氨法脫硫工藝的基本原理

在本質(zhì)上氨法脫硫工藝是采用NH3來吸收凈化煙氣的，包含著復(fù)雜的物理、化學(xué)過程。以下將從物理化學(xué)原理方面對工藝各階段加以分析。煙氣中的SO2從煙氣主體進(jìn)入吸收液的過程是物理吸收和化學(xué)反應(yīng)的過程，通過這個過程，使SO2從氣相進(jìn)入液相而被捕獲。該過程可分為如下幾個步驟：

氨法脫硫工藝中的化學(xué)步驟

1.煙氣中SO2溶解于水形成H2SO3。

2.氨吸收劑溶解于水形成NH3˙H2O。

3.溶解于水形成的NH3˙H2O與溶解于水形成的H2SO3進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)形成(NH4)2SO3。

4.形成的(NH4)2SO3在氧化空氣的作用下氧化形成(NH4)2SO4

氨法脫硫過程的總化學(xué)反應(yīng)式可以綜合表示為：

SO2+H2O+XNH3=(NH4)xH2-xSO3

(NH4)xH2-xSO3+1/2O2+(2-x)NH3=(NH4)2SO4

雖然該綜合反應(yīng)式中列出了主要的反應(yīng)物和生成物，但整個反應(yīng)過程非常復(fù)雜，可以通過以下的一系列反應(yīng)過程表示：

A：脫硫塔中SO2的吸收

煙氣中的二氧化硫(SO2)溶于水并生成亞硫酸。

SO2 + H2O → H2SO3 (1)

B：亞硫酸同溶于水中的硫酸銨和亞硫酸銨起反應(yīng)。

H2SO3 +(NH4)2SO4 →NH4HSO4 + NH4HSO3 (2)

H2SO3+(NH4)2SO3 →2NH4HSO3 (3)

C：吸收劑氨的溶解

NH3 + H2O → NH4OH →NH4+ + OH- (4)

由于反應(yīng)(4)的進(jìn)行，可以不斷提供中和用的堿度及反應(yīng)用的銨離子。氨同溶于水中的亞硫酸、硫酸氫銨和亞硫酸氫銨起反應(yīng)。

D：中和吸收的SO2

SO2極易與堿性物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成亞硫酸鹽。堿過剩時生成正鹽;SO2過剩時形成酸式鹽。

SO2 + NH4OH→ NH4HSO3 (5)

SO2 + 2NH4OH →(NH4)2SO3 + H2O (6)

由于反應(yīng)(5)、(6)的進(jìn)行，可以使更多SO2可被吸收。

E：吸收得到的(亞)硫酸(氫)銨氧化成硫酸(氫)銨

亞硫酸鹽不穩(wěn)定，可被煙氣及氧化空氣中的氧氣氧化成穩(wěn)定的硫酸鹽。

2 NH4HSO3 + O2 → 2NH4HSO4 (7)

2(NH4)2SO3 + O2 →2(NH4)2SO4 (8)

F：硫酸銨溶液濃縮后結(jié)晶析出硫酸銨固體

硫酸銨 + 水 → 硫酸銨固體 + 水蒸汽

G：脫硝功能

氨法脫硫在脫出二氧化硫的同時，對氮氧化物也有一定的脫除效果，其反應(yīng)原理如下：

煙氣中氮氧化物(NOx)主要以NO(占NOx的90%)形式存在，其次是NO2、N2O5等。在一定溫度下，NO 在空氣中部分氧化成NO2，建立如下平衡：NO+ 1/2O2 = NO2，在一定溫度的水溶液中，亞硫酸銨(NH4)2SO3與水中溶解的NO2反應(yīng)生成(NH4)2SO4 與N2，建立如下平衡：2(NH4)2SO3 + NO2 = 2(NH4)2SO4 + 1/2N2 ↑亞硫酸銨(NH4)2SO3與水中溶解的NO反應(yīng)生成(NH4)2SO4與N2，建立如下平衡：

(NH4)2SO3+ NO= (NH4)2SO4+ 1/2N2↑亞硫酸氫銨NH4HSO3與水中溶解的NO2反應(yīng)生成NH4HSO4 與N2，建立如下平衡：4NH4HSO3+2NO2→4NH4HSO4+N2↑。

