硫酸裝置雙氧水脫硫與超重力氨法脫硫?qū)Ρ确治?/h1>

2021-11-05 05:36:08朱崇巖

硫酸工業(yè)訂閱 2021年8期 收藏

關(guān)鍵詞：稀硫酸制酸雙氧水

張 武，朱崇巖

（中國(guó)石油化工股份有限公司石家莊煉化分公司，河北石家莊 050032）

中國(guó)石油化工股份有限公司石家莊煉化分公司（以下簡(jiǎn)稱石煉化）硫磺制酸裝置的超重力尾氣處理系統(tǒng)采用氨水脫除SO2，再經(jīng)除霧器除去煙塵和硫酸霧，運(yùn)行中排放尾氣不能滿足京津冀地區(qū)硫酸霧(ρ)≤5 mg/m3的要求。為了實(shí)現(xiàn)尾氣達(dá)標(biāo)排放的目的，石煉化決定對(duì)尾氣進(jìn)行提標(biāo)治理，以雙氧水脫硫裝置代替超重力尾氣處理系統(tǒng)，2019年10月11日開(kāi)始施工，2020年9月2日建成投用。

筆者對(duì)雙氧水脫硫裝置與超重力尾氣處理系統(tǒng)在環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益、操作等方面進(jìn)行了對(duì)比分析，對(duì)上述2種尾氣處理工藝進(jìn)行了較為全面的應(yīng)用評(píng)價(jià)。

1 環(huán)境效益對(duì)比

雙氧水脫硫裝置與超重力尾氣處理系統(tǒng)尾氣排放指標(biāo)對(duì)比見(jiàn)表1。

由表1可見(jiàn)：制酸尾氣經(jīng)雙氧水脫硫裝置處理后，排放的大氣污染物濃度明顯低于超重力尾氣處理系統(tǒng)，且遠(yuǎn)低于特別排放限值，解決了排放尾氣硫酸霧不達(dá)標(biāo)的問(wèn)題。

表1 雙氧水脫硫裝置與超重力尾氣處理系統(tǒng)排放尾氣指標(biāo)

以2019年硫磺制酸裝置排放尾氣2.79×108m3計(jì)，尾氣提標(biāo)治理項(xiàng)目可減少SO2排放2.79×108×(34.7-3.8)×10-9=8.62(t)，減少煙塵排放2.79×108×(9.0-1.2)×10-9=2.18(t)，減少硫酸霧排放2.79×108×(28.1-0.6)×10-9=7.67(t)。雙氧水脫硫裝置的尾氣處理效果明顯好于超重力尾氣處理系統(tǒng)，具有更大的環(huán)境效益。

2 經(jīng)濟(jì)效益對(duì)比

2.1 能耗

雙氧水脫硫裝置與超重力尾氣處理系統(tǒng)均消耗新鮮水、電能和儀表風(fēng)，無(wú)其他公用工程介質(zhì)消耗。上述兩種尾氣處理系統(tǒng)能源消耗對(duì)比如下：

1）新鮮水。超重力尾氣處理系統(tǒng)的超重力機(jī)轉(zhuǎn)子M-0818軸承冷卻用新鮮水1 t/h、機(jī)封沖洗水用新鮮水0.5 t/h，而雙氧水脫硫裝置所用新鮮水轉(zhuǎn)化為稀硫酸添加到制酸工序，最終全部轉(zhuǎn)化為硫酸產(chǎn)品。新鮮水按5.31元/t計(jì)，雙氧水脫硫裝置可節(jié)省新鮮水費(fèi)用6.98萬(wàn)元/a。

2）電能。超重力尾氣處理系統(tǒng)的超重力機(jī)轉(zhuǎn)子功率75 kW、循環(huán)液泵功率37 kW，配套二次處理的環(huán)保裝置水泵功率10 kW，1年運(yùn)行時(shí)間按365 d計(jì)；環(huán)保裝置氧化排放廢水中的亞硫酸銨溶液?jiǎn)L(fēng)機(jī)功率100 kW、電泵功率25 kW，1年運(yùn)行時(shí)間按60 d計(jì)。雙氧水脫硫裝置的電除霧器功率54 kW，稀酸循環(huán)泵功率55 kW，1年運(yùn)行時(shí)間按365 d計(jì)，節(jié)約電能293 880 kWh/a，電價(jià)按0.55元/kWh計(jì)，雙氧水脫硫裝置可節(jié)省電費(fèi)16.16萬(wàn)元/a。

