有機(jī)胺煙氣脫硫在燃煤電廠中的應(yīng)用

尹 濤，曾毅夫

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有機(jī)胺煙氣脫硫在燃煤電廠中的應(yīng)用

尹 濤，曾毅夫

（凱天環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?，長沙 410100）

在燃煤電廠的“十二五”規(guī)劃中，SO2的減排仍是節(jié)能減排的主要任務(wù)。有機(jī)胺脫硫作為一種新興的資源再生型脫硫工藝，能有效對燃煤電廠煙氣中的SO2進(jìn)行資源化回收，實(shí)現(xiàn)“零污染”。文章重點(diǎn)介紹了有機(jī)胺脫硫的國內(nèi)外研究情況，以及有機(jī)胺脫硫工藝的特點(diǎn)及其在燃煤電廠應(yīng)用的優(yōu)越性。

有機(jī)胺；煙氣脫硫；燃煤電廠

1 前言

近年來，我國通過引進(jìn)-吸收-消化-創(chuàng)新的方式，使燃煤電廠脫硫產(chǎn)業(yè)取得重大的進(jìn)展，現(xiàn)國產(chǎn)化能力基本能滿足“十二五”時期二氧化硫減排的需求。目前，燃煤電廠常用的脫硫工藝有石灰石-石膏濕法、煙氣循環(huán)流化床法、氨法、電石渣法等。其中，石灰石-石膏法是當(dāng)前應(yīng)用最多的脫硫技術(shù)，約占燃煤電廠的90%以上。然而石灰石-石膏法脫硫的最終產(chǎn)物石膏難以回收利用[1]，氨法脫硫存在一定的安全問題，而且氨氣蒸發(fā)及泄漏也會造成環(huán)境的二次污染[2]。因此尋求更加“綠色”的脫硫工藝成為當(dāng)前的主要任務(wù)。

有機(jī)胺煙氣脫硫比傳統(tǒng)的濕法煙氣脫硫具有更高的脫硫效率，吸收劑可循環(huán)使用，且副產(chǎn)物可回收利用[3-5]，屬于“綠色”脫硫技術(shù)，具有廣闊的應(yīng)用前景。

2 有機(jī)胺脫硫國內(nèi)外研究進(jìn)展

有機(jī)胺法源于20世紀(jì)初，一般用在煉油廠脫除硫化氫，如BASF公司開發(fā)的MDEA溶劑吸收H2S工藝[6]。首次將四乙二醇二甲醚作為吸收劑用于工業(yè)中SO2的脫除是由Heusel and bellaniti提出的。1991年，Leo Hakka[7]闡述了Cansolv法工藝原理和工藝參數(shù)。2002年，Leo Hakka和John Sarlis在歐洲某化工廠進(jìn)行了工業(yè)實(shí)驗(yàn)，此工藝的最大特點(diǎn)是吸收率很高，緩沖能力強(qiáng)。直到此時有機(jī)胺煙氣脫硫技術(shù)才在工業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用[8]。

國內(nèi)研究有機(jī)胺法煙氣脫硫起步較晚，20世紀(jì)80年代才見報道。張有民[9]對有機(jī)極性分子對SO2的吸收和解吸性能進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，在20℃～60℃溫度下，二甲基甲酰胺的吸收能力最大，解吸再生也容易。湯志剛，周長城等[10]篩選出乙二胺作為吸收劑，確定了吸收和解吸過程中最適宜的工藝條件。鐘秦，翟林智等主要[11]研究了不同添加劑的加入對乙二胺的吸收率和解吸率的影響，結(jié)果表明硼酸和磷酸的添加效果較好，以硼酸為添加劑的解吸效果最好，10次吸收和解吸循環(huán)實(shí)驗(yàn)后脫硫率仍在99%以上。成都華西化工研究所[12]采用一種專利吸收劑吸收SO2，通過連續(xù)的吸收和解吸實(shí)驗(yàn)表明吸收劑的脫硫率為99.73%。

3 有機(jī)胺脫硫原理及工藝流程

3.1 有機(jī)胺脫硫原理

在水溶液中，溶解的SO2會發(fā)生下列所示的反應(yīng)：

在水中加入緩沖劑，可以增加SO2的溶解量。例如有機(jī)胺，通過與水中氫離子發(fā)生反應(yīng)，形成胺鹽，反應(yīng)①、②方程式向右移動，增大SO2的溶解量。

