氨吸收法脫硫

氨吸收法脫硫

氨吸收法脫硫是利用氨作為二氧化硫吸收劑的脫硫方法。因吸收液再生方法不同而形成不同的脫硫方法,其中以氨—酸法、氨—亞硫酸鈉法和氨—硫銨法較為成熟。氨—酸法是將吸收S02後的吸收液用硫酸分解,可副產濃二氧化硫氣體和硫酸銨化肥;氨—亞硫酸鈉法是將脫硫後的吸收液直接加工為亞硫酸銨產品;氨—硫銨法則是將吸收液氧化為硫酸銨作為產品。與其他鹼類相比,氨易得、價廉,且吸收液的NH4+可為氮素肥料的主要原料,經適當處理(如酸化或氧化)可製得氮素肥料,不需花費再生費用。但氨易揮發,使吸收劑消耗量增加。

NKK氨法

NKK氨法是日本鋼管公司開發的工藝,該工藝流程主要分三部分,即SO的吸收、 (NH)SO氧化、(NH)SO結晶。

NKK氨法套用塔型為填料塔,填料為聚丙稀格柵式。該塔有一定的特點,按其功能可 分三段。下段(從塔底開始) 是預洗滌段,主要作用是除塵和降溫,在這階段不加吸收劑 NH; 中段是第一吸收段,加有吸收劑NH; 上段為第二吸收段,沒有NH加入,僅用工 業水來洗滌。

NKK氨法對 (NH)SO的氧化在單設一台氧化在反應器中進行。其氧化用氧由壓縮 空氣補充,氧化後的餘氣 (含有SO和NH) 排入系統中,。壓縮空氣壓力為 0.5~1.0MPa。

GE公司氨法

GE公司氨法的工藝流程如圖所示,主要由預洗滌、SO吸收、亞硫酸銨氧化和 結晶四個工序構成所需工藝系統。

氨吸收法脫硫 氨吸收法脫硫

(1) 煙氣系統。煙氣經過靜電除塵器除塵後,進入煙氣預洗滌段,由於預洗滌段也具有 對SO的吸收作用,所以該技術也可視為兩段吸收或稱雙循環吸收。煙氣在預洗滌器中能 起脫除SO的作用,但其吸收量較小,這是由預洗滌器尚未通入氨氣,其pH值小於2所 致。煙氣經過預冷卻器冷卻飽和後進入吸收塔,經氨水洗滌脫硫,淨化後煙氣經除霧器除去水滴,由煙囪排出。

(2) SO吸收系統。氨法SO吸收反應在SO吸收塔中進行。來自預洗滌器的已被冷 卻飽和的煙氣進入SO吸收塔,煙氣與噴淋的氨液逆向流動接觸,SO與稀硫酸銨液反應, 生成 (NH)SO或硫化氫。稀硫酸液靠漿液循環泵進行循環。對於 (NH)SO的氧化工 序,是在吸收塔底部進行的,生成(NH)SO。液氨是通過減壓蒸發後同空氣同時送入塔 底,以維持吸收液的pH值。

根據GE公司提供的試驗數據,吸收液中 (NH)SO的濃度是熱煙氣溫度和SO含量 的函式,即使煙氣中SO濃度高達6 100mg SO/kg煙氣,吸收液中 (NH)SO的濃度也 不會超過30% (質量)。為排出已產生的 (NH)SO,從吸收塔底部排出適量的吸收液,但同時必需以自動補 水方式來維持恆定的液位。

(3) 硫酸銨回收系統。預洗滌段硫酸銨結晶液和吸收段硫酸銨結晶液先經旋流器濃縮, 經離心機脫水,使含水量小於2%,回收。

NADS脫硫淨化技術

NADS (Novel Ammonia De—Sulphurization,氨—肥法) 是由中國華東理工大學開發成功的一種新的脫硫方法,它是採用氨來吸收煙氣中的SO,可根據不同情況生成 NHHSO、(NH)SO,結合化肥生產,將脫SO產物生成硫氨、磷銨或硝銨等化肥,並 生產工業用高濃度硫酸。

氨吸收法脫硫 氨吸收法脫硫

相關化學反應

SO+xNH+HO⇌ (NH)HSO

上式中x值現有氨法中x=2,而NADS法的x=1.2~1.4。

NADS除能生產 (NH)SO,同時也可與磷銨化肥廠或硝銨化肥廠聯合生產 (NH)PO、NHNO及工業高濃度硫酸,其反應如下

2(NH)HSO+xHSO⇌x(NH)SO+2SO↑+2HO

(NH)HSO+xHPO⇌xNHHPO+SO↑+HO

(NH)HSO+xHNO⇌xNHNO+SO↑+HO

SO+1/2O+HO⇌HSO+熱量

工藝流程

以硫酸銨—硫酸為例, NADS的工藝流程如圖16-46 所示。由靜電除塵器來的煙先 經GGH,冷段降溫 (由140~ 160℃) 冷卻到小於80℃進入 SO吸收塔,吸收塔內吸收溫 度約45~60℃之間,SO的吸 收率大於95%。

