氨法脱硫工艺在煤制天然气中的应用及必要性分析.docx

1、氨法脱硫工艺在煤制天然气中的应用及必要性分析张兵（辽宁大唐国际阜新煤制天然气有限责任公司，辽宁阜新123000）摘要通过在烟道中加入接收系统，使来自于疏回收的尾气能与动力烟气同时脱疏，从工艺原理和流程方面介绍了这种氨法烟气脱硫技术，并从多方面对钙法和氨法脱疏进行了对比分析，阐明了采用氨法脱疏技术的必要性，解决了二次淳染和亚硫铉氧化困难两个主要问题，达到国家尾气排放的相关标准，符合循环经济发展。关键词接收系统；工艺原理和流程；氨法烟气脱硫；必要性；主要问题中图分类号：X74文献标识码：A文章编号:2095-817X（2016）06-0007-005我国的资源特点和经济发展水平决定了以煤为主的能源

2、结构将长期存在，但存在运输成本高、污染严重等问题。而天然气作为一种热值高的新生清洁能源，可以克服这些缺点。然而，天然气在以煤为主要原料进行生产加工的过程中会产生大量的SO?等含硫污染物，SO?是造成我国大气环境污染和酸雨不断加剧的主要原因&气已成为制约我国经济和社会可持续发展的重要因素，因此，回收并脱除尾气中的SO?,提高环境质量，成为当前刻不容缓的一项环保任务3）。通过对国内外脱硫技术及相关行业脱硫情况的研究分析，可以发现烟气脱硫（FGD）是目前工业中控制SO?气体排放最有效和应用最广泛的技术阳七尤其是近年来随着合成氨产最的增多，氨法烟气脱硫技术在国内快速发展并得到普遍关注，主要工艺

3、有电子束氨1，0*，脉冲电晕氨法"气湿式氨法等，其中的湿式氨法脱硫技术在电厂烟气脱硫的应用最广泛。基于某公司湿式氨法烟气脱硫工艺，我公司与某公司进行技术论证与改进，将硫回收车间的含硫尾气通过克劳斯挡板门接入烟气管道，同烟气一起通过脱硫系统，与废氨水进行吸收反应，其中的SO?转化为化肥硫酸铉，减少了硫回收车间火炬排放尾气对环境的污染。同时，从装置布局、吸收剂来源、工艺技术、环保特性、成本与经济等方面对钙收稿日期:2016-04-28作者简介：张兵（1983-）,男，工程师，主要研究方向化工分离等C法脱硫和氨法脱硫进行了对比分析，阐述了我公司采用氨法脱硫技术的必要性，这对煤制天然气领域的

4、应用具有重要的意义。1煤制天然气中氨法脱硫工艺1.1氨法脱硫的基本原理氨法脱硫技术以水溶液中的nh3和so2反应为基础，在多功能烟气脱硫塔的吸收段将锅炉烟气中的so2吸收,得到脱硫中间产品亚硫酸铉（简称硫铉，下同）或亚硫酸氢铉的水溶液，在脱硫系统的循环槽，鼓入压缩空气进行亚硫铉的氧化反应，将亚硫铉直接氧化成硫铉溶液。在脱硫塔的浓缩段，利用高温烟气的热量将硫铉溶液浓缩，得到含有一定固含量的硫钱浆液，浆液经旋流器浓缩、离心分离、干燥、包装等工序，得到硫铉产品。整套工艺具有投资低、能耗低、无污染等特点。反应方程式如下：so2+nh3+H2O=NH4HSO3(1)SO2+2NHj+H2O=(NH4)2

5、SO3(2)SO2+(NH4)2SO3+H2O=2NH4HSO3(3)NHj+NH4HSO3=(NH4)2SO3(4)2(NH4)2SO3+O2=2(NH4)2SO4(5)上述反应中，在送入氨最较少时，则发生（1）式反应；在送入氨量较多时，则发生（2）式反应；而式（3）表示的是氨法脱硫吸收反应的主反应式；因吸收过程中所生成的酸式盐NH4HSO3对SO2不具有吸收能力，吸收液中NH4HSO3数量增多时对SO?吸收能力下降，操作中需向吸收液中补充氨，使部分NH4HSO3转变为（NH4）2SO3,这就发生（4）式反应，以保持吸收液对so2的吸收能力。氨法脱硫反应是典型的气液两相过程，SO2吸收是受气

