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氨法脱硫(氨法脱硫工艺道理)

2020-01-17 14:25:17发布

  氨法脱硫工艺皆是按照氨与SO2、水反应成脱硫产物的基本机理而进行的,主要有湿式氨法、电子束氨法、脉冲电晕氨法、简易氨法等。


  1、电子束氨法(EBA法)与脉冲电晕氨法(PPCP法)


  电子束氨法与脉冲电晕氨法分别是用电子束和脉冲电晕照射喷入水和氨的、已降温至70℃左右的烟气,在强电场作用下,部分烟气分子电离,成为高能电子,高能电子激活、裂解、电离其他烟气分子,产生OH、O、HO2等多种活性粒子和自由基。在反应器里,烟气中的SO2、NO被活性粒子和自由基氧化为高阶氧化物SO3、NO2,与烟气中的H2O相遇后形成H2SO4和HNO3,在有NH3或其它中和物注入情况下生成(NH4)2SO4/NH4NO3的气溶胶,再由收尘器收集。脉冲电晕放电烟气脱硫脱硝反应器的电场本身同时具有除尘功能。


  这两种氨法能耗和效率尚要改进,主要设备如大功率的电子束加速器和脉冲电晕发生装置还在研制阶段。


  2、简易氨法


  简易氨法已商业化的有TS、PS氨法脱硫工艺等,主要利用气相条件下的H2O、NH3与SO2间的快速反应设计的简易反应装置,严格地讲简易氨法是一种不回收的氨法,其脱硫产物大部分是气溶胶状态的不稳定的亚铵盐,回收十分困难,氨法的经济性不能体现;且脱硫产物随烟气排空后又会有部分分解出SO2,形成二次污染。所以,该工艺只能用在环保要求低、有废氨水来源、不要求长期运行的装置上。


  3、湿式氨法


  湿式氨法是目前较成熟的、已工业化的氨法脱硫工艺,并且湿式氨法既脱硫又脱氮。湿式氨法工艺过程一般分成三大步骤:脱硫吸取、中间产品处理、副产品制造。按照过程和副产物的不同,湿式氨法又可分为氨-硫铵肥法、氨-磷铵肥法、氨-酸法、氨-亚硫酸铵法等。


  (1)吸取过程:


  脱硫吸取过程是氨法烟气脱硫技术的核心,它以水溶液中的SO2和NH3的反应为基础:


  SO2+H2O+xNH3=(NH4)xH2-XSO3(1)


  得到亚硫酸铵中间产品。此中,x=1.2-1.4。


  直接将亚铵制成产品即为亚硫酸铵法


  (2)中间产品处理


  中间产品的处理主要分为两大类:直接氧化和酸解。


  a)直接氧化——氨-硫铵肥法


  在多功能脱硫塔中,鼓入空气将亚硫铵氧化成硫铵,其反应为:


  (NH4)XH2-XSO3+1/2O2+(2-x)NH3=(NH4)2SO4(2)


  b)酸解——氨酸法


  用硫酸、磷酸、硝酸等酸将脱硫产物亚硫铵酸解,生成相应的铵盐和气体二氧化硫。反应如下:


  (NH4)XH2-XSO3+x/2H2SO4=x/2(NH4)2SO4+SO2+H2O(3)


  (NH4)XH2-XSO3+xHNO3=xNH4NO3+SO2+H2O(4)


  (NH4)XH2-XSO3+x/2H3PO4=x/2(NH4)2HPO4+SO2+H2O(5)


  (3)副产品制造


  中间产品经处理后形成了铵盐及气体二氧化硫。铵盐送制肥装置制成成品氮肥或复合肥;气体二氧化硫既可制造液体二氧化硫又可送硫酸制酸装置出产硫酸。而出产所得的硫酸又可用于出产磷酸、磷肥等。


  4、湿式氨法的脱氮作用


  湿式氨法在脱硫的同时又可起一定的脱氮作用。


  反应式为:


