硫酸裝置雙氧水脫硫與超重力氨法脫硫對比分析

張 武，朱崇巖

（中國石油化工股份有限公司石家莊煉化分公司，河北石家莊 050032）

中國石油化工股份有限公司石家莊煉化分公司（以下簡稱石煉化）硫磺制酸裝置的超重力尾氣處理系統采用氨水脫除SO2，再經除霧器除去煙塵和硫酸霧，運行中排放尾氣不能滿足京津冀地區硫酸霧(ρ)≤5 mg/m3的要求。為了實現尾氣達標排放的目的，石煉化決定對尾氣進行提標治理，以雙氧水脫硫裝置代替超重力尾氣處理系統，2019年10月11日開始施工，2020年9月2日建成投用。

筆者對雙氧水脫硫裝置與超重力尾氣處理系統在環境效益、經濟效益、操作等方面進行了對比分析，對上述2種尾氣處理工藝進行了較為全面的應用評價。

1 環境效益對比

雙氧水脫硫裝置與超重力尾氣處理系統尾氣排放指標對比見表1。

由表1可見：制酸尾氣經雙氧水脫硫裝置處理后，排放的大氣污染物濃度明顯低于超重力尾氣處理系統，且遠低于特別排放限值，解決了排放尾氣硫酸霧不達標的問題。

表1 雙氧水脫硫裝置與超重力尾氣處理系統排放尾氣指標

以2019年硫磺制酸裝置排放尾氣2.79×108m3計，尾氣提標治理項目可減少SO2排放2.79×108×(34.7-3.8)×10-9=8.62(t)，減少煙塵排放2.79×108×(9.0-1.2)×10-9=2.18(t)，減少硫酸霧排放2.79×108×(28.1-0.6)×10-9=7.67(t)。雙氧水脫硫裝置的尾氣處理效果明顯好于超重力尾氣處理系統，具有更大的環境效益。

2 經濟效益對比

2.1 能耗

雙氧水脫硫裝置與超重力尾氣處理系統均消耗新鮮水、電能和儀表風，無其他公用工程介質消耗。上述兩種尾氣處理系統能源消耗對比如下：

1）新鮮水。超重力尾氣處理系統的超重力機轉子M-0818軸承冷卻用新鮮水1 t/h、機封沖洗水用新鮮水0.5 t/h，而雙氧水脫硫裝置所用新鮮水轉化為稀硫酸添加到制酸工序，最終全部轉化為硫酸產品。新鮮水按5.31元/t計，雙氧水脫硫裝置可節省新鮮水費用6.98萬元/a。

2）電能。超重力尾氣處理系統的超重力機轉子功率75 kW、循環液泵功率37 kW，配套二次處理的環保裝置水泵功率10 kW，1年運行時間按365 d計；環保裝置氧化排放廢水中的亞硫酸銨溶液啟風機功率100 kW、電泵功率25 kW，1年運行時間按60 d計。雙氧水脫硫裝置的電除霧器功率54 kW，稀酸循環泵功率55 kW，1年運行時間按365 d計，節約電能293 880 kWh/a，電價按0.55元/kWh計，雙氧水脫硫裝置可節省電費16.16萬元/a。

3）儀表風。二者消耗的儀表風均無儀表計量，二者儀表數量相當，消耗的儀表風量相當。

綜上所述，與超重力尾氣處理系統相比，雙氧水脫硫裝置在能耗方面可節省23.14萬元/a。

2.2 物耗

尾氣脫硫系統的物耗主要為脫硫劑消耗：

1）雙氧水脫硫裝置：根據2020年9月2—15日w(H2O2)27.5%雙氧水的實際消耗量，計算出脫硫劑雙氧水的消耗量為650 t/a。w(H2O2)27.5%雙氧水按960元/t計，雙氧水脫硫裝置的脫硫劑費用為62.40萬元/a。

2）超重力尾氣處理系統：采用質量分數為20%的氨水作為脫硫劑，消耗量為394 t/a，折合液氨79 t/a。液氨按2 469元/t計，超重力尾氣處理系統的脫硫劑費用為19.51萬元/a。

與超重力尾氣處理系統相比，雙氧水脫硫裝置脫硫劑的費用增加42.89萬元/a。但對于雙氧水脫硫裝置，仍有降低物耗的潛力。雙氧水脫硫裝置投用初期，為保證較高的脫硫率，脫硫塔循環液中維持了較高的雙氧水濃度。同類廠家稀硫酸中w(H2O2)的經驗值為0.1%~1.0%，最佳值為0.1%~0.3%，石煉化硫磺制酸裝置2020年9月2—18日的稀硫酸中雙氧水濃度變化見圖1。

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圖1 循環稀硫酸中雙氧水濃度控制圖

從圖1可看出：循環稀硫酸中雙氧水的濃度波動較大，部分數據超出控制范圍。對數據進行統計，稀硫酸中w(H2O2)最高達到2.69%，平均值為0.61%，遠高于最佳值0.1%~0.3%。如果w(H2O2)能精確控制在0.1%~0.3%，則雙氧水脫硫裝置可以大幅降低雙氧水的加入量，從而降低物耗。

2.3 廢水處理費用

超重力尾氣處理系統向環保裝置排污水（亞硫酸銨溶液）2 409 t/a，污水處理費按5元/t計，廢水處理費用為1.20萬元/a。雙氧水脫硫裝置除排放尾氣外，無其他廢物外排。

