煤化工工程中氨法脱硫技术的应用_王耀志.pdf

化学工程与装备 2023 年 第 1 期 36 Chemical Engineering&Equipment 2023 年 1 月 煤化工工程中氨法脱硫技术的应用煤化工工程中氨法脱硫技术的应用 王耀志（山东华鲁恒升化工股份有限公司，山东 德州 253024）摘摘 要要：持续推进的可持续发展理论，进一步提高社会大众对环境问题的重视程度并增强其环保意识。政府有关污染物排放量的标准及要求逐年变更，尤其是每年煤炭量消耗巨大的煤化工行业，其生产过程中会有大量二氧化硫产生，对大气污染严重，且当硫氧化物结合雨水后会有酸雨产生，构成的损失无法估量。为避免环境受污染，最大限度减少生成于煤炭反应及燃烧中的硫氧化物，有必要应用氨法脱硫技术对二氧化硫排放加以控制，以此改善我国环境质量。本文在阐述氨法脱硫技术原理、特点及其在煤化工工程中应用优势的基础上，指出煤化工烟气脱硫要求，并产生了该技术的具体应用，以供参考与借鉴。关键词：关键词：煤化工工程；氨法脱硫技术；应用 综合当前煤化工建设水平来看，各类脱硫技术性能及效率的优化发挥着显著的推动作用，特别是应用氨法脱硫技术后，在其遵循环保原则、反应速度快、高氨碱性等特色优势的运用下，能够大幅提升煤化工生产质量。然而，鉴于煤化工生产实践中面临诸多因素的影响，要求技术人员对技术操作原理及实施要点形成全面深刻地理解，以促进技术应用价值的充分发挥，保障工作质量及效率。1 1 氨法脱硫技术原理氨法脱硫技术原理 该技术是通过高活性、高碱性的液氨（氨水）对烟气中二氧化硫进行吸收，转化中间产品亚硫酸（氢）铵为硫酸铵化肥。其反应具体为：OH2SO)NH(2OHNH2OHSONH2SO)NH(2O3SO)NH(2OHHSONH2SOH23SO)NH(OH2SO)NH(OHNH2SOHOHSO242442344242242343224232443222+=+=+=+=+=+作为碱性吸收剂之一的氨，其碱性相比钙基吸收剂而言远远更强，拥有反应速度快、反应完全及吸收剂利用率高等优势特点。煤化工中，氨在烟气中二氧化硫的吸收过程呈现出气-液或气-气反应，脱硫效率高，且与钙基脱硫相比设备体积小、系统简单、能耗更低1。同时，该技术能生成可作为常用化肥的硫酸铵副产品，可补贴煤化工企业运行中支出的成本。引入氨法脱硫技术至煤化工中，可有效处理烟气中二氧化硫，确保烟气在排入大气时与我国污染物排放标准相符合。2 2 氨法脱硫技术特点及其在煤化工工程中的应用优势氨法脱硫技术特点及其在煤化工工程中的应用优势 2.1 技术特点 一是脱硫效率高，燃煤流分波动适应性可观。吸收剂选择氨，其碱性强且纯度高，在烟气中氧化硫吸收时呈现出气-液两相反应，故而氨法具备反应完全、速率快且能高效利用吸收剂等优势，二氧化硫吸收能力相比其他工艺而言更优异。根据工程实例得知，氨法脱硫在中高硫煤中的脱硫效率同样能达到 97%99%。氨在水中能够完全溶解，在液气比维持不变的条件下，符合硫分波动时脱硫要求，吸收剂具备极强的吸收能力。二是与循环经济要求相符合。煤化工工程中，废氨水副产较为普及，在氨法脱硫中适用，且在二氧化硫及废氨污染治理中能够发挥一定作用，系统不再产生废水废渣，转而生成副产硫酸铵化肥，高度契合“循环经济”要求。三是能耗低，可与脱硝工艺共用系统2。氨法脱系统阻力低，硫液/气比小，其相比石灰石-石膏法而言装置电耗能节省 40%。1t 氨可脱除的二氧化硫高达 2t，且有 3.8t 的硫酸铵生成。随着煤含硫量的提升，副产品硫酸铵的生成量也会增加，且在单位氧化硫脱除中的运行费用更低。该技术能与 SNCR、SCR 等脱硝工艺共用一套液氨供应系统，减少投资与占地。四是消纳合成气硫回收的脱硫尾气。煤化工项目中必然配置了硫回收装置，在深度治理回收硫后的硫化氢尾气及达标排放中，通常都是引进国外技术，涉及较高的投资。引入氨法脱硫至锅炉烟气中处理不达标的硫回收排放尾气，转移硫铵溶液至动力区氨法脱硫装置并处理，可减少运行费用，节省投资。