  2NO十02=2N02


  2N02十H20=HN03+HN02


  NH3+HN03=HN4NO3+H2O


  NH3+HN02=HN4NO2+H2O


  4(HN4)2SO3+2N02=N2+4(HN4)2SO4


  湿式氨法脱硫工艺系统一般组成


  氨水洗涤脱硫工艺设备主要由脱硫洗涤系统、烟气系统、氨贮存系统、硫酸铵出产系统(若非氨-硫铵法则是于其工艺相对应的副产物制造系统)等组成。核心设备是脱硫洗涤塔。


  几种湿式氨法脱硫工艺:


  (1)Walther氨法工艺


  湿法氨水脱硫工艺最早是由克卢伯(kruppkroppers)企业开发于七八十年代的氨法Walther工艺。除尘后的烟气先经过热交换器,从上方进入洗涤塔,与氨气(25%)并流而下,氨水落入池中,用泵抽入吸取塔内循环喷淋烟气。烟气则经除雾器后进入一座高效洗涤塔,将残存的盐溶液洗涤出来,最后经热交换器加热后的清洁烟气排入烟囱。


  (2)AMASOX氨法工艺


  传统的氨法工艺遇到的主要问题之一是净化后的烟气中存在气溶胶问题没得到解决。能捷斯-比晓夫企业对传统氨法进行了改造和完善为AMASOX法。主要改进是将传统的多塔改为结构紧凑的单塔、并在塔内安设湿式电除雾器解决气溶胶问题。


  (3)GE氨法工艺


  90年代,美国的GE企业也开发了氨法工艺,并在威斯康辛州的kenosha电厂建一个500MW的工业性示范装置。该工艺流程为:除尘后的烟气从电厂锅炉后引出,经换热器后,进入冷却装置高压喷淋水雾降温、除尘(去除残存的烟尘),冷却到接近饱和和露点温度的洁净烟气再进入到吸取洗涤塔内。吸取塔内安插有两段吸取洗涤层,使洗涤液和烟气得以充分的混和接触,脱硫后的烟气经塔内的湿式电除尘器除雾后,再进入换热器升温,达到排放标准后经烟囱排入大气。脱硫后含有硫酸铵的洗涤液经结晶系统形成副产品硫酸铵。


  (4)NKK氨法


  NKK氨法是日本钢管企业开发的工艺。该吸取塔具有一定的特点,分三段。从下往上,下段是预洗涤除尘和冷激降温,在这一段,没有吸取剂的到场。中段是第一吸取段,吸取剂从此段到场。上段作为第二吸取段,但是不加吸取剂,只加工艺水。吸取处理后的烟气经加热器升温后排向烟囱。亚硫铵氧化在多带带的氧化反应器中进行。需要的氧由压缩空气补充,氧化剩余气体排向吸取塔。


  氨法脱硫工艺道理


  2氨法脱硫的技术道理


  氨法脱硫工艺皆是按照氨与SO2、水反应成脱硫产物的基本机理而进行的,主要有湿式氨法、电子束氨法、脉冲电晕氨法、简易氨法等。


  2.1电子束氨法(EBA法)与脉冲电晕氨法(PPCP法)


  电子束氨法与脉冲电晕氨法分别是用电子束和脉冲电晕照射喷入水和氨的、已降温至70℃左右的烟气,在强电场作用下,部分烟气分子电离,成为高能电子,高能电子激活、裂解、电离其他烟气分子,产生OH、O、HO2等多种活性粒子和自由基。在反应器里,烟气中的SO2、NO被活性粒子和自由基氧化为高阶氧化物SO3、NO2,与烟气中的H2O相遇后形成H2SO4和HNO3,在有NH3或其它中和物注入情况下生成(NH4)2SO4/NH4NO3的气溶胶,再由收尘器收集。脉冲电晕放电烟气脱硫脱硝反应器的电场本身同时具有除尘功能。


