硫铁矿制酸尾气氨法脱硫技术方案--武汉大富石化

1、湖北新楚钟肥业20万吨/年硫酸尾气氨法脱硫工程技术方案武汉市大富石化科技有限公司2013年05月· 2 · 一、工程概况湖北新楚钟肥业20万吨/年硫铁矿制酸装置，因环保要求需增上硫酸尾气氨法脱硫装置，其20万吨/年硫酸装置尾气排放量为50000Nm3/h。正常工作时，SO2浓度为2000mg/Nm3，进气温度为70。设计依据：尾气量：50000Nm3/h；尾气含硫量：2000mg/Nm3；尾气温度：70；脱硫剂：气氨；脱硫后出口尾气含硫量：150mg/Nm3；脱硫产物：浓度为30%的硫酸铵溶液二、工艺技术方案确定的原则和依据目前普遍使用、具有代表性的脱硫技术有半干法和干法、

2、石灰石石膏湿法（FGD）、双碱法、海水脱硫法等多种尾气脱硫的工艺技术。但上述脱硫技术普遍存在这样或那样的问题，如系统复杂、催化剂损耗高、设备成本高、投资大、系统运行耗能高、运行费用高、脱硫效率低、副产物无法处理等。在我国，氨法脱硫技术为近十年来迅速发展起来的一种液相脱硫技术。该技术具有脱硫效率高、流程简洁、运行费用低、占地面积小、副产硫酸铵产品（35%硫酸铵溶液或硫酸铵固体）等优点，因此该技术用于脱除尾气中的SO2具有广泛的应用价值，尤其是对复合肥生产企业而言，副产品硫酸铵可作为复合肥生产的原料直接使用，既节约了复合肥的生产成本，又满足了企业的环保需求，可谓一举两得。三、氨法脱硫工艺技术简述3

3、.1氨法脱硫机理氨法脱硫是一个典型的化学吸收过程，包括两个具体步骤：(1) 吸收：SO2+2NH3+H2O =(NH4)2SO3SO2+(NH4)2SO3+H2O = 2NH4HSO3NH3+NH4HSO3 =(NH4)2SO3SO3+H2O=H2SO4H2SO4+2NH3·H2O=(NH4)2SO4+2H2O(2) 氧化：2(NH4)2SO3+O2 = 2(NH4)2SO4总反应为：SO22NH3H2O1/2O2(NH4)2SO4 (液体)3.2 工艺介绍根据贵公司提供的装置实际操作参数及运行情况，本项目工艺方案脱硫系统拟采用一座脱硫塔配置，脱硫后的氧化系统及公用工程系统按一套装置

4、进行设计，生产浓度为35%硫酸铵溶液，直接送至复合肥生产装置。整套装置包括：尾气脱硫系统、亚硫酸铵溶液循环系统，亚硫酸铵氧化系统，硫酸铵溶液存储及输送系统，氨水的贮存、供应系统，工艺水系统，溶液回收系统。本项目脱硫剂拟采用20%的氨水，直接由界区送至装置内氨水槽中。具体流程描述如下：硫酸尾气经尾气总管输送至预脱硫塔，在预脱硫塔内尾气中的二氧化硫与喷入的亚硫酸铵溶液进行反应，生成亚硫酸氢铵溶液（三氧化硫、酸雾与氨水生成硫酸铵）；未反应的亚硫酸铵溶液与反应生成的混合溶液一起随尾气进入脱硫塔下部。进入脱硫塔下部的尾气在塔内自下而上运行，与脱硫塔喷淋层均匀雾化喷下的亚硫酸铵溶液逆流接触，尾气中的SO2

5、等酸性气体和亚硫酸铵溶液继续反应生成亚硫酸氢铵并落入塔底，尾气中夹带的粉尘和氨也被洗涤下来。尾气在喷淋层内脱硫后，通过升气帽进入湍球清洗层，以去除尾气中少量微米级亚硫酸氢铵、硫酸铵和微小固体颗粒以及游离氨，有效解决气溶胶、氨逃逸和尾气拖白问题。尾气在清洗层清洗后向上进入除雾层，除去尾气中夹带的雾滴，在除雾器上部设有工艺水清洗装置，不仅可以清洗除雾器、预防堵塞，而且可以对尾气中夹带的氨再次吸收，降低排出尾气中氨含量。经清洗和除雾后的尾气温度降到30左右经烟囱排放到大气。经过脱硫、洗涤、除雾，硫酸尾气出口SO2小于150mg/Nm3，氨含量小于10mg/Nm3，雾状液滴小于75 mg/Nm3。脱硫

