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1、氨法脫硫工藝在煤制天然氣中的應(yīng)用及必要性分析張兵（遼寧大唐國(guó)際阜新煤制天然氣有限責(zé)任公司，遼寧阜新123000）摘要通過在煙道中加入接收系統(tǒng)，使來自于疏回收的尾氣能與動(dòng)力煙氣同時(shí)脫疏，從工藝原理和流程方面介紹了這種氨法煙氣脫硫技術(shù)，并從多方面對(duì)鈣法和氨法脫疏進(jìn)行了對(duì)比分析，闡明了采用氨法脫疏技術(shù)的必要性，解決了二次淳染和亞硫鉉氧化困難兩個(gè)主要問題，達(dá)到國(guó)家尾氣排放的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。關(guān)鍵詞接收系統(tǒng)；工藝原理和流程；氨法煙氣脫硫；必要性；主要問題中圖分類號(hào)：X74文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào):2095-817X（2016）06-0007-005我國(guó)的資源特點(diǎn)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平?jīng)Q定了以煤為主的能源

2、結(jié)構(gòu)將長(zhǎng)期存在，但存在運(yùn)輸成本高、污染嚴(yán)重等問題。而天然氣作為一種熱值高的新生清潔能源，可以克服這些缺點(diǎn)。然而，天然氣在以煤為主要原料進(jìn)行生產(chǎn)加工的過程中會(huì)產(chǎn)生大量的SO?等含硫污染物，SO?是造成我國(guó)大氣環(huán)境污染和酸雨不斷加劇的主要原因&氣已成為制約我國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重要因素，因此，回收并脫除尾氣中的SO?,提高環(huán)境質(zhì)量，成為當(dāng)前刻不容緩的一項(xiàng)環(huán)保任務(wù)3）。通過對(duì)國(guó)內(nèi)外脫硫技術(shù)及相關(guān)行業(yè)脫硫情況的研究分析，可以發(fā)現(xiàn)煙氣脫硫（FGD）是目前工業(yè)中控制SO?氣體排放最有效和應(yīng)用最廣泛的技術(shù)陽(yáng)七尤其是近年來隨著合成氨產(chǎn)最的增多，氨法煙氣脫硫技術(shù)在國(guó)內(nèi)快速發(fā)展并得到普遍關(guān)注，主要工藝

3、有電子束氨1，0*，脈沖電暈氨法"氣濕式氨法等，其中的濕式氨法脫硫技術(shù)在電廠煙氣脫硫的應(yīng)用最廣泛?；谀彻緷袷桨狈煔饷摿蚬に?，我公司與某公司進(jìn)行技術(shù)論證與改進(jìn)，將硫回收車間的含硫尾氣通過克勞斯擋板門接入煙氣管道，同煙氣一起通過脫硫系統(tǒng)，與廢氨水進(jìn)行吸收反應(yīng)，其中的SO?轉(zhuǎn)化為化肥硫酸鉉，減少了硫回收車間火炬排放尾氣對(duì)環(huán)境的污染。同時(shí)，從裝置布局、吸收劑來源、工藝技術(shù)、環(huán)保特性、成本與經(jīng)濟(jì)等方面對(duì)鈣收稿日期:2016-04-28作者簡(jiǎn)介：張兵（1983-）,男，工程師，主要研究方向化工分離等C法脫硫和氨法脫硫進(jìn)行了對(duì)比分析，闡述了我公司采用氨法脫硫技術(shù)的必要性，這對(duì)煤制天然氣領(lǐng)域的

