烟气活性炭脱硫富集SO_2制酸技术实践_张丹

当前我国燃煤电厂的SO 2排放量位于全国SO 2

排放总量的首位，占比高达60%以上。一方面，SO 2排放造成巨大的环境污染问题和经济损失，另一方面，我国又是硫资源相对匮乏的国家，每年化工、化肥等生产行业需进口大量的硫磺原料。因此，如果在脱除燃煤电厂烟气污染物质SO 2同时实现SO 2的有效回收利用，将SO 2转变为高经济附加值的化工产品，将是一项兼具社会价值和经济价值的重要技术实践，能够实现社会、环境和经济效益的最大化。

中国华粮物流集团北良有限公司大连热力分公司（下文简称：西咀热电厂）地处大连北良港，装备3台130t/h 锅炉，预留1台机组的扩建。装机规模为1台15MW 抽凝式汽轮机，1台15MW

背压式汽轮机，两台15MW 空冷式发电机，并配

备相应的配套设施。主要经营电力生产，以及供热、供电、供汽的服务，主要服务客户为坐落在北良园区内的各个中外临港粮油企业，以及附近的石油化工企业。2015年12月，一重集团大连工程建设有限公司采用EPC 方式为西咀热电厂建设锅炉烟气脱硫脱硝除尘一体化治理工程。该脱硫脱硝一体化装置负责对原烟气进行净化，脱硫后的洁净烟气从烟囱排放到大气中，富集了SO 2的活性炭在再生塔内解析出SO 2烟气（下称：SRG 气体），SRG 气体被送往制酸单元进行制酸处理（见图1）。该制酸装置于2017年1月建成并投产，各项指标均达到设计要求，生产出的浓硫酸达到GB/T 534—2002《工业硫酸》规定的一等品指标要求。

1．一重集团大连工程建设有限公司助理工程师，辽宁大连1161132.中国石油集团东北炼化工程有限公司工程师，辽宁

大连

116085

烟气活性炭脱硫富集SO 2制酸技术实践

张丹1，鲁力玮2

摘要：以西咀热电厂烟气活性炭脱硫富集SO 2烟气制酸工程为例，针对燃煤电厂脱硫富集SO 2烟气流量小、温度高、SO 2浓度高、尘含量高并含有氟、氯、氨、汞等有害杂质的特点，采取一转一吸烟气富集SO 2制酸工艺，该工艺装置投产后运行稳定，各项工艺指标均达到设计要求，既满足环保法律规定的排放标准，又实现了资源的回收利用，取得很好的社会、环境和经济效益。关键词：燃煤电厂；活性炭；硫酸制备工艺中图分类号：X701

文献标识码：A

文章编号：1673-3355（2017）02-0008-05

Sulfuric Acid Production Technology by Using Enriched SO2from Activated Carbon -Desulfurized Flue Gas Zhang Dan ，Lu Liwei

Abstract:The paper takes the sulfuric acid production project of West Tsui power plant for example to explain that the single-conversion single -absorption sulfuric acid production process with enriched SO 2from desulfurized flue gas is preferred because the flue gas from coal fired power plants features low flow rate,high temperature,high SO 2concentration and high dust content as well as contains detrimental impurities,such as fluorid,chlorine,ammonia and mercury.The equipment for this technology runs stable after being put into operation and all technical indexes meet the design requirement.The flue gas cleaned with this technology complies with the discharge standard specified by the environmental protection laws and furthermore the technology makes resource recycle possible and brings higher social,environmental and economic benefits for the plant.

Key words:coal-fired

power plant ；activated carbon ；sulfuric acid production technology

10.3969/j.issn.1673-3355.2017.02.008

1原理与应用

该烟气活性炭脱硫脱硝除尘一体化技术来源于

长春惠工净化工业有限公司，该技术的特点是利用催化剂的吸附和催化还原性能，能够同时吸附和脱除多种有害物质。该一体化系统主要由系净化单元、再生单元及制酸单元等组成。1.1

净化单元

净化反应器是整个净化系统的关键设备。SO 2、NO x 、二英、粉尘等污染物的吸附过程全部在净化反应器内完成。净化反应器采用分层移动床型净化反应器，由三个反应室组成，分别为前室、中室和后室，且在不同的部位设入口格栅、中间多孔板及出口微格栅。在每个反应室中，活性炭催化剂的移动速度由各自的辊式给料阀控制。每个净化反应器从上至下包括催化剂布料器、催化剂分布管、催化剂给料阀、催化剂吸附模块、催化剂辊式给料阀、催化剂下料仓，以及催化剂给料阀。1.2

