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(lái)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(guò)二吸塔吸收后,再經(jīng)過(guò)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(guò)程中暴露出一些問(wèn)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。
2套尾氣吸收系統(tǒng)雖然經(jīng)過(guò)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。
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(wú)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)。
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。
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
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。
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。
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(lái)源有保證。
硫酸裝置2#、3#系統(tǒng)二吸塔出來(lái)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
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)
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(wàn)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
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%。