4、應(yīng)用具有重要的意義。1煤制天然氣中氨法脫硫工藝1.1氨法脫硫的基本原理氨法脫硫技術(shù)以水溶液中的nh3和so2反應(yīng)為基礎(chǔ)，在多功能煙氣脫硫塔的吸收段將鍋爐煙氣中的so2吸收,得到脫硫中間產(chǎn)品亞硫酸鉉（簡(jiǎn)稱硫鉉，下同）或亞硫酸氫鉉的水溶液，在脫硫系統(tǒng)的循環(huán)槽，鼓入壓縮空氣進(jìn)行亞硫鉉的氧化反應(yīng)，將亞硫鉉直接氧化成硫鉉溶液。在脫硫塔的濃縮段，利用高溫?zé)煔獾臒崃繉⒘蜚C溶液濃縮，得到含有一定固含量的硫錢漿液，漿液經(jīng)旋流器濃縮、離心分離、干燥、包裝等工序，得到硫鉉產(chǎn)品。整套工藝具有投資低、能耗低、無污染等特點(diǎn)。反應(yīng)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)上述反應(yīng)中，在送入氨最較少時(shí)，則發(fā)生（1）式反應(yīng)；在送入氨量較多時(shí)，則發(fā)生（2）式反應(yīng)；而式（3）表示的是氨法脫硫吸收反應(yīng)的主反應(yīng)式；因吸收過程中所生成的酸式鹽NH4HSO3對(duì)SO2不具有吸收能力，吸收液中NH4HSO3數(shù)量增多時(shí)對(duì)SO?吸收能力下降，操作中需向吸收液中補(bǔ)充氨，使部分NH4HSO3轉(zhuǎn)變?yōu)椋∟H4）2SO3,這就發(fā)生（4）式反應(yīng)，以保持吸收液對(duì)so2的吸收能力。氨法脫硫反應(yīng)是典型的氣液兩相過程，SO2吸收是受氣

6、膜傳質(zhì)控制的，所以該反應(yīng)須保證S02在脫硫溶液中有較高的溶解度和相對(duì)高的氣速。SO2溶解度隨pH值的降低和溫度的升高而下降，故正常要求吸收液pH值控制在4.08.0、反應(yīng)溫度控制在6070勾、反應(yīng)段的氣速一般控制在4m/s以上。這樣的控制條件即能保證較高的脫硫效率，乂可以有效控制氨逃逸。1.2氨法脫硫的工藝流程由鍋爐引風(fēng)機(jī)出來的煙氣和硫回收的克勞斯尾氣通過入口擋板門進(jìn)入多功能煙氣脫硫塔濃縮段，脫硫后的尾氣通過出口門進(jìn)入煙囪，引風(fēng)機(jī)可以克服整個(gè)脫硫系統(tǒng)的壓降。煙道上還設(shè)置有旁路擋板門，便于在非正常情況下將煙氣和克勞斯尾氣切入煙囪。脫硫系統(tǒng)主要分為脫硫塔和循環(huán)槽，脫硫塔分為濃縮段、吸收段和除霧段，

7、煙氣向上與向下的吸收液逆流接觸，發(fā)生傳質(zhì)和吸收反應(yīng)，脫除其中的SO?等酸性氣體，生成亞硫酸鉉和亞硫酸氫鉉，脫硫后的尾氣經(jīng)除霧器去除其中夾帶的液滴經(jīng)出口擋板門進(jìn)入煙囪。吸收液由氨水槽送入脫硫系統(tǒng)，利用氧化風(fēng)機(jī)鼓入的空氣中的氧氣將亞硫酸鉉和亞硫酸氫鉉氧化為硫酸鉉和硫酸氫鉉，利用煙氣中的熱量使硫酸鉉溶液在濃縮段蒸發(fā)濃縮，形成一定固含量的硫鉉漿液，硫鉉漿液通過旋流器脫水濃縮進(jìn)入離心機(jī)，最后經(jīng)振動(dòng)流化床干燥得到含水率小于1%、含氮率大于20.5%的硫鉉產(chǎn)品。其工藝流程圖見圖1。圖1氨法脫硫主要工藝流程Fig.lThemainammoniadesulfurizationprocessflowdiagram