3）儀表風(fēng)。二者消耗的儀表風(fēng)均無(wú)儀表計(jì)量，二者儀表數(shù)量相當(dāng)，消耗的儀表風(fēng)量相當(dāng)。

綜上所述，與超重力尾氣處理系統(tǒng)相比，雙氧水脫硫裝置在能耗方面可節(jié)省23.14萬(wàn)元/a。

2.2 物耗

尾氣脫硫系統(tǒng)的物耗主要為脫硫劑消耗：

1）雙氧水脫硫裝置：根據(jù)2020年9月2—15日w(H2O2)27.5%雙氧水的實(shí)際消耗量，計(jì)算出脫硫劑雙氧水的消耗量為650 t/a。w(H2O2)27.5%雙氧水按960元/t計(jì)，雙氧水脫硫裝置的脫硫劑費(fèi)用為62.40萬(wàn)元/a。

2）超重力尾氣處理系統(tǒng)：采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的氨水作為脫硫劑，消耗量為394 t/a，折合液氨79 t/a。液氨按2 469元/t計(jì)，超重力尾氣處理系統(tǒng)的脫硫劑費(fèi)用為19.51萬(wàn)元/a。

與超重力尾氣處理系統(tǒng)相比，雙氧水脫硫裝置脫硫劑的費(fèi)用增加42.89萬(wàn)元/a。但對(duì)于雙氧水脫硫裝置，仍有降低物耗的潛力。雙氧水脫硫裝置投用初期，為保證較高的脫硫率，脫硫塔循環(huán)液中維持了較高的雙氧水濃度。同類廠家稀硫酸中w(H2O2)的經(jīng)驗(yàn)值為0.1%~1.0%，最佳值為0.1%~0.3%，石煉化硫磺制酸裝置2020年9月2—18日的稀硫酸中雙氧水濃度變化見(jiàn)圖1。

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，百合的組織培養(yǎng)技術(shù)將會(huì)越來(lái)越完善，市場(chǎng)前景也會(huì)越來(lái)越好。在培育品種、繁育以及次生代謝產(chǎn)物方面取得了較大進(jìn)展。在資源保存、種質(zhì)資源創(chuàng)新和新品種選育上也體現(xiàn)其優(yōu)勢(shì)。加大力度在百合組培技術(shù)方面培養(yǎng)和研究，能夠推動(dòng)百合科植物育種、良種繁育以及次生代謝產(chǎn)等進(jìn)展。只有更好地開(kāi)展百合植物組織培養(yǎng)研究，在培養(yǎng)過(guò)程中常見(jiàn)的污染、褐化和玻璃化才會(huì)得到更好的解決，使預(yù)防、控制等措施走向徹底解決，在實(shí)際生產(chǎn)中取得更大的成效。

圖1 循環(huán)稀硫酸中雙氧水濃度控制圖

從圖1可看出：循環(huán)稀硫酸中雙氧水的濃度波動(dòng)較大，部分?jǐn)?shù)據(jù)超出控制范圍。對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，稀硫酸中w(H2O2)最高達(dá)到2.69%，平均值為0.61%，遠(yuǎn)高于最佳值0.1%~0.3%。如果w(H2O2)能精確控制在0.1%~0.3%，則雙氧水脫硫裝置可以大幅降低雙氧水的加入量，從而降低物耗。

2.3 廢水處理費(fèi)用

超重力尾氣處理系統(tǒng)向環(huán)保裝置排污水（亞硫酸銨溶液）2 409 t/a，污水處理費(fèi)按5元/t計(jì)，廢水處理費(fèi)用為1.20萬(wàn)元/a。雙氧水脫硫裝置除排放尾氣外，無(wú)其他廢物外排。