再生单元

再生单元的核心设备为再生反应器，由上至下主要由催化剂异相给料阀、再生反应器预热段、加热段、冷却段、催化剂异相给料阀、振动筛、粉炭

储罐组成。在再生反应器加热段，吸附了污染物质的活性炭催化剂被加热到400℃，并保持3h 以上，被活性炭催化剂吸附的SO 2被释放出来，生成SRG 气体，SRG 气体被输送至硫酸制备单元处理。1.3

烟气SO 2吸附及解析的原理烟气SO 2吸附及解析的原理如下：（

1）SO 2吸附过程（*表示吸附状态）①物理吸附（SO 2分子的向AC 细孔移动）SO 2→SO 2*

②化学吸附（在AC 细孔内的化学反应）SO 2*＋O*→SO 3*

SO 3*＋n H 2O*→H 2SO 4*+(n -1)H 2O*③生成硫酸盐

H 2SO 4*＋NH 3→NH 4HSO 4*

NH 4HSO 4*＋NH 3→（NH 4）2SO 4*

（2）SO 2解析再生过程①硫酸的分解反应H 2SO 4·H 2O →SO 3＋2H 2O

SO 3＋1/2C →SO 2＋1/2CO 2（

化学损耗）H 2SO 4·H 2O ＋1/2C →SO 2＋2H 2O ＋1/2CO 2②硫酸铵盐的分解反应NH 4HSO 4→SO 3＋NH 3＋H 2O SO 3＋2/3NH 3→SO 2＋H 2O ＋1/3N 2

NH 4HSO 4→SO 2＋2H 2O ＋1/3N 2＋1/3NH 3

图1

烟气脱硫脱硝除尘一体化系统流程示意图

口恶

1.4

活性炭脱硫脱硝除尘一体化技术的优势

（1）该活性炭烟气脱硫脱硝除尘一体化项目投产后将会极大改善周围环境的空气质量，对大气环境质量的改善将起到明显作用，当地大气二氧化硫及其他污染将会得到有效控制。该一体化项目能起到环保示范作用，具有较好的环境效益和社会效益。

（2）该活性炭脱硫脱硝除尘一体化项目生产的含矿粉的活性炭粉都可回收利用，不会造成二次污染。

（3）该活性炭脱硫脱硝除尘一体化项目完成后，可以生产98%的浓硫酸7000t/a ，既实现了对SO 2污染的治理，同时也实现了变废为宝，从SRG 富集SO 2气体转化得到的浓硫酸，具有很高的经济价值和社会价值。

（4）相比于湿法烟气净化技术存在二次污染、工艺复杂、设备管道腐蚀的缺点，活性炭脱硫脱硝除尘一体化不涉及设备、管道的腐蚀问题，不会产生二次污染，现场环境良好，符合当前的环保发展理念。

2SRG 烟气的特点

活性炭吸附性能越好，则烟气中SO 2及其他有

害物质富集到活性炭中的趋势也就越强。从西咀热

电厂的运行数据来看，经过净化的烟气几乎不含有SO 2等有害物质，而在SRG 气体中除了SO 2得到富集外，其他有害物质同样得到了很好的富集，然而有害杂质对于制酸单元生产的硫酸的质量具有很大影响。

SRG 气体（见表1）具有以下特点：（1）烟气流量小，而温度高，3台130t/h 锅炉SRG 气体流量（干基）约为1525.78Nm 3/h ，SRG 气体温度为400℃，压力为常压。由于烟气流量小导致硫酸制备规模小，如果按7000t/a 生产的98%浓硫酸能力，在设计制酸系统时将面临设备尺寸的选型困难；（2）SRG 气体含H 2O 量高，3台130t/h 锅炉

SRG 气体φ（H 2O ）为33.2%；（3）SRG 气体SO 2浓度高，3台130t/h 锅炉SRG 气体φ（SO 2）≥30%（干基）；（4）SRG 气体中氨、氟、氯等有害物质含量高，φ（NH 3）≥3.5%，φ（HCL ）≥1.8%，φ（HF ）≥0.12%；（5）SRG 气体中CO 2含量高，φ（CO 2）≥6.1%；（6）SRG 气体中粉尘含量高，粉尘含量平均在2000mg /m 3左右，粉尘的主要成分为活性炭，占总尘量的近80%。