6、膜传质控制的，所以该反应须保证S02在脱硫溶液中有较高的溶解度和相对高的气速。SO2溶解度随pH值的降低和温度的升高而下降，故正常要求吸收液pH值控制在4.08.0、反应温度控制在6070勾、反应段的气速一般控制在4m/s以上。这样的控制条件即能保证较高的脱硫效率，乂可以有效控制氨逃逸。1.2氨法脱硫的工艺流程由锅炉引风机出来的烟气和硫回收的克劳斯尾气通过入口挡板门进入多功能烟气脱硫塔浓缩段，脱硫后的尾气通过出口门进入烟囱，引风机可以克服整个脱硫系统的压降。烟道上还设置有旁路挡板门，便于在非正常情况下将烟气和克劳斯尾气切入烟囱。脱硫系统主要分为脱硫塔和循环槽，脱硫塔分为浓缩段、吸收段和除雾段，

7、烟气向上与向下的吸收液逆流接触，发生传质和吸收反应，脱除其中的SO?等酸性气体，生成亚硫酸铉和亚硫酸氢铉，脱硫后的尾气经除雾器去除其中夹带的液滴经出口挡板门进入烟囱。吸收液由氨水槽送入脱硫系统，利用氧化风机鼓入的空气中的氧气将亚硫酸铉和亚硫酸氢铉氧化为硫酸铉和硫酸氢铉，利用烟气中的热量使硫酸铉溶液在浓缩段蒸发浓缩，形成一定固含量的硫铉浆液，硫铉浆液通过旋流器脱水浓缩进入离心机，最后经振动流化床干燥得到含水率小于1%、含氮率大于20.5%的硫铉产品。其工艺流程图见图1。图1氨法脱硫主要工艺流程Fig.lThemainammoniadesulfurizationprocessflowdiagram

8、2必要性分析从装置布局、吸收剂来源、工艺技术、环保特性、成本与经济等方面对钙法脱硫和氨法脱硫进行对比分析，阐述了采用氨法脱硫技术的必要性。2.1装置布局的比较分析氨法脱硫无需原料预处理工序，且吸收、氧化、浓缩在同一系统内完成，设备选型无需太大，布置紧凑、占地少，节约了空间和用地资源。相反，钙法脱硫还要增加石灰石浆液制备系统和石膏脱水系统，设备体积庞大，需要更大的占地面积和空间。2.2吸收剂来源的比较分析氨水来自于本公司气化分厂，相距很近，回收使用方便，液氨来自于储运分厂，计量后经过管线输送至氨法脱硫车间，经过氧化空气吹进循环槽，使液氨气化加速溶于加氨区溶液中，氨水或液氨全部采用密闭输送，能够减

9、少泄露事故。而钙法脱硫需要采购石灰石，将石灰石磨成粉末与水混合，通过浆液制备系统来生产石灰石浆液，以作为吸收剂吸收SO?。吸收剂来源繁琐，且没有氨水或液氨吸收迅速，为此，我们采用15%浓度的废氨水或100%浓度的液氨作为吸收剂来吸收SO?,最终产生硫酸铉浆液。2.3工艺技术对比分析表1两种脱硫工艺技术的对比Tab.lThecomparisonbetweentwokindsofdesulphurizationtechnology项且钙法脱硫氛法脱硫脱硫塔阻力/PaW2500W1500脱疏剂摩尔比1.032副产物Ca(SO4)2-2H2O(NH4)2SO4脱硫剂消耗23.27.55脱硫剂利用率/%

