基于氨法脱硫工艺在煤质天然气中的应用和必要性分析

基于氨法脱硫工艺在煤质天然气中的应用和必要性分析

唐好生

新疆伊宁市伊犁新天煤化工有限责任公司 835000

摘要：通过在烟道中加入接收系统,使来自于硫回收的尾气能与动力烟气同时脱硫,从工艺原理和流程方面介绍了这种氨法烟气脱硫技术,并从多方面对钙法和氨法脱硫进行了对比分析,阐明了采用氨法脱硫技术的必要性,解决了二次污染和亚硫铵氧化困难两个主要问题,达到国家尾气排放的相关标准,符合循环经济发展。

关键词：氨法脱硫 煤质天然气 应用

我国的资源特点和经济发展水平决定了以煤为主的能源结构将长期存在，但存在运输成本高、污染严重等问题。而天然气作为一种热值高的新生清洁能源，可以克服这些缺点。然而，天然气在以煤为主要原料进行生产加工的过程中会产生大量的SO₂等含硫污染物，SO₂是造成我国大气环境污染和酸雨不断加剧的主要原因，已成为制约我国经济和社会可持续发展的重要因素，因此，回收并脱除尾气中的SO₂提高环境质量，成为当前刻不容缓的一项环保任务。

一、湿式氨法脱硫技术简介

1.Walther氨法工艺。湿法氨水脱硫工艺最早是开发于20世纪七八十年代的氨法Walther工艺。除尘后的烟气先经过热交换器，从上方进入洗涤塔，与氨气并流而下，氨水落入池中，用泵抽入吸收塔内循环喷淋烟气。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烟气气溶胶问题没得到解决。AMASOX法对传统氨法进行了改造和完善，主要改进是将传统的多塔改为结构紧凑的单塔、并在塔内安置湿式电除雾器解决气溶胶问题。

3.GE氨法工艺。20世纪90年代，美国的GE公司也开发了氨法工艺，并在威斯康辛州修建了一个500MW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收洗涤塔内。吸收塔内布置有两段吸收洗涤层，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氨法是日本开发的。该吸收塔分三段，下段是预洗涤除尘和冷激降温，中段是第一吸收段，上段作为第二吸收段。吸收处理后的烟气经加热器升温后排向烟囱。亚硫酸铵氧化在单独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收塔。

5.NADS氨法工艺。我国“九五”期间，在相关部门的共同支持下，华东理工大学成功地完成了国家“九五”重点科技攻关项目“二氧化硫废气回收净化新技术的工程化"开发了一种新的火电厂烟气SO₂回收净化技术，简称NADS。

二、基于氨法脱硫工艺在煤质天然气中的应用

1.氨法脱硫的工艺流程。由锅炉引风机出来的烟气与硫回收的克劳斯尾气通过入口挡板门进入脱硫塔浓缩段脱硫后的尾气经过出口门进入烟囱引风机可以克服整个脱硫系统的压降。烟道上还设置有旁路挡板门,可以在非正常情况下将烟气和克劳斯尾气切入烟囱。脱硫系统主要分为脱硫塔和循环槽脱硫塔分为浓缩段、吸收段和除雾段烟气向上与向下来的吸收液逆流接触发生传质和吸收反应脱除其中的SO₂等酸性气体生成亚硫酸铵和亚硫酸氢铵脱硫后的尾气经除雾器除去其中夹带的液滴后经出口挡板门进入烟囱。吸收液由氨水槽送入脱硫系统利用风机鼓入的空气将亚硫酸铵和亚硫酸氢铵氧化为硫酸铵和硫酸氢铵利用烟气的热量使硫酸铵溶液在浓缩段蒸发浓缩形成有一定固含量的硫酸铵浆液硫酸铵浆.液通过旋流器脱水提浓进入离心机最后经振动流化床干燥得到含水率小于1%、含氮率大于20.5%的硫酸铵产品。

2.氨逃逸的控制。氨法脱硫技术以水溶液中的NH3和SO₂反应为基础,在烟气脱硫塔的吸收段将锅炉烟气中的SO₂吸收得到脱硫中间产品亚硫酸铵或亚硫酸氢铵的水溶液在脱硫系统的循环槽鼓入压缩空气进行亚硫酸铵的氧化反应将亚硫酸铵直接氧化成硫酸铵溶液。在脱硫塔的浓缩段利用高温烟气的热量将硫酸铵溶液浓缩得到含有一定固含量的硫酸铵浆液浆液经旋流器浓缩、离心分离、干燥、包装等工序得到硫酸铵产品。整套工艺投资省、能耗低、无污染。氨法脱硫反应是典型的气-液两相过程SO₂吸收是受气膜传质控制的所以该反应须保证SO₂在脱硫溶液中有较高的溶解度和相对高的气速。SO₂溶解度随pH值升高而增加随温度升高而下降故要求吸收液的pH值控制在4.0~8.0、反应温度控制在60~70C,反应段的气速控制在4m/s以上。这样的条件既能保证较高的脱硫效率又可以有效控制氨逃逸。

