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        WSA制酸氨單元脫除NOX技術(shù)

        2021-03-01 13:21:14呂明周慶鑫王曉楠張大奎張欣
        鞍鋼技術(shù) 2021年1期
        關(guān)鍵詞:汽量制酸硫酸銨

        呂明,周慶鑫,王曉楠,張大奎,張欣

        (鞍鋼化學(xué)科技有限公司,遼寧 鞍山 114021)

        鞍鋼化學(xué)科技有限公司回收作業(yè)區(qū)采用丹麥托普索公司開發(fā)的WSA制酸工藝,處理從焦?fàn)t煤氣中脫除的HS、HCN等酸性氣體,設(shè)計(jì)處理煤氣量為 10 萬 m/h。經(jīng)過真空碳酸鉀法脫硫處理,煤氣中的HS質(zhì)量濃度可達(dá)200 mg/m以下,脫除的HS酸性氣體進(jìn)入WSA制酸系統(tǒng),生產(chǎn)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%的濃硫酸,作為生產(chǎn)硫酸銨的原料。進(jìn)入WSA制酸系統(tǒng)的酸性氣體中含有大量NO,如果不進(jìn)行有效脫除,制酸廢氣直接排入大氣時(shí)會(huì)形成濃烈的黃煙,對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染,并且NO會(huì)在 VK 催化劑作用下生成濃 HNO,HNO具有強(qiáng)化學(xué)腐蝕性,混合在濃硫酸中影響濃硫酸質(zhì)量,加劇腐蝕設(shè)備。通常企業(yè)采用氨單元SCR裝置對(duì)NO進(jìn)行脫除,但在實(shí)際運(yùn)行過程中,反應(yīng)溫度、氨氣流量、氨氣質(zhì)量、反應(yīng)比等指標(biāo)參數(shù)的控制均對(duì)NO脫除效果有很大影響。本文對(duì)WSA制酸氨單元脫除NO的合理工藝控制條件進(jìn)行了研究。

        1 WSA制酸氨單元脫除NOX工藝簡(jiǎn)介

        1.1 工藝流程

        經(jīng)脫硫工序處理后的酸性氣體 (主要成分為HS、HCN)由真空泵引入到焚燒爐內(nèi)進(jìn)行充分燃燒。在焚燒爐主燒嘴處,酸性氣體與煤氣、鼓風(fēng)機(jī)送來的空氣充分混合后,在1 000~1 050℃的溫度下進(jìn)行焚燒,產(chǎn)生含有SO、NO和HO的高溫過程氣,經(jīng)廢熱鍋爐回收熱量后,溫度降至400~430℃,再與氨氣、空氣在混合器中混合后送入SCR反應(yīng)器進(jìn)行NO脫除處理。WSA制酸氨單元工藝流程圖見圖1。

        圖1 WSA制酸氨單元工藝流程圖Fig.1 Process Flow Diagram for Ammonia Unit for WSA Acid Making

        1.2 工藝原理

        在SCR反應(yīng)器中,適量氨氣和空氣的混合氣體在VK催化劑和一定溫度作用下,與NO進(jìn)行催化氧化反應(yīng),反應(yīng)分解生成N和水,達(dá)到消除煙囪黃煙,制酸廢氣達(dá)標(biāo)排放的效果。綜合反應(yīng)方程式如下:

        其中主要反應(yīng)為:

        2 工藝控制條件

        2.1 反應(yīng)溫度

        在SCR反應(yīng)器中,VK催化劑反應(yīng)起活溫度為340℃,連續(xù)工作溫度為380~450℃,失活溫度為650℃。當(dāng)溫度低于340℃時(shí),酸性氣體中的SO和氨氣反應(yīng)會(huì)生成ABS(硫酸銨鹽),覆蓋在催化劑表面,嚴(yán)重時(shí)造成催化劑失效。考慮到溫度太高會(huì)造成能源浪費(fèi),因此在生產(chǎn)過程中控制反應(yīng)溫度在380~420℃的合理范圍,以保證催化氧化反應(yīng)的連續(xù)、穩(wěn)定進(jìn)行。