2.4 年運行總費用對比

與超重力尾氣處理系統相比，雙氧水脫硫裝置的運行費用增加18.55萬元/a。

以上計算中，排污費未計算在內。若排污費計算在內，雙氧水脫硫裝置的年運行費用與超重力尾氣處理系統相當，經濟上具有可行性。

3 操作對比

3.1 控制排放尾氣中SO2濃度

超重力尾氣處理系統采用氨水洗滌含有SO2的尾氣，形成(NH4)2SO3-NH4HSO3-H2O的吸收液體系，循環吸收液中的(NH4)2SO3對SO2有很好的吸收能力，是主要吸收劑。氨水洗滌吸收有SO2的反應方程式為：

在吸收過程中所形成的酸式鹽NH4HSO3對SO2不具有吸收能力，隨吸收過程的進行，吸收液中NH4HSO3數量增多，吸收液吸收能力下降，此時需向吸收液中補充氨，以保持吸收液的吸收能力。

雙氧水法脫硫的反應方程式為：

氨水脫硫反應速率慢，在實際操作中，當排放尾氣中SO2濃度較高時，需要加大氨水流量，同時調大吸收液循環量，尾氣中SO2的濃度降至正常水平需要15~20 min。而雙氧水脫硫反應速率快，脫硫效率高，在排放尾氣中SO2濃度較高時，通過加大雙氧水流量，可在2 min內使SO2濃度降至正常水平。

與超重力尾氣處理系統相比，雙氧水脫硫裝置在控制排放尾氣中SO2濃度的操作上更快速便捷。

3.2 精確控制

超重力尾氣處理系統通過循環吸收液的pH值來調節氨水的加入量，從而控制脫硫效果。通過控制循環吸收液的外送量調節其密度，從而控制循環吸收液保持最佳吸收效果。以上過程均利用自動調節儀表實現。

雙氧水脫硫裝置進、出口均安裝有在線指示儀表，根據該裝置入口處氣體的SO2含量調節雙氧水的加入量，從而控制脫硫效果。稀硫酸的濃度與密度存在對應關系，通過調節外送至制酸系統的循環吸收液流量控制吸收液中稀硫酸的密度，從而將吸收液中w(H2SO4)控制在10%~20%。以上調節均利用自動調節儀表實現，但當循環稀硫酸中雙氧水的濃度較高時，為避免影響SO2脫除率，雙氧水濃度回調的速率慢，難以實現雙氧水濃度的精確控制。

由上述分析可知，超重力尾氣處理系統可精確控制氨水的加入量和亞硫酸銨溶液的排放量，而雙氧水脫硫裝置不能實時精確控制雙氧水的加入量，循環稀硫酸中的雙氧水濃度也難以實現精確控制。

3.3 物料對設備的影響

超重力尾氣處理系統循環吸收液為亞硫酸銨和亞硫酸氫銨溶液，亞硫酸銨和亞硫酸氫銨易結晶，使超重力機運行時產生較大振動，需要定時停機清洗。雙氧水脫硫裝置的循環吸收液為稀硫酸，不存在結晶堵塞的問題，然而，為保證較高的脫硫率，循環稀硫酸中的雙氧水要維持一定濃度，若雙氧水濃度過高，會腐蝕設備；若尾氣攜帶雙氧水還會使電除霧器電極發生腐蝕。

4 優化建議

4.1 雙氧水脫硫裝置的優勢

與超重力尾氣處理系統相比，雙氧水脫硫裝置的優點主要有：

1）解決了排放尾氣硫酸霧不達標的問題，進一步降低了排放尾氣中SO2和塵的濃度。排放尾氣中ρ(SO2)由34.7 mg/m3降低到3.8 mg/m3，塵(ρ)由9.0 mg/m3降低到1.2 mg/m3，硫酸霧(ρ)由28.1 mg/m3降低到0.6 mg/m3。

2）能耗降低。節省新鮮水1.5 t/h，節約電能293 880 kWh/a，在能耗方面可節省23.14萬元/a。

3）脫硫速度快、效率高。雙氧水脫硫反應迅速，易于控制排放尾氣的SO2濃度。當排放尾氣的SO2濃度高時，可通過加大雙氧水流量快速調節至正常水平。

4）循環吸收液為稀硫酸，不存在結晶堵塞的問題。

5）副產物稀硫酸補充到制酸工序，最終生成硫酸產品，除尾氣外無其他污染物排放，不產生二次污染，極大地提高了裝置的清潔生產水平，環境效益顯著。

4.2 優化建議

雙氧水脫硫裝置在運行過程中存在以下問題：

1）與超重力尾氣處理系統相比，雙氧水脫硫裝置增加物耗42.89萬元/a。

2）雙氧水加入量的控制自動化水平低，不能實時精確控制，同時操作人員的工作強度較高。如果雙氧水的濃度過高，在增加物耗的同時，還存在尾氣攜帶雙氧水使電除霧器電極發生腐蝕的風險。

針對上述問題，筆者建議提高裝置的自動化水平，根據脫硫塔入口尾氣的SO2濃度和排放速率，在線測定出脫硫塔入口尾氣的SO2流量，根據SO2的流量值對雙氧水的加入量進行調節，以實現循環稀硫酸中雙氧水濃度的精確控制。

5 結語

通過對石煉化硫磺制酸裝置配套的雙氧水脫硫裝置與超重力尾氣處理系統進行對比分析，雙氧水脫硫裝置優勢明顯。在年運行費用相當的情況下，雖然2種方式均對制酸尾氣中的SO2和塵含量進行了有效控制，但雙氧水脫硫對硫酸霧的控制效果更加出色。同時，雙氧水脫硫產生的吸收液全部返回制酸系統回收利用，不產生二次污染，運行過程“零”排放，實現了清潔生產，值得推廣應用。