2.4 年運(yùn)行總費(fèi)用對(duì)比

與超重力尾氣處理系統(tǒng)相比，雙氧水脫硫裝置的運(yùn)行費(fèi)用增加18.55萬(wàn)元/a。

以上計(jì)算中，排污費(fèi)未計(jì)算在內(nèi)。若排污費(fèi)計(jì)算在內(nèi)，雙氧水脫硫裝置的年運(yùn)行費(fèi)用與超重力尾氣處理系統(tǒng)相當(dāng)，經(jīng)濟(jì)上具有可行性。

3 操作對(duì)比

3.1 控制排放尾氣中SO2濃度

超重力尾氣處理系統(tǒng)采用氨水洗滌含有SO2的尾氣，形成(NH4)2SO3-NH4HSO3-H2O的吸收液體系，循環(huán)吸收液中的(NH4)2SO3對(duì)SO2有很好的吸收能力，是主要吸收劑。氨水洗滌吸收有SO2的反應(yīng)方程式為：

在吸收過(guò)程中所形成的酸式鹽NH4HSO3對(duì)SO2不具有吸收能力，隨吸收過(guò)程的進(jìn)行，吸收液中NH4HSO3數(shù)量增多，吸收液吸收能力下降，此時(shí)需向吸收液中補(bǔ)充氨，以保持吸收液的吸收能力。

雙氧水法脫硫的反應(yīng)方程式為：

氨水脫硫反應(yīng)速率慢，在實(shí)際操作中，當(dāng)排放尾氣中SO2濃度較高時(shí)，需要加大氨水流量，同時(shí)調(diào)大吸收液循環(huán)量，尾氣中SO2的濃度降至正常水平需要15~20 min。而雙氧水脫硫反應(yīng)速率快，脫硫效率高，在排放尾氣中SO2濃度較高時(shí)，通過(guò)加大雙氧水流量，可在2 min內(nèi)使SO2濃度降至正常水平。

與超重力尾氣處理系統(tǒng)相比，雙氧水脫硫裝置在控制排放尾氣中SO2濃度的操作上更快速便捷。

3.2 精確控制

超重力尾氣處理系統(tǒng)通過(guò)循環(huán)吸收液的pH值來(lái)調(diào)節(jié)氨水的加入量，從而控制脫硫效果。通過(guò)控制循環(huán)吸收液的外送量調(diào)節(jié)其密度，從而控制循環(huán)吸收液保持最佳吸收效果。以上過(guò)程均利用自動(dòng)調(diào)節(jié)儀表實(shí)現(xiàn)。

雙氧水脫硫裝置進(jìn)、出口均安裝有在線指示儀表，根據(jù)該裝置入口處氣體的SO2含量調(diào)節(jié)雙氧水的加入量，從而控制脫硫效果。稀硫酸的濃度與密度存在對(duì)應(yīng)關(guān)系，通過(guò)調(diào)節(jié)外送至制酸系統(tǒng)的循環(huán)吸收液流量控制吸收液中稀硫酸的密度，從而將吸收液中w(H2SO4)控制在10%~20%。以上調(diào)節(jié)均利用自動(dòng)調(diào)節(jié)儀表實(shí)現(xiàn)，但當(dāng)循環(huán)稀硫酸中雙氧水的濃度較高時(shí)，為避免影響SO2脫除率，雙氧水濃度回調(diào)的速率慢，難以實(shí)現(xiàn)雙氧水濃度的精確控制。

由上述分析可知，超重力尾氣處理系統(tǒng)可精確控制氨水的加入量和亞硫酸銨溶液的排放量，而雙氧水脫硫裝置不能實(shí)時(shí)精確控制雙氧水的加入量，循環(huán)稀硫酸中的雙氧水濃度也難以實(shí)現(xiàn)精確控制。

