利用化肥裝置的氨脫除煙氣SO2
黃來勇 徐長香
（江蘇新世紀(jì)江南環(huán)保有限公司，211100）  

　　摘要：氨法脫硫是煙氣脫除SO2的一種新技術(shù)，已在國內(nèi)進(jìn)行推廣應(yīng)用。利用化肥企業(yè)的合成氨等裝置含氨產(chǎn)品甚至含氨廢液進(jìn)行煙氣脫硫，副產(chǎn)硫酸銨化肥等產(chǎn)品，變廢為寶，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。本文介紹了利用化肥裝置的氨進(jìn)行氨法脫硫的工藝和特點(diǎn)。

　　關(guān)鍵詞：煙氣脫硫，氨法，化肥，氨，硫酸銨

　　1 概述

　　目前我國以石灰石—石膏法脫硫工藝為主導(dǎo)的脫硫行業(yè)面臨發(fā)展困境：運(yùn)行成本高、消耗優(yōu)質(zhì)碳酸鈣資源、產(chǎn)生污水、副產(chǎn)脫硫石膏處置難度大、增加了二氧化碳排放量、對煙氣適應(yīng)性差等等。氨法脫硫技術(shù)以其脫硫效率高、無二次污染、可資源化等獨(dú)特優(yōu)勢備受關(guān)注。

　　氨法脫硫以氨水（廢氨水）、液氨（氣氨）、尿素、碳銨等含氨物質(zhì)為脫硫劑，主要副產(chǎn)硫酸銨化肥。其原料來自化工企業(yè)，主要副產(chǎn)品也是氮肥，不僅不影響市場化肥總氮供給還增加了化肥中硫元素的供給。裝置不產(chǎn)生二次污染。

　　該技術(shù)于2005年在江蘇新世紀(jì)江南環(huán)保有限公司（原鎮(zhèn)江江南環(huán)保工程建設(shè)有限公司）總承包承建的天津堿廠260t/h鍋爐煙氣脫硫工程上通過了由國家的專家鑒定和驗(yàn)收。這是國內(nèi)首例成功地在電站鍋爐上實(shí)施氨－肥法脫硫的裝置，各項(xiàng)指標(biāo)在脫硫業(yè)處于領(lǐng)先。

　　至今已建十多個工程中，化肥行業(yè)有云南解化集團(tuán)130t/h、3×130+75t/h鍋爐煙氣脫硫、湖北化肥廠2×240t/h+220t/h鍋爐煙氣脫硫、山東華魯恒升德州熱電公司3×240t/h煙氣脫硫、四川瀘天化股份有限公司熱電車間2×130t/h煤鍋爐煙氣脫硫等。在建的氨肥法脫硫工程中化肥行業(yè)的有山西盂縣盂縣化工有限公司“3652”尿素項(xiàng)目一期工程鍋爐煙氣脫硫項(xiàng)目、貴州開陽化工有限公司合成氨項(xiàng)目煙氣脫硫項(xiàng)目（煙氣塔頂直排方案）、呼倫貝爾金新化工有限公司熱電項(xiàng)目3×240t/h煙氣氨法脫硫裝置等。其它非化肥行業(yè)的氨法脫硫裝置如揚(yáng)子石化熱電廠、山東眾泰發(fā)電有限公司、廣西田東電廠等皆是采購化肥企業(yè)的液氨作為脫硫劑。

　　2 氨法脫硫的技術(shù)原理及我公司的技術(shù)特點(diǎn)

　　2.1 氨－肥法脫硫技術(shù)原理

　　第一步，以水溶液中的SO2和NH3的反應(yīng)為基礎(chǔ)的吸收過程：

　　SO2＋H2O＋xNH3 = (NH4) xH2－XSO3　　　　　　（1）

　　因此，采用氨將廢氣中的SO2脫除，得到亞硫酸銨中間產(chǎn)品。氨的載體可以是液氨（氣氨）、氨水、碳銨、尿素等可以產(chǎn)生氨的堿性物質(zhì)。

　　第二步，采用空氣對亞硫銨直接強(qiáng)制氧化：

　　(NH4)XH2-XSO3+1/2O2 +(2-x)NH3=(NH4)2SO4　　　 (2)

