硫酸裝置尾氣處理改造生產(chǎn)實(shí)踐

張文文

（中國(guó)石化集團(tuán)南京化學(xué)工業(yè)有限公司，江蘇南京210048）

中國(guó)石化集團(tuán)南京化學(xué)工業(yè)有限公司（以下簡(jiǎn)稱南化公司）現(xiàn)有200 kt/a（2#系統(tǒng)）、300 kt/a（3#系統(tǒng)）硫磺制酸裝置2套。分別于2003年、2005年建成投產(chǎn)，采用“3+2”二轉(zhuǎn)二吸工藝。2012年對(duì)2套硫酸裝置進(jìn)行改造，改造后全部用來生產(chǎn)w(H2SO4)105%發(fā)煙硫酸，尾氣脫硫系統(tǒng)采用氨法脫硫工藝。尾氣經(jīng)過二吸塔吸收后，再經(jīng)過超重力機(jī)吸收、噴射氧化和氨法吸收后排放。綜合分析氨法脫硫工藝的運(yùn)行情況，尾氣排放指標(biāo)符合GB 26132—2010《硫酸工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》要求：排放SO2質(zhì)量濃度小于或等于400 mg/m3、硫酸霧質(zhì)量濃度為小于或等于30 mg/m3。

但隨著國(guó)家安全環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)不斷提高，南京地區(qū)屬于執(zhí)行大氣污染物特別排放限值的地域范圍，硫酸尾氣執(zhí)行特別排放限值：排放SO2質(zhì)量濃度小于或等于200 mg/m3、硫酸霧質(zhì)量濃度小于或等于5 mg/m3。原有的氨法脫硫工藝難以達(dá)到新的標(biāo)準(zhǔn)要求，同時(shí)氨法脫硫在實(shí)際運(yùn)行過程中暴露出一些問題，因此需要采用更為先進(jìn)的尾氣治理技術(shù)對(duì)脫硫系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造。

1 改造前尾氣脫硫系統(tǒng)存在問題

1.1 尾氣排放指標(biāo)達(dá)不到特別排放限值

2套尾氣吸收系統(tǒng)雖然經(jīng)過多次指標(biāo)調(diào)優(yōu)和設(shè)備更新，但改造效果一般，2018年1—12月尾氣排放情況見表1。

表1 尾氣吸收系統(tǒng)2018年1—12月排放情況

由表1可見：2018年全年2#系統(tǒng)尾氣ρ(SO2)平均值為240.30 mg/m3，硫酸霧(ρ)平均值為22.05 mg/m3，3#系統(tǒng)尾氣ρ(SO2)平均值為 280.30 mg/m3，硫酸霧(ρ)平均值為26.07 mg/m3，尾氣排放指標(biāo)與特別排放限值有一定的差距。

1.2 副產(chǎn)品難于處理

尾氣吸收系統(tǒng)副產(chǎn)為質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%的硫酸銨母液，通常是作為復(fù)合肥的原料。但由于南化公司的硫酸銨母液中含質(zhì)量分?jǐn)?shù)25%左右的亞硫酸銨，亞硫酸銨化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定，易分解脫析出SO2，導(dǎo)致硫酸銨母液無法直接進(jìn)入肥料系統(tǒng)。目前，副產(chǎn)硫酸銨母液送往南化公司動(dòng)力部脫硫系統(tǒng)進(jìn)行處理，加劇了脫硫系統(tǒng)的負(fù)荷。當(dāng)硫酸裝置轉(zhuǎn)化率不好時(shí)，尾氣母液產(chǎn)量達(dá)到30 t/d，母液出廠不暢時(shí)造成母液儲(chǔ)罐長(zhǎng)期處于高位運(yùn)行，嚴(yán)重制約硫酸裝置穩(wěn)定生產(chǎn)。

1.3 維護(hù)成本上升

尾氣吸收系統(tǒng)的循環(huán)泵電機(jī)采用2級(jí)電機(jī)，轉(zhuǎn)速為2 900 r/min。由于硫酸銨母液中含有顆粒狀物質(zhì)，循環(huán)泵的機(jī)封容易磨損，導(dǎo)致泵使用壽命短、頻繁更換，不能滿足正常生產(chǎn)需要，同時(shí)泵機(jī)封發(fā)生泄漏時(shí)，泄漏的物料污染環(huán)境。

超重力機(jī)是尾氣脫硫系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，價(jià)格高昂，但設(shè)備運(yùn)行可靠性不高。運(yùn)行不到3年，超重力機(jī)就多次出現(xiàn)故障，影響裝置的穩(wěn)定運(yùn)行。