3

硫酸制备单元的工艺选择

3.1

硫酸制备单元概况

硫酸制备单元采用适合活性焦烟气脱硫，解析二氧化硫制酸的成熟可靠技术，工艺流程为一转一吸，硫酸制备单元范围自烟气送入净化工段开始，至生产出合格的硫酸产品为止。硫酸制备单元包括净化工段、干吸工段、转化工段。系统按7000t/a 生产98%浓硫酸的能力设计。生产出的浓硫酸的产品质量符合GBT 534-2014国家标准的一等品（见表2）。

3.2净化工段

采用“绝热蒸发封闭酸洗净化工艺，空、动、

填、电、电”流程（见图2）。系统组成设备的配

置为空塔、动力波洗涤器、填料塔、稀酸板式换热器、二级电除雾器、西恩过滤器、脱吸塔等。炉气首先进入空塔与从塔顶部喷射出的1%～5%稀酸相接触，稀酸中的水分被绝热蒸发，炉气的显热转变为潜热，温度也随之降低。在除去炉气中的大部分粉尘、砷、氟、三氧化硫等杂质后，烟气进入动力波洗涤器、填料洗涤塔里进一步除去炉气中的杂质并得到冷却，使大部分水汽冷凝，温度降到40℃以下，再经过二级落地式电除雾器，除去残余的砷、粉尘和酸雾等杂质。出净化工序的气体中粉尘含量≤2mg/Nm 3，酸雾量≤5mg/Nm 3。

空塔为塔槽一体化结构。循环槽内的洗涤稀酸，经循环泵送入空塔内循环洗涤；从塔底部流出

SO 2（%）（干）SO 3（%）（干）NH 3（%）（干）HCL （%）（干）HF （%）（干）≤300.25 3.5 1.80.12

CO 2（%）（干）N 2（%）（干）H 2O （%）（湿）粉尘

（mg/Nm 3

）

6.1

58.23

33.2

2000

表1原料气组成

表2一等品硫酸产品质量指标

产品等级H 2SO 4（w%）≥灰份（w%）≤Fe （w%）≤As （w%）≤一等品92.5或980.030.0100.001

Pb （w%）≤Hg （w%）

≤透明度（

mm ≥）色度0.02

0.01

50

不深于标准色度

的稀酸由泵打入西恩过滤器，经过滤后的大部分清液流回循环槽，少部分经脱吸塔脱除SO 2后排至设在地下的污酸槽，用污酸泵送入槽车拉出线外处理；为降低循环稀酸中溶解的As 、F 等有害杂质，从西恩过滤器定期排放出的少量带泥浆的稀酸也进入到地下污稀酸槽内。动力波洗涤器也是塔槽一体化结构。循环槽内的洗涤稀酸，经循环泵送入动力波洗涤器内循环洗涤。填料洗涤塔同样为塔槽一体结构。填料塔循环槽内的洗涤稀酸，经循环泵送经稀酸板式换热器降温至35℃后进入到填料塔顶部的淋洒装置进行循环洗涤。所需冷却水采用循环冷却水。

为控制各循环槽内稀酸的浓度及保持液位的稳定，确保炉气中含As 、F 等有害杂质浓度达标，需要将系统多余的水份排出。为此，各循环槽均设置了加水口、溢流口和液位计。

板式稀酸冷却器具有冷却效果好，投资省，占地小等优点，尤其是当烟气中SO 2浓度低，而且在夏天需生产98%酸的情况下优势将更加明显。本

工程采用板式稀酸冷却器，用循环水冷却进入填料塔的稀酸，用低温稀酸洗涤降低炉气的温度，使气体得到净化和冷却，确保干吸工段的水平衡。为了防止空塔循环泵突然断电后，高温烟气烧毁净化工段设备和管道，净化工段设置有高位水喷淋装置，在洗涤器断酸时自动放水以确保设备及管道的安全运行，并设高温断酸报警及连锁自控装置。3.3

干吸工段

由干吸工段流程示意图可知（见图3），经净化后的炉气配入洁净空气，调节净化气的浓度后进入干燥塔，用93%的硫酸喷淋吸收净化气中的水份，使净化气中的水份降至0.1g/m 3以下，经金属丝网除沫后由SO 2风机将净化气送至转化工段。经转化器第一、二、三、四层转化后的转化气进入过滤器，在过滤掉杂质以后进入吸收塔，在吸收塔内用98%的硫酸吸收其中的SO 3，尾气经纤维除雾器除雾后返回脱硫系统。每段转化器工作时产生的热量通过各自的换热器及空气换热器换热后，烟气在