6、塔塔底溶液经循环泵反复循环后，生成一定浓度的亚硫酸铵溶液，当溶液总浓度达到2535%左右时，部分亚硫酸铵溶液经过溶液循环泵送至静态混合器。在静态混合器中通过控制氨水的加入量来调节混合溶液的PH值，从而将溶液中的无效组分亚硫酸氢铵全部转化为亚硫酸铵，后继续送入一、二级氧化槽进行两级氧化。氧化槽靠喷射器高速喷射产生的负压将空气带入，进入喷射器的空气和亚硫酸铵溶液充分混合，亚硫酸铵被快速氧化生成硫酸铵，其反应方程式如下：2(NH4)2SO3 + O2 = 2(NH4)2SO4 经过双级氧化槽的氧化，亚硫酸铵的氧化率达到95%以上，氧化过后的硫酸铵溶液浓度在420g/L，送入硫酸铵溶液槽，至此回收过程

7、完成。3.3 本工艺技术特点(1) 装置流程简洁，容易操作，可保证系统长周期稳定运行。(2) 装置脱硫效率高，操作弹性大。(3) 系统节能：脱硫塔液气比小，循环量小；运转设备少，电耗低；系统能耗在国内现有的烟气脱硫工艺中最低。(4) 工艺采用宁垣公司的多项专利技术：A、氨水制备采用先进的工艺技术，利用气氨溶解于水的溶解热来气化液氨，解决了液氨蒸发需要蒸汽的问题，降低运行费用；B、亚硫酸铵氧化采用塔外喷射二次氧化技术，亚硫酸铵的氧化率95%，完全可以满足硫酸铵纯度的要求。(5 ) 较好地解决了氨法脱硫的气溶胶、氨逃逸和尾气拖白问题。3.4 本工艺和国内其它氨法脱硫工艺的比较(1) 塔内氧化与塔外

8、氧化差异目前国内氨法脱硫主要分为塔内氧化及塔外氧化两种技术，我公司推荐使用塔外氧化技术，而这两种技术最主要的区别在于将亚硫酸铵氧化成硫酸铵的工艺上： 塔内氧化流程需要设置鼓风机向塔内鼓入大量空气，在塔底曝气氧化亚硫酸铵，得到硫酸铵，该工艺脱硫塔内部溶液为硫酸铵溶液、亚硫酸铵溶液、亚硫酸氢铵及氨水的混合溶液。众所周知氨法脱硫中吸收SO2的主要成分是氨水及亚硫酸铵溶液，而硫酸铵是没有吸收能力的。 塔外氧化流程是将塔内一定浓度的亚硫酸铵溶液送往塔外，单独设置氧化槽将亚硫酸铵氧化成硫酸铵。该工艺脱硫塔内部溶液为亚硫酸铵溶液、亚硫酸氢铵及氨水的混合溶液，基本不含硫酸铵。(1) 塔内氧化流程及塔外氧化流程

9、A、液气比：塔内氧化流程就需要较大的液气比来达到一定的脱硫效率，一般液气比需要2.5:1，即便这样也无法达到较高的脱硫效率。而塔外氧化流程由于塔内溶液均是吸收SO2的有效成分，故液气比一般维持在1.22.0:1左右就可以达到较高的脱硫效率。B、动力消耗：由于塔内氧化流程需要较大的液气比，所以循环溶液量较大，循环泵的电耗也较高，且需要设置较大功率的氧化风机，故电耗远远高于塔外氧化流程。C、产品纯度的控制：由于塔内氧化流程中塔内液体为硫酸铵及亚硫酸铵的混合液，此时无论采用何种浓缩工艺，亚硫酸铵均不会再氧化成硫酸铵，即亚硫酸铵的氧化率远远达不到90%，此工艺下得到的产品实际上为亚硫酸铵及硫酸铵的混合

