提高有机胺脱硫效率的生产实践

张振宇

（江西铜业股份有限公司贵溪冶炼厂，江西 贵溪 335424）

1 引言

有机胺脱硫工艺是目前国内较先进的脱硫技术［1-2］，它利用有机胺液对SO2气体具有良好的吸收和解吸能力，在低温下吸收SO2，在减压高温条件下将吸收的SO2再生出来，从而达到脱除和回收烟气中SO2的目的［3-4］。由于火法冶炼环集烟气中存在含尘高、含酸高、烟气量及SO2浓度波动大等问题，导致脱硫尾排波动较大，脱硫效率降低。为实现脱硫尾排超低排放，熔炼车间在生产实践中通过技术创新和优化生产过程控制来提高脱硫效率。

2 生产现状

贵溪冶炼厂熔炼车间一系统环集脱硫系统的最大烟气处理能力为700000 Nm3/h，处理的烟气主要包括闪速炉铜渣口和包厢环集烟气以及转炉、阳极炉炉口环集烟气。在生产过程中，由于环集烟气含尘、含酸高，转炉开停风、进出料期间烟气量和烟气中SO2浓度较高，杂质元素在脱硫液中不断富集等因素影响，导致脱硫尾排升高，脱硫效率降低。表1为熔炼车间一系统环集烟气的主要参数。

表1 烟气参数表

3 提高脱硫效率的措施

熔炼车间生产实践表明，提高脱硫效率的可行措施有：对环集烟气进行净化处理［5］，保持有机胺浓度、温度适宜，提高再生效果，降低有机胺液内杂质含量，优化过程控制。

3.1 环集烟气净化处理

环集烟气中含有的三氧化硫、水分进入脱硫系统后会对离子液造成污染，影响有机胺系统的高效运行。生产过程中主要采取以下措施去除环集烟气中的三氧化硫和水分。

（1）自动除酸雾脱湿技术。在环集烟气进入布袋收尘器前，采用负压自吸式自动喷入石灰粉。利用石灰吸潮吸酸的特性，达到去除环集烟气中的三氧化硫及水分的目的，解决了布袋潮湿粘结和酸性腐蚀的问题。如图1所示。

图1 烟气处理预喷涂

（2）高效喷淋净化技术。在环集烟气进入脱硫塔前增加喷淋净化工序。即在入塔烟道垂直段设置洗涤喷嘴（图2），通过喷淋洗涤水达到降温、除尘、除酸雾的目的。

图2 雾化喷嘴

洗涤段自下而上为烟气分布器、填料段、空喷层、折流板式捕沫器。经过喷淋后的烟气通过折流板式捕沫器去除烟气中夹带的较小液滴，从而减少酸雾进入吸收段的机会。预处理后烟气温度降至35℃左右，酸雾及尘含量得到进一步控制。

3.2 控制有机胺浓度在适宜范围

表2是熔炼一系统2020年1—4月的脱硫生产报表。由表2可知，有机胺浓度越高，脱硫效率越好。兼顾成本效率，有机胺浓度在130 mg/Nm3以上即可，既能保证脱硫液对SO2有良好的吸收效果，又能保证脱硫效率达到93%以上。

表2 有机胺浓度对脱硫效率影响分析

3.3 控制有机胺贫液温度在合适范围

生产实践证明,有机胺贫液温度在30～40℃之间对SO2的吸收效果最佳。温度过高会导致脱硫液磺化，从而降低有机胺吸收性能。贫液温度受季节影响较大，一般夏秋季脱硫效率会略低于冬季的脱硫效率。目前，主要是通过调节再生塔蒸汽用量，将再生后贫液温度控制在100～101℃，并通过对脱硫循环水冷却系统进行优化改造，贫液冷却器加装Y型过滤器等措施，将贫液上塔温度控制在30～40℃。

3.4 提高再生效果

（1）应用智能蒸汽控制技术。有机胺液再生主要是通过蒸汽加热富液。随着温度上升，富液中SO2大部分解吸，从而达到再生效果。生产过程中由于蒸汽压力或温度波动会造成溶液过热，蒸汽消耗增加。在蒸汽进入再沸器前增设一套全自动化的蒸汽减温减压控制系统（如图3），可实现在不同富液流量下，将蒸汽始终维持在最优的温度与压力值状态，从而大大减少蒸汽的消耗。