反應(yīng)③說明SO2的濃度增加，平衡向右移動，有利于胺溶液脫除煙氣中的SO2氣體。采用蒸汽加熱，可以逆轉(zhuǎn)①～③的方程式，再生吸收劑與收集富集的SO2氣體。

有機(jī)胺采用二元胺時在煙氣脫硫上具有更大優(yōu)勢，一個胺基先與硫酸反應(yīng)生成一種非常穩(wěn)定的鹽，另一個胺基的化學(xué)性能不穩(wěn)定，可與SO2發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在不同的溫度下可以再生：

煙氣中存在的少量強(qiáng)酸根離子，在與貧胺溶液逆流接觸中也被吸收下來：

式中的X-表示煙氣中所代表的強(qiáng)酸根離子，如Cl-、N、S等，可提高吸附液的抗氧化能力及降低再生能耗，這是其他濕法工藝不具備的特性之一。

3.2 有機(jī)胺脫硫工藝流程

有機(jī)胺脫硫工藝流程圖如下圖所示。

有機(jī)胺脫硫工藝流程圖

從燃煤電廠煙道來的煙氣，經(jīng)電除塵與增加風(fēng)機(jī)進(jìn)入煙氣洗滌系統(tǒng)，煙道氣經(jīng)除塵降溫后送入吸收填料塔，與從上噴淋的脫硫溶液逆流接觸，氣體中的SO2與脫硫溶液反應(yīng)被吸收。凈化的氣體經(jīng)除霧后從吸收塔頂排放。

吸收SO2后的溶液稱為富液，從吸收塔塔底經(jīng)富液泵加壓后進(jìn)入貧富液換熱器，與熱貧液換熱后進(jìn)入再生塔再生。富液在再生塔里經(jīng)過填料層后進(jìn)入再沸器，繼續(xù)加熱再生成貧液，從再生塔底出來的貧液經(jīng)貧富換熱器降溫，部分溶液進(jìn)入吸收劑凈化系統(tǒng)進(jìn)行熱穩(wěn)定性鹽等的凈化處理，降溫與除雜后的貧液進(jìn)入吸收塔上部重新吸收SO2。

從解析塔內(nèi)解析出來的SO2隨同蒸汽由解析塔塔頂引出，進(jìn)入冷凝器，冷卻至40℃左右，分離水分后的SO2進(jìn)入制酸系統(tǒng)制酸。

4 有機(jī)胺脫硫的優(yōu)越性及其在燃煤電廠的應(yīng)用

4.1 有機(jī)胺脫硫優(yōu)越性

（1）硫資源的回收利用

我國是世界上最大的硫酸消耗國，但國內(nèi)的硫資源匱乏，制酸用的硫磺大部分都是依賴進(jìn)口。有機(jī)胺脫硫能夠回收利用燃煤電廠排放的SO2，能夠有效緩解硫資源利用問題，也符合國家“綠色經(jīng)濟(jì)”的發(fā)展，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益及社會效益。

（2）不產(chǎn)生二次污染

燃煤電廠傳統(tǒng)的石灰石-石膏法脫硫在脫除SO2的同時也會排放出相當(dāng)量的CO2氣體。理論上每脫除1噸SO2就會排放0.72噸CO2。同時傳統(tǒng)石灰石-石膏法脫硫產(chǎn)生的副產(chǎn)品石膏很難得到綜合利用，隨意拋棄可能會面臨污染地下水的難題。而有機(jī)胺脫硫產(chǎn)生的副產(chǎn)品為SO2，能夠作為制酸的原料，可有效解決“燃煤電廠將大氣污染轉(zhuǎn)移到地面污染”的難題。

（3）經(jīng)濟(jì)效益

以某電廠2×60萬千瓦的機(jī)組為例。機(jī)胺脫硫裝置設(shè)計當(dāng)該電廠燃煤含硫量達(dá)4.51%時，校核煤種含硫量高達(dá)6%。在設(shè)計工況下，SO2排放濃度小于200mg/Nm3，在火電機(jī)組燃用高硫煤種情況下可達(dá)到國家最新排放標(biāo)準(zhǔn)，同時減少CO2排放近25萬噸/年。項目可年產(chǎn)濃度98%的工業(yè)級硫酸42萬噸，換算成硫磺采購可節(jié)省1.4億元/年，同時硫酸年銷售收入可達(dá)1.6億元。

