氨法脫硫原理

1、淺析氨法脫硫工藝來(lái)源：內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟(jì)更新時(shí)間：09-11-2310:55作者：馮國(guó)，蒲日軍摘要：簡(jiǎn)述了氨法脫硫的特點(diǎn)、原理，及其需要克服的問(wèn)題，根據(jù)目前的脫硫趨勢(shì)說(shuō)明了氨法脫硫技術(shù)突出的技術(shù)成本優(yōu)勢(shì)。關(guān)鍵詞：氨法月硫,二氧化硫,氫氧化物,硫酸錢(qián),吸收劑中國(guó)是一個(gè)以煤炭為主要能源的國(guó)家，隨著工業(yè)的快速發(fā)展，煤炭燃燒生成的SO2已成為中國(guó)大氣污染的主要污染物。1995年，中國(guó)SO2年排放量2370萬(wàn)t,大大超出了環(huán)境自凈能力，排放總量超過(guò)了美國(guó)和歐洲躍居世界首位。自2002年，中國(guó)在電力行業(yè)內(nèi)開(kāi)展了大規(guī)模的SO2治理工程。隨著電廠脫硫治理的開(kāi)始，一大批國(guó)外煙氣脫硫技術(shù)被不同的脫硫公司引進(jìn)到國(guó)內(nèi)，

2、這其中的絕大部分是石灰石-石膏法。隨著煙氣脫硫在國(guó)內(nèi)電力行業(yè)的大規(guī)模使用，其他煙氣脫硫方法也逐漸被使用、被認(rèn)識(shí)，包括海水法、氨法、鎂法、雙堿法等，這其中，氨法正受到越來(lái)越廣泛的關(guān)注。氨法煙氣脫硫工藝是采用氨做吸收劑除去煙氣中的SO2的工藝。70年代初，日本與意大利等國(guó)開(kāi)始研制氨法脫硫工藝并相繼獲得成功。但由于技術(shù)經(jīng)濟(jì)等方面的原因在世界上應(yīng)用較少。進(jìn)入90年代后，隨著技術(shù)的進(jìn)步和對(duì)氨法脫硫觀念的轉(zhuǎn)變，氨基脫硫技術(shù)的應(yīng)用呈逐步上升的趨勢(shì)。1氨法FGD的主要特點(diǎn)1 .1脫硫塔不易結(jié)垢由于氨具有更高的反應(yīng)活性，且硫酸俊具有極易溶解的化學(xué)特性，因此氨法脫硫系統(tǒng)不易產(chǎn)生結(jié)垢現(xiàn)象。1.2 氨法對(duì)煤中硫含量適

3、應(yīng)性廣氨法脫硫?qū)γ褐辛蚝康倪m應(yīng)性廣，低、中、高硫含量的煤種脫硫均能適應(yīng)，特別適合于中高硫煤的脫硫。采用石灰石？石膏法時(shí)，煤的含硫量越高，石灰石用量就越大，費(fèi)用也就越高；而采用氨法時(shí)，特別是采用廢氨水作為脫硫吸收劑時(shí)，由于脫硫副產(chǎn)物的價(jià)值較高煤中含硫量越高，脫硫副產(chǎn)品硫酸錢(qián)的產(chǎn)量越大，也就越經(jīng)濟(jì)。1.3 無(wú)二次污染氨是生產(chǎn)化肥的原料。以氨為原料，實(shí)現(xiàn)煙氣脫硫，生產(chǎn)化肥，不消耗新的自然資源，不產(chǎn)生新的廢棄物和污染物，變廢為寶，化害為利，為綠色生產(chǎn)技術(shù)，將產(chǎn)生明顯的環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。因此，氨法與鈣法具有明顯的區(qū)另Ijo氨法屬于回收法，鈣法屬于拋棄法。拋棄法的缺點(diǎn)是消耗新的自然資源、產(chǎn)生新的廢棄

4、物和污染污，具有明顯的二次環(huán)境問(wèn)題。1.4 系統(tǒng)簡(jiǎn)單、設(shè)備體積小、能耗低氨是一種良好的堿性吸收劑，從吸收化學(xué)機(jī)理上分析，SO2的吸收是酸堿中和反應(yīng)，吸收劑堿性越強(qiáng)，越利于吸收，氨的堿性強(qiáng)于車(chē)基吸收劑；而且從吸收物理機(jī)理上分析，鈣基吸收劑吸收SO2是一種氣-固反應(yīng)，反應(yīng)速率慢、反應(yīng)不完全、吸收劑利用率低，需要大量的設(shè)備和能耗進(jìn)行磨細(xì)、霧化、循環(huán)等以提高吸收劑利用率，往往設(shè)備龐大、系統(tǒng)復(fù)雜能耗高；而氨吸收煙氣的SO2是氣-液反應(yīng)，反應(yīng)速度快、反應(yīng)完全，吸收劑利用率高；可以做到很高的脫硫效率，同時(shí)相對(duì)鈣基脫硫工藝來(lái)說(shuō)系統(tǒng)簡(jiǎn)單、設(shè)備體積小、能耗低。另外，其脫硫副產(chǎn)品硫酸錢(qián)是一種農(nóng)用肥料，硫酸錢(qián)的銷(xiāo)售收