图2净化工段流程示意图

图3

干吸工段流程示意图

转化器各段内部进行转化。干吸塔分酸装置为管式分酸器，管式分酸器分酸点多，分酸均匀，每平方米分酸面积达24个分酸点。考虑到装置经济实用，先进可靠，干吸塔均采用塔槽一体化结构，低位布置，这样可以节省土建投资及泵的能耗。干燥酸时产生的稀释热，吸收酸时产生的反应热，通过各自的阳极保护管壳式酸冷却器移走热量。干燥塔、吸收塔分设循环泵槽及循环酸泵，干吸系统通过串酸、加水和产出的成品酸量来维持各循环酸槽中酸的浓度及循环槽酸液位的平衡。循环酸流程采用：塔—槽—泵—酸冷却器—塔（即泵后冷却流程）。在吸收塔前设置的过滤器用于将酸液中的灰分、Fe、As、Pb、Hg等杂质过滤出来，最终生产出98%或93%的硫酸产品。产品酸从吸收或干燥的管壳式酸冷却器出口的酸侧引出，直接送往地下槽，泵入贮酸罐储存。成品酸流经地下浓酸槽，用浓酸槽泵泵入高位计量槽计量后注入槽车外售。

3.4转化工段

转化工段选用进口触媒，转化器总转化率≥96％以上，转化器为四段式结构（见图4）。采用四段一次转化和Ⅳ、Ⅲ、Ⅱ、Ⅰ换热及5#空气冷却的换热流程。来自SO2风机的烟气，依次经过Ⅳ、Ⅲ、Ⅱ、Ⅰ换热器的管间，与转化器四层、三层、二层、一层出来的高温SO3气换热，温度升至430℃后进入转化器，经一、二、三、四层转化、换热后的转化气降温至180℃后进入过滤器，再进入吸收塔，用98%的硫酸吸收其中的SO3。转化富余的热量用空气冷却。

系统开车时，转化器必须提前升温，为此在转化器的第一段设升温电炉。用电加热干燥空气，用于转化系统的升温预热。为了调节转化器各层的反应温度，转化工段设置了必要的副线和阀门。在SO2风机出口设有SO2浓度分析仪，通过自调阀自动调节补充空气量来控制SO2的浓度。在SO2风机的进口端设置电动碟阀用于自动调节进入净化工段的酸性气的压力，以保证制酸上游单元在微正压状态下的正常操作；转化器一段（其余三段副线碟阀由人工调节）副线的电动碟阀由DCS系统自控。

3.5DCS系统

硫酸制备单元采用DCS对整个工艺过程进行操作和控制，整个硫酸装置设一个总控制室（并入脱硫控制室内），生产过程中的主要参数如温度、压力、流量、物位、介质成份等的显示、检测、记录、报警、自动调节和安全联锁等，都由该集散控制系统（DCS）控制。

4结语

尽管该烟气活性炭脱硫富集SO2烟气制酸工程已经达到设计目标，排除的烟气及生产的硫酸达到国家标准的要求，但活性炭吸附法SRG烟气制酸过程中仍有许多问题需要作进一步探索。在今后的SRG烟气制酸项目设计中应注意以下几点:

（1）相比于用硫磺发硫酸的制备工艺，活性炭吸附法SRG烟气硫酸制备系统的生产规模普遍较小，设备、管道规格小，在进行设备选型时有必要进行有针对性的设计，以适应当前干法烟气净化技术的发展趋势。如有可能，可以在一个区域实施多家干法烟气SRG气体联合制酸项目，以增加硫酸制备的规模，降低制酸成本。

（2）在北方严寒地区投建的硫酸制备项目必须充分考虑好防冻保温的问题，如在净化工段设置SO2循环泵房，对净化工段循环泵及管道必须进行保温处理等，以防止循环泵及管路的冻结。

（3）与两转两吸工艺相比，一转一吸工艺的投资小，设备流程简单，占地面积小，电耗低。并且制酸后的尾气经活性炭脱硫后可直接排放，且脱硫尾气中SO2的浓度比二转二吸制酸尾气降低80%～90%，所以更加适合当前燃煤电厂干法脱硫尾气SO2制酸工艺项目。

参考文献

[1]邓华．燃煤烟气硫硝碳在分子筛上的吸附行为与共