有機胺法在燒結機煙氣脫硫領域的應用

郭永強

（山東省冶金設計院股份有限公司，濟南 250101）

1 前言

2009年，國內首次將有機胺法燒結機煙氣脫硫及富產硫酸工藝應用于萊鋼股份煉鐵廠的4#265m2燒結機。項目建成后，結合燒結實際工況和出現的問題，設計單位和工程方進行了大量的工業試驗研究，對項目的工藝、設備等進行了一系列的改進、創新、完善，最終徹底解決了該工藝在燒結機煙氣脫硫領域的應用問題。

2012年9月，萊鋼型鋼煉鐵廠1#265m2燒結機煙氣脫硫采用了改進后的有機胺脫硫工藝，并取得成功應用。

2 有機胺法脫硫工藝

2.1 有機胺循環吸收和解吸SO2的化學原理

有機胺液與煙氣中SO2水合后的弱酸H2SO3反應，氨基R3-NR4R5生成熱不穩定性的胺鹽R1R2N-R3-NH+R4R5，其在不同溫度條件下可以再生。反應如下：

反應①為熱可逆反應，是有機胺循環使用不斷吸收和解吸SO2的核心化學反應。反應溫度在約50℃以下，反應向右進行，胺液吸收SO2；加熱至100℃左右，反應向左進行，解吸回收SO2和再生有機胺R1R2N-R3-NR4R5。

有機胺液與強酸反應，胺基R1R2N生成熱穩定性胺鹽R1R2NH+-R3-NR4R5。反應如下：

式中：X-代表Cl-、NO3-及SO42-等強酸根離子。

反應②是熱不可逆反應。R1R2NH+-R3-NR4R5是一種結構穩定的胺鹽，不揮發、不可加熱再生。當熱穩定性胺鹽R1R2NH+-R3-NR4R5聚集到一定濃度時，會降低有機胺液的吸收效率，甚至導致“吸附液中毒、失效”，所以過程中必須對有機胺液進行除鹽再生，維持有機胺液系統保持一定的平衡。除鹽可以通過離子交換樹脂裝置再生有機胺。除“熱穩定性胺鹽”的反應如下：

2.2 工藝流程

有機胺脫硫工藝對燒結機煙氣進行選擇性脫硫，采用半煙氣脫硫工藝，通過半煙氣調節系統實現低硫煙道達標排放，僅對高硫煙道煙氣進行脫硫。有機胺法脫硫系統流程見下圖。

有機胺法脫硫系統流程圖

從脫硫煙道引出的燒結機煙氣，經增壓風機升壓與制酸尾氣匯合后進入脫硫塔。脫硫塔入口煙道設置霧化噴槍，對煙氣進行預冷卻以及調質。經霧化噴槍冷卻后的煙氣從脫硫塔下部進入洗滌段，自下而上與被循環洗滌液洗滌，煙氣溫度降至45℃以下，經捕沫層，對煙氣中的液滴及粉塵捕集后，煙氣進入脫硫塔吸收段。

進入吸收段的煙氣與吸收段噴淋而下的胺液逆流接觸，煙氣中的二氧化硫被胺液充分吸收，脫除二氧化硫后的煙氣由吸收塔頂部煙囪達標排放。

據FAO統計[3]，2016年世界乳水牛存欄總數為6 493萬頭，水牛乳產量1.11億t，占乳類總產量的13.5%，是世界第二大乳源。亞洲是水牛乳的最主要產區，其乳水牛存欄量為6 301萬頭，水牛乳產量達1.08億t，占世界乳水牛存欄量和水牛乳產量的97%。

貧胺液從吸收塔上部進入吸收段，在塔內與燒結煙氣逆流接觸，吸收煙氣中的SO2，變為富胺液。富胺液經富胺泵加壓去往解吸塔，其間在貧富胺換熱器與解吸塔再生出的貧胺液換熱后進入解吸塔。

富胺液在解吸塔內被加熱并被大量的上升蒸氣氣提，解吸出富胺中的SO2，再生為貧胺液。貧胺液經貧胺外排泵加壓，經過貧富胺換熱器、貧胺再冷器冷卻后，一部分去胺液凈化系統去掉煙氣在胺液中富集的離子、粉塵后返回主管路，最終送往吸收段上部噴淋。

解吸出來的SO2與水蒸氣一同由解吸塔塔頂排出，進入解吸塔頂冷凝器冷凝冷卻后，在氣液分離器內實現SO2氣體與冷凝水的分離，高濃度的SO2氣體隨后進入一轉一吸制酸單元。冷凝水由冷凝回流泵加壓，一部分返回解吸塔循環，另一部分作為胺液系統富水被送往離子交換系統及脫硫塔洗滌段。