2.2 应用优势 石膏法属物理脱硫技术，以钙基脱硫原理为核心，相比氨法脱硫技术的反应速度和反应程度而言略显不足，可行性及实施强度不理想。氨法脱硫技术可达成全面与长期推广，不同于国外引进的钙法，不会产生技术使用及支付技术转让方面的费用，能规避资源浪费的情况。氨法脱硫技术通常是在吸收剂氨的作用下，对煤气或烟气中较多含量的硫化氢和二氧化碳等气体进行脱除。氨是具备较强碱性的碱性吸收剂，在煤化工行业中应用时支持DOI:10.19566/35-1285/tq.2023.01.109 王耀志：煤化工工程中氨法脱硫技术的应用 37 多数情况下气体成分的有效去除，通过吸收剂用量的增加，其在脱硫方面的效率也会显著提升。其他脱硫工艺因机械装置体积较大或会大量消耗原料的缘故，会引起相对较高的生产成本，而在氨法脱硫的运用下即可减少生产成本，且能解决煤化工中诸多问题3。同时，氨法脱硫技术的应用，脱硫及硫酸铵加工工序中排放的含硫污水及设备冷却水等废水都集中于事故排污池中，通过向洗涤塔和脱硫塔加入，能避免设备运行及脱硫效果受影响，可回收利用系统内部污水。故而，有必要积极落实氨法脱硫技术在煤化工工程中的应用，助力煤化工的发展。3 3 煤化工的烟气脱硫要求煤化工的烟气脱硫要求 以环保部关于执行大气污染物特别排放限值的公告（2013 年第 14 号）得知，石化、钢铁、有色、化工、水泥及火电等重点控制区行业中执行的大气污染物二氧化硫排放限值为 50 mg/m3。火电厂污染物排放标准（GB 13223-2011）中，也对重点地区提出 50 mg/m3的排放限制要求，其他地区则为 50200 mg/m3。对应二氧化硫脱硫效率的标准要求为 95%以上，视具体情况而言还能高达 99%。根据此类规定来看，不同煤化工项目鉴于地区执行排放标准及燃煤含硫量的不同，在锅炉烟气脱硝方面也有着不一致的效率要求，具体如表 1 所示。表表 1 1 锅炉烟气脱硫效率要求锅炉烟气脱硫效率要求 单位：单位：%燃煤流质量分数/%排放标准/（mg m-3）50 100 200 0.6 96.53 93.06 86.11 1.0 97.92 95.83 91.67 1.5 98.61 97.22 94.44 2.0 98.96 97.92 95.83 国家针对地方排放二氧化硫的要求是以总量控制原则为依据，当前各地在经济发展中加大招商引资力度，各企业也在争先扩大规模，少有排放总量指标富余的企业或地方，通常情况下仅能通过进一步减排获得总量指标，所以部分项目甚至会出现比国家排放标准更严格的锅炉烟气二氧化硫排放要求。4 4 煤化工工程中氨法脱硫技术的应用煤化工工程中氨法脱硫技术的应用 4.1 高硫煤中的应用 结合氨法脱硫技术处理高硫煤时，具备较高的脱硫率且会有大量氨肥形成，能规避二次污染的产生，且能实现废弃材料的充分利用。氨法脱硫技术具备较广的适用范围，在高或低硫煤脱硫处理中具备优势明显的弹性操作特征。氨回收法脱硫装置运行中，也是硫酸铵的生成过程，烟气中每吨二氧化硫气体能够换来的价值仅 400 元。在价格低廉的高硫煤的运用下，可大幅减少燃料成本及脱硫费用。同时，该工艺具备较高的活性，脱硫塔通常涉及约 850Pa 的阻力，液气比传统脱硫技术低。技术装置在原锅炉引风机潜力的支撑下，能降低 50%的系统阻力耗电，并达成 70%以上的循环泵功耗降低效果。4.2 烟气脱硫中的应用 脱硫处理烟气时，通过氨法脱硫技术的运用，可实现烟气中二氧化硫的有效吸收。该环节中，有必要对处理工艺流程提前明确，且准许相关原则也不可或缺，以便为脱硫工艺提供合理性、科学性保障，夯实预期脱硫目标实现的基础4。首先，在脱硫工艺开展前，要做好烟气脱硫系统操作流程的明确，并落实相关设备及装置的设计，如部分位置涉及较高烟气浓度的地方，需在此位置提前进行一个挡板的设置，保证烟气能向二氧化硫吸收层直接接入，确保烟气能够良好接触吸收液。当烟气实现二氧化硫的充分融合后，即可向除雾装置中转移。