3.3 物料對(duì)設(shè)備的影響

超重力尾氣處理系統(tǒng)循環(huán)吸收液為亞硫酸銨和亞硫酸氫銨溶液，亞硫酸銨和亞硫酸氫銨易結(jié)晶，使超重力機(jī)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生較大振動(dòng)，需要定時(shí)停機(jī)清洗。雙氧水脫硫裝置的循環(huán)吸收液為稀硫酸，不存在結(jié)晶堵塞的問(wèn)題，然而，為保證較高的脫硫率，循環(huán)稀硫酸中的雙氧水要維持一定濃度，若雙氧水濃度過(guò)高，會(huì)腐蝕設(shè)備；若尾氣攜帶雙氧水還會(huì)使電除霧器電極發(fā)生腐蝕。

4 優(yōu)化建議

4.1 雙氧水脫硫裝置的優(yōu)勢(shì)

與超重力尾氣處理系統(tǒng)相比，雙氧水脫硫裝置的優(yōu)點(diǎn)主要有：

1）解決了排放尾氣硫酸霧不達(dá)標(biāo)的問(wèn)題，進(jìn)一步降低了排放尾氣中SO2和塵的濃度。排放尾氣中ρ(SO2)由34.7 mg/m3降低到3.8 mg/m3，塵(ρ)由9.0 mg/m3降低到1.2 mg/m3，硫酸霧(ρ)由28.1 mg/m3降低到0.6 mg/m3。

2）能耗降低。節(jié)省新鮮水1.5 t/h，節(jié)約電能293 880 kWh/a，在能耗方面可節(jié)省23.14萬(wàn)元/a。

3）脫硫速度快、效率高。雙氧水脫硫反應(yīng)迅速，易于控制排放尾氣的SO2濃度。當(dāng)排放尾氣的SO2濃度高時(shí)，可通過(guò)加大雙氧水流量快速調(diào)節(jié)至正常水平。

4）循環(huán)吸收液為稀硫酸，不存在結(jié)晶堵塞的問(wèn)題。

5）副產(chǎn)物稀硫酸補(bǔ)充到制酸工序，最終生成硫酸產(chǎn)品，除尾氣外無(wú)其他污染物排放，不產(chǎn)生二次污染，極大地提高了裝置的清潔生產(chǎn)水平，環(huán)境效益顯著。

4.2 優(yōu)化建議

雙氧水脫硫裝置在運(yùn)行過(guò)程中存在以下問(wèn)題：

1）與超重力尾氣處理系統(tǒng)相比，雙氧水脫硫裝置增加物耗42.89萬(wàn)元/a。

2）雙氧水加入量的控制自動(dòng)化水平低，不能實(shí)時(shí)精確控制，同時(shí)操作人員的工作強(qiáng)度較高。如果雙氧水的濃度過(guò)高，在增加物耗的同時(shí)，還存在尾氣攜帶雙氧水使電除霧器電極發(fā)生腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)。

針對(duì)上述問(wèn)題，筆者建議提高裝置的自動(dòng)化水平，根據(jù)脫硫塔入口尾氣的SO2濃度和排放速率，在線測(cè)定出脫硫塔入口尾氣的SO2流量，根據(jù)SO2的流量值對(duì)雙氧水的加入量進(jìn)行調(diào)節(jié)，以實(shí)現(xiàn)循環(huán)稀硫酸中雙氧水濃度的精確控制。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)石煉化硫磺制酸裝置配套的雙氧水脫硫裝置與超重力尾氣處理系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比分析，雙氧水脫硫裝置優(yōu)勢(shì)明顯。在年運(yùn)行費(fèi)用相當(dāng)?shù)那闆r下，雖然2種方式均對(duì)制酸尾氣中的SO2和塵含量進(jìn)行了有效控制，但雙氧水脫硫?qū)α蛩犰F的控制效果更加出色。同時(shí)，雙氧水脫硫產(chǎn)生的吸收液全部返回制酸系統(tǒng)回收利用，不產(chǎn)生二次污染，運(yùn)行過(guò)程“零”排放，實(shí)現(xiàn)了清潔生產(chǎn)，值得推廣應(yīng)用。

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