氨法脱硫工艺存在的问题及解决方案

本文介绍了氨法脱硫工艺的发展以及应用现状，对其工艺原理、工艺流程以及技术优势进行论述。氨法脱硫技术在应用的过程中存在氨逃逸、气溶胶、亚硫酸铵氧化慢等典型问题，针对这些问题进行总结与分析。本文提出了一种催化剂的加入可以有效解决上述问题，并提出了催化剂加入在整个反应过程中的反应原理。
二氧化硫(SO2)和氮氧化物(NOx)是主要的大气污染物，是影响大气质量的主要因素，同时空气中的SO2和NOx也是雾霾产生的重要原因之一，所以脱除烟气中的SO2和NOx刻不容缓[1]。为了控制二氧化硫的排放量，烟气脱硫脱硝技术发展迅速，氨法脱硫工艺因其脱硫速度快、效率高、脱硫产品经济价值高等优点成为主要的脱硫技术[2——3]。
氨法脱硫技术普遍存在脱硫剂消耗大、氨逃逸严重、气溶胶难以消除、亚硫酸铵氧化慢等问题[4]，这些问题制约了氨法脱硫技术的进一步推广应用。有机催化剂的加入有效的解决了上述问题，并提出了催化脱硫的反应机理。
1氨法脱硫工艺原理及存在的问题
1.1工艺原理
氨法脱硫是气液两相之间相互传质传热并发生化学反应的过程[5]，主要反映原理如下：
在整个脱硫反应中，(NH4)2SO3对SO2的吸收起主要作用，随着反应的进行，(NH4)2SO3浓度会逐渐下降，NH4HSO3浓度逐渐上升。为了保持脱硫循环液的吸收能力，需要向浆液池中注入氨水使NH4HSO3转化为(NH4)2SO3，为了避免生成的(NH4)2SO3重新分解成SO2，(NH4)2SO3被氧化风机鼓入的氧化空气强制氧化成为(NH4)2SO4。
1.2氨逃逸
这里所述的氨逃逸专指气态氨随烟气排出脱硫装置的现象。在氨法脱硫工程中，通常造成氨逃逸的主要原因是脱硫循环液中游离氨含量高。氨是极易挥发的物质，常温常压下氨是气体。所以在氨法脱硫的工程中需要将氨的浓度和温度降到尽量低。脱硫所需要的氨是由脱除烟气中的二氧化硫的量所决定的，所以为了使吸收液中氨的浓度降低，只能加大吸收液的循环量，同时，吸收液温度降低。
另外，亚硫酸铵氧化率低也是造成氨逃逸严重的另一个原因。脱硫生成的亚硫酸铵是不稳定的化合物，如果不及时氧化成稳定的硫酸铵，容易分解成二氧化硫和氨，造成排放烟气中二氧化硫升高同时氨逃逸加剧。
1.3气溶胶
在氨法脱硫方法中，所谓气溶胶是指气态酸性氧化物在一定条件下与气态氨反应，生成相应的极细的铵盐固体微粒，如同烟尘漂浮在气体中。根据生成气溶胶氧化物的酸性程度，可以分为弱酸性气溶胶和强酸性气溶胶，主要是亚硫酸铵和硫酸铵。
氨法脱硫的工程越来越多，规模越来越大，人们注意到所谓的“白烟”问题，主要是气溶胶的原因。在气态氨和水存在的条件下与烟气中的二氧化硫和三氧化硫反应生成了硫酸铵和亚硫酸铵固体微粒，不容易除去。
石灰石-石膏法脱硫工程中也出现了气溶胶问题，尤其是安装了脱硝装置的工程，会出现“蓝烟”、“黄烟”现象。不过这种气溶胶是硫酸酸雾，与硫酸铵气溶胶有区别。
2催化剂介绍
含有亚砜的有机催化剂是北京长信乐纯环境有限责任公司生产的专利产品，该催化剂呈油状，密度为0.87kg/m3，粘度为22.1cst，沸点为300℃，溶解度为0.06mg/L；3应对措施
从氨逃逸的形成机理来看，抑制氨逃逸和气溶胶的的产生需要从机理上对其抑制，有机催化剂的加入后从反映机理上抑制了氨逃逸和气溶胶，另外在工艺上的控制也能有效的抑制氨逃逸和气溶胶的产生。
3.1有机催化脱硫反应机理
有机催化剂催化氧化法则是利用有机催化剂中的有效分子片段亚砜与亚硫酸结合形成稳定的共价化合物，有效的抑制了不稳定的亚硫酸的逆向分解。由于烟气中氧气的存在，促进亚硫酸被持续氧化成硫酸，催化剂随即与亚硫酸分离，生成的硫酸在塔底与加入的碱性物质如氨水等发生酸碱中和反应而生成硫酸铵化肥，反应机理如图所示：
3.2选择合理的液气比
氨逃逸和气溶胶的形成与液气比关系密切，从抑制气溶胶的角度考虑，选择较大的液气比可以将液相游离氨含量控制的很低，也使气相氨的含量很低，这样就抑制了气溶胶的生成。美国Marsulex公司主张液气比在10以上，这是经过长期研究的结论，应该具有很高的参考价值。目前国内氨法脱硫液气比取5——10。
3.3氨水浓度
避免脱硫过程中生成气溶胶的措施是将脱硫区域气态氨含量降低，由气液平衡得知，氨水的浓度降低可以有效的降低气态氨的浓度。一般工业上氨浓度控制在10%——20%。
3.4设置氨回收段
在脱硫塔吸收段上方设置一个氨回收段，对于减少氨逃逸有一定效果。喷淋水会与上升的脱硫后烟气逆向接触，烟气中的氨被喷淋水吸收。脱硫塔吸收段与氨回收段之间由横断塔体的隔板隔开，隔板上装有升气帽。喷淋水清洗后下落到隔板上方，经管道流回喷淋罐。冲洗后的水可以作为脱硫塔补充水落入塔循环浆液，而喷淋水用新鲜水补充，以此降低氨浓度。
3.5脱硫塔进口喷水
脱硫塔烟气进口区域或者进口烟道布置水喷淋设施，三氧化硫等强酸性氧化物都是极易溶于水的，喷水可以使这些氧化物迅速溶于水，从而避免气溶胶的产生。
3.6脱硫塔出口高效除尘除雾装置
经过脱硫的烟气含有大量雾滴，雾滴由浆液液滴、凝结液滴和尘颗粒组成，当这部分烟气进入高效除尘除雾器，高效除尘除雾器筒内加设的气旋板使脱硫气旋转起来，在气旋器上方形成气液两相的剧烈旋转及扰动，从而使得烟气中的小液滴、粉尘颗粒、气溶胶等微小颗粒物相互碰撞团聚凝聚成大液滴，其与气旋筒壁碰撞，并被气旋筒壁捕获吸收，捕获的液滴进入多级气旋设置的一个桶内，脱硫后的烟气可以达到国家标准直排。
4结论 随着环保压力的加大，对二氧化硫、氮氧化物、烟尘等主要污染物排放要求日益严格，为实现污染物的达标排放，脱硫脱硝除尘改造不可避免。氨法脱硫具有很强的适应性及较高的脱硫效率，逐渐成为市场的主流。有机催化氨法脱硫可以解决氨逃逸、气溶胶、氧化难等问题，有利于氨法脱硫技术的进一步推广应用。更多环保技术，请关注
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