        2.2 氨氣流量

        WSA制酸氨單元脫除NO工藝采用蒸氨塔氨氣作為反應(yīng)源,蒸氨塔氨氣有兩個(gè)用途,一是進(jìn)入制酸氨單元用于脫除NO,二是進(jìn)入飽和器噴淋作為生產(chǎn)硫酸銨的原料。在氨單元中,氨氣流量不足,則不能完全分解酸性氣體中的NO,不能保證尾氣的達(dá)標(biāo)排放;氨氣流量過大,則會(huì)產(chǎn)生副反應(yīng)NH+O→N+HO,造成氨氣浪費(fèi),使生產(chǎn)硫酸銨的氨氣減少,導(dǎo)致硫酸銨減產(chǎn)。因此,需合理控制、及時(shí)調(diào)整氨氣使用量,在最大程度上促進(jìn)硫酸銨增產(chǎn)。生產(chǎn)調(diào)試過程中,在保證除后NO濃度合格的不同酸汽量情況下,調(diào)整氨氣使用量。

        氨氣使用量及酸汽量關(guān)系如圖2所示。由圖2可以看出,在保證脫除后NO濃度合格的情況下,氨氣使用量與酸汽量基本保持線性關(guān)系。

        圖2 氨氣使用量與酸汽量關(guān)系Fig.2 Relationship between Ammonia Gas Usage and Acid Gas Usage

        2.3 氨氣質(zhì)量

        WSA制酸氨單元蒸氨塔采用鼓風(fēng)剩余氨水作為原料氨水,其中含有焦油、萘等雜質(zhì),需有效脫除以保證蒸氨塔頂氨氣清潔度,蒸氨塔處理氨水量為50~70 m/h。由于蒸氨塔用蒸汽直接加熱,塔頂氨氣中含有大量水蒸汽。蒸氨塔塔頂氨氣組成見表1。

        表1 蒸氨塔塔頂氨氣組成Table 1 Composition of Ammonia Gas at Top of Ammonia Distillation Tower %

        由表1可以看出,蒸氨塔氨氣含水量非常大,氨氣由蒸氨塔輸送到制酸氨單元途中會(huì)產(chǎn)生大量冷凝液,造成氨氣積液,給混合加熱帶來困難,影響反應(yīng)溫度,因此需將氨氣中水蒸氣進(jìn)行有效分離。

        2.4 氨氣與空氣反應(yīng)比

        氨氣在空氣中的爆炸極限為15%~28%,生產(chǎn)中必須將混合器中氨氣濃度嚴(yán)格控制在15%以下,否則有爆炸危險(xiǎn)。另外,催化氧化反應(yīng)全過程需要O,所以必須保證空氣的過剩系數(shù),因此在生產(chǎn)過程中,將氨氣與稀釋空氣比值控制在12%以下。

        3 工藝管控措施及效果

        3.1 工藝管控措施

        結(jié)合WSA制酸氨單元脫除NO工藝控制條件和生產(chǎn)實(shí)際情況,制定工藝管控措施如下:

        (1)保證SCR反應(yīng)器溫度。生產(chǎn)管控過程中,及時(shí)調(diào)整稀釋風(fēng)加熱器溫度和風(fēng)量來控制混合器溫度,將SCR反應(yīng)器溫度控制在380~420℃,保證反應(yīng)效果,避免ABS的生成。