8、2必要性分析從裝置布局、吸收劑來源、工藝技術(shù)、環(huán)保特性、成本與經(jīng)濟(jì)等方面對(duì)鈣法脫硫和氨法脫硫進(jìn)行對(duì)比分析，闡述了采用氨法脫硫技術(shù)的必要性。2.1裝置布局的比較分析氨法脫硫無需原料預(yù)處理工序，且吸收、氧化、濃縮在同一系統(tǒng)內(nèi)完成，設(shè)備選型無需太大，布置緊湊、占地少，節(jié)約了空間和用地資源。相反，鈣法脫硫還要增加石灰石漿液制備系統(tǒng)和石膏脫水系統(tǒng)，設(shè)備體積龐大，需要更大的占地面積和空間。2.2吸收劑來源的比較分析氨水來自于本公司氣化分廠，相距很近，回收使用方便，液氨來自于儲(chǔ)運(yùn)分廠，計(jì)量后經(jīng)過管線輸送至氨法脫硫車間，經(jīng)過氧化空氣吹進(jìn)循環(huán)槽，使液氨氣化加速溶于加氨區(qū)溶液中，氨水或液氨全部采用密閉輸送，能夠減

9、少泄露事故。而鈣法脫硫需要采購(gòu)石灰石，將石灰石磨成粉末與水混合，通過漿液制備系統(tǒng)來生產(chǎn)石灰石漿液，以作為吸收劑吸收SO?。吸收劑來源繁瑣，且沒有氨水或液氨吸收迅速，為此，我們采用15%濃度的廢氨水或100%濃度的液氨作為吸收劑來吸收SO?,最終產(chǎn)生硫酸鉉漿液。2.3工藝技術(shù)對(duì)比分析表1兩種脫硫工藝技術(shù)的對(duì)比Tab.lThecomparisonbetweentwokindsofdesulphurizationtechnology項(xiàng)且鈣法脫硫氛法脫硫脫硫塔阻力/PaW2500W1500脫疏劑摩爾比1.032副產(chǎn)物Ca(SO4)2-2H2O(NH4)2SO4脫硫劑消耗23.27.55脫硫劑利用率/%

10、N95100（液氨）脫硫效率/%N95N98.3電耗/(kW/h)5858.64569.7占地面積/m?203638909排水fi/(Vh)14.80從表1可以看出，鈣法脫硫比氨法脫硫占地面積相對(duì)較大；脫硫塔阻力大，需要增壓風(fēng)機(jī)；耗電量較高，排水量很大，氨法脫硫幾乎是零排放；鈣法脫硫的脫硫劑利用率和脫硫效率均較氨法脫硫低。另夕卜，鈣法脫硫的副產(chǎn)物二水硫酸鈣經(jīng)濟(jì)價(jià)值很小，產(chǎn)生二次固體污染，氨法脫硫副產(chǎn)物硫酸鉉含氮量高,是很好的肥料，經(jīng)濟(jì)價(jià)值較高。因此，氨法脫硫是我們合理的選擇。2.4環(huán)保特性方面的比較鈣法脫硫工藝過程中產(chǎn)生的CO?,在大氣層中超最沉積，將加劇溫室效應(yīng)，導(dǎo)致全球氣候變暖。其脫硫的最

11、終產(chǎn)物主要是石膏，石膏中CaSO4-2H2O含量一般在90%左右。目前，脫硫石膏主要應(yīng)用于水泥緩沖劑，但水泥生產(chǎn)中僅能摻入約5%,且脫硫石膏中尚含有10%的附著水分。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前我國(guó)脫硫石青的利用率不超過10%,我國(guó)天然石膏資源豐富，市場(chǎng)價(jià)格不高，因此脫硫石膏不具備與天然石膏競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，基本上拋棄處置.如此不但占用了大量土地，也對(duì)環(huán)境存在極大的威脅。脫硫工藝過程中還產(chǎn)生了一定量呈弱酸性的廢水，由于脫硫廢水的水質(zhì)比較特殊，處理難度較大，處理費(fèi)用高。氨法脫硫在工藝過程中無廢水和廢渣排放，實(shí)現(xiàn)資源良性循環(huán)利用。它的副產(chǎn)物主要是化肥，在我國(guó)屬于緊缺產(chǎn)品，具有極為廣闊的市場(chǎng)前景，可以為企業(yè)帶來顯著的經(jīng)濟(jì)效