2 尾氣治理工藝比較

目前對(duì)含硫尾氣的處理方法主要分兩大類：即干法與濕法。濕法是指用各種液體吸收劑吸收氣體中的SO2和硫酸霧，生成各種硫酸鹽、亞硫酸鹽，如氨法、鈉堿法等。干法是指用各種粉狀、粒狀的吸附劑、催化劑吸附氣體中的SO2，并轉(zhuǎn)化為SO3加以回收處理，如活性焦吸附法。

目前，硫酸裝置尾氣脫硫技術(shù)主要有氨法、雙氧水法、活性焦（炭）法、鈉堿法等技術(shù)[1]。各脫硫工藝優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比見表2。

表2 各脫硫工藝優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

3 工藝方案的選定

綜合考慮南化公司制酸裝置規(guī)模、尾氣性質(zhì)、產(chǎn)品方案、生產(chǎn)技術(shù)及環(huán)境保護(hù)等因素，決定采用鈉堿法尾氣脫硫技術(shù)加2級(jí)電除霧器工藝對(duì)原有脫硫系統(tǒng)進(jìn)行改造。

3.1 工藝原理

鈉堿法脫硫工藝的原理是用氫氧化鈉或碳酸鈉水溶液作為吸收劑，與二氧化硫反應(yīng)生成亞硫酸鈉，亞硫酸鈉繼續(xù)與二氧化硫反應(yīng)生成亞硫酸氫鈉，最終與氧氣反應(yīng)生成硫酸鈉。

3.2 工藝特點(diǎn)

鈉堿法是回收低濃度SO2的主要方法之一。鈉堿法脫硫技術(shù)主要特點(diǎn)[2]：

1）氫氧化鈉與SO2反應(yīng)屬于酸堿中和反應(yīng)，親和力強(qiáng)，吸收率高，脫硫效率在95%以上。要達(dá)到與一段鈉堿法相同的煙氣凈化效率，氨法往往需要設(shè)置2段或3段吸收。

2）與氨法相比，鈉堿法的優(yōu)點(diǎn)是鈉離子為非揮發(fā)性，不存在二次污染。

3）鈉堿法投資省、工藝流程簡(jiǎn)單，脫硫劑氫氧化鈉或碳酸鈉來源有保證。

3.3 工藝流程

硫酸裝置2#、3#系統(tǒng)二吸塔出來的尾氣合并進(jìn)入尾氣吸收塔，尾氣與噴淋的w(NaOH) 10%的溶液逆向接觸，去除尾氣中的大部分的SO2、SO3，再進(jìn)入水洗塔，進(jìn)一步去除尾氣中的SO2、SO3，以及夾帶的NaHSO3和Na2SO3，最后進(jìn)入2級(jí)尾吸電除霧器，除去殘余的硫酸霧，使尾氣中硫酸霧質(zhì)量濃度小于5 mg/m3，實(shí)現(xiàn)尾氣達(dá)標(biāo)排放。

尾氣處理裝置的工藝流程見圖1。

圖1 尾氣處理裝置工藝流程

3.4 操作參數(shù)

尾氣吸收系統(tǒng)主要操作參數(shù)見表3。

表3 主要操作操作參數(shù)

4 運(yùn)行效果

尾氣脫硫系統(tǒng)于2019年10月改造后投產(chǎn)，總投資3 000余萬元。開車初期，2#、3#硫酸裝置各一部分煙氣并入新尾氣處理系統(tǒng)，流量為70 000 m3/h左右。運(yùn)行一段時(shí)間后，11月2套硫酸裝置尾氣全部并入新尾氣處理系統(tǒng)，總氣量達(dá)到100 000 ～140 000 m3/h。從投產(chǎn)至今已連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行近1年時(shí)間，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。改造前（2018年1—12月）與改造后（2020年1—11月）尾氣脫硫系統(tǒng)尾氣排放指標(biāo)對(duì)比見表4。

由表4可見：改造后硫酸系統(tǒng)尾氣ρ(SO2)平均值為25 mg/m3、硫酸霧(ρ)平均值為2.15 mg/m3，滿足特別排放限值要求。

表4 尾氣吸收裝置投運(yùn)前后尾氣排放對(duì)比

5 結(jié)語

與氨法脫硫工藝相比，鈉堿法脫硫加2級(jí)電除霧器尾氣處理工藝，吸收率高，脫硫效率在95%以上，減少了二次污染，工藝流程簡(jiǎn)單、投資少、維護(hù)成本低。目前南化公司硫酸尾氣脫硫系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，與主裝置同步運(yùn)行率達(dá)100%。