10、品，无论制作固体产品还是液体产品均无法满足硫酸铵产品的技术要求。D、系统运行的稳定性：塔内氧化流程需要将塔内溶液的硫酸铵浓度控制在较高的浓度范围内操作，在塔内容易析出硫酸铵晶体，而硫酸铵晶体较为坚硬，对溶液循环系统的循环泵、液体分布器、喷头及脱硫塔内部结构均会造成较大的磨损而大大缩短使用周期，严重影响脱硫系统的长周期稳定运行。3.5 先进的优化操作控制方法在优化操作和控制方面，提出的三回路控制方法，以PH值控制氨水流量，以液位控制水流量，以密度控制产品硫酸铵流量，具有很好的稳定性和安全性，操作简单。3.6 脱硫装置的高效脱硫效率及防堵塞设计本工艺采用目前先进的塔外氧化工艺，始终保持脱硫塔内溶液

11、PH值在合适的范围内（6.26.8），第一有利于对SO2的循环吸收，提高系统的脱硫效率，第二避免了硫酸铵在塔内的形成，塔内循环溶液均为亚硫酸铵，循环液中的有效吸收成分大大增加，有利于提高吸收效率，降低溶液循环量及系统电耗，第三合理控制循环溶液中亚硫酸铵的浓度为20%左右，从根本上杜绝了塔内结晶的形成，避免了塔内结晶堵塔和堵塞管道、喷头，也降低了循环溶液中含有结晶对管道和设备的磨损，大大提高了设备和系统的稳定运行周期。3.7 尾气出口氨含量的控制本工艺氨水直接加入脱硫塔底部，氨水的加入主要起到两方面作用，一方面与脱硫塔内循环液中的亚硫酸氢铵反应生成亚硫酸铵，另一方面主要是控制循环液的PH值。氨不

12、会直接进入气相，故尾气出口的氨含量很低。3.8 脱硫装置的节能设计本工艺技术采用双级喷射再生氧化法，采用喷射器内液体高速流动形成的负压将空气吸入后氧化亚硫酸铵，亚硫酸铵氧化成硫酸铵的氧化率极高，优于塔内的空气曝气氧化，氧化后的硫酸铵产品中亚硫酸铵成分含量很低，使得回收的硫酸铵产品回收率高且品质纯正。不使用功率较大的氧化风机，降低了电耗和噪声。塔外氧化技术的应用也大大降低了脱硫液的循环量，从而也降低了电耗。3.9 健康安全环保（HSE）设计(1) 本设计无废水排放。(2) 本设计正常生产没有废水和废渣排放。(3) 在装置紧急停车时，可将系统内容易结晶的溶液排入回收池中，同时加水清洗，保证装置不外

13、排、不结垢。3.10 对原有设备及装置的影响脱硫系统在原尾气管道设置旁路，尾气经过脱硫系统脱硫后，净尾气经脱硫塔顶部烟囱排空。硫酸装置可以于脱硫与不脱硫两种工况之间切换。本系统的阻力较小并且相对稳定，脱硫系统的运行稳定；当脱硫系统停运时，打开原尾气管道蝶阀，关闭脱硫系统入口蝶阀，尾气不经脱硫系统直接经原尾气管道进入烟囱排放；因此本系统不会影响硫酸装置的安全、稳定运行。脱硫系统的负荷范围与硫酸装置的负荷范围相协调，在硫酸装置负荷于30%110%之间变化时，脱硫系统的负荷有良好的、适宜的调节特性。在硫酸装置运行的条件下，脱硫系统能可靠和稳定的连续运行，装置年运行时间不低于8000小时。因此，整个脱