12、益.是一種典型的“變廢為寶、綜合利用、循環(huán)經(jīng)濟(jì)”的工藝。2.5成本與經(jīng)濟(jì)比較的分析表2為兩種脫硫技術(shù)成本與經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對(duì)比。表2兩種脫硫技術(shù)成本與經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對(duì)比Tab.2Thecomparisonbetweentwokindsofdesulfurizationtechnologyincostandeconomicindexes項(xiàng)目鈣法脫硫氨法脫硫工程造價(jià)/（元/kW）103133電耗費(fèi)用/（萬元/a）1125879副產(chǎn)品效益/（萬元/a）03386吸收劑貿(mào)用/（萬元/a）1651522水費(fèi)/（萬元/a）5632維護(hù)費(fèi)/（萬元/a）86130總效益/（萬元/a）-1535690從表2可以看出，鈣法脫硫

13、的電耗和水耗較大，是因?yàn)橐咽沂鬯樽龀蓾{液，電耗增大，同時(shí)不斷有廢水排出，增加了用水量。氨法脫硫劑本身就是液體，因此配置起來非常方便或不需配置，故所需電耗較少，整套系統(tǒng)工藝水循環(huán)，無廢水排放，因此水耗較少。而氨法脫硫的吸收劑在成本中所占的比重較大，氨法脫硫作為何收法的代表，僅副產(chǎn)物回收給企業(yè)帶來的經(jīng)濟(jì)效益基本上就能抵消脫硫運(yùn)行成本，甚至可以帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益，并能夠較快地收回初期投資。3主要問題探討3.1二次污染問題氨法脫硫的特殊之處在于吸收劑，它在常溫常壓下是易揮發(fā)的，條件控制不嚴(yán)會(huì)帶來二次污染。凈化后的煙氣中殘留的NH3,這是考核氨法煙氣脫硫工藝的-個(gè)重要技術(shù)指標(biāo)。氨損失主要包括吸收液

14、氨蒸汽損失和吸收塔霧沫夾帶損失兩部分，前者有N%.h2o-so3體系的性質(zhì)決定，后者與操作負(fù)荷和設(shè)備條件有關(guān)I成。因此，氨法脫硫的首要問題是采取措施解決氨的揮發(fā)問題，減少氨隨脫硫尾氣的逃逸損失。為了控制氨逃逸，減少二次污染，我們主要采取如F的措施。（1）對(duì)氣速進(jìn)行了控制，煙氣脫硫是典型的化學(xué)吸收過程，煙氣的氣速對(duì)吸收傳質(zhì)有一定的影響，吸收段的氣速控制在4m/s以下，減小了氣體帶液形成的氨逃逸；（2）選用高效除霧器，增加除霧器層數(shù)和噴淋等方法來有效控制氨逃逸；（3）控制氨水用雖和濃度。在保證脫硫率的悄況下，盡量降低氨水用址和濃度，同時(shí)采取多點(diǎn)加氨，以低氨水比例控制氨的加入定;（4）進(jìn)行塔外循環(huán)槽