　　此過程是將吸收中間產(chǎn)物不穩(wěn)定的亞硫酸銨氧化成穩(wěn)定的硫酸銨，以制得農(nóng)用的硫銨化肥。也可用硫酸、硝酸、磷酸等對亞硫銨進(jìn)行酸解，副產(chǎn)二氧化硫、硫酸、硝酸銨、磷酸銨等其它產(chǎn)品。

　　可見，氨回收法脫硫原料來自氮肥廠，主要副產(chǎn)品也是氮肥。

　　2.2工藝說明

　　主裝置來的煙氣進(jìn)入脫硫塔后，首先被洗滌降溫，然后用氨吸收液循環(huán)吸收煙氣中的SO2生產(chǎn)亞硫銨。脫硫后的凈煙氣經(jīng)除霧后，脫硫效率大于95%，水霧量小于75mg/Nm3，回?zé)焽枧欧呕蛑迸拧?/p>

　　吸收劑氨與吸收循環(huán)液混合后進(jìn)入吸收塔，吸收煙氣中的SO2形成亞硫酸銨溶液，亞硫酸銨溶液在吸收塔底部被鼓入的空氣氧化成硫酸銨溶液，硫酸銨溶液在洗滌降溫過程中自身得到濃縮。濃縮后的硫酸銨溶液送入硫銨裝置。

　　含固漿液送至旋流器、離心機(jī)進(jìn)行固液分離，形成濕硫銨，母液回脫硫系統(tǒng)；濕硫銨經(jīng)干燥機(jī)干燥后進(jìn)包裝機(jī)包裝即可得到商品硫銨。

　　以上為利用煙氣熱量進(jìn)行結(jié)晶的飽和結(jié)晶工藝，為提高結(jié)晶品質(zhì)也可將脫硫液引出利用蒸汽進(jìn)行蒸汽結(jié)晶，再經(jīng)固液分離、干燥、包裝后得成品硫銨，此為蒸發(fā)結(jié)晶工藝。

圖1 氨法脫硫工藝（塔頂煙囪直排、飽和結(jié)晶）流程圖

　　2.3 氨法煙氣脫硫的技術(shù)特點(diǎn)

　　1）完全資源化——變廢為寶、化害為利

　　將二氧化硫、氨回收為硫酸銨、磷銨、硝銨等化肥或硫酸、液態(tài)二氧化硫等產(chǎn)品（一般副產(chǎn)硫酸銨，也可根據(jù)電廠周邊條件副產(chǎn)其它產(chǎn)品），不產(chǎn)生二次污染，全部資源化。

　　2）脫硫成本隨煤的含硫量增加而下降——可使用高硫煤發(fā)電、脫硫費(fèi)用低

　　氨法脫硫是回收法，副產(chǎn)品附價值高，可使氨增值，運(yùn)行費(fèi)用低，且隨煤含硫量增高，運(yùn)行費(fèi)用降低。故電廠可利用價格低廉的高硫煤，既大幅度降低發(fā)電成本，又降低了脫硫費(fèi)用，一舉兩得。

　　3）裝置阻力小——方便鍋爐系統(tǒng)配置，節(jié)省運(yùn)行電耗

　　脫硫塔的阻力為850Pa左右，可以利用原鍋爐引風(fēng)機(jī)的潛力，大多無需新配增壓風(fēng)機(jī)；即便原風(fēng)機(jī)無潛力，也可適當(dāng)進(jìn)行風(fēng)機(jī)改造或增加小壓頭的風(fēng)機(jī)即可。

　　4）裝置設(shè)備占地小——便于老鍋爐改造

　　氨法脫硫裝置無需原料預(yù)處理工序，脫硫副產(chǎn)產(chǎn)物的生產(chǎn)過程也較簡單。

　　5）既脫硫又脫硝——適應(yīng)更高環(huán)保要求

　　氨法脫硫的吸收劑為氨，氨對NOX同樣有吸收作用，有一定的脫硝功能。

　　3 化肥裝置氨源及其在氨法脫硫上的使用特點(diǎn)