5、入能沖抵吸收劑的成本，甚至是整個(gè)運(yùn)行成本，特別是對(duì)于自身副產(chǎn)液氨或有廢氨水的企業(yè)來(lái)說(shuō)，可以利用液氨或廢氨水作為脫硫吸收劑，達(dá)到用廢水治理廢氣的目的，副產(chǎn)品的銷(xiāo)售收入還可以給脫硫裝置帶來(lái)一定的經(jīng)濟(jì)效益。2 氨法FGD的原理煙氣脫硫是一個(gè)十分典型的化工過(guò)程，它基于堿性脫硫劑與酸性SO2之間的化學(xué)反應(yīng)。堿性脫硫劑包括石灰石（石灰）、純堿（燒堿）、氧化鎂和氨，分別可稱(chēng)為鈣法、鈉法、鎂法和氨法。任彳sjFGD過(guò)程都包括兩個(gè)基本的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程：吸收：SO2吸收生成為亞硫酸鹽；氧化：亞硫酸鹽氧化為硫酸鹽。氨法脫硫以水溶液中的SO2和NH3的反應(yīng)為基礎(chǔ)：吸收：SO2+H2O+XNH3=（NH4）XH2-XSO

6、3（亞硫俊）氧化：（NH4）XH2-XSO3+1?2O2+（2-X）NH3=（NH4）2SO4（硫錢(qián)）這是回收法，其明顯特點(diǎn)是：無(wú)二次廢渣、廢水和廢氣污染；回收SO2,生產(chǎn)硫錢(qián)，實(shí)現(xiàn)SO2回收價(jià)值的最大化。3氨法FGD工藝流程簡(jiǎn)述鍋爐排出的煙氣通過(guò)引風(fēng)機(jī)增壓后進(jìn)入FGD系統(tǒng)，引風(fēng)機(jī)用來(lái)克服整個(gè)FGD系統(tǒng)的壓降。煙道上設(shè)有擋板系統(tǒng)，以便于FGD系統(tǒng)正常運(yùn)行或旁路運(yùn)行，不考慮增設(shè)脫硫增壓風(fēng)機(jī)。煙氣通過(guò)引風(fēng)機(jī)后，進(jìn)入脫硫塔。吸收塔分為三個(gè)區(qū)域：分別為吸收區(qū)、漿池區(qū)及除霧區(qū)，煙氣向上通過(guò)脫硫塔，從脫硫塔內(nèi)噴淋菅組噴出的懸浮液滴向下降落，煙氣與氨？硫酸俊漿液液滴逆流接觸，發(fā)生傳質(zhì)與吸收反應(yīng)，以脫除煙氣中

7、的SO2、SO3。脫硫后的煙氣經(jīng)除霧器去除煙氣中夾帶的液滴后，從頂部離開(kāi)脫硫塔，通過(guò)原煙道進(jìn)入煙囪排放。脫硫塔下部漿池中的氨？硫酸俊漿液由循環(huán)墓循環(huán)送至漿液噴霧系統(tǒng)的噴嘴，產(chǎn)生細(xì)小的液滴沿脫硫塔橫截面均勻向下噴淋。SO2和SO3與漿液中的氨反應(yīng)，生成亞硫酸錢(qián)和硫酸俊。在脫硫塔漿池中鼓入空氣將生成的亞硫酸俊氧化成硫酸錢(qián)，由于充分利用了煙氣中的熱量，脫硫塔中使得硫酸俊中的水蒸發(fā)過(guò)飽和而析出硫酸錢(qián)結(jié)晶，硫酸錢(qián)漿液經(jīng)過(guò)旋流器的脫水提濃后再進(jìn)入離心機(jī)進(jìn)一步脫水，最后經(jīng)干燥后得到硫酸錢(qián)產(chǎn)品。脫硫塔漿池中的pH值由加入的氨量控制,pH值維持在大約5,25.8。FGD系統(tǒng)設(shè)置有事故漿液箱,事故漿液箱用來(lái)儲(chǔ)存脫

