利用化肥装置的氨脱除烟气SO2
作者：江苏新世纪江南环保有限公司时间：2010-04-27 我要发布
1 概述
目前我国以石灰石—石膏法脱硫工艺为主导的脱硫行业面临发展困境：运行成本高、消耗优质碳酸钙资源、产生污水、副产脱硫石膏处置难度大、增加了二氧化碳排放量、对烟气适应性差等等。氨法脱硫技术以其脱硫效率高、无二次污染、可资源化等独特优势备受关注。
氨法脱硫以氨水（废氨水）、液氨（气氨）、尿素、碳铵等含氨物质为脱硫剂，主要副产硫酸铵化肥。其原料来自化工企业，主要副产品也是氮肥，不仅不影响市场化肥总氮供给还增加了化肥中硫元素的供给。装置不产生二次污染。
该技术于2005年在江苏新世纪江南环保有限公司（原镇江江南环保工程建设有限公司）总承包承建的天津碱厂260t/h锅炉烟气脱硫工程上通过了由国家的专家鉴定和验收。这是国内首例成功地在电站锅炉上实施氨－肥法脱硫的装置，各项指标在脱硫业处于领先。
至今已建十多个工程中，化肥行业有云南解化集团130t/h、3×130+75t/h锅炉烟气脱硫、湖北化肥厂2×240t/h+220t/h锅炉烟气脱硫、山东华鲁恒升德州热电公司3×240t/h烟气脱硫、四川泸天化股份有限公司热电车间2×130t/h煤锅炉烟气脱硫等。在建的氨肥法脱硫工程中化肥行业的有山西盂县盂县化工有限公司“3652”尿素项目一期工程锅炉烟气脱硫项目、贵州开阳化工有限公司合成氨项目烟气脱硫项目（烟气塔顶直排方案）、呼伦贝尔金新化工有限公司热电项目3×240t/h烟气氨法脱硫装置等。其它非化肥行业的氨法脱硫装置如扬子石化热电厂、山东众泰发电有限公司、广西田东电厂等皆是采购化肥企业的液氨作为脱硫剂。
2 氨法脱硫的技术原理及我公司的技术特点
2.1 氨－肥法脱硫技术原理
第一步，以水溶液中的SO2和NH3的反应为基础的吸收过程：
SO2＋H2O＋xNH3 = (NH4) xH2－XSO3 （1）
因此，采用氨将废气中的SO2脱除，得到亚硫酸铵中间产品。氨的载体可以是液氨（气氨）、氨水、碳铵、尿素等可以产生氨的碱性物质。
第二步，采用空气对亚硫铵直接强制氧化：
(NH4)XH2-XSO3+1/2O2 +(2-x)NH3=(NH4)2SO4 (2)
此过程是将吸收中间产物不稳定的亚硫酸铵氧化成稳定的硫酸铵，以制得农用的硫铵化肥。也可用硫酸、硝酸、磷酸等对亚硫铵进行酸解，副产二氧化硫、硫酸、硝酸铵、磷酸铵等其它产品。
可见，氨回收法脱硫原料来自氮肥厂，主要副产品也是氮肥。
2.2工艺说明
主装置来的烟气进入脱硫塔后，首先被洗涤降温，然后用氨吸收液循环吸收烟气中的SO2生产亚硫铵。脱硫后的净烟气经除雾后，脱硫效率大于95%，水雾量小于75mg/Nm3，回烟囱排放或直排。
吸收剂氨与吸收循环液混合后进入吸收塔，吸收烟气中的SO2形成亚硫酸铵溶液，亚硫酸铵溶液在吸收塔底部被鼓入的空气氧化成硫酸铵溶液，硫酸铵溶液在洗涤降温过程中自身得到浓缩。浓缩后的硫酸铵溶液送入硫铵装置。
含固浆液送至旋流器、离心机进行固液分离，形成湿硫铵，母液回脱硫系统；湿硫铵经干燥机干燥后进包装机包装即可得到商品硫铵。
以上为利用烟气热量进行结晶的饱和结晶工艺，为提高结晶品质也可将脱硫液引出利用蒸汽进行蒸汽结晶，再经固液分离、干燥、包装后得成品硫铵，此为蒸发结晶工艺。
图1 氨法脱硫工艺（塔顶烟囱直排、饱和结晶）流程图
2.3 氨法烟气脱硫的技术特点
1）完全资源化——变废为宝、化害为利
将二氧化硫、氨回收为硫酸铵、磷铵、硝铵等化肥或硫酸、液态二氧化硫等产品（一般副产硫酸铵，也可根据电厂周边条件副产其它产品），不产生二次污染，全部资源化。
2）脱硫成本随煤的含硫量增加而下降——可使用高硫煤发电、脱硫费用低
氨法脱硫是回收法，副产品附价值高，可使氨增值，运行费用低，且随煤含硫量增高，运行费用降低。故电厂可利用价格低廉的高硫煤，既大幅度降低发电成本，又降低了脱硫费用，一举两得。
3）装置阻力小——方便锅炉系统配置，节省运行电耗
脱硫塔的阻力为850Pa左右，可以利用原锅炉引风机的潜力，大多无需新配增压风机；即便原风机无潜力，也可适当进行风机改造或增加小压头的风机即可。
4）装置设备占地小——便于老锅炉改造
氨法脱硫装置无需原料预处理工序，脱硫副产产物的生产过程也较简单。
5）既脱硫又脱硝——适应更高环保要求
氨法脱硫的吸收剂为氨，氨对NOX同样有吸收作用，有一定的脱硝功能。
3 化肥装置氨源及其在氨法脱硫上的使用特点
3.1液氨（气氨）
液氨，又称为无水氨，是一种无色液体。气氨在常温常压下为具有特殊刺激性恶臭的无色有毒气体，比空气轻。为运输及储存便利，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，溶于水后形成氢氧化铵的碱性溶液。氨在20℃水中的溶解度为34%。