3.气溶胶的控制。控制烟气流速，控制氨逃逸。目前氨法脱硫设计规范中没有强制规定烟气流速，为了控制工程造价成本，设计不断降低塔的直径，从而造成烟气流速较高，最高的设计接近4m/s,通常的设计流速在3-3.5m/s.钙法脱硫工艺通常设计在3m/s左右，氨法脱硫工艺中过高的流速会增加氨逃逸的可能。根据技术交流和实际装置运行分析，实际烟气流速在2.5m/s左右比较合理。同时，由于锅炉烟气量与煤种有直接关系，在设计中需增加10%的余量，克服因为煤质变劣，烟气总量上升后烟气流速能够控制在范围之内。选择合理液气比，控制塔内浆液PH值，确保装置脱硫效率。选择较高的液气比能够提高浆液的实际脱硫效率，确保浆液PH值在较低范围运行，降低氨气逃逸。充分氧化，将不稳定的亚硫酸氨及时转化为稳定的硫酸铵。理论上，氨和SO2在气相中是很难发生反应的。为了打破平衡，有效的方法是将亚硫铵氧化为硫酸铵，从而可降低烟气中的氨含量。

三、氨法烟气脱硫工艺在煤质天然气中的应用的必要性

1.脱硫效率高、能耗低、适合高硫煤。从吸收化学机理上分析，SO₂的吸收是酸碱中和反应，吸收剂碱性越强，越有利于吸收。氨的碱性强于钙基(石灰石，石灰)。从吸收物理机理上分析，钙基脱硫以“气-固反应”为主，反应速度较慢，而且反应不完全，为此需要将其磨细、雾化、循环等过程以提高吸收剂的利用率,造成能耗增加;而氨脱硫是以气-液反应为主，反应速率快，反应完全，吸收剂利用率高，脱硫效率高，能耗较低。仅就吸收过程而言，与钙基吸收设备相比，氨吸收设备体积较小，能耗也低。氨较石灰石或石灰活性大，对煤质变化、锅炉负荷变化的适应性强。在我国能源供应紧张、煤源不稳定的情况下，更显现出它的优势。

2.积极响应国家节能减排。氨法脱硫技术充分利用氨的化学活性，可有效减小吸收反应的液气比，即减少了吸收液的循环量，从而有效降低了系统的电耗。同时氨法脱硫技术利用原烟气热量塔内浓缩结晶，有效减少了蒸汽消耗，从而进一步降低了系统的能耗。中国有30%耕地因缺少硫元素而影响着粮食的增产，因此可充分利用我国广泛的氨资源将污染物SO2吸收资源化，转换为高附加值商品，变废为宝实现国家减排目标。随着硫肥政策和方针实施，预计在未来几年间，中国的硫肥使用将有较大增长，包括硫在内的平衡施肥将对中国农业生产做出较大的贡献。氨法脱硫技术避免了钙基脱硫为获取吸收剂而开山凿石对环境的破坏，且避免将石灰石中二氧化碳(CO2)再次释放造成温室气体排放的二次污染，属于真正环境友好型脱硫技术。

3.有利于解决石膏二次污染问题。我国目前主流的脱硫技术为石灰石-石膏法脱硫技术，过于单一，石膏综合利用的压力不断增大，或因市场饱和，或因无法使用，抛弃后还占用土地资源，形成“石头搬家”现象。脱硫废水难以有效处理，因此以钙法为主的脱硫技术造成二次污染、运行不经济等问题日益突现。硫酸铵是氨法脱硫技术的副产品，可以单独使用，也可以做复合肥原料，有着广阔的市场需求。采用湿式氨法烟气脱硫可以有效的解决石膏二次污染、运行不经济的问题。

四、总结

氨法脱硫工艺具有技术成熟、脱硫效率高、系统能耗低、投资小、操作简单、介质压力小、运行可靠等优势，几乎没有废水排放是脱除尾气中SO₂的较好技术经济、社会、环保效益明显符合我国循环经济的发展趋势经过改进后特别适用于煤制天然气项目尾气处理。利用废氨水吸收了硫回收尾气和烟气中的降低了环境污染,实现了以废治废,还解决了生产过程中出现的氨逃逸、气溶胶的形成、二次污染设备腐蚀、氧化率控制和硫铵产品质量等方面的问题对以后煤制天然气中氨法脱硫的平稳生产具有重要意义。

参考文献：

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