鹽效果不佳，有機(jī)胺液中濃度無(wú)法降低，胺液吸收SO2效果變差，最終導(dǎo)致尾排上升。

3.排液不暢。陰離子樹(shù)脂交換柱脫鹽系統(tǒng)每個(gè)步驟都涉及到排液，排液量的大小決定了脫鹽程序的日平均運(yùn)行次數(shù)，最終影響了脫鹽效率。陰離子樹(shù)脂交換柱脫鹽程序中排液管道設(shè)置兩臺(tái)過(guò)濾器，運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)排液過(guò)濾器過(guò)濾孔隙過(guò)小，出液困難。

3 改進(jìn)措施

1.加高濃堿槽入稀堿槽管道高度。設(shè)計(jì)初期，濃堿槽入稀堿槽水平進(jìn)液管道高度低于濃堿槽高度，一旦濃堿槽液位高于2 850 mm時(shí)，濃堿將自流進(jìn)入稀堿槽，濃堿浪費(fèi)，同時(shí)稀堿濃度過(guò)高，破環(huán)樹(shù)脂屬性，降低樹(shù)脂使用壽命，影響脫鹽效率。將濃堿槽入稀堿槽水平管道增加高度，高于濃堿槽高度，防止?jié)鈮A自流入稀堿槽。

2.更換陰離子交換器下部濾水帽。陰離子交換器下部濾水帽，原使用的是較為柔軟的塑料濾水帽，過(guò)濾間隙過(guò)大，受介質(zhì)、溫度等影響，容易發(fā)生變型老化，改為過(guò)濾間隙遠(yuǎn)低于樹(shù)脂最小直徑的316L材質(zhì)不銹鋼濾水帽，防止樹(shù)脂流失。

3.更換陰離子交換器上部出液管。檢修過(guò)程中發(fā)現(xiàn)陰離子交換器上部出液管中最大的一條管縫超過(guò)0.75 mm，遠(yuǎn)大于樹(shù)脂顆粒最小直徑0.325 mm，造成樹(shù)脂泄漏的。更換為過(guò)濾孔徑低于最小樹(shù)脂直徑的自制出液管，杜絕陰離子交換器內(nèi)樹(shù)脂泄漏。

4.過(guò)濾器管徑改大。將陰離子交換器排液管道上過(guò)濾器管徑由DN40改為DN80，增大排液面積，節(jié)約排液時(shí)間，增加脫鹽頻次，提高脫鹽效率。

5.調(diào)整脫鹽程序。純水洗步驟是脫鹽工序中耗時(shí)最長(zhǎng)的，當(dāng)脫鹽廢水pH≤8且電導(dǎo)率≤20μs/cm時(shí)，步驟結(jié)束。實(shí)際運(yùn)行中設(shè)置的5次循環(huán)后脫鹽廢水pH值在11左右，針對(duì)該問(wèn)題進(jìn)行分析，決定從堿液用量及純水洗效果兩方面進(jìn)行改進(jìn)：（1）增加正洗、反洗的風(fēng)干時(shí)間，確保風(fēng)干后陰離子交換器內(nèi)液體排盡，循環(huán)次數(shù)由5次改為3次，純水洗效果更佳；（2）減少稀堿洗過(guò)程中的稀堿用量，防止稀堿使用過(guò)量導(dǎo)致終點(diǎn)判定延后。改進(jìn)后，純水洗步驟耗時(shí)明顯減少，增加了脫鹽程序日均運(yùn)行頻次。

4 改進(jìn)效果

改進(jìn)后，各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)的前后對(duì)比見(jiàn)表2。

表2 改造前后各參數(shù)對(duì)比表

從近一年的使用來(lái)看，脫鹽貧液循環(huán)量由11 m3/h提高到了35 m3/h，很明顯提高了陰離子樹(shù)脂交換柱的處理能力，同時(shí)，有機(jī)胺液中SO24-濃度由110 g/L降到了70 g/L，提高了脫鹽實(shí)效，進(jìn)而提高了有機(jī)胺液對(duì)SO2的吸收效率，脫硫尾排濃度由200 m3/h降低到了80 m3/h，提高了脫硫效率；通過(guò)將濃堿罐入稀堿罐水平管道的加高，有效遏制了濃堿的浪費(fèi)，降低了運(yùn)行成本；通過(guò)加大過(guò)濾器管徑，增加了排液面積，縮短了排液時(shí)間，進(jìn)而降低了脫鹽周期，提高了陰離子樹(shù)脂交換柱脫鹽程序的日均運(yùn)行次數(shù)，脫鹽效率得到了提高；NaOH溶液合理使用，避免了浪費(fèi)，減少了沖洗過(guò)量NaOH的純水用量，純水洗次數(shù)的合理調(diào)整減少了廢水排放。優(yōu)化后的工序起到了降本增效減排的作用。

通過(guò)改進(jìn)，一天可節(jié)約濃堿用量0.4 t，一年節(jié)約用量約為146 t，一噸濃堿價(jià)格約為2 400元，一年節(jié)約費(fèi)用約為35.04萬(wàn)元，具有可觀(guān)的經(jīng)濟(jì)效益。

5 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)對(duì)陰離子樹(shù)脂交換柱脫鹽系統(tǒng)的改造及脫鹽程序的優(yōu)化，提高了脫鹽系統(tǒng)的處理能力，提高了脫鹽頻次，有效脫除了胺液中SO2-4等陰離子，確保了有機(jī)胺液對(duì)SO2的吸收效果，進(jìn)而提高了脫硫效率，保證了尾排達(dá)標(biāo)排放，防止了大氣污染。

目前該廠(chǎng)熔煉車(chē)間的兩套有機(jī)胺脫硫裝置運(yùn)行平穩(wěn)，可實(shí)現(xiàn)環(huán)集煙氣SO2低濃度排放（SO2濃度小時(shí)平均值小于100 mg/m3），同時(shí)再生出來(lái)的高濃度SO2返回制酸系統(tǒng)，在節(jié)能減排的同時(shí)，也實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，為企業(yè)創(chuàng)造了環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益［3］。