鈉堿法脫硫工藝及應用

魏后超，劉宏林，繆云陽

（安徽科清環境工程有限公司南京分公司，江蘇 南京 210000）

1 脫硫技術現狀

煙氣脫硫技術根據脫硫劑在脫硫時的干濕狀態，分為干法脫硫、半干法脫硫和濕法脫硫三種[1]。

干法脫硫采用粉狀或顆粒狀的脫硫劑，技術已經逐步成熟。干法脫硫工藝相對簡單、設備腐蝕也較小、無污水等二次污染產生，但缺點是脫硫效率低、反應速率慢、脫硫設備體積龐大、占地面積大、操作技術要求高，適合含硫低的煙氣。

半干法脫硫兼具干法和濕法的部分特點，脫硫反應在氣、固、液三相中進行。該工藝投資費用低，但是吸收劑的利用率低、脫硫效率低，適合低硫煙氣。

濕法脫硫采用吸收劑的水溶液或漿液對煙氣進行洗滌，脫除二氧化硫。該工藝前期建設支出費用較高、并且設備管道容易腐蝕、但因其脫硫效率高、反應速度快、操作簡單、長期運行穩定可靠，是目前最廣泛應用的脫硫方法。常用的濕法脫硫工藝技術有：石灰石-石膏濕法脫硫、氨法脫硫、鈉堿法脫硫、有機胺法脫硫、海水法等。

2 鈉堿法脫硫工藝

鈉堿法是采用堿性化合物的煙氣脫硫工藝，該工藝的脫硫劑、脫硫產物均易溶于水，避免了脫硫塔和管道結垢、堵塞情況的發生。其脫硫原理如下：

（1）起始階段：2NaOH+SO2→Na2SO3+H2O。

（2）主要吸收階段：Na2SO3+SO2+H2O→2NaHSO3。

（3）吸收劑再生階段：NaOH+NaHSO3→Na2SO3+H2O。

（4）氧化反應階段：Na2SO3+1/2O2→Na2SO4。

NaOH在脫硫過程中主要為起始吸收劑和吸收劑再生的作用，吸收二氧化硫的主要活性組份是Na2SO3[2]。隨著吸收的不斷進行，吸收液中酸式鹽NaHSO3濃度不斷增加，不再具有吸收二氧化硫的能力，此時需要補充NaOH將NaHSO3再生，得到Na2SO3[3]。由于煙氣含有氧氣，部分Na2SO3被氧化成Na2SO4，吸收液中NaHSO3、Na2SO4的不斷富集，需將一定濃度的溶液外排至廢水處理系統，使吸收液含鹽濃度降低，保證吸收效果。

3 鈉堿法脫硫工藝應用

3.1 項目概況

某煤制油公司硫磺回收裝置采用一級高溫轉化、兩級催化轉化的克勞斯工藝，尾氣處理為加氫還原吸收、尾氣熱焚燒工藝。尾氣排放指標設計符合GB16297—1996《大氣污染物綜合排放標準》。新增煙氣深度脫硫設施，處理煙氣量為19200 m3/h，開停工工況15000 m3/h，處理后凈化氣中SO2濃度＜100 mg/m3，裝置開工時數為8000 h/y。

3.2 基礎參數

進入脫硫系統的硫磺回收裝置尾氣參數見表1。

硫磺回收尾氣治理凈化氣排放指標見表2。

表2 設計硫磺回收尾氣治理凈化氣排放指標

3.3 工藝流程概述

尾氣自尾氣焚燒爐至蒸汽過熱器、尾氣加熱器回收余熱后，溫度約290～310℃進入前置換熱器與脫硫塔出口凈煙氣換熱，冷卻至約140℃送至煙氣脫硫塔。

濃度為30%的氫氧化鈉溶液自系統管道輸送至堿液罐，然后通過堿液泵送至煙氣脫硫塔。塔底吸收循環液在脫硫循環泵的作用下在塔內循環，為保持吸收液的pH值，滿足吸收二氧化硫的要求，需連續不斷地將氫氧化鈉溶液補充到脫硫塔底吸收液中。通過調節進入脫硫塔的堿液量，使pH值控制在7左右。