　　3.1液氨（氣氨）

　　液氨，又稱為無水氨，是一種無色液體。氣氨在常溫常壓下為具有特殊刺激性惡臭的無色有毒氣體，比空氣輕。為運(yùn)輸及儲存便利，通常將氣態(tài)的氨氣通過加壓或冷卻得到液態(tài)氨。氨易溶于水，溶于水后形成氫氧化銨的堿性溶液。氨在20℃水中的溶解度為34%。

　　液氨（氣氨）是有爆炸性的危險(xiǎn)品，其管理要求高。用于脫硫時，其管道及相應(yīng)的貯槽應(yīng)按壓力等級設(shè)計(jì)并有防爆措施。但因其含量高運(yùn)輸成本低，液氨是長距離外購脫硫劑的首選方案。

　　3.2 氨水

　　氨水為無色透明的液體，具有特殊的強(qiáng)烈刺激性臭味，是不燃燒、無爆炸危險(xiǎn)的液體。

　　3.2.1稀氨水

　　稀氨水一般由廢氨水提濃或液氨稀釋而來，質(zhì)量相對較好，可以直接使用。

　　3.2.2廢氨水 
　　化肥企業(yè)廢氨水來源： 
　　1）  合成氨系統(tǒng)廢氨水來源   
　　銅洗再生工序產(chǎn)生的含氨廢水；合成馳放氣回收塔用軟水或稀氨水回收下來的氨水，脫除有機(jī)硫過程中產(chǎn)生的低壓變換冷凝液和甲烷化冷凝液即含氨廢水等。 
　　2 ） 氮肥（氨加工）廢氨水來源          
　　碳酸銨生產(chǎn)廢水主要是尾氣洗滌塔產(chǎn)生的含氨廢水；尿素生產(chǎn)廢水主要是蒸餾和蒸發(fā)工序的解吸液和冷凝液即含氨廢水；硝酸銨生產(chǎn)廢水主要是真空蒸發(fā)工序生產(chǎn)的含氨廢水。

　　目前，化肥企業(yè)的含氨廢水一般送尿素解吸或新增氨回收塔進(jìn)行提濃回收。進(jìn)行回收需要增加能耗和操作費(fèi)用。

　　廢氨水濃度一般較低，高的一般也不超過5％，所以當(dāng)用廢氨水脫硫時要注意裝置的水平衡，水過量時須搭配使用高濃度的氨。

　　3.3碳酸氫銨

　　碳酸氫銨化學(xué)式為NH4HCO3，俗稱碳銨，一般是由氨與二氧化碳化合而成，曾是氮肥的主要品種，目前仍是中小氮肥廠重要產(chǎn)品。

　　碳酸氫銨是一種無色或淺色化合物，呈粒狀，板狀或柱狀結(jié)晶，比重1.57，容重0.75。市場碳銨產(chǎn)品是袋裝固體，安全性能好，貯運(yùn)方便。

　　碳銨可分解為氨與二氧化碳，可作為脫硫劑。在使用碳銨作脫硫劑時，需配置將碳銨溶解的裝置然后將碳銨泵入脫硫系統(tǒng)。因碳銨在脫硫過程中有氣體二氧化碳生成，所以碳銨的加入點(diǎn)要有防泡沫措施。

　　3.4 尿素

　　尿素用液氨和二氧化碳為原料合成尿素，分子式：CO(NH2)2，分子量 60．06 ，CO(NH2)2無色或白色針狀或棒狀結(jié)晶體，無臭無味。密度1335kg/m3。熔點(diǎn)132．7℃。溶于水、醇，不溶于乙醚、氯仿。呈微堿性?？膳c酸作用生成鹽。有水解作用。