3 有機胺法燒結脫硫工藝的發展及改進

有機胺脫硫工藝最早是用于化工廠尾氣處理上，后逐漸擴展到有色冶煉尾氣、電廠尾氣、燒結機頭煙氣的處理上。由于不同煙氣成分及雜質成分差別很大，造成了在不同領域應用時的工藝適應性問題。

3.1 燒結機頭煙氣處理領域的適應性問題

（1）煙氣中的雜質離子在胺液中富集

燒結機煙氣中的氯、氟、鈉、鉀等20多種離子及焦油類有機物在胺液中富集。氯離子造成胺液系統設備腐蝕，金屬硫酸鹽在胺液中結晶沉淀，與焦油、粉塵黏接造成設備堵塞、胺液發泡損失。

（2）胺液中粉塵、油性物質的富集

萊鋼電除塵后的燒結煙氣含塵濃度較高，一般在100～280mg/Nm3，脫硫塔洗滌段僅有40%～50%的除塵效率，煙氣中的粉塵、油性物質在吸收段被胺液洗滌，逐漸在胺液中富集。由于油性物質的存在，造成過濾器反洗不徹底，長期運行不正常，同時造成嚴重的胺液發泡損失。

3.2 有機胺燒結機煙氣的適應性改進

針對有機胺法對燒結機煙氣適應性的問題，在技術方面進行了大量的實驗研究，形成了一系列的專利及專有技術，并在萊鋼型鋼煉鐵廠1#265m2燒結機煙氣脫硫工程中進行了應用。主要有：

（1）胺液逃逸控制技術

由于找到了控制系統胺液損失的關鍵因素，系統胺液損失得到了有效的控制，可保證系統胺液年損失在120%（胺液初裝量）以內。

（2）胺液凈化一體化技術

全新有效的胺液過濾裝置取得了工業試驗的成功；胺液中金屬離子的凈化工藝專利已進行了工業應用；采用了陰離子專有離子交換去除裝置。

（3）胺液系統設備清洗技術

選用鋼鐵企業廢棄液體對換熱設備進行了工業化清洗實驗并取得了成功。

（4）煙氣洗滌、降溫、除塵捕沫一體化技術

解決了洗滌系統因換熱器堵塞引起系統停車的問題，同時采用了雙重技術對塔及內件進行保護。塔內增設了捕沫除塵一體化裝置。

（5）制酸裝置工藝優化

針對氣源進行研究，取全年運行的平均值，兼顧區間極大值，對制酸裝置工藝設計進行優化，解決了原設計制酸設計能力偏大、制酸裝置無法在設計點運行的缺陷。

4 有機胺法脫硫工程實例

萊鋼型鋼煉鐵廠1#265m2燒結機有機胺煙氣脫硫項目自2012年9月試生產以來，脫硫效率穩定，非脫硫側煙氣排放SO2濃度在80～200mg/Nm3，脫硫側煙氣入口SO2濃度在800～3600mg/Nm3，脫硫后排放指標在10～190mg/Nm3。各項消耗指標達到設計指標（見下表）。

萊鋼型鋼煉鐵廠1#265m2燒結機脫硫主要經濟技術指標表

該項目總投資8500萬元（含胺液初裝費）。265m2燒結機年產燒結礦按251萬t計算，不計蒸氣費用（蒸氣為回收環冷機低溫廢熱所產低品質蒸氣），實際運行成本（不含折舊）僅在8.9元/t燒結礦。在燒結機煙氣脫硫運行中成本較低。

5 結語

有機胺作為綠色環保的脫硫工藝，所產的硫酸可回用于焦化焦爐煤氣洗氨工序，實現了硫資源的循環利用，可使企業擺脫鈣基脫硫工藝副產物利用的困擾。該工藝脫硫效率高、運行穩定、無二次污染，值得在煙氣脫硫領域推廣應用。

[1]陸建剛，王連軍.胺法脫硫技術進展[J].氣體凈化，2005，5（3）.

[2]黎建明，邱正秋.有機胺法煙氣脫硫技術進展[C].中國金屬學會中國鋼鐵年會論文集，2007.

[3]王開岳.天然氣凈化工藝[M].北京：石油工業出版社，2005.

[4]周長城，湯志剛.乙二胺/磷酸溶液吸收SO2的實驗研究[J].化工環保，2002， 22（4）.