        (2)保證氨氣流量。生產(chǎn)管控過程中,根據(jù)實(shí)際酸汽量大小,按照氨氣使用量與酸汽量線性關(guān)系

        y

        =0.037

        x

        -5.34計(jì)算得出所需氨氣流量,并通過調(diào)節(jié)飽和器氨氣閥門,合理分配氨氣流量。

        (3)保證氨氣質(zhì)量。首先,保證剩余氨水清潔度,防止堵塞設(shè)備,通過采取增加氨水陶瓷過濾器、蒸氨塔底排油等措施,控制剩余氨水含油、COD等指標(biāo),降低氨氣中輕油、萘等組分含量。其次,保證制酸氨單元氨氣溫度,蒸氨塔頂氨氣溫度為96~98℃,將氨氣中水蒸汽進(jìn)行有效分離,通過在輸送氨氣管道增加伴熱及保溫裝置,沿途設(shè)置氨氣氣液分離裝置,去除氨氣夾帶的冷凝液,保證輸送至氨單元界區(qū)氨氣溫度在70℃以上。同時(shí),氨氣管道應(yīng)具備定期清掃功能,預(yù)留清掃甩頭,定期清掃氨氣管道,保證氨氣管道暢通。

        (4)控制氨氣與空氣反應(yīng)比。通過自動(dòng)調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)稀釋風(fēng)量,根據(jù)氨氣流量大小,控制氨氣與稀釋空氣比值在12%以下,通過DCS自動(dòng)控制系統(tǒng)投自動(dòng)運(yùn)行。

        此外,由于NO會(huì)在VK催化劑作用下生成濃HNO,具有強(qiáng)化學(xué)腐蝕性,混合在濃硫酸中會(huì)加劇腐蝕設(shè)備,且與外購硫酸混合作為生產(chǎn)硫酸銨的原料時(shí),在混合中與外購硫酸中鐵離子反應(yīng)會(huì)生成Fe,使混合后硫酸呈現(xiàn)酒紅色,影響硫酸銨外觀。因此,日常生產(chǎn)中要經(jīng)常取樣進(jìn)行自產(chǎn)濃硫酸與外購硫酸混合,觀察變色情況,作出制酸氨單元運(yùn)行判斷,按照工藝管控措施對(duì)工藝控制條件進(jìn)行及時(shí)調(diào)整。

        3.2 脫除效果

        采取以上工藝管控措施后,進(jìn)入SCR反應(yīng)器前過程氣中NO含量在950~1 000 mg/m之間,經(jīng)過SCR反應(yīng)器后過程氣中NO含量≤110 mg/m,脫除率可達(dá)到90%;制酸煙囪無可視黃煙;所產(chǎn)濃硫酸與外購硫酸混合后無顏色變化;并促進(jìn)硫酸銨增產(chǎn),使硫酸銨收得率由1.05%提高到1.12%。

        4 結(jié)論

        鞍鋼化學(xué)科技有限公司研究了WSA制酸氨單元SCR裝置脫除NO工藝,通過長(zhǎng)期大量的生產(chǎn)調(diào)試,總結(jié)得出:

        (1)合理工藝參數(shù)控制范圍:混合器后溫度為380~420℃;結(jié)合氨氣使用量與酸汽量的線性關(guān)系

        y

        =0.037

        x

        -5.34,根據(jù)實(shí)際酸汽量大小,合理分配氨氣流量;氨氣與稀釋空氣比值控制在12%以下,在保證脫除NO效果的基礎(chǔ)上保證硫酸銨的最大產(chǎn)量。

        (2)合理工藝管控措施:及時(shí)調(diào)整稀釋風(fēng)加熱器溫度和風(fēng)量來控制混合器溫度;調(diào)節(jié)飽和器氨氣閥門的方式分配氨氣流量;增加氨水陶瓷過濾器,蒸氨塔底排油,控制剩余氨水含油、COD等指標(biāo),降低氨氣中輕油、萘等組分,防止堵塞設(shè)備;增加氣液分離裝置及管道伴熱保溫裝置,控制氨氣含水量;氨氣管道應(yīng)具備定期清掃功能;日常生產(chǎn)中經(jīng)常取樣進(jìn)行自產(chǎn)濃硫酸與外購酸混合,觀察變色情況,作出制酸運(yùn)行判斷并及時(shí)調(diào)整。

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