14、硫系统对硫酸装置的稳定运行无任何影响。四、脱硫设备4.1 脱硫塔(1) 脱硫塔结构及材料在尾气湿法脱硫工艺中，脱硫塔外壳多采用整体玻璃钢和碳钢内衬玻璃鳞片材质。但是碳钢内衬玻璃鳞片材质目前在脱硫行业遇到的突出问题是鳞片层严重脱落，设备防腐蚀性能很不可靠，设备维护量大，使用寿命短。本项目拟采用玻璃钢整体材料制作脱硫塔，具有十分优良防腐蚀性能，制作工期短，基本不需要维护。脱硫塔外壳采用整体玻璃钢（FRP），主要材料采用国际品牌的乙烯基树脂，在需要耐高温的部分采用了特种耐高温树脂。脱硫塔配有足够数量大小合适的人孔和观察孔，人孔和观察孔无泄漏，而且附近设有平台，人孔尺寸至少是DN500，并且设计成易开

15、易关的形式，在人孔上装有手柄。观察镜易于更换，而且安装有内部清洗措施。脱硫塔的气体进口采用与水平夹角30°方向进入，气体及夹带的亚硫酸氢铵溶液喷射到塔底的液面上，避免了直接喷射到塔壁而造成的冲刷损害。(2) 脱硫塔分布洗涤段分布洗涤段由开孔率为32%的分布板组成。分布板使脱硫塔内向上的尾气均匀分布，使得该段的气液传质大大加强，因而能有效地把尾气中的杂质捕集下来，同时提高了吸收二氧化硫的效率。(3) 脱硫塔内部亚硫酸铵溶液喷淋系统脱硫塔内部亚硫酸铵溶液喷淋系统由分布器和雾化器及喷淋吸收段组成，喷淋系统的设计应能合理分布要求的喷淋量，将利用计算机进行模拟使烟气流向均匀，并确保亚硫酸铵溶液

16、与烟气充分接触和反应。喷淋管材料选用耐腐、耐磨的复合材料，由乙烯基树脂、玻璃纤维和316L不锈钢构成。亚硫酸铵溶液喷淋系统不仅能在母管内均匀分布溶液，而且也能把溶液均匀分配给雾化器，即喷嘴的支管。所有喷嘴能避免快速磨损、结垢和堵塞，喷嘴材料采用碳化硅或316L不锈钢材料制作。喷嘴与管道的设计便于检修，冲洗和更换。在脱硫塔的主吸收段（喷淋吸收段），经过分布洗涤段被均匀分布的尾气，与脱硫塔喷淋层均匀雾化喷下的亚硫酸铵溶液逆流接触，尾气中的SO2等酸性气体和亚硫酸铵溶液反应生成亚硫酸氢铵落入塔底；同时尾气中的夹带氨也被洗涤下来。计算机模拟实验及生产实践都表明：在脱硫塔内靠近塔壁的环形区域，存在吸收液

17、塔壁向下壁流和液体分布相对不均的问题，在环形区域内二氧化硫的吸收效率较低（75%），而中心区域的吸收率能到99%，为解决此问题，在塔内壁设置了多套环形挡液环，使得吸收液和气体都集中在吸收率很高的中心部分，从而保证了出口二氧化硫脱除率。 (4) 脱硫塔气液分离系统气液分离系统，即除雾器的设计、安装和运行可利用率高、除雾效果好。除雾器布置合理、便于更换。除雾器安装在吸收塔顶部，用以分离净烟气夹带的雾滴。除雾器出口尾气雾滴不大于75mg/Nm3（干基）。除雾器的设计保证其具有较高的可利用性和良好的去除液滴效果。该系统还包括去除除雾器沉积物的冲洗和排水系统，运行时根据给定或可变化的程序，既可进行自动冲

18、洗，也可进行人工冲洗。除雾器材料采用增强聚丙稀，能承受高速水流冲刷，特别是人工冲洗造成的高速水流冲刷。4.2 氧化槽本工艺技术采用独特的塔外氧化技术，采用二次喷射氧化的方法，使亚硫酸铵溶液与空气强制混合，气液接触相当充分，顺流接触：空气在喷射器及氧化槽内与亚硫酸铵溶液充分反应，使亚硫酸铵的氧化率可达到95以上，切实确保了副产品硫酸铵溶液的品质。采用塔外二次喷射氧化技术提高了亚硫酸铵的氧化率，避免了脱硫塔内晶体析出，杜绝了由此造成的脱硫塔堵塞现象的发生，降低了循环泵的动力消耗，保证较高的排烟温度。4.3 主要工艺设备一览表名称规格材质数量备注预脱硫塔1600×6000耐温玻璃钢1脱硫塔

