鈉堿法脫硫工藝及應(yīng)用

魏后超，劉宏林，繆云陽(yáng)

（安徽科清環(huán)境工程有限公司南京分公司，江蘇 南京 210000）

1 脫硫技術(shù)現(xiàn)狀

煙氣脫硫技術(shù)根據(jù)脫硫劑在脫硫時(shí)的干濕狀態(tài)，分為干法脫硫、半干法脫硫和濕法脫硫三種[1]。

干法脫硫采用粉狀或顆粒狀的脫硫劑，技術(shù)已經(jīng)逐步成熟。干法脫硫工藝相對(duì)簡(jiǎn)單、設(shè)備腐蝕也較小、無(wú)污水等二次污染產(chǎn)生，但缺點(diǎn)是脫硫效率低、反應(yīng)速率慢、脫硫設(shè)備體積龐大、占地面積大、操作技術(shù)要求高，適合含硫低的煙氣。

半干法脫硫兼具干法和濕法的部分特點(diǎn)，脫硫反應(yīng)在氣、固、液三相中進(jìn)行。該工藝投資費(fèi)用低，但是吸收劑的利用率低、脫硫效率低，適合低硫煙氣。

濕法脫硫采用吸收劑的水溶液或漿液對(duì)煙氣進(jìn)行洗滌，脫除二氧化硫。該工藝前期建設(shè)支出費(fèi)用較高、并且設(shè)備管道容易腐蝕、但因其脫硫效率高、反應(yīng)速度快、操作簡(jiǎn)單、長(zhǎng)期運(yùn)行穩(wěn)定可靠，是目前最廣泛應(yīng)用的脫硫方法。常用的濕法脫硫工藝技術(shù)有：石灰石-石膏濕法脫硫、氨法脫硫、鈉堿法脫硫、有機(jī)胺法脫硫、海水法等。

2 鈉堿法脫硫工藝

鈉堿法是采用堿性化合物的煙氣脫硫工藝，該工藝的脫硫劑、脫硫產(chǎn)物均易溶于水，避免了脫硫塔和管道結(jié)垢、堵塞情況的發(fā)生。其脫硫原理如下：

（1）起始階段：2NaOH+SO2→Na2SO3+H2O。

（2）主要吸收階段：Na2SO3+SO2+H2O→2NaHSO3。

（3）吸收劑再生階段：NaOH+NaHSO3→Na2SO3+H2O。

（4）氧化反應(yīng)階段：Na2SO3+1/2O2→Na2SO4。

NaOH在脫硫過(guò)程中主要為起始吸收劑和吸收劑再生的作用，吸收二氧化硫的主要活性組份是Na2SO3[2]。隨著吸收的不斷進(jìn)行，吸收液中酸式鹽NaHSO3濃度不斷增加，不再具有吸收二氧化硫的能力，此時(shí)需要補(bǔ)充NaOH將NaHSO3再生，得到Na2SO3[3]。由于煙氣含有氧氣，部分Na2SO3被氧化成Na2SO4，吸收液中NaHSO3、Na2SO4的不斷富集，需將一定濃度的溶液外排至廢水處理系統(tǒng)，使吸收液含鹽濃度降低，保證吸收效果。

3 鈉堿法脫硫工藝應(yīng)用

3.1 項(xiàng)目概況

某煤制油公司硫磺回收裝置采用一級(jí)高溫轉(zhuǎn)化、兩級(jí)催化轉(zhuǎn)化的克勞斯工藝，尾氣處理為加氫還原吸收、尾氣熱焚燒工藝。尾氣排放指標(biāo)設(shè)計(jì)符合GB16297—1996《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》。新增煙氣深度脫硫設(shè)施，處理煙氣量為19200 m3/h，開(kāi)停工工況15000 m3/h，處理后凈化氣中SO2濃度＜100 mg/m3，裝置開(kāi)工時(shí)數(shù)為8000 h/y。

3.2 基礎(chǔ)參數(shù)

進(jìn)入脫硫系統(tǒng)的硫磺回收裝置尾氣參數(shù)見(jiàn)表1。

硫磺回收尾氣治理凈化氣排放指標(biāo)見(jiàn)表2。

表2 設(shè)計(jì)硫磺回收尾氣治理凈化氣排放指標(biāo)

3.3 工藝流程概述

尾氣自尾氣焚燒爐至蒸汽過(guò)熱器、尾氣加熱器回收余熱后，溫度約290～310℃進(jìn)入前置換熱器與脫硫塔出口凈煙氣換熱，冷卻至約140℃送至煙氣脫硫塔。

濃度為30%的氫氧化鈉溶液自系統(tǒng)管道輸送至堿液罐，然后通過(guò)堿液泵送至煙氣脫硫塔。塔底吸收循環(huán)液在脫硫循環(huán)泵的作用下在塔內(nèi)循環(huán)，為保持吸收液的pH值，滿足吸收二氧化硫的要求，需連續(xù)不斷地將氫氧化鈉溶液補(bǔ)充到脫硫塔底吸收液中。通過(guò)調(diào)節(jié)進(jìn)入脫硫塔的堿液量，使pH值控制在7左右。

煙氣經(jīng)過(guò)堿洗后二氧化硫被充分吸收，再通過(guò)集液器氣帽進(jìn)入水洗循環(huán)區(qū)，清水洗滌去除煙氣中夾帶的鈉鹽，進(jìn)入除霧器去除夾帶的液滴。此時(shí)煙氣中二氧化硫含量降低至100 mg/m3以下，經(jīng)尾氣換熱器與原煙氣換熱后溫度升至約180～200℃后排入硫磺回收裝置原有煙囪。

