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殼牌康索夫可再生有機胺法 脫硫工藝及應用進展

時間:2017-10-12 10:05 來源: 作者: 張國華
殼牌 康 索 夫 可 再 生 有機 胺 法 脫 硫 工 藝(CANSOLV SO 2 清潔系統)作為二氧化硫可再生脫除領域的世界先進技術,在環保要求日益趨嚴的今天,技術優勢和環保效益愈加明顯。該脫硫工藝在上世紀 80 年代末期由原聯合碳化物公司成功開發。其后由成立于 1997 年的主營二氧化硫和二氧化碳脫除技術許可的加拿大康世富科技公司所擁有,2008 年獲得荷蘭皇家殼牌公司全資收購,中國公司更名康索夫科技(北京)有限公司。目前 CANSOLV SO 2 清潔系統已成功地應用于電廠煙氣脫硫(FGD)、石油和天然氣、有色金屬冶煉、硫酸和化工等領域。
 
CANSOLV SO 2 清 潔 系 統于 2001 年 首 次 在 北 美 成 功 地 商業 化, 全 球 授 權 超 過 25 套。 目前 授 權 裝 置 的 設 計 氣 量 范 圍 為4,000~2,300,000Nm 3 /h,進氣含SO2 濃度為 0.02%~14%,最低排放 小 于 30mg/Nm 3 (10ppmv),裝置連續不間斷穩定運行超過5年。
 
CANSOLV SO 2清潔系統反應基理
 
康索夫開發的有機胺吸收劑起到弱堿性基團的功能,與煙氣中的SO2 發生如下反應:R 1 R 2 NH + -R 3 -NR 4 R 5 +SO 2 +H 2 O→R 1 R 2 NH + -R 3 -NH+R 4 R 5 +HSO 3 -該 反 應 為 放 熱 反 應, 較 低 的煙氣進氣溫度,有利于吸收反應的進 行。 對 SO 2 的 高 選 擇 性 決 定 了CANSOLV SO 2 清潔系統胺液循環量要遠低于其它種類的吸收劑,降低了原胺液填充量和系統運行能耗。同時,胺液不揮發、降解率低,減少了胺液的消耗和損失。吸收 SO 2 后的富胺液在解吸塔進行再生和解吸,其反應如下:R 1 R 2 NH+-R 3 -NH+R 4 R 5 +HSO 3 → R 1 R 2 NH + -R 3 -NR 4 R 5 +SO 2+H 2 O富 胺 液 再 生 的 能 量 來 源 于350kPa 的飽和蒸汽,通過換熱器間接加熱解吸塔底部的胺液,產生水蒸氣來汽提富胺液。
 
CANSOLV可再生胺法工藝CANSOLV SO 2 清 潔 系 統 流程簡單,易于與上下游的整合。來源于上游的煙氣在進入 CANSOLVSO 2 清潔系統前首先經過預洗滌系統, 去除夾帶的粉塵和 SO 3 等雜質,同時在一些應用中起到對高溫煙氣冷卻的目的;隨后進入 CANSOLVSO 2 清潔系統進行 SO 2 脫除,達標的清潔氣體通過煙囪排到大氣,收集的 SO 2 送到下游生產硫酸、硫磺或液態 SO 2 產品。CANSOLV SO 2 脫 除 工 藝 流程,主要包括了吸收單元、解吸單元和胺液凈化部分,基礎工藝路線吸收單元進入吸收塔的煙氣所含的 SO 2與從吸收塔頂部進入的胺液逆流接觸并被吸收。由于 SO 2 的吸收反應是可逆反應,通過使用多級逆流接觸 來 達 到 最 大 SO 2 吸 收 量。 吸 收SO 2 后的富胺液在塔底被泵輸送到解吸塔進行再生。
 
CANSOLV SO 2 清潔系統的吸收塔設計簡單,塔內部僅包括液體分布器和填料,簡單的設計實現低維護和高可靠性。填料選擇使用規整形式,以滿足高傳質效率和低壓降的要求。通過吸收塔頂部葉片除霧器和槽式液體分布器的設計使胺液因夾帶原因造成的損失降到最小。吸收塔材質通常選用 316L 不銹鋼,對于處理能力較大的裝置采用混凝土或碳鋼襯非金屬材料,或全玻璃鋼的設計可以有效降低設備投資。
 
再生單元含 SO 2 的富胺液從吸收塔底部經過貧 / 富胺換熱器后送到解吸塔(貧胺液中的顯熱得以回收)。解吸塔內含 SO 2 的胺液從上向下流,被再沸器產生的逆流上升蒸汽所汽提。解吸塔采用規整填料,材質通常選用 316L 不銹鋼,如煙氣中氟氯含量過高則需要選擇更高等級材料。SO 2 隨上升蒸氣從解吸塔頂部離開,經冷凝器冷凝其中大部分水蒸氣,在回流罐中進行氣液分離。離開 CANSOLV 裝置的飽和水的高純度 SO 2 (99.9%,干基)送至下游處理。氣液分離罐分離的含 SO 2 的酸性水回流至解吸塔精餾段。貧胺液從解吸塔底部的離開,經過貧 / 富胺換熱器和貧胺冷卻器后泵入貧胺罐,然后從貧胺罐通過胺液進料泵送入 SO 2 吸收塔。
 