19、3200×24000耐温玻璃钢1一级氧化槽2600×5000耐温玻璃钢1二级氧化槽2600×4000耐温玻璃钢1硫酸铵溶液槽3000×4500玻璃钢12天贮存量氨水槽2800×4500玻璃钢12天使用量工艺水槽2200×3000玻璃钢1回收池4000×3000×2800混凝土内防腐1清洗液槽2000×3000玻璃钢1静态混合器SS1溶液循环泵70m3/h、40m3两开一备一级氧化泵80m3/h、50m2一开一备二级氧化泵40m3/h、50m2一开一备硫酸铵溶液泵5m3/h、40m2一开一备氨水泵5m3/h

20、、40m2一开一备工艺水泵18m3/h、45m2一开一备回收泵15m3/h、20m1清洗液泵70m3/h、40m1五、脱硫装置设计指标本设计的脱硫工艺具有前瞻性，可以满足未来1015年日趋严格的国家排放标准。硫酸尾气SO2排放浓度100/Nm3；脱硫装置入口SO2浓度2000mg/Nm3时，整个装置能够连续稳定运行。主要控制指标如下： 净硫酸尾气SO2排放浓度：100mg/Nm3 净硫酸尾气NH3排放浓度：按恶臭污染物排放标准GB14554执行 硫酸尾气通过脱硫系统的压降：1000Pa 硫酸铵溶液浓度： 280420g/l 设备噪声：80dBA 亚硫酸盐转化率：95% 氨回收率：98% 净硫酸

21、尾气排放含水率：75mg/Nm3 脱硫系统装置年运行时间：8000h 脱硫系统污水排放水质：无污水排放六、脱硫装置运行费用一览表（按8000h计算）序号名 称小时耗量年耗量单价年耗量价值1气氨0.069t/h554.4t/年3200元/吨177.4万元2工艺水量1.50t/h12000t/年2.50元/吨3.00万元3用电量140kwh1120000kwh/年0.50元/度56.0万元4人员费用4.0人3.0万元/年12.0万元5运行总费用248.4万元630%硫酸铵回收费用0.80t/h6400t/年400元/吨256.0万元7SO2排污费0.115t/h920t/年631.58元/吨58.

22、11万元8项目效益65.71万元七、售后服务及现场服务承诺7.1 质保期7.1.1乙方承诺整套烟气脱硫装置（包括所有辅助设备）质保期为1年，从甲方性能验收报告签字生效之日算起。7.1.2在保证期内不发生主要部件损坏事故。如由于产品设计及制造质量原因而发生损坏，乙方承担返厂修理费及运费或免费带材料来现场修复，期间所发生的其他相关费用均由乙方承担。7.1.3所有由乙方提供的材料、部件、设备，在保证期内使用不适合，乙方保证免费用更好的材料代替更换。7.1.4在规定的运行条件下，乙方保证在验收期及保证期内整套脱硫装置可用率 95%。7.2 售后服务及技术培训7.2.1项目实施之后，将严格按照项目文件中

23、的各项技术指标，不折不扣地忠实履行各项义务及责任，直到甲方满意。7.2.2乙方对承建的工程实行长年跟踪服务。7.2.3对产品售后服务实行24 小时动态响应原则，随时响应甲方的要求，赶赴现场解决哪怕是微小的问题，保证甲方正常使用每一台设备。7.2.4免费培训。 培训内容氨法脱硫工艺原理、工艺流程介绍。电气、仪表的设计原则，维护管理，故障分析及排除。操作故障分析及排除，系统开停车及运行等。 培训方式乙方将为甲方的技术人员上课培训，地点在甲方现场。培训不少于1天。在整个脱硫设备调试期间，对甲方的人员进行现场培训。7.3 现场服务承诺7.3.1现场技术服务 设备到货的清点和交接：设备到货时及时通知甲方到现场参加设备的清点和交接工作，甲方人员的参加并不免除乙方的责任。 安装技术指导及服务：在安装开始前进入现场，了解安装工程的准备情况，及时向甲方反馈相关信息。 安装全过程在现场，