  这两种氨法能耗和效率尚要改进,主要设备如大功率的电子束加速器和脉冲电晕发生装置还在研制阶段。


  2.2简易氨法


  简易氨法已商业化的有TS、PS氨法脱硫工艺等,主要利用气相条件下的H2O、NH3与SO2间的快速反应设计的简易反应装置,严格地讲简易氨法是一种不回收的氨法,其脱硫产物大部分是气溶胶状态的不稳定的亚铵盐,回收十分困难,氨法的经济性不能体现;且脱硫产物随烟气排空后又会有部分分解出SO2,形成二次污染。所以,该工艺只能用在环保要求低、有废氨水来源、不要求长期运行的装置上。


  2.3湿式氨法


  湿式氨法是目前较成熟的、已工业化的氨法脱硫工艺,并且湿式氨法既脱硫又脱氮。湿式氨法工艺过程一般分成三大步骤:脱硫吸取、中间产品处理、副产品制造。按照过程和副产物的不同,湿式氨法又可分为氨-硫铵肥法、氨-磷铵肥法、氨-酸法、氨-亚硫酸铵法等。主要流程见图2-3。


  2.3.1吸取过程:


  脱硫吸取过程是氨法烟气脱硫技术的核心,它以水溶液中的SO2和NH3的反应为基础:


  SO2+H2O+xNH3=(NH4)xH2-XSO3(1)


  得到亚硫酸铵中间产品。此中,x=1.2-1.4。


  直接将亚铵制成产品即为亚硫酸铵法


  2.3.2中间产品处理


  中间产品的处理主要分为两大类:直接氧化和酸解。


  1)直接氧化——氨-硫铵肥法


  在多功能脱硫塔中,鼓入空气将亚硫铵氧化成硫铵,其反应为:


  (NH4)XH2-XSO3+1/2O2+(2-x)NH3=(NH4)2SO4(2)


  2)酸解——氨酸法


  用硫酸、磷酸、硝酸等酸将脱硫产物亚硫铵酸解,生成相应的铵盐和气体二氧化硫。反应如下:


  (NH4)XH2-XSO3+x/2H2SO4=x/2(NH4)2SO4+SO2+H2O(3)


  (NH4)XH2-XSO3+xHNO3=xNH4NO3+SO2+H2O(4)


  (NH4)XH2-XSO3+x/2H3PO4=x/2(NH4)2HPO4+SO2+H2O(5)


  2.3.3副产品制造


  中间产品经处理后形成了铵盐及气体二氧化硫。铵盐送制肥装置制成成品氮肥或复合肥;气体二氧化硫既可制造液体二氧化硫又可送硫酸制酸装置出产硫酸。而出产所得的硫酸又可用于出产磷酸、磷肥等。


  2.4湿式氨法的脱氮作用


  湿式氨法在脱硫的同时又可起一定的脱氮作用。


  反应式为:


  2NO十02=2N02


  2N02十H20=HN03+HN02


  NH3+HN03=HN4NO3+H2O


  NH3+HN02=HN4NO2+H2O


  4(HN4)2SO3+2N02=N2+4(HN4)2SO4


  氨法脱硫的优错误谬误


  新华能源干法脱硫是利用脱硫剂超细粉与烟气充分混合、接触,在催化剂和促进剂的作用下,与烟气中SO2快速反应。而且,在反应器、烟道及布袋除尘器内,脱硫剂超细粉一直与烟气中的SO2发生反应。反应快速、充分,在2秒内即可出产副产物Na2SO4。通过布袋回收副产物,作为化工产品利用。


  这种反应脱硫效率高,按化学反应当量1:1时,脱硫效率大于95%,而且是一次性喷入脱硫剂,不需要循环。


  反应道理


  以小苏打(NaHCO3)做脱硫剂,在高温烟气的作用下激活,表面形成微孔结构,犹如爆米花被爆开,烟道内烟气与激活的脱硫剂充分接触发生化学反应,烟气中的SO2及其他酸性介质被吸取净化,脱硫并干燥的Na2SO4副产物随气流进入布袋除尘器被捕集。


