湖北新楚钟肥业20万吨电缆架空支架/年硫酸
技
术
方
案
武汉市大富石化科技有限公司
2013年05月
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：数码彩扩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；
摄像机三脚架二、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、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
3.1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)2SO3
SO2+(NH4)2SO3+H2O = 2NH4HSO3
NH3+NH4mjpgHSO3 =(NH4)2SO3
SO3+H2O=H2SO4
H2SO4+2NH3·H2O=(NH4)2SO4+2H2O
(2) 氧化：2(NH4)2SO3+O2 = 2(NH4)2SO4 总反应为：SO2＋2NH3＋H2O＋1/2O2＝(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25~35%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。无水炮泥
(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
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1.2~2.0:1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。n2200
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PH值在合适的范围内（6.2～6.8），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。