10、N95100（液氨）脱硫效率/%N95N98.3电耗/(kW/h)5858.64569.7占地面积/m?203638909排水fi/(Vh)14.80从表1可以看出，钙法脱硫比氨法脱硫占地面积相对较大；脱硫塔阻力大，需要增压风机；耗电量较高，排水量很大，氨法脱硫几乎是零排放；钙法脱硫的脱硫剂利用率和脱硫效率均较氨法脱硫低。另夕卜，钙法脱硫的副产物二水硫酸钙经济价值很小，产生二次固体污染，氨法脱硫副产物硫酸铉含氮量高,是很好的肥料，经济价值较高。因此，氨法脱硫是我们合理的选择。2.4环保特性方面的比较钙法脱硫工艺过程中产生的CO?,在大气层中超最沉积，将加剧温室效应，导致全球气候变暖。其脱硫的最

11、终产物主要是石膏，石膏中CaSO4-2H2O含量一般在90%左右。目前，脱硫石膏主要应用于水泥缓冲剂，但水泥生产中仅能掺入约5%,且脱硫石膏中尚含有10%的附着水分。据统计，目前我国脱硫石青的利用率不超过10%,我国天然石膏资源丰富，市场价格不高，因此脱硫石膏不具备与天然石膏竞争优势，基本上抛弃处置.如此不但占用了大量土地，也对环境存在极大的威胁。脱硫工艺过程中还产生了一定量呈弱酸性的废水，由于脱硫废水的水质比较特殊，处理难度较大，处理费用高。氨法脱硫在工艺过程中无废水和废渣排放，实现资源良性循环利用。它的副产物主要是化肥，在我国属于紧缺产品，具有极为广阔的市场前景，可以为企业带来显著的经济效

12、益.是一种典型的“变废为宝、综合利用、循环经济”的工艺。2.5成本与经济比较的分析表2为两种脱硫技术成本与经济指标对比。表2两种脱硫技术成本与经济指标对比Tab.2Thecomparisonbetweentwokindsofdesulfurizationtechnologyincostandeconomicindexes项目钙法脱硫氨法脱硫工程造价/（元/kW）103133电耗费用/（万元/a）1125879副产品效益/（万元/a）03386吸收剂贸用/（万元/a）1651522水费/（万元/a）5632维护费/（万元/a）86130总效益/（万元/a）-1535690从表2可以看出，钙法脱硫

13、的电耗和水耗较大，是因为要把石灰石粉碎做成浆液，电耗增大，同时不断有废水排出，增加了用水量。氨法脱硫剂本身就是液体，因此配置起来非常方便或不需配置，故所需电耗较少，整套系统工艺水循环，无废水排放，因此水耗较少。而氨法脱硫的吸收剂在成本中所占的比重较大，氨法脱硫作为何收法的代表，仅副产物回收给企业带来的经济效益基本上就能抵消脱硫运行成本，甚至可以带来可观的经济效益，并能够较快地收回初期投资。3主要问题探讨3.1二次污染问题氨法脱硫的特殊之处在于吸收剂，它在常温常压下是易挥发的，条件控制不严会带来二次污染。净化后的烟气中残留的NH3,这是考核氨法烟气脱硫工艺的-个重要技术指标。氨损失主要包括吸收液

14、氨蒸汽损失和吸收塔雾沫夹带损失两部分，前者有N%.h2o-so3体系的性质决定，后者与操作负荷和设备条件有关I成。因此，氨法脱硫的首要问题是采取措施解决氨的挥发问题，减少氨随脱硫尾气的逃逸损失。为了控制氨逃逸，减少二次污染，我们主要采取如F的措施。（1）对气速进行了控制，烟气脱硫是典型的化学吸收过程，烟气的气速对吸收传质有一定的影响，吸收段的气速控制在4m/s以下，减小了气体带液形成的氨逃逸；（2）选用高效除雾器，增加除雾器层数和喷淋等方法来有效控制氨逃逸；（3）控制氨水用虽和浓度。在保证脱硫率的悄况下，尽量降低氨水用址和浓度，同时采取多点加氨，以低氨水比例控制氨的加入定;（4）进行塔外循环槽