15、氧化技術(shù)。采用羅茨氧化風(fēng)機(jī)二次氧化，提高氧化率，減少未被氧化的亞硫酸鉉與氨在煙囪的排出，避免了逃逸到大氣周圍形成二次污染；（5）控制了脫硫液pH值。pH值較高時(shí)，脫硫液中揮發(fā)逸出的氨氣量增加，因此，在不影響脫硫效率的前提下，將脫硫液pH值抑制在48之間；（6）安裝CEMS系統(tǒng)，以檢測(cè)排放尾氣中NH,的濃度，使其控制在Bmg/Nn?以下，達(dá)到國(guó)家尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)。3.2亞硫酸錢氧化困難我們采用的氨法脫硫技術(shù)通過羅茨氧化風(fēng)機(jī)設(shè)備，加壓向循環(huán)槽和脫硫塔送入空氣分別進(jìn)行一次和二次氧化。由表3可知，增加二次氧化后氧化率明顯提高，保證了較高的氧化率，提高了硫酸鉉的純度。表3次和二次氧化率對(duì)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亞硫酸鉉氧化和其他亞硫酸鹽相比明顯不同，NH"對(duì)氧化過程有阻尼作用，NH4+顯著阻礙。2在水溶液中的溶解。當(dāng)鹽濃度小于0.5mol/L（約5%）時(shí)，亞硫鉉氧化速率隨其濃度增加而增加，而當(dāng)超過這個(gè)極限值時(shí)，氧化速率隨濃度增加而降低叫。圖2也正好說明了這一點(diǎn)，二次氧化率隨著鹽濃度增加而提高，達(dá)到極限值1

17、.12kg/m3后又隨之降低。因此，采取硫鉉排出泵及時(shí)將濃縮段固含最的硫鉉漿液送入后系統(tǒng)干燥，降低鹽的濃度使其控制在極限濃度以下，以確保充分氧化，通過以上兩個(gè)措施解決了亞硫鉉氧化困難的問題。圖2鹽的濃度對(duì)二次氧化率的影響Fig.2Effectofthesecondoxidationratewithsaltconcentration4結(jié)論我公司采用的氨法脫硫工藝技術(shù)成熟，脫硫效率高，系統(tǒng)能耗低，投資小，操作簡(jiǎn)單，介質(zhì)壓力小.運(yùn)行可靠，幾乎沒有廢水排放，是脫除尾氣中S02的一項(xiàng)有效的技術(shù)，經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)保效益明顯，符合我國(guó)發(fā)展趨勢(shì)和循環(huán)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，經(jīng)過簡(jiǎn)單改進(jìn)后特別適用于煤制天然氣項(xiàng)目尾氣處理。它

18、利用本公司的廢氨水同時(shí)吸收了硫回收尾氣和煙氣中的S02,大大降低了對(duì)環(huán)境的污染，實(shí)現(xiàn)了以廢治廢、合理利用資源、成本低廉、副產(chǎn)品硫酸鉉價(jià)值高、市場(chǎng)前景廣闊、同時(shí)還解決了二次污染和亞硫鉉氧化困難的問題，使其達(dá)到相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。參考文獻(xiàn)陳梅倩，何伯述.氨法脫除煙氣中氣態(tài)污染物的應(yīng)用分析J.北方交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2003,27(4).1 周建宏，甘艷，普煜，等.燃煤鍋爐氨法煙氣脫硫J.環(huán)境工程，2005,23(3)49-50.2 WangLidong.ZhaoYi.KineticsofsulfiteoxidationinwetdesulfurizationwithcatalystoforganicacidJ.

19、ChemicalEngineeringJournal,2008.136:221-226.3 LiuYan,TeresaMBisson,YangHongqun,etal.RecentdevelopmentsinnovelsorbentsforfluegascleanupJ.FuelProcessingTechnology,2010,91:1175-1197.4 邵申，孫在柏，萬皓，等.氨法煙氣脫硫技術(shù)的工藝研究J.環(huán)境丁.程，2011,29(5):71.5 GaoXiang,DingHonglei,ZhenDu,etal.Gas-liquidabsorptionreactionbetween(N

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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工業(yè)和信息化部發(fā)布工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全防護(hù)指南工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全事關(guān)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會(huì)穩(wěn)定和國(guó)家安全。近年來，隨著信息