技術(shù)特點

1、*資源化--變廢為寶、化害為利，氨回收法技術(shù)將回收的二氧化硫、氨全部轉(zhuǎn)化為化肥，不產(chǎn)生任何廢水、廢液和廢渣，沒有二次污染，是一項真正意義上的將污染物全部資源化，符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)要求的脫硫技術(shù)。

2、脫硫副產(chǎn)物價值高，氨回收法脫硫裝置的運行過程即是硫酸銨的生產(chǎn)過程，每吸收1噸液氨可脫除2噸二氧化硫，生產(chǎn)4噸硫酸銨，按照常規(guī)價格液氨2000元/噸、硫酸銨700元/噸，則煙氣中每噸二氧化硫體現(xiàn)了約400元的價值。因此相對運行費用小，并且煤中含硫量愈高，運行費用愈低。企業(yè)可利用價格低廉的高硫煤，同時大幅度降低燃料成本和脫硫費用，一舉兩得。

3、裝置阻力小，節(jié)省運行電耗，利用氨法脫硫的高活性，使液氣比較常規(guī)濕法脫硫技術(shù)降低。脫硫塔的阻力僅為850Pa左右，無加熱裝置時包括煙道等阻力脫硫島總阻力在1000Pa左右；配蒸汽加熱器時脫硫島的總設(shè)計阻力也只有1250Pa左右。因此，氨法脫硫裝置可以利用原鍋爐引風(fēng)機(jī)的潛力，大多無需新配增壓風(fēng)機(jī)；即便原風(fēng)機(jī)無潛力，也可適當(dāng)進(jìn)行風(fēng)機(jī)改造或增加小壓頭的風(fēng)機(jī)即可。系統(tǒng)阻力較常規(guī)脫硫技術(shù)節(jié)電50%以上。另外，循環(huán)泵的功耗降低了近70%。

4、防腐*、運行可靠，氨回收法采用的重防腐技術(shù)，并選用可靠的材料和設(shè)備，裝置可靠性達(dá)98.5%。脫硫劑及脫硫產(chǎn)物都是易溶性物質(zhì)，裝置內(nèi)脫硫液為澄清溶液，無積垢無磨損，更容易實現(xiàn)PLC、DCS等自動控制，操作控制簡單易行。

5、裝置設(shè)備占地小，便于老鍋爐改造，氨回收法脫硫裝置無需原料預(yù)處理工序，副產(chǎn)物的生產(chǎn)過程也相對簡單，總配置的設(shè)備在30臺套左右，且處理量較少，設(shè)備選型無需太大。脫硫部分的設(shè)備占地與鍋爐的規(guī)模相關(guān)，75t/h-1000t/h的鍋爐占地在150m2-500m2左右；脫硫液處理即硫銨工序占地與鍋爐的含硫量有關(guān)，但相關(guān)系數(shù)不大，整個硫銨工序正常占地在500m2內(nèi)。

6、既脫硫又脫硝--適應(yīng)環(huán)保更高要求，氨對NOX同樣有吸收作用。另外脫硫過程中形成的亞硫銨對NOX還具有還原作用，所以氨法脫硫的同時也可實現(xiàn)脫硝的目的，天津堿廠環(huán)保實測數(shù)據(jù)氮氧化物去除率為22.3% 。

7、自主知識產(chǎn)權(quán)技術(shù)，適合長遠(yuǎn)推廣，氨回收法煙氣脫硫技術(shù)是擁有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的脫硫技術(shù)，因此投資更少、從長遠(yuǎn)角度更有利于在我國長期和全面推廣。目前應(yīng)用較多的鈣法基本上都是從國外引進(jìn)，不但要支付較高的先期技術(shù)轉(zhuǎn)讓費和項目實施時的技術(shù)使用費，而且常常是多家國內(nèi)脫硫公司引進(jìn)同一種技術(shù)，造成資源浪費。

氨法技術(shù)本身已經(jīng)通過專家及工程實踐證明是成熟可靠的，如果企業(yè)采用合成氨生產(chǎn)過程中產(chǎn)生廢氨水作脫硫劑，將更符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)和節(jié)能要求，可以申報國家專項資金獎勵。脫硫副產(chǎn)的亞硫銨溶液既可以通過后續(xù)裝置干燥結(jié)晶制成硫銨化肥出售，也可以不用干燥，將亞硫銨溶液直接運去氮肥廠做復(fù)合肥原料，進(jìn)一步降低能耗，成本低廉。