液氨（气氨）是有爆炸性的危险品，其管理要求高。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。
3.2 氨水
氨水为无色透明的液体，具有特殊的强烈刺激性臭味，是不燃烧、无爆炸危险的液体。
3.2.1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。
3.2.2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；合成驰放气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甲烷化冷凝液即含氨废水等。
2 ） 氮肥（氨加工）废氨水来源
碳酸铵生产废水主要是尾气洗涤塔产生的含氨废水；尿素生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；硝酸铵生产废水主要是真空蒸发工序生产的含氨废水。
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。
3.3碳酸氢铵
碳酸氢铵化学式为NH4HCO3，俗称碳铵，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。
碳酸氢铵是一种无色或浅色化合物，呈粒状，板状或柱状结晶，比重1.57，容重0.75。市场碳铵产品是袋装固体，安全性能好，贮运方便。
碳铵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，所以碳铵的加入点要有防泡沫措施。
3.4 尿素
尿素用液氨和二氧化碳为原料合成尿素，分子式：CO(NH2)2，分子量 60．06 ，CO(NH2)2无色或白色针状或棒状结晶体，无臭无味。密度1335kg/m3。熔点132．7℃。溶于水、醇，不溶于乙醚、氯仿。呈微碱性。可与酸作用生成盐。有水解作用。
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，所以其加入点也应要有防泡沫措施。
3.5 化肥企业使用氨法烟气脱硫的优势
化肥企业特别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二氧化硫制成硫酸铵肥料，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管理人员容易掌握。
4 氨法脱硫技术在化肥企业的应用
氨法脱硫技术在电力、化工行业已多家使用，其中化肥企业也逐步增多。目前，云南解化、湖北化肥、华鲁恒升、四川泸天化、鲁西第一化肥厂等已经使用。以规模3×130t/h燃煤锅炉烟气建一套脱硫装置说明如下：
4.1 氨法脱硫的主要运行数据和经济指标
技术性能参数表
4.2 用废氨水代替工艺补水和原料氨
此规模烟气脱硫消耗：氨水（10%） 14 t/h 工艺水 8.3 t/h
使用精炼净氨产生的氨水（6～8%）、铜洗再生工序产生的含氨废水、合成驰放气回收塔用软水或稀氨水回收下来的氨水等，再少加等压氨水（约13%～20%）或氨回收的高浓度氨水进行配比达10%左右做为脱硫的原料；
工艺水可用：碳铵生产中尾气洗涤塔产生的含氨废水、尿素生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、硝酸铵生产废水主要是真空蒸发工序生产的含氨废水、大氮肥变换汽提塔气液分离罐产生的废氨水等，这部分废水的含氨量约在1～2%，用原水或一次水调至1%左右即可。
4.3 应用后的经济效益分析
计算依据：年运行7920小时，液氨（99.5%）价格2500元/吨，SO2吨排污费630元/吨。
1）烟气脱硫节约所需要的氨和工艺补水，年节约资金：
1.41×7920×2500﹢8.3×7920×0.5×50%＝2793.5×104元
（50%指废水使用比例）
2)减少了SO2排出量，少交排污费:
2.07×104×630＝1304×104元
3)同规模装置使用液氨副产硫铵时的效益：38.5万元，略有盈余。
4）由于使用了废氨水，相应地减轻了废水处理或氨解吸提浓的运行费用，烟气脱硫利用废氨水 14.0﹢8.3×50%＝18.15 t/h。
综合上述，使用氨法脱除锅炉烟气SO2的效益在4000万元/年以上。
5、结论
氨法烟气脱硫技术可以利用化肥装置中的含氨稀氨水、液氨（气氨）、碳铵、尿素甚至废氨水脱除烟气SO2，既解决了化肥装置的废氨水难题又解决了烟气的SO2治理问题，还副产高附加值的硫铵化肥，且脱硫率95％的同时可达20%～40%的脱硝率，一举多得，更不产生二次污染不消耗新的原料资源，环境效益、经济效益与社会效益明显，值得化肥企业大力推广。