  主要反应:2NaHCO3(S)→Na2CO3(s)+H2O(g)+CO2(g)(1)


  SO2(g)+Na2CO3(s)+1/2O2→Na2SO4(s)+CO2(g)(2)


  副反应:


  SO3(g)+Na2CO3(s)→Na2SO4(s)+CO2(g)(3)


  新华能源湿法脱硫工艺是一种高效率、低耗能的湿法脱硫方式。该工艺以一定浓度的氨水为吸取剂,气体与吸取剂在脱硫塔中产生充分的气液相反应,从而脱除气体中的SO2,并得到亚硫酸铵中间产品,同时通过鼓入氧化空气直接将亚硫酸铵氧化生成硫酸铵,实现脱硫副产物的资源化。


  技术特点:


  1)脱硫效率高,可达98%以上;


  2)液气比小,设备型号小,一次性投资省;


  3)吸取塔内部结构的最优化布设,极大地降低了整个系统的运行阻力;


  4)脱硫设备占地面积小,安插方式灵活,可适用于不同情况的建设场地;


  5)氧化效率高,提高副产物产量。


  反应道理:


  吸取过程


  在脱硫塔中,氨和SO2在液态环境中以离子形式反应:


  2NH3+H2O+SO2→(NH4)2SO3


  (NH4)2SO3+H2O+SO2→2NH4HSO3


  随着吸取进程的持续,溶液中的NH4HSO3会逐渐增多,而NH4HSO3已不具备对SO2的吸取能力,应及时补充氨水维持吸取浓度。


  氧化过程


  氧化过程主要是利用空气生成(NH4)2SO4的过程:


  (NH4)2SO3+O2→(NH4)2SO4


  NH4HSO3+O2→NH4HSO4


  NH4HSO4+NH3→(NH4)2SO4


  结晶过程


  氧化后的(NH4)2SO4经加热蒸发,形成过饱和溶液,(NH4)2SO4从溶液中结晶析出,过滤干燥后得到化肥产品硫酸铵。


  氨法脱硫的质量传递主要受什么控制


  明晟环保:化肥装置氨源及其在氨法脱硫上的使用特点


  1液氨


  液氨运输及储存便利,通常将气态的氨气通过加压或冷却得到液态氨。氨易溶于水,溶于水后形成碱性溶液。液氨(气氨)打点要求高。用于脱硫时,其管道及相应的贮槽应按压力等级设计并有防爆措施。但因其含量高运输成本低,液氨是长距离外购脱硫剂的首选方案。


  2氨水


  氨水为无色透明的液体,是不燃烧、无危险的液体。


  2.1稀氨水


  稀氨水一般由废氨水提浓或液氨稀释而来,质量相对较好,可以直接使用。


  2.2废氨水


  化肥企业废氨水来源:


  1)合成氨系统废氨水来源


  铜洗再生工序产生的含氨废水;回收塔用软水或稀氨水回收下来的氨水,脱除有机硫过程中产生的低压变换冷凝液和含氨废水等。


  2)氮肥(氨加工)废氨水来源


  (NH4)2·CO3出产废水主要是从头至尾气洗涤塔产生的含氨废水;尿素出产废水主要是蒸馏和蒸发工序的解吸液和冷凝液即含氨废水;NH4NO3出产废水主要是真空蒸发工序出产的含氨废水。


  目前,化肥企业的含氨废水一般送尿素解吸或新增氨回收塔进行提浓回收。进行回收需要增加能耗和操作费用。


  废氨水浓度一般较低,高的一般也不超过5%,所以当用废氨水脱硫时要注意装置的水平衡,水过量时须搭配使用高浓度的氨。


  3.NH4HCO3


  一般是由氨与二氧化碳化合而成,曾是氮肥的主要品种,目前仍是中小氮肥厂重要产品。


  NH4HCO3可分解为氨与二氧化碳,可作为脱硫剂。在使用碳铵作脱硫剂时,需配置将碳铵溶解的装置然后将碳铵泵入脱硫系统。因碳铵在脱硫过程中有气体二氧化碳生成,所以碳铵的到场点要有防泡沫措施。