15、氧化技术。采用罗茨氧化风机二次氧化，提高氧化率，减少未被氧化的亚硫酸铉与氨在烟囱的排出，避免了逃逸到大气周围形成二次污染；（5）控制了脱硫液pH值。pH值较高时，脱硫液中挥发逸出的氨气量增加，因此，在不影响脱硫效率的前提下，将脱硫液pH值抑制在48之间；（6）安装CEMS系统，以检测排放尾气中NH,的浓度，使其控制在Bmg/Nn?以下，达到国家尾气排放标准。3.2亚硫酸钱氧化困难我们采用的氨法脱硫技术通过罗茨氧化风机设备，加压向循环槽和脱硫塔送入空气分别进行一次和二次氧化。由表3可知，增加二次氧化后氧化率明显提高，保证了较高的氧化率，提高了硫酸铉的纯度。表3次和二次氧化率对比分析Tab.3Th

16、ecomparativeanalysisbetweenthefirstandsecondoxidationratespH值一次氧化率/%二次氧化率/%5.8999.6699.766.0598.6199.796.2898.3299.786.5798.1899.767.9797.9399.36亚硫酸铉氧化和其他亚硫酸盐相比明显不同，NH"对氧化过程有阻尼作用，NH4+显著阻碍。2在水溶液中的溶解。当盐浓度小于0.5mol/L（约5%）时，亚硫铉氧化速率随其浓度增加而增加，而当超过这个极限值时，氧化速率随浓度增加而降低叫。图2也正好说明了这一点，二次氧化率随着盐浓度增加而提高，达到极限值1

17、.12kg/m3后又随之降低。因此，采取硫铉排出泵及时将浓缩段固含最的硫铉浆液送入后系统干燥，降低盐的浓度使其控制在极限浓度以下，以确保充分氧化，通过以上两个措施解决了亚硫铉氧化困难的问题。图2盐的浓度对二次氧化率的影响Fig.2Effectofthesecondoxidationratewithsaltconcentration4结论我公司采用的氨法脱硫工艺技术成熟，脱硫效率高，系统能耗低，投资小，操作简单，介质压力小.运行可靠，几乎没有废水排放，是脱除尾气中S02的一项有效的技术，经济、社会、环保效益明显，符合我国发展趋势和循环经济的发展，经过简单改进后特别适用于煤制天然气项目尾气处理。它

18、利用本公司的废氨水同时吸收了硫回收尾气和烟气中的S02,大大降低了对环境的污染，实现了以废治废、合理利用资源、成本低廉、副产品硫酸铉价值高、市场前景广阔、同时还解决了二次污染和亚硫铉氧化困难的问题，使其达到相应的标准。参考文献陈梅倩，何伯述.氨法脱除烟气中气态污染物的应用分析J.北方交通大学学报，2003,27(4).1 周建宏，甘艳，普煜，等.燃煤锅炉氨法烟气脱硫J.环境工程，2005,23(3)49-50.2 WangLidong.ZhaoYi.KineticsofsulfiteoxidationinwetdesulfurizationwithcatalystoforganicacidJ.

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22、adeNaturalGasProcessandAnalysisofThisMethodZhangBing(LiaoningDatangInternationalFuxinCoal-to-SNGCo.,Ltd,Fuxin123000)Abstract:Inthisarticle,fromtheaspectsofprincipleandprocess,thetechnologyofdesulfurizationwithammoniaforfluegaswasintroduced.Inthismethodtheacceptancesystemwassettledinthefluesoastomake

23、desulfurizationbothfbrrecoveryresidualgasandpowerfluegas.Alkalimethodandammoniamethodfordesulfurizationwereanalyzedandcompared.Thesuperiorityofdesulfurizationtechnologyusingammoniawasthendepicted,inwhichtwokeyproblems-secondarycontaminationandsubammoniumsulfateoxidation-canbesolved.Thusboththerequirementsfortailgasdischargeinrelevantstandardsandfbrthedevelopmentofcirculationeconomycanbereached.Keywords:acceptancesystem;principleandprocess;desulfurizationoffluegaswithammonia;necessity;keyproblem工业和信息化部发布工业控制系统信息安全防护指南工业控制系统信息安全事关经济发展、社会稳定和国家安全。近年来，随着信息