图3 智能气液分离器

如图4所示，改造后蒸汽流量的波动明显变小且蒸汽消耗较改造前每小时节约2t左右。不仅提高了富液再生效果，而且节约了生产成本。

图4 改造前后蒸汽流量对比图

（2）优化再沸器循环方式。原有再沸器循环方式为“虹吸式”，循环效率低，换热效果不高。为了进一步提高再沸器的换热效率，将再沸器和再生塔的相对位置进行调整，如图5所示，使循环方式由虹吸式变为强制循环式，极大地提高了再沸器的换热效率，减少了蒸汽消耗。优化后的循环方式对蒸汽品质要求较高，蒸汽的品质与耗量直接决定着解吸效率。熔炼一系统脱硫再沸器循环方式优化后的解吸效果分析如表3所示。

表3 离子液强制循环解吸效果

图5 再沸器与再生塔位置改造图

（3）有机胺液循环量串级控制。环集烟气量和SO2浓度在生产过程中会不断变化，因此贫液上塔量也需不断变化。为了实现最佳的脱硫效果，贵冶研发了脱硫液循环量串级控制模型。循环量串级控制模型根据环集烟气量、出入口SO2浓度变化自动调整有机胺循环量，在实现脱硫尾排超低排放的前提下，最优控制循环量，减少蒸汽消耗。

（4）改进再生塔SO2解吸方式。常规有机胺脱硫采用常压再生解吸，解吸温度为100℃。利用硫酸动力波负压进行再生解吸，胺液解吸温度可降低至97℃，提高了再沸器内蒸汽与贫液换热效率，同时负压解吸能够避免SO2外逸造成环境污染。

3.5 有机胺液净化

环集烟气中含有少量油、粉尘、三氧化硫、氯、氟等物质。在吸收过程中，粉尘、油会进入有机胺液中，而三氧化硫、氯、氟等杂质会与有机胺液发生副反应生成硫酸盐等物质，这些化合物会和有机胺液进一步反应生成不能再生的热稳性盐。随着热稳性盐的不断富集会引起有机胺液起泡，导致吸收SO2的能力下降。生产过程中为了防止有机胺液性能下降，采取以下措施净化有机胺液。

（1）根据有机胺液化验成分，调整阴离子脱盐间隔时间，有效去除系统内富集的SO42-、Cl-。（2）通过在贫液冷却器至脱盐管线上安装活性碳吸附器，除去脱硫液中的油类。

（3）应用冷冻结晶技术除Na+及SO42-。生产中通过冷冻机组降低有机胺液温度，从而使溶液过饱和析出硫酸钠，再通过离心机实现固液分离，在硫酸钠结晶析出的同时，其他相同性质的硫酸盐也会析出，生成芒硝。净化后的脱硫液返回系统内，从而将系统内富集的Na+及SO42-脱出，提高有机胺液的吸收性能。熔炼一系统脱硫液净化效果分析如表4所示。

表4 离子液净化效果 g/L

3.6 优化过程控制，建立环集能力自动控制模型

熔炼车间一系统环集脱硫有30个环集吸风口，且各个工序对环集负压需求不同，环集阀门控制不够智能。为此，贵冶开发了环集能力自动调节模型，根据闪速炉、转炉、阳极炉的环集负压需求量实时跟踪调整，保证环集能力的最优化。

针对转炉进S期料时，环集烟气中SO2浓度高导致尾排升高的现象，一方面通过在转炉进S1期料时利用硫酸主系统抽烟气来降低进入环集系统的烟气量，另一方面通过加强闪速炉与转炉之间的沟通协调，在转炉进料前闪速炉提前加大有机胺液循环量，增加对SO2浓度波峰的吸收。此外，通过规范行车标准化作业，可有效降低进料时环集烟气量波动，从而实现脱硫尾排SO2浓度超低排放。

4 结论

贵冶通过长期的生产实践摸索，对环集烟气进行净化处理和控制有机胺浓度及贫液温度在适宜范围内，以及提高再生效果、净化有机胺液、优化过程控制等一系列措施，将脱硫尾排SO2浓度维持在100 mg/Nm3以下，远低于国家排放标准，并具有运行成本较低，环保指标佳的行业技术竞争优势。