氨法脱硫工艺应用技术

武建勇

山东鲁西集团公司山东聊城252211

摘要：SO2减排是我国节能减排的重要任务之一，关于烟气脱硫技术多达数百种。在这些脱硫技术中，有的已经达到商业化应用的水平，有的尚处于试验研究阶段。氨法脱硫技术主要采用废氨水或液氨为原料，将SO2脱除并转化为高附加值的农用化肥硫酸铵，属新型清洁生产技术，具有能耗低、废物循环利用等优点，符合循环经济发展要求。另外，硫酸铵对盐碱地土壤改良以及土壤硫营养具有良好的效果。氨法脱硫技术的推广也将对我国化肥产品结构调整、改善中小化肥企业的经济效益起到积极作用。

关键词：氨法；脱硫工艺；技术

氨法脱硫技术与传统的湿法脱硫技术相比最大特点是二氧化硫的可资源化利用，可以将污染物二氧化硫回收成为高附加值的硫酸铵，而且脱硫过程中不增加CO2的排放，真正做到无二次污染。氨水作为一种良好的碱性吸收剂，其碱性强于传统的钙基吸收剂。因此氨法脱硫还具有反应速度快，吸收液气比低，装置阻力小，占地面积小，运行费用低等优点；但缺点是液氨属于危险品，大规模的储存和运输具有一定的难度。目前，我国的燃煤电厂已全部实现烟气脱硫排放。每年因此产生的废弃石膏量十分可观。随着我国环保日趋严格，未来将会有更多工业领域的烟气需要脱硫改造。而工业领域烟气量小，硫含量高的特点决定了氨法脱硫技术将会在此领域具有广阔的应用前景。

一、氨法脱硫工艺流程

氨法脱硫的工艺较多，各工艺采用的吸收塔形式也有所不同，主要有筛板塔，填料塔和空塔等；在副产物的处理上也各有特点，如蒸发结晶，离心分离等。但主要工艺流程可以基本可以分为吸收氧化系统，氨水制备，及供应系统和硫酸铵处理系统。由锅炉排出的烟气经过除尘器后，由引风机送至吸收塔入口，在吸收塔中，烟气自下而上与吸收塔内喷淋的浆液进行逆流接触，在此过程中发生化学反应，同时伴随着物料与能量的交换，从而使烟气中的SO2得到脱除。经过脱硫后的烟气由吸收塔出口烟道引至烟囱从而排放至大气。在此过程中，氨水制备及供应系统一直往吸收塔中注入氨水，促使反应正常进行。在吸收塔底部，氧化风机通过不断往吸收塔内鼓入新鲜空气，使反应产物不断氧化。随着反应的进行和水分的蒸发，吸收塔内浆液浓度逐渐升高，待达到饱和后开始有硫酸铵结晶析出。经过一段时间的结晶增长，由泵把塔内浆液输送至硫酸铵处理系统进行分离，分离后的硫酸铵结晶经过干燥造粒后即可得到高纯度的硫酸铵产品。

二、氨法脱硫的反应机理

氨法脱硫的反应机理主要分为四个部分：

1、吸收反应

SO2从气相转移到液相形成亚硫酸铵，从而与溶液中的硫酸铵和亚硫酸铵进行反应，此反应发生在吸收塔内的气液相逆流接触的吸收段。

2、中和反应

吸收后的亚硫酸和亚硫酸氢盐与吸收塔内注入的氨水发生中和反应。此反应主要发生在吸收塔底部注入氨水的浆池部分。

3、氧化反应

中和后的亚硫酸铵与吸收塔底部鼓入的氧化空气发生氧化反应，从而生成硫酸铵。此反应主要发生在吸收塔底部鼓入氧化空气的浆池部分。伴随着吸收塔内化学反应的进行和水分的蒸发，塔内硫酸铵浆液越来越浓，从而达到饱和析出。此部分反应主要发生在吸收塔内的浆池区域。

三、烟气脱硫工艺技术的主要因素

烟气脱硫工艺技术路线选择涉及技术、经济、总量减排、法律法规等多方面因素，应重点参考以下几个方面:

1）排放标准要求。满足排放标准是基本要求。不论是已修订实施的火电厂排放标准，还是新修订发布的钢铁烧结球团工业排放标准，都是国家强制性标准，烟气脱硫工艺必须满足达标排放的要求。