煙氣經過堿洗后二氧化硫被充分吸收，再通過集液器氣帽進入水洗循環區，清水洗滌去除煙氣中夾帶的鈉鹽，進入除霧器去除夾帶的液滴。此時煙氣中二氧化硫含量降低至100 mg/m3以下，經尾氣換熱器與原煙氣換熱后溫度升至約180～200℃后排入硫磺回收裝置原有煙囪。

塔內排出濃度為7%左右含鹽廢水，進入氧化罐，在工業風的作用下進行曝氣氧化。氧化罐中含鹽廢水曝氣的同時用氫氧化鈉溶液調節pH值為7，然后用污水泵送至結晶裝置處理。

主要工藝系統包括：煙氣系統、吸收循環系統、氧化系統、洗滌循環系統、吸收劑儲存與供應系統、排空系統、工藝水系統等。工藝流程如圖1所示。

圖1 工藝流程示意

3.4 詳細設計方案

（1）煙氣系統：其主要作用是將煙氣導入脫硫裝置，經降溫、二氧化硫吸收、洗滌除霧后通過凈煙道送至原有煙囪排放。考慮原煙氣溫度高的特點，在原煙氣與凈煙氣之間設置了氣-氣換熱器，降低成本且更加環保，更有利于煙氣的抬升和擴散。

（2）吸收循環系統：其主要作用是利用濃度為30%的氫氧化鈉溶液作為吸收劑，通過噴淋層噴嘴噴出的脫硫循環液與煙氣逆流接觸，吸收煙氣中的二氧化硫，脫硫塔設計成單塔多區、多循環結構，吸收、洗滌獨立循環；在塔徑選擇上，參考氨法、鈣法等眾多脫硫項目成功設計和運行經驗，塔內煙氣流速控制在3.0 m/s以內。

（3）氧化系統：利用工業風將吸收二氧化硫的亞硫酸鈉溶液氧化成硫酸鈉溶液，經污水泵送至界區外結晶裝置處理。

（4）洗滌循環系統：為保證煙氣盡量少地夾帶含鹽液滴，在脫硫系統設置洗滌循環噴淋系統，配置洗滌罐和洗滌循環泵，進一步去除煙氣中的含鹽液滴，減少煙道的腐蝕。水洗循環區上部設計多級高效除霧器，脫硫后的凈煙氣經除霧器除去煙氣中攜帶的液沫和霧滴，經換熱器換熱升溫后回現有煙囪排放。

（5）吸收劑存儲與供應系統：該項目采用濃度為30%的氫氧化鈉溶液作為吸收劑，通過管道輸送至脫硫界區內的堿液槽。加堿量根據焚燒爐負荷、脫硫裝置入口和出口的二氧化硫濃度及脫硫液pH值進行連鎖自動控制。

（6）排空系統：脫硫裝置的塔區設有圍堰和地坑，用于收集設備及管道沖洗水、管道泄漏液等，并定期返回脫硫塔循環利用。

（7）工藝水系統：脫硫工藝用水采用回用水，由管道輸送至脫硫區，滿足脫硫裝置正常運行脫硫工藝系統的用水。

3.5 主要設備清單

（1）動設備主要設備清單見表3。

表3 動設備主要設備清單

（2）靜設備主要設備清單見表4。

表4 靜設備主要設備清單

（3）換熱設備清單見表5。

表5 換熱設備清單

3.6 運行中吸收液pH值的控制

在脫硫過程中，吸收液pH值的變化對塔出口二氧化硫濃度的影響見圖2。隨著吸收液pH值的不斷增加，塔出口的二氧化硫濃度隨之減小，說明高pH值情況下，脫硫效率較高。在pH值大于7之后，pH值的增加對塔出口二氧化硫濃度變化影響不明顯。因此在保證達標排放的情況下，控制合理的pH值才能使裝置更加經濟地運行。

圖2 吸收液pH值與塔出口SO2濃度的變化

4 結語

只有選擇合適的脫硫工藝，才能解決二氧化硫排放問題。通過源頭防控、末端治理，不斷優化生產工藝及其配套的脫硫裝置，可不斷提高排放標準，降低污染物排放總量，實現節能減排、綠色發展。