硫磺回收装置尾气钠法改造成氨法脱硫若干问题探析

硫磺回收装置尾气钠法改造成氨法脱硫若干问题探析

蒋德超

江苏新世纪江南环保股份有限公司 江苏省南京市邮编 211100

[摘要]近年来我国对硫磺回收装置焚烧烟气二氧化硫控制要求不断提高，为了控制好硫磺回收装置的焚烧烟气二氧化硫的浓度达到超低排放，硫磺回收装置尾气目前主要脱硫工艺是钠法脱硫工艺，此项工艺脱硫效果相对较好，应用时间早。但在应用过程中也存在一些问题。为此，本文对硫磺回收装置钠法烟气脱硫改造成氨法脱硫问题展开探究。

[关键词]硫磺回收；钠法烟气脱硫；氨法脱硫；问题分析

硫磺回收指将含硫化氢等有毒含硫气体中的硫化物转变为单质硫。硫磺回收通常采用一种叫做“克劳斯”的工艺来实现。含硫原料气通常称为酸气。首先将酸气与空气或氧气燃烧炉的设备中燃烧。严格控制空气或氧气量，之后燃烧气体被冷却，气体中的硫磺冷凝回收。剩余气体经加热后进入一台克劳斯反应器进行反应。反应主要是硫化氢与二氧化硫生产硫磺和水。这一反应需使用催化剂才能实现。反应完后的气体同样需冷却回收硫磺。然后剩余气体在经二级或者三级克劳斯反应，通常硫磺回收装置的硫回收率可达95～98％。为了提高硫回收率还要进行加氢还原吸收可以进一步提高硫回收率。剩余的硫化氢通过焚烧生成二氧化硫，二氧化硫烟气通过传统碱洗工艺保证二氧化硫排放达标。

钠法脱硫工艺反应方程式：

2NaOH+SO₂+1/2O₂=Na₂SO₄ +H₂O

传统工艺—加氢还原+碱洗工艺：

基于二级或三级克劳斯硫回收，尾气处理采用加氢还原吸收，富液经过再生出硫化氢返回硫回收，尾气经过焚烧后最终通过碱洗工艺保证排放SO₂达标排放，需排放含盐废水。同时流程长；有含盐废水排放；能耗高投资高；运行成本高。

氨法脱硫工艺反应方程式：

SO₂+H₂O+xNH₃=(NH₄)_xH_2-xSO₃

(NH₄)_xH_2-xSO₃+1／2O₂+(2-x)NH₃=(NH₄)₂SO₄

氨法脱硫工艺：

烟气通过二级或者三级克劳斯和焚烧炉后进入烟气脱硫单元，在吸收塔经洗涤降温、吸收SO2、除雾后的净烟气回原烟囱排放。烟气中的二氧化硫被吸收，形成的亚硫酸铵溶液，经氧化、浓缩，得到一定浓度的硫酸铵溶液，再送入蒸发结晶系统，经蒸发、结晶，得到一定固含量的硫酸铵浆液。

一定固含量的硫酸铵浆液，再经旋流器、离心机、振动流化床干燥机干燥后，得到水分<1%的硫酸铵产品，再进入自动包装机包装即可得到商品硫酸铵。无废水排放。并且氨可以从炼厂酸水中通过侧线抽氨获得，氨、SO₂均可得到资源化利用，两废变一宝。流程短；无废水排放；能耗低；投资小；运行成本低。

尤其是在以下三个方面优点突出：

1）投资方面

二级+加氢还原吸收+碱法（传统技术）需要建设配套的溶剂再生和碱法脱硫，投资最高

二级克劳斯+氨法投资最低。

2）能耗方面

二级+加氢还原吸收+碱法（传统技术），溶剂再生蒸汽消耗量巨大，能耗最高。

其他两种氨法脱硫工艺，能耗与尾气中的SO2浓度有较大关系。主要是因为循环泵、氧化风机电耗较大、蒸发结晶蒸汽消耗在SO2浓度高时相对较大。

能耗由高到低为：二级+加氢还原吸收+碱法（传统技术） > 二级+氨法 > 二级+三级+氨法。

3）炼化装置中氨的获取容易——变废为宝

对于炼化企业，酸性水汽提配套氨回收装置，副产的氨一般可以满足硫回收尾气氨法脱硫需要。金陵石化、中科炼化、盛虹炼化均采用酸水汽提中回收的氨作为吸收剂，完全实现了自给自足，多余的液氨作为高价值副产品外售或作为厂内其他装置如脱硝装置、化工装置、锅炉尾气脱硫的原料。

