陳 超

(陽(yáng)煤豐喜(肥業(yè))集團(tuán)有限責(zé)任公司臨猗分公司， 山西運(yùn)城 044100)

陽(yáng)煤豐喜(肥業(yè))集團(tuán)有限責(zé)任公司臨猗分公司一期三聚氰胺裝置始建于2016年7月，于2017年10月投產(chǎn)，生產(chǎn)能力為5萬(wàn)t/a，采取加壓氣相淬冷法工藝。三聚氰胺裝置中，熔鹽爐所用燃?xì)鈦?lái)源除氫回收的解吸氣外，還有合成氨系統(tǒng)氫回收裝置中的高閃氣回收氣以及3#合成氨裝置壓縮一段出口的煤氣。其中高閃氣回收氣與煤氣中的硫化氫(H2S)質(zhì)量濃度為50～100 mg/m3，此部分H2S導(dǎo)致熔鹽爐產(chǎn)生的高溫?zé)煔庵卸趸?SO2)的質(zhì)量濃度為2 000 mg/m3，超出DB 14/1703—2019 《燃煤電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中35 mg/m3的要求[1]。在目前嚴(yán)峻的環(huán)保形勢(shì)下，對(duì)三聚氰胺的煙氣進(jìn)行脫硫十分必要。

1 改造方案

為滿足高效率、低成本的要求，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘察，提出在燃?xì)饩彌_罐之前增加栲膠脫硫和活性炭脫硫環(huán)節(jié)，使燃?xì)庠谶M(jìn)熔鹽爐燃燒之前處于無(wú)硫或低硫狀態(tài)，以此降低煙氣中SO2的質(zhì)量濃度。采用濕法脫硫中的栲膠脫硫和干法脫硫中的活性炭脫硫技術(shù)，對(duì)進(jìn)入熔鹽爐的燃?xì)膺M(jìn)行脫硫，處理量為3 000 m3/h,脫硫液循環(huán)量為30～40 m3/h，活性炭體積為10 m3。

對(duì)該方案的成熟性、可靠性進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)：

(1) 栲膠法脫硫是半水煤氣濕法脫硫中最常用的方法，栲膠價(jià)格低廉，其本身是良好的釩絡(luò)合劑；吸收H2S效果與蒽醌二磺酸鈉鹽(ADA)相近，且不容易堵塞填料塔，技術(shù)成熟、可靠。

(2) 活性炭脫硫是干法脫硫最常用的方法之一，利用活性炭表面的催化作用和工藝氣中微量的氧，將H2S氧化為單質(zhì)硫并吸附在活性炭表面。

(3) 將栲膠脫硫與活性炭脫硫串聯(lián)操作，利用氣液傳質(zhì)，脫除大部份的H2S，再利用活性炭脫硫作為把關(guān)的手段，進(jìn)行高效吸附，確保H2S的脫除。

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 栲膠脫硫原理

將栲膠、五氧化二釩、純堿倒入制液槽，經(jīng)攪拌后，用蒸汽加熱0.5 h后通空氣，完成脫硫液制備。脫硫液與煤氣逆流接觸，進(jìn)行傳質(zhì)，煤氣中的H2S被純堿吸收，以硫氫化鈉(NaHS)形式進(jìn)入液相中。吸收了H2S的脫硫液由貧液變?yōu)楦灰?，吸收能力下降；而脫硫液中的栲膠、五氧化二礬、空氣通過(guò)氧化，將富液中的硫氫根(HS-)氧化為單質(zhì)硫，使脫硫液由富液變?yōu)樨氁?，重新具備吸收H2S的能力，如此循環(huán)。栲膠中因羥基能與四價(jià)釩離子生成可溶性絡(luò)合物，能防止“釩—氧—硫”的沉淀，從而降低釩耗，因此溶液中不需要添加螯和劑。脫硫過(guò)程中，丹寧類物質(zhì)將逐漸水解為分子質(zhì)量較低的物質(zhì)，這些酚類降解物質(zhì)同樣具有脫除H2S的能力。丹寧含量下降時(shí)，堿性氧化法栲膠脫硫液仍能保持有較高的脫硫效率；栲膠法脫硫所得的硫膏顆粒大而疏松、黏性低，容易被浮選回收，故不易產(chǎn)生堵塔現(xiàn)象； 栲膠法脫硫工藝成熟且易掌握，對(duì)設(shè)備無(wú)腐蝕[2]。