通過有機(jī)胺脫硫工藝的實(shí)施，可使二氧化硫和粉塵污染物排放濃度大幅降低。不僅具有很好的經(jīng)濟(jì)效益，同時環(huán)境效益非常顯著。

4.2 有機(jī)胺脫硫在燃煤電廠的應(yīng)用

2012年國電都勻發(fā)電有限公司有機(jī)胺1號脫硫裝置順利通過168小時試運(yùn)行。試運(yùn)行期間，各項指標(biāo)滿足設(shè)計要求。這是目前世界上最大的燃煤電廠有機(jī)胺脫硫工程。

在這一煙氣制硫酸循環(huán)經(jīng)濟(jì)創(chuàng)新項目上，該公司采用有機(jī)胺提純硫酸的脫硫工藝，不僅提高了脫硫效率，而且對煤種含硫量適應(yīng)性較強(qiáng)。另一方面，吸收液可再生，循環(huán)使用周期很長，年補(bǔ)充量小于10%。將有機(jī)胺解析后的二氧化硫還可以生產(chǎn)成工業(yè)需要的原料，投運(yùn)后，預(yù)計年產(chǎn)硫酸約60萬噸，可解決我國西南地區(qū)高硫煤利用所帶來的二氧化硫排放超標(biāo)問題。

有機(jī)胺脫硫作為一種新興的資源回收型工藝，其在燃煤電廠的應(yīng)用，完全符合“減量化、再利用、資源化”的循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式。將燃煤電廠所產(chǎn)生的SO2廢物富集成為制酸等下游產(chǎn)業(yè)的原料，合理利用，實(shí)現(xiàn)了硫污染向硫資源的轉(zhuǎn)變，達(dá)到經(jīng)濟(jì)發(fā)展與資源、環(huán)境保護(hù)相協(xié)調(diào)的可持續(xù)發(fā)展目的。

5 結(jié)語

有機(jī)胺脫硫技術(shù)作為一種新興的資源回收型脫硫工藝，目前在石化行業(yè)得到了成功應(yīng)用，并成為石化行業(yè)主要的脫硫技術(shù)。但有機(jī)胺脫硫技術(shù)在燃煤電廠上的研究發(fā)展還不是很成熟，還有待深入研究。

（1）開發(fā)新型高效的有機(jī)胺脫硫劑，所研究的脫硫劑應(yīng)具有高脫硫效率、低腐蝕性、耐熱性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。

（2）有機(jī)胺脫硫工業(yè)裝備的設(shè)計與工藝參數(shù)的優(yōu)化研究。特別是針對高硫煤的燃煤電廠煙氣參數(shù)對有機(jī)胺脫硫工藝進(jìn)行優(yōu)化，重點(diǎn)解決濕法煙氣脫硫“設(shè)備腐蝕、酸霧、系統(tǒng)堵塞”問題，同時降低脫硫系統(tǒng)的能耗。

有機(jī)胺脫硫技術(shù)具有技術(shù)先進(jìn)性、環(huán)保實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性等特點(diǎn)，在煙氣脫硫凈化領(lǐng)域?qū)⒕哂袕V闊的應(yīng)用前景。

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Application of Organic Amine FGD in Coal-fired Power Plants

YIN Tao, ZENG Yi-fu
(Kaitian Environmental Technology Co., Ltd, Changsha 410100, China)

The emission of SO2is the main task of energy saving and emission reduction in the “Twelfth Five-year Plan”of coal-fired power plant. The organic amine desulfurization as a new recycling desulfurization technology can carry through the resource recycling of SO2effectively in the flue gas of coal-fired power plant and can realize “zero pollution”. This paper mainly focuses on the research status of organic amine desulfurization abroad and at home, the characteristics of organic amine desulfurization and the advantages of its application in coal-fired power plants.

organic amine; FGD; coal-fired power plant

X701

A

1006-5377（2016）12-0040-03