硫磺回收装置焚烧尾气氨法脱硫技术控制要点

1）采用蒸发结晶系统，确保脱硫系统长周期稳定运行

副产硫酸铵溶液送入蒸发结晶系统进行结晶，塔内循环液处于不饱和状态，脱硫塔不存在结晶堵塞问题。

2）设备、管道材质的选择，确保脱硫系统长周期稳定运行

塔体、内件选用316L材质，浓缩段喷头2507材质，其它喷头采用316L、PP等，烟气入口1.5m内衬N08367，硫酸铵溶液管道选用316L材质，硫酸铵浆液管道选用2507材质。

介质为硫酸铵溶液的泵过流部分选用2507双相不锈钢材料，较常用的2205、2605N双相不锈钢更为耐磨、耐腐。

在所有可能有浆液外溢或冲洗的地点均设有围堰保证无废水排放、浆液外流，围堰内设有地沟、地坑用于收集浆液和冲洗水送回塔内使用，围堰内地面做耐酸瓷板防腐，既美观又耐腐。机封水、电缆穿线管等部分管道采用不锈钢材料。所有接触浆液的设备、管道连接用螺栓、螺母采用不锈钢材质。脱硫塔、氧化循环槽等非标设备栏杆、室外栏杆选用碳钢+氟碳漆。接触硫铵溶液的阀门为316L。 接触硫铵浆液的阀门，其阀体为304衬氟，蝶阀阀板及密封面材质为2507。设备设计能力裕量充足、主要设备皆有备用。

3）自动加氨控制加氨量，以免脱硫系统产生氨逃逸和气溶胶

装置采用加氨量与吸收塔进出口烟气分析仪SO₂检测值关联，实现精确监控，根据进口SO₂总量和出口SO₂总量计算加氨量，通过DCS分程组态控制解决，自动化程度、加氨精度高，有效避免脱硫系统产生氨逃逸和气溶胶。

4）浆液PH控制

硫磺焚烧尾气中SO3浓度高，会造成浓缩段PH值明显偏低，同时会造成后系统PH低和游离酸高，对后系统防腐不利。采用塔外加氨有效中和实现前后系统PH值分区控制，可有效解决以上问题。

5）SO2检测仪表

根据装置的运行经验，硫回收尾气中的某些组分影响红外型SO2检测仪表的检测值，会造成氨逃逸和气溶胶的生成。在脱硫塔出、入口选用紫外型SO2检测仪表，可实现加氨的精确控制。

6）塔内气体均布

根据装置的运行经验，喷淋不均匀，会造成阻力不均，容易造成烟气偏流；投标方优化喷嘴布局，改善喷淋效果和覆盖的均匀性。优化喷淋布局和增设气体均布设施可以有效改进小直径脱硫塔的吸收效果。

7）塔内气速选择

根据装置的运行经验，高浓度SO2的脱硫塔内气速应结合喷淋密度严格控制，达到期望的脱硫效率、尘、氨逃逸指标。

8）塔内温度控制

根据装置的运行经验，控制脱硫塔的塔内温度在50-55℃可以实现脱硫吸收的最佳效果，脱硫塔吸收段的吸收效果和操作状态是控制氨逃逸和气溶胶的关键。通过配风稀释、塔外浆液冷却等措施实现降低塔温到50-55℃，实现脱硫吸收的最佳效果，可有效控制氨逃逸和拖尾。

9）塔内气体均布

根据装置的运行经验，喷淋不均匀，会造成阻力不均，容易造成烟气偏流；投标方优化喷嘴布局，改善喷淋效果和覆盖的均匀性。优化喷淋布局和增设气体均布设施可以有效改进小直径脱硫塔的吸收效果。

五、结论

如果装置是二级克劳斯+加氢还原，无后碱洗，排放指标一般是400~960，面临改造达标100mg的要求，可以进行二级克劳斯/三级克劳斯+氨法改造。取消加氢还原的技术方案，这样能耗最低，运行成本最低，但由于尾气中SO2浓度较高（22000~26000），氨消耗量比较大，但硫铵产量也高，价格相互持平。

如果装置是二级克劳斯+加氢还原，有后碱洗，可以提供二级克劳斯/三级克劳斯+氨法的技术改造，节能减排优势巨大。如果是新建项目，首推三级克劳斯+氨法脱硫，氨消耗量降低，能耗较低。附近有化肥厂的装置，可以出湿料，省掉后硫铵系统。与锅炉、催化裂化一起采用氨法脱硫时，液氨存储、硫铵后处理可统一设计，更加节约运行成本。

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