2）技术政策要求。满足国家相关烟气脱硫技术政策、工程技术规范等要求，是脱硫设施安全、稳定、高效运行的重要保证。

3）总量控制和按排污量收费要求。我国目前对二氧化硫实施总量控制，这要求脱硫设施有更高的脱硫效率。我国的排污收费原则是排污即收费，《排污费征收标准管理办法》规定每排放一污染当量的二氧化硫征收0.6元。

4）可靠性要求。国家环保部确要求火电企业铅封或取消烟气旁路，以提高脱硫设施的利用率。这对脱硫装置的运行可靠性提出了更高要求。没有大型工程化的业绩、没有连续稳定运行可靠数据的脱硫工艺也难以得到市场认可。

5）循环经济要求。发展循环经济将是我国今后长期的经济发展之路。脱硫工艺的选择应在去除二氧化硫的同时，尽量避免或减少产生二次污染，实现副产物资源化和综合利用将是对脱硫工艺的更高要求和技术发展方向。产生大量固废的脱硫工艺不符合循环经济的要求，将在一定程度上受到制约。总之，脱硫效率更高、运行更可靠、符合循环经济要求的脱硫工艺技术才能全面满足新形势要求。

四、新技术新工艺展望

1、有机胺脱硫。有机胺法是在化工行业脱除硫化氢的工艺上发展起来的，在有色金属、化工、电力等工业领域中得以运用。化学平衡和再生之间的关系是有机胺脱硫的精华所在。有机胺脱硫工艺主要由烟气净化、吸收工序、解吸工序和后续硫酸装置等组成。该工艺可处理的烟气范围广，系统脱硫效率可达到99%以上，处理烟气二氧化硫含量在0.08%-14%，副产物为98%的浓硫酸，是重要的化工原料，符合循环经济的理念。有机胺脱硫工艺流程长，需配套下游硫酸装置，一次投资较大，经济性和运行可靠性待工程投产后检验。有机胺脱硫工艺适合于高硫煤及电厂附近有较大硫酸需求的场合。

2、脱硫添加剂。湿法脱硫是当今世界上最主要的烟气脱硫技术，向湿法脱硫系统中加入脱硫添加剂能够提高脱硫效率、提高吸收剂的利用率以及降低系统的投资和运行费用。对于石灰石－石膏法，在脱硫吸收液中加入添加剂，可以有效促进石灰石的溶解，提高石灰石活性成分利用率，强化气液相传质效果，从而提高脱硫效率。添加剂分为无机添加剂和有机添加剂，对于湿法脱硫系统，与无机添加剂相比，有机添加剂不但能够提高脱硫效率和吸收剂利用率，而且可以防止脱硫系统的结垢和腐蚀。研究发现酸性介于碳酸和亚硫酸之间的有机酸类或有机酸盐类都能提高脱硫效率和脱硫剂利用率，并且能起到缓冲pH值的作用。目前商业化脱硫添加剂的主要成分为：缓冲pH值的己二酸、加强氧化作用的氧化物、促进石灰石溶解和SO2吸收的表面活性剂以及改性剂等。

3、生物脱硫。化石燃料中70%的硫是以杂环化合物形式存在，包括苯并噻吩、二苯并噻吩及其他噻吩。生物脱硫的原理是利用烟气中的二氧化硫通过吸收塔或水膜除尘器转化为亚硫酸盐、硫酸盐；在厌氧环境及有外加碳源的条件下，硫酸盐还原菌将亚硫酸盐、硫酸盐还原成硫化物；然后再在有氧条件下，好氧微生物将硫化物转化为单质硫，实现二氧化硫的脱除。研究表明，与脱硫效率密切相关的因素有:微生物对碳氢化合物的依附情况。物质的扩散，辅助吸收机制。生物脱硫技术具有操作温度和压力低，投资较少，无废料排出等优点，具有广阔的应用前景。在我国已有成功工程应用案例。生物脱硫的难点是要合理解决烟气温度较高和生物法脱硫常温操作之间的矛盾，培育更适于烟气脱硫的耐高温脱硫菌。

随着我国政策法规的颁布实施，我国进入了脱硫产业的快速发展期。随着二氧化硫排放标准的收严，大力发展满足更严格排放标准、具有更稳定高效的脱硫效率、脱硫副产物可资源化的烟气脱硫工艺技术将成为大势所趋。

参考文献：

[1]任岷，毛本将，黄文凤.电子束氨法烟气脱硫脱硝装置的设计[J].中国电力，2015.

[2]李乐丰.氨法烟气脱硫工艺及应用时要注意的问题.山东电力技术[J].2013.