该装置内，吸收塔引入可支持烟气中夹带液滴高效处理的措施。在吸收塔出口液滴浓度妥善控制的前提下，不仅可实现氨逃逸情况的有效控制，且能为吸收系统的合理性与稳定性提供充分保障，促使脱硫技术应用需求得到有效满足。值得一提的是，该环节中通过氨法脱硫技术的运用，能实现烟气中二氧化硫的有效去除，大幅削减环境受到的污染，助力环境保护效果的提升。4.3 化工区综合治理中的应用 煤化工产品生产中，往往会生成诸多化工废料，其一便是废氨水。通过对废氨水的检测得知，废氨水多为 15%22%的浓度，此时引入氨法脱硫技术展开处理时，不仅能减少资金耗用量，且可实现废氨水的有效利用，实现化工企业锅炉二氧化硫排放问题的综合治理。工作人员在脱硫技术的运用下，能转化废氨水为硫酸铵。硫酸铵作为一种复合型肥料原材料，通过应用能够节省其他原材料，助力循环经济目标的实现，减少排放的各类废料量，避免二次污染的产生。5 5 氨法脱硫工程设计要点氨法脱硫工程设计要点 5.1 氨区设计 氨水有腐蚀性，气氨为有毒气体，一旦出现泄露或爆炸等事故会构成无法估量的后果，故而国家在储存与使用液氨方面也形成明确的规定。氨法脱硫技术的应用中，往往采取加压储存方式进行少量液氨的存储，可对安全事故加以有效控制。同时，需以地方管理要求及设计规范为依据，严格控制液氨罐数量，合理设计事故喷淋处理工艺。5.2 控制进料杂质 封闭系统中进行的氨法脱硫，未进行废水排放通道的设置，烟气与氨水进料时往往夹杂氯离子和烟尘等杂质，需依托副产硫铵、烟气带出，以便为系统运行稳定性提供保障。杂质积累越高的浓度，会导致硫铵品质下降，甚至有不结晶情况产生5。同时，杂质会磨损性破坏系统部件，导致系统运行年限缩短。氨法脱硫装置系统成熟度不足，或除尘装置出现故障，也会导致脱硫塔内出现更多的烟气尘含量，硫铵品质受影响。基于此，需对氨法脱硫系统 （下转第（下转第 4 40 0 页）页）40 费 鹏：炼油加氢装置与全厂氢气系统的集成优化 表表 1 1 调度周期内加氢装置氢耗数值（调度周期内加氢装置氢耗数值（NmNm3 3/h/h）加氢 装置 T1 T2 T3 T4 HC 54712 54995 54094 54536 HT1 23391 24493 24773 23952 HT2 10075 10979 9778 11350 根据上述模型和表 1 求解计算可得，调度周期内氢气总产量为 262975Nm3，能够满足炼油厂周期内制氢和用氢需求，为制氢装置产氢策略和氢气系统用氢方案提供依据，确保各项装置安全、平稳运行，避免资源浪费，并实现运行周期内系统成本最小化，达成炼油加氢装置与全厂氢气系统的集成优化目的。3 3 结束语结束语 总之，基于环境立法视角，提高原油质量标准，降低硫含量、芳香烃、挥发性、苯含量等成分，能显著降低有害物质排放，避免对环境造成进一步损害。在炼油生产过程中，采用深度加氢工艺是提升油品质量，保障油品质量达标的重要工艺，其中，氢气发挥关键作用。本文对炼油厂加氢装置和氢气系统进行集成优化，既满足当下炼油厂实际需求，也能为炼油厂可持续发展作出贡献，具有十分现实的意义。参考文献参考文献 1 吴乐,汤杰国,朱强,等.加氢反应过程对炼油厂加氢系统氢耗影响的分析J.石油学报(石油加工),2016,32(05):1030-1037.2 马永林,孙鹏,房韡.炼油厂单装置氢气优化研究J.石油炼制与化工,2017,48(12):97-101.3 王宽心,吴玉成,韩晓春,等.炼油厂氢气系统全局优化技术及应用J.自动化仪表,2018,39(08):32-35.4 魏莉莉.炼油厂氢气系统稳定性的研究D.浙江大学,2018.5 孟凡忠,霍姗,王兵,等.炼厂氢气优化实践与经济评价J.炼油技术与工程,2021,51(08):32-35.（上接第（上接第 3737 页）页）_ 中各物质进入的品质要求加以严格控制，切忌以废物处理系统看待脱硫塔，以便充分发挥系统性能及技术优势。5.3 防腐 氨法脱硫工程设备部件中，之所以会有腐蚀问题产生，源于