氨吸收法脫硫 氨吸收法脫硫

吸收塔內煙氣中SO與NH和HO的吸收結合生成含有 (NH)SO,NHHSO和 少量NaSO的過程與其他氨法一樣,在NADS技術中NH和HO是分別進入吸收塔,這 樣做有三大好處:

(1) 吸收塔出口NH含量低,氨損耗小。

(2) 吸收液循環量小,氣液比大,能耗低。

(3) 生成 (NH)SO濃度高,有利於硫銨化肥生產,節約成本。

混合液中,總鹽含量約為30%~50%,具體值與煙氣中的SO濃度有關,淨化後煙氣 中含SO量約為10~100mL/m。

NADS法中吸收系統阻力通常在1.96~2.9kPa之間,引風機富餘壓頭難以滿足,需裝 增壓風機。

吸收SO後產生的亞硫酸銨漿液用其酸解裝置,硫酸生產裝置和硫酸銨生產裝置來完 成後續工序。

(1) 亞硫酸銨溶液酸解裝置。該裝置是將 (NH)SO(包括NHHSO) 與HSO (或者HPO、HNO) 反應,生成 (NH)SO(或NHHPO、NHNO) 溶液和SO 氣體,同時酸解過程送入空氣,使得SO在空氣混合物中濃度達10%~20% (質量)。酸解 中硫酸原料的濃度為98% (質量),酸解是放熱反應,溫度可達70~80℃,所以SO解析 不需外部熱源。最後,用氨調節pH值,中和富餘的硫酸。

(2) 硫酸生產裝置。包括SO催化氧化 (催化劑為VO/SiO) 為SO的轉化器和換 熱器,SO氣體乾燥塔和SO氣體吸收塔及酸循環槽等設備。

(3) 硫酸銨生產裝置。硫酸銨溶液經蒸發、分離、乾燥,包裝出廠。

篩板塔

NADS技術採用的是篩板塔。它用的是一種大孔徑、高開孔率篩板做傳質元件,具有 阻力小 (0.15~0.3kPa) 的特點,是傳統板式塔的50%; 空塔氣速可達4m/s,是傳統板式 塔兩倍。塔體可由耐熱玻璃鋼製造。

NADS技術氣液接觸方式是噴霧方式,且可一塔多級吸收,圖16-48為二層隔板,三層 篩分段吸收。段層數視系統需要而增減。

氨吸收法脫硫 氨吸收法脫硫

氨—亞銨法

氨—亞銨法是直接吸收SO後的母液加工成產品——亞硫酸銨 (簡稱亞銨)。亞銨可替 代燒鹼用於製漿造紙工業。該法工藝流程簡單,它可用氣氨、氨水及碳酸氫銨作氨源,取材靈活。

反應原理

用碳酸氫銨溶液吸收SO,主要反應為:

2NHHCO+SO→ (NH)SO+HO+2CO

(NH)SO+SO+HO→2NHHSO

煙氣中一般含一定量的氧,在溶液中還會發生副反應:

(NH)SO+1/2O→ (NH)SO

對於硫酸尾氣,含有少量SO,會發生如下反應:

2 (NH)SO+SO+HO→ (NH)SO+2NHHSO

吸收SO後,母液主要含NHHSO,加固體NHHCO中和,可析出亞銨晶體,反應如下:

NHHSO+NHHCO→ (NH)SO+CO+HO

此反應為吸熱反應,溶液不經 冷卻即可降至0℃左右。

工藝流程

氨—亞銨工藝 流程見圖16-50,全部工藝可分為吸 收、中和、分離、氧化四個階段。

1) 吸收。含SO的氣體依次進 入串連的吸收塔Ⅰ和Ⅱ,在塔內SO 被循環噴淋的吸收液吸收後排放。 在第Ⅰ塔中吸收液儘量保持較高的 濃度,以便生成較多的NHHCO, 並不斷抽取部分溶液送至中和工序, 以便製取固體 (NH)SO產品。在 第Ⅱ塔中,吸收液濃度可降低些,保持高鹼度,使(NH)SO含量高些。為保持各塔循環液鹼度和液位不變,要不斷地補充 固體NHHCO。

氨吸收法脫硫 氨吸收法脫硫

2) 中和。由於NHHSO比 (NH)SO 在水中溶解度大,第Ⅰ塔引出高濃 度NHHSO溶液,在中和器內加入NHHSO 進行反應,反應後NHHSO轉化成 (NH)SO,而(NH)SO的溶解度小,大量 晶體析出。

3) 分離。由中和器底部引出含有 NHHSO·HO晶體的懸浮液通過離心機分 離,分離出白色固體NHHSO·HO產品,濾 液送回第Ⅱ塔繼續吸收。

4) 氧化。煙氣中存在氧對NHHSO氧化率可達5%~14%,而晶體亞銨氧化成為硫 銨氧化率一般為0.3%~7%,最高可達50%。

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