8、硫塔在事故、停運(yùn)、檢修和？或修理期間脫硫塔漿液池中的漿液。4氨法FGD需克服的幾個(gè)問(wèn)題4.1氨的易揮發(fā)性氨法脫硫的特殊之處，與鈣法(石灰石)脫硫的本質(zhì)區(qū)別是，前者的脫硫劑在常溫常壓下是氣體，是易揮發(fā)的，而后者是固體，是不揮發(fā)的。因此，氨法脫硫的首要問(wèn)題是圍繞著如何對(duì)付氨的易揮發(fā)性，防止氨隨脫硫尾氣溢出損失。4.2亞硫酸俊氧化的困難向亞硫酸俊水溶液鼓空氣直接氧化，便可得到硫酸錢(qián)：SO32-+1/2O2=SO42-亞硫錢(qián)氧化反應(yīng)實(shí)際上在吸收過(guò)程中也會(huì)發(fā)生，只不過(guò)由于煙氣中O2含量低，反應(yīng)速度慢，氧化率較低，其氧化貢獻(xiàn)不大。亞硫酸俊氧化和其他亞硫酸鹽相比明顯不同，NH4+對(duì)氧化過(guò)程有阻尼作用。肖文德

9、教授早期領(lǐng)導(dǎo)的研究小組闡述了這一獨(dú)特性質(zhì),NH4+顯著阻礙O2在水溶液中的溶解。當(dāng)鹽濃度0.5mol/L(約5%(wt)時(shí)，亞硫俊氧化速率隨其濃度增加而增加，而當(dāng)超過(guò)這個(gè)極限值時(shí)，氧化速率隨濃度增加而降低。盡萱如此，在大型工業(yè)化的脫硫塔中，氣液傳質(zhì)則成為主要的制約因素。4.3硫錢(qián)的結(jié)晶硫錢(qián)在水溶液中的飽和溶解度隨溫度變化不大，如下表所示。表1硫酸錢(qián)的溶解度溫度C2030406080100溶解度g?100g水75.478818895.3103.3溶解度(wt)4343.8244.7546.8148.8050.81可見(jiàn)，硫俊溶解度隨溫度變化很小，結(jié)晶析出硫錢(qián)的方法一般采用蒸發(fā)結(jié)晶，消耗額外蒸汽。因

10、此，如何控制過(guò)程的工藝條件使硫錢(qián)飽和結(jié)晶從而降低能耗是該方法的第三個(gè)技術(shù)關(guān)鍵。4.4控制亞硫錢(qián)氣溶膠在一定條件下，氣相中也會(huì)發(fā)生如下反應(yīng)NH3(g)+SO2(g)+H2O(g)=NH4HSO3(s)即在氣相形成亞硫酸氫氨的固體，即氣相沉淀。最初形成的固體呈現(xiàn)為超細(xì)粉末，在微米級(jí)別，稱(chēng)為氣溶膠。由于在脫硫過(guò)程中，熱煙氣與水溶液接觸，在液體表面，飽和水蒸汽向氣相傳遞，超細(xì)的固體顆粒會(huì)成為水蒸汽冷凝結(jié)露的核心或晶種。因此，關(guān)鍵是要防止以上反應(yīng)的發(fā)生。5氨法FGD的趨勢(shì)氨法脫硫工藝在開(kāi)發(fā)初期也遇到了很多問(wèn)題，如成本高、腐蝕、凈化后尾氣中的氣溶膠等等，在氨法工藝的發(fā)展過(guò)程中得到了不斷完善和改進(jìn)，進(jìn)入90年代后，氨法脫硫工藝漸漸的到了應(yīng)用。在國(guó)外，90年代以來(lái)，氨法FGD技術(shù)的研究和開(kāi)發(fā)已成為一股潮流。目前氨法FGD主要工藝技術(shù)有：美國(guó)瑪蘇萊氨法(原GE氨法)、日本NKK氨法、德國(guó)bischoff氨法、國(guó)內(nèi)華東理工大學(xué)NADS氨-肥法、磷俊肥法等。中國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，化肥行業(yè)是中國(guó)一個(gè)比較特殊的行業(yè)，也是長(zhǎng)期以來(lái)在政策上扶持的彳T業(yè)，而合成氨是所有乳肥的一個(gè)基本原料，到目前為止，合成氨的總產(chǎn)量居世界第一分布在全國(guó)各地，多數(shù)電廠周邊都有合成氨廠，因此氨的供應(yīng)能滿足