  4.尿素


  尿素用液氨和二氧化碳为原料合成尿素。尿素在水的作用下分解成氨和二氧化碳,可以作脱硫剂使用。


  尿素做脱硫剂也需配置溶解装置。然后将溶液泵入脱硫系统。同样其水解过程中有气体二氧化碳生成,所以其到场点也应要有防泡沫措施。


  5化肥企业使用氨法烟气脱硫的优势


  化肥企业出格是氮肥厂皆有上述的含氨脱硫剂,采用氨法技术进行锅炉烟气脱硫,可直接利用氨甚至废氨水回收烟气中的SO2制成(NH4)2SO4肥料,在厂内即可实现废物的综合利用,以废治废、变废为宝。


  另外,氨法脱硫属化工技术,化肥企业的操作人员和打点人员容易掌握。


  氨法脱硫反应方程式


  氨法脱硫工艺皆是按照氨与SO2、水反应成脱硫产物的基本机理而进行的,主要有湿式氨法、电子束氨法、脉冲电晕氨法、简易氨法等。


  1、电子束氨法(EBA法)与脉冲电晕氨法(PPCP法)


  电子束氨法与脉冲电晕氨法分别是用电子束和脉冲电晕照射喷入水和氨的、已降温至70℃左右的烟气,在强电场作用下,部分烟气分子电离,成为高能电子,高能电子激活、裂解、电离其他烟气分子,产生OH、O、HO2等多种活性粒子和自由基。在反应器里,烟气中的SO2、NO被活性粒子和自由基氧化为高阶氧化物SO3、NO2,与烟气中的H2O相遇后形成H2SO4和HNO3,在有NH3或其它中和物注入情况下生成(NH4)2SO4/NH4NO3的气溶胶,再由收尘器收集。脉冲电晕放电烟气脱硫脱硝反应器的电场本身同时具有除尘功能。


  这两种氨法能耗和效率尚要改进,主要设备如大功率的电子束加速器和脉冲电晕发生装置还在研制阶段。


  2、简易氨法


  简易氨法已商业化的有TS、PS氨法脱硫工艺等,主要利用气相条件下的H2O、NH3与SO2间的快速反应设计的简易反应装置,严格地讲简易氨法是一种不回收的氨法,其脱硫产物大部分是气溶胶状态的不稳定的亚铵盐,回收十分困难,氨法的经济性不能体现;且脱硫产物随烟气排空后又会有部分分解出SO2,形成二次污染。所以,该工艺只能用在环保要求低、有废氨水来源、不要求长期运行的装置上。


  3、湿式氨法


  湿式氨法是目前较成熟的、已工业化的氨法脱硫工艺,并且湿式氨法既脱硫又脱氮。湿式氨法工艺过程一般分成三大步骤:脱硫吸取、中间产品处理、副产品制造。按照过程和副产物的不同,湿式氨法又可分为氨-硫铵肥法、氨-磷铵肥法、氨-酸法、氨-亚硫酸铵法等。


  (1)吸取过程:


  脱硫吸取过程是氨法烟气脱硫技术的核心,它以水溶液中的SO2和NH3的反应为基础:


  SO2+H2O+xNH3=(NH4)xH2-XSO3(1)


  得到亚硫酸铵中间产品。此中,x=1.2-1.4。


  直接将亚铵制成产品即为亚硫酸铵法


  (2)中间产品处理


  中间产品的处理主要分为两大类:直接氧化和酸解。


  a)直接氧化——氨-硫铵肥法


  在多功能脱硫塔中,鼓入空气将亚硫铵氧化成硫铵,其反应为:


  (NH4)XH2-XSO3+1/2O2+(2-x)NH3=(NH4)2SO4(2)


  b)酸解——氨酸法


  用硫酸、磷酸、硝酸等酸将脱硫产物亚硫铵酸解,生成相应的铵盐和气体二氧化硫。反应如下:


  (NH4)XH2-XSO3+x/2H2SO4=x/2(NH4)2SO4+SO2+H2O(3)


  (NH4)XH2-XSO3+xHNO3=xNH4NO3+SO2+H2O(4)


  (NH4)XH2-XSO3+x/2H3PO4=x/2(NH4)2HPO4+SO2+H2O(5)


  (3)副产品制造


  中间产品经处理后形成了铵盐及气体二氧化硫。铵盐送制肥装置制成成品氮肥或复合肥;气体二氧化硫既可制造液体二氧化硫又可送硫酸制酸装置出产硫酸。而出产所得的硫酸又可用于出产磷酸、磷肥等。


  4、湿式氨法的脱氮作用


  湿式氨法在脱硫的同时又可起一定的脱氮作用。


  反应式为:


  2NO十02=2N02


  2N02十H20=HN03+HN02


  NH3+HN03=HN4NO3+H2O


  NH3+HN02=HN4NO2+H2O


  4(HN4)2SO3+2N02=N2+4(HN4)2SO4


  湿式氨法脱硫工艺系统一般组成


  氨水洗涤脱硫工艺设备主要由脱硫洗涤系统、烟气系统、氨贮存系统、硫酸铵出产系统(若非氨-硫铵法则是于其工艺相对应的副产物制造系统)等组成。核心设备是脱硫洗涤塔。


  几种湿式氨法脱硫工艺:


  (1)Walther氨法工艺


  湿法氨水脱硫工艺最早是由克卢伯(kruppkroppers)企业开发于七八十年代的氨法Walther工艺。除尘后的烟气先经过热交换器,从上方进入洗涤塔,与氨气(25%)并流而下,氨水落入池中,用泵抽入吸取塔内循环喷淋烟气。烟气则经除雾器后进入一座高效洗涤塔,将残存的盐溶液洗涤出来,最后经热交换器加热后的清洁烟气排入烟囱。


  (2)AMASOX氨法工艺


  传统的氨法工艺遇到的主要问题之一是净化后的烟气中存在气溶胶问题没得到解决。能捷斯-比晓夫企业对传统氨法进行了改造和完善为AMASOX法。主要改进是将传统的多塔改为结构紧凑的单塔、并在塔内安设湿式电除雾器解决气溶胶问题。


  (3)GE氨法工艺


  90年代,美国的GE企业也开发了氨法工艺,并在威斯康辛州的kenosha电厂建一个500MW的工业性示范装置。该工艺流程为:除尘后的烟气从电厂锅炉后引出,经换热器后,进入冷却装置高压喷淋水雾降温、除尘(去除残存的烟尘),冷却到接近饱和和露点温度的洁净烟气再进入到吸取洗涤塔内。吸取塔内安插有两段吸取洗涤层,使洗涤液和烟气得以充分的混和接触,脱硫后的烟气经塔内的湿式电除尘器除雾后,再进入换热器升温,达到排放标准后经烟囱排入大气。脱硫后含有硫酸铵的洗涤液经结晶系统形成副产品硫酸铵。


  (4)NKK氨法


  NKK氨法是日本钢管企业开发的工艺。该吸取塔具有一定的特点,分三段。从下往上,下段是预洗涤除尘和冷激降温,在这一段,没有吸取剂的到场。中段是第一吸取段,吸取剂从此段到场。上段作为第二吸取段,但是不加吸取剂,只加工艺水。吸取处理后的烟气经加热器升温后排向烟囱。亚硫铵氧化在多带带的氧化反应器中进行。需要的氧由压缩空气补充,氧化剩余气体排向吸取塔。

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