2.2 活性炭脫硫原理

活性炭的脫硫并非直接吸收，而是在活性炭表面的催化劑作用下，氣體中的H2S與工藝氣中微量氧發(fā)生反應(yīng)，屬于催化氧化脫硫。

活性炭脫硫過(guò)程為：首先活性炭表面化學(xué)吸附氧；其次氣體中的H2S分子碰撞活性表面，與化學(xué)吸附的氧發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成的硫黃分子可沉積在活性炭的空隙中[3]。

3 工藝技術(shù)

3.1 工藝流程

本次脫硫方案采取栲膠脫硫串聯(lián)活性炭脫硫，工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 工藝流程圖

從3#合成氨裝置凈化車間過(guò)來(lái)的脫硫液(體積流量為30 m3/h)與壓縮一出過(guò)來(lái)的煤氣以及高閃氣回收氣在脫硫塔內(nèi)逆流接觸。煤氣從脫硫塔底部進(jìn)入，通過(guò)填料與自上而下的脫硫液進(jìn)行傳質(zhì)，完成對(duì)H2S的脫除;氣體從脫硫塔頂端出，脫硫后富液經(jīng)過(guò)液位自調(diào)閥組，通過(guò)泵加壓送至3#凈化填料塔富液槽進(jìn)行再生。

脫硫塔頂部出來(lái)的氣體，從活性炭脫硫槽底部進(jìn)入，在脫硫槽下部進(jìn)行空間分離后，經(jīng)過(guò)活性炭層，完成對(duì)殘余H2S的吸附。之后氣體從活性炭槽頂部出，通過(guò)煤氣過(guò)濾器，進(jìn)入燃?xì)饩彌_罐。

3.2 技術(shù)論證

(1) 煤氣中H2S質(zhì)量濃度為50～100 mg/m3，氣體體積流量為2 500～3 000 m3/h，則煤氣中H2S質(zhì)量流量為0.3 kg/h。 脫硫塔循環(huán)量為30 m3/h，硫質(zhì)量濃度為50 mg/L，則可脫H2S質(zhì)量流量為1.5 kg/h?？擅揌2S質(zhì)量流量大于煤氣中H2S質(zhì)量流量，可滿足硫循環(huán)量要求。

(2) 假設(shè)燃?xì)饨?jīng)過(guò)脫硫塔后，氣體體積流量為3 000 m3/h，其中H2S質(zhì)量濃度仍有10 mg/m3，則每年(按8 000 h計(jì)算)產(chǎn)生的H2S質(zhì)量為0.24 t。活性炭槽中裝填有10 m3的T103活性炭，其堆積密度為0.6 t/m3，硫容為16%[4]，則可吸附H2S的質(zhì)量為0.96 t。由于可吸附H2S質(zhì)量是產(chǎn)生的H2S質(zhì)量的4倍，理論上，裝填量為10 m3的T103活性炭使用時(shí)長(zhǎng)為4 a?？紤]到氣量較小以及活性炭槽主要處理進(jìn)口H2S質(zhì)量濃度較低的情況，使用時(shí)長(zhǎng)至少為2 a。

3.3 控制工藝指標(biāo)及設(shè)備

控制工藝指標(biāo)及設(shè)備情況見(jiàn)表1和表2。

表1 控制工藝指標(biāo)

表2 主要設(shè)備一覽表

4 項(xiàng)目投資及運(yùn)行效果

本項(xiàng)目新購(gòu)置了10 m3的T103活性炭和脫硫液相管線，其余設(shè)備及管材均利舊，加上土建和施工費(fèi)用，項(xiàng)目總投資為32萬(wàn)元。

2019年11月三聚氰胺裝置停車，在置換合格后，將預(yù)制好的燃?xì)饷摿蚰K并入總系統(tǒng)，結(jié)果表明：脫硫循環(huán)量控制在20 m3/h，在活性炭槽進(jìn)口取氣分析，H2S質(zhì)量濃度為3.4 mg/m3；在活性炭槽后取氣分析，H2S質(zhì)量濃度為0，高溫?zé)煔庵蠸O2質(zhì)量濃度為0，達(dá)到預(yù)期效果。

5 結(jié)語(yǔ)

該項(xiàng)目可解決三聚氰胺熔鹽爐煙氣中SO2超標(biāo)排放的問(wèn)題，減輕周邊環(huán)境污染，對(duì)于當(dāng)?shù)丨h(huán)境的保護(hù)產(chǎn)生不可估量的效益。