胺液凈化單元隨著系統的運行,CANSOLVSO 2 清潔系統會積累一些不可再生鹽類(亦稱作熱穩定性鹽),同時一些煙氣中殘存的粉塵也會被胺液捕獲,通過在胺液凈化裝置中處理部分貧胺液來避免這些污染物在胺液中過度積聚。胺液凈化裝置包括用來清除熱穩定性鹽和其它離子的離子交換單元及清除懸浮顆粒的過濾裝置,根據需要金屬離子和陽離子交換也會考慮。經過過濾后的貧液,被送入離子交換單元的離子交換柱,通過離子交換樹脂除去各種離子。因為熱穩定性鹽在胺液中的累積速度是很緩慢的,胺液凈化裝置系統采用間歇運行方式,采用稀堿液對樹脂進行再生。凈化單元的運行頻率由生成的 “熱穩定性鹽”的量決定,生成的越多,裝置運行越頻繁。
 
CANSOLV可再生胺法脫硫的應用CANSOLV 可再生胺法已用于電力、有色金屬冶煉、石化等行業,如下重點介紹 CANSOLV 可再生胺法脫硫技術在新近投運的位于中國克拉瑪依的石化裝置的硫磺尾氣脫硫項目向上的應用情況。
 
CANSOLV 工藝在硫磺回收領域有多套裝置在國外運行,克拉瑪依項目是 CANSOLV 在中國的第一個成功投運的硫磺回收尾氣脫硫項目。硫磺回收裝置尾氣脫硫典型的CANSOLV 工藝流程如圖 2 所示。硫磺回收(克勞斯)裝置的煙氣送入焚燒爐,焚燒爐采用低氮燃燒技術,在合理的爐溫控制下,既能夠保證 H 2 S 能夠完全的轉化成 SO 2 , 也能夠使得氮氧化物的生成處于較低水平。煙氣離開焚燒爐和余熱鍋爐之后進入預洗滌單元, 在預洗滌單元冷卻,進一步降低粉塵量和除掉酸性雜質;經過預洗滌后的煙氣在 CANSOLV吸收塔選擇性吸收 SO 2 ,達到 SO 2排放濃度后通過煙囪直排大氣,解吸出的 SO 2 循環回到前端的克勞斯裝置增加硫磺產量。
 
該 項 目 設 計 SO 2 的 排 放 限 值80mg/Nm 3 ,采用 CANSOLV 基礎工藝路線。通過深冷設計為滿足未來可能更加嚴格 SO 2 排放要求預留了空間。該項目的硫磺回收裝置為10,000t/a,該項目的主要設備有預洗滌單元急冷塔和深冷塔,吸收解吸單元吸收塔、解吸塔、胺液凈化裝置和再沸器。吸收塔和解吸塔均采用不銹鋼加規整填料設計,項目整體流程短、設備數量少、空間利用合理、占地面積小。設 計 吸 收 塔 入 口 煙 氣 流 量6,000Nm 3 /h,SO 2 入 口 濃 度37,000mg/Nm 3 , 該 項 目 自 2017年 6 月投入運行,實際運行 SO 2 排放在 50mg/Nm 3 以下。解吸的飽和水 SO 2 產品氣,送入前端硫磺回收(克勞斯)裝置增加硫磺產量。整個設計沒有額外的副產物產生,同時含鹽廢水產生量少,是一種既可以滿足嚴格排放要求,又沒有過多廢水和固廢的環境友好型環保工藝。

總結
 
CANSOLVSO 2 清潔系統作為一種高效,節能的 SO 2 脫除技術,在全球范圍內都得到了很好的應用。技術和經濟優勢如下:實現 SO 2 超低排放,可滿足非常嚴苛的排放標準如 <50mg/Nm 3 ,總硫回收率提高至 99.9%,幫助企業實現全廠硫管理;符合中國行業安全環保健康標準,不產生二次污染,整個工藝裝置不使用危化品或危害品 ; 工藝成熟、運行可靠穩定,設計能實現系統 5 年安全穩定運行流程簡單;弱酸性氣 - 液相運行環境,不存在磨損和結垢堵塞問題 ; 可適應煙氣中大范圍 SO 2 濃度的波動,通過調峰設計可以實現下游裝置平穩運行;吸 收 劑 性 能 優 異, 對 SO 2 吸 收 選擇性好,不揮發,使用壽命長,約7~10 年;投資成本較低,模塊化設備設計及制造可進一步降低可實現;運行費用低于傳統煙氣脫除技術,運行成本不會隨含硫量的上升而明顯增加,且煙氣中 SO 2 濃度越高,單位脫硫的運行成本越經濟;系統副產的高純度飽和 SO 2 氣體,能用于制備硫磺或硫酸,為企業帶來經濟收益。
 
CANSOLV SO 2 清潔系統脫硫效率高,經濟效益好,能滿足國家日益嚴格的環保要求。工藝路線的靈活性可以適合不同的行業煙氣脫硫的應用,幫助客戶以最小的投資和運行費用實現煙氣的達標排放。作為始終以創新和技術核心的公司,CANSOLV 一直致力于工藝優化和更加高效的胺液的研發,幫助不同的行業的客戶解決環保問題,提供最優的經濟、高效脫硫技術解決方案。另外,我們的高效 CO 2 捕集技術能夠幫助實現 CO 2 的封存,在未來減少人類活動的碳足跡。

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