塔內(nèi)排出濃度為7%左右含鹽廢水，進(jìn)入氧化罐，在工業(yè)風(fēng)的作用下進(jìn)行曝氣氧化。氧化罐中含鹽廢水曝氣的同時(shí)用氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH值為7，然后用污水泵送至結(jié)晶裝置處理。

主要工藝系統(tǒng)包括：煙氣系統(tǒng)、吸收循環(huán)系統(tǒng)、氧化系統(tǒng)、洗滌循環(huán)系統(tǒng)、吸收劑儲(chǔ)存與供應(yīng)系統(tǒng)、排空系統(tǒng)、工藝水系統(tǒng)等。工藝流程如圖1所示。

圖1 工藝流程示意

3.4 詳細(xì)設(shè)計(jì)方案

（1）煙氣系統(tǒng)：其主要作用是將煙氣導(dǎo)入脫硫裝置，經(jīng)降溫、二氧化硫吸收、洗滌除霧后通過(guò)凈煙道送至原有煙囪排放?？紤]原煙氣溫度高的特點(diǎn)，在原煙氣與凈煙氣之間設(shè)置了氣-氣換熱器，降低成本且更加環(huán)保，更有利于煙氣的抬升和擴(kuò)散。

（2）吸收循環(huán)系統(tǒng)：其主要作用是利用濃度為30%的氫氧化鈉溶液作為吸收劑，通過(guò)噴淋層噴嘴噴出的脫硫循環(huán)液與煙氣逆流接觸，吸收煙氣中的二氧化硫，脫硫塔設(shè)計(jì)成單塔多區(qū)、多循環(huán)結(jié)構(gòu)，吸收、洗滌獨(dú)立循環(huán)；在塔徑選擇上，參考氨法、鈣法等眾多脫硫項(xiàng)目成功設(shè)計(jì)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，塔內(nèi)煙氣流速控制在3.0 m/s以內(nèi)。

（3）氧化系統(tǒng)：利用工業(yè)風(fēng)將吸收二氧化硫的亞硫酸鈉溶液氧化成硫酸鈉溶液，經(jīng)污水泵送至界區(qū)外結(jié)晶裝置處理。

（4）洗滌循環(huán)系統(tǒng)：為保證煙氣盡量少地夾帶含鹽液滴，在脫硫系統(tǒng)設(shè)置洗滌循環(huán)噴淋系統(tǒng)，配置洗滌罐和洗滌循環(huán)泵，進(jìn)一步去除煙氣中的含鹽液滴，減少煙道的腐蝕。水洗循環(huán)區(qū)上部設(shè)計(jì)多級(jí)高效除霧器，脫硫后的凈煙氣經(jīng)除霧器除去煙氣中攜帶的液沫和霧滴，經(jīng)換熱器換熱升溫后回現(xiàn)有煙囪排放。

（5）吸收劑存儲(chǔ)與供應(yīng)系統(tǒng)：該項(xiàng)目采用濃度為30%的氫氧化鈉溶液作為吸收劑，通過(guò)管道輸送至脫硫界區(qū)內(nèi)的堿液槽。加堿量根據(jù)焚燒爐負(fù)荷、脫硫裝置入口和出口的二氧化硫濃度及脫硫液pH值進(jìn)行連鎖自動(dòng)控制。

（6）排空系統(tǒng)：脫硫裝置的塔區(qū)設(shè)有圍堰和地坑，用于收集設(shè)備及管道沖洗水、管道泄漏液等，并定期返回脫硫塔循環(huán)利用。

（7）工藝水系統(tǒng)：脫硫工藝用水采用回用水，由管道輸送至脫硫區(qū)，滿足脫硫裝置正常運(yùn)行脫硫工藝系統(tǒng)的用水。

3.5 主要設(shè)備清單

（1）動(dòng)設(shè)備主要設(shè)備清單見(jiàn)表3。

表3 動(dòng)設(shè)備主要設(shè)備清單

（2）靜設(shè)備主要設(shè)備清單見(jiàn)表4。

表4 靜設(shè)備主要設(shè)備清單

（3）換熱設(shè)備清單見(jiàn)表5。

表5 換熱設(shè)備清單

3.6 運(yùn)行中吸收液pH值的控制

在脫硫過(guò)程中，吸收液pH值的變化對(duì)塔出口二氧化硫濃度的影響見(jiàn)圖2。隨著吸收液pH值的不斷增加，塔出口的二氧化硫濃度隨之減小，說(shuō)明高pH值情況下，脫硫效率較高。在pH值大于7之后，pH值的增加對(duì)塔出口二氧化硫濃度變化影響不明顯。因此在保證達(dá)標(biāo)排放的情況下，控制合理的pH值才能使裝置更加經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行。

圖2 吸收液pH值與塔出口SO2濃度的變化

4 結(jié)語(yǔ)

只有選擇合適的脫硫工藝，才能解決二氧化硫排放問(wèn)題。通過(guò)源頭防控、末端治理，不斷優(yōu)化生產(chǎn)工藝及其配套的脫硫裝置，可不斷提高排放標(biāo)準(zhǔn)，降低污染物排放總量，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排、綠色發(fā)展。