　　尿素在水的作用下分解成氨和二氧化碳，可以作脫硫劑使用。

　　尿素做脫硫劑也需配置溶解裝置。然后將溶液泵入脫硫系統(tǒng)。同樣其水解過程中有氣體二氧化碳生成，所以其加入點(diǎn)也應(yīng)要有防泡沫措施。

　　3.5 化肥企業(yè)使用氨法煙氣脫硫的優(yōu)勢

　　化肥企業(yè)特別是氮肥廠皆有上述的含氨脫硫劑，采用氨法技術(shù)進(jìn)行鍋爐煙氣脫硫，可直接利用氨甚至廢氨水回收煙氣中的二氧化硫制成硫酸銨肥料，在廠內(nèi)即可實(shí)現(xiàn)廢物的綜合利用，以廢治廢、變廢為寶。

　　另外，氨法脫硫?qū)倩ぜ夹g(shù)，化肥企業(yè)的操作人員和管理人員容易掌握。

　　4 氨法脫硫技術(shù)在化肥企業(yè)的應(yīng)用

　　氨法脫硫技術(shù)在電力、化工行業(yè)已多家使用，其中化肥企業(yè)也逐步增多。目前，云南解化、湖北化肥、華魯恒升、四川瀘天化、魯西第一化肥廠等已經(jīng)使用。以規(guī)模3×130t/h燃煤鍋爐煙氣建一套脫硫裝置說明如下：

　　4.1 氨法脫硫的主要運(yùn)行數(shù)據(jù)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

　　技術(shù)性能參數(shù)表

　　4.2 用廢氨水代替工藝補(bǔ)水和原料氨

　　此規(guī)模煙氣脫硫消耗：氨水（10%） 14 t/h    工藝水  8.3 t/h 使用精煉凈氨產(chǎn)生的氨水（6～8%）、銅洗再生工序產(chǎn)生的含氨廢水、合成馳放氣回收塔用軟水或稀氨水回收下來的氨水等，再少加等壓氨水（約13%～20%）或氨回收的高濃度氨水進(jìn)行配比達(dá)10%左右做為脫硫的原料；

　　工藝水可用：碳銨生產(chǎn)中尾氣洗滌塔產(chǎn)生的含氨廢水、尿素生產(chǎn)廢水主要是蒸餾和蒸發(fā)工序的解吸液和冷凝液即含氨廢水、硝酸銨生產(chǎn)廢水主要是真空蒸發(fā)工序生產(chǎn)的含氨廢水、大氮肥變換汽提塔氣液分離罐產(chǎn)生的廢氨水等，這部分廢水的含氨量約在1～2%，用原水或一次水調(diào)至1%左右即可。

　　4.3 應(yīng)用后的經(jīng)濟(jì)效益分析

　　計(jì)算依據(jù)：年運(yùn)行7920小時，液氨（99.5%）價格2500元/噸，SO2噸排污費(fèi)630元/噸。

　　1）煙氣脫硫節(jié)約所需要的氨和工藝補(bǔ)水，年節(jié)約資金：

　　1.41×7920×2500﹢8.3×7920×0.5×50%＝2793.5×104元

　?。?0%指廢水使用比例）

　　2)減少了SO2排出量，少交排污費(fèi): 

　　2.07×104×630＝1304×104元

　　3)同規(guī)模裝置使用液氨副產(chǎn)硫銨時的效益：38.5萬元，略有盈余。
 

　　4）由于使用了廢氨水，相應(yīng)地減輕了廢水處理或氨解吸提濃的運(yùn)行費(fèi)用，煙氣脫硫利用廢氨水14.0﹢8.3×50%＝18.15 t/h。綜合上述，使用氨法脫除鍋爐煙氣SO2的效益在4000萬元/年以上。

　　5、結(jié)論 氨法煙氣脫硫技術(shù)可以利用化肥裝置中的含氨稀氨水、液氨（氣氨）、碳銨、尿素甚至廢氨水脫除煙氣SO2，既解決了化肥裝置的廢氨水難題又解決了煙氣的SO2治理問題，還副產(chǎn)高附加值的硫銨化肥，且脫硫率95％的同時可達(dá)20%～40%的脫硝率，一舉多得，更不產(chǎn)生二次污染不消耗新的原料資源，環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益與社會效益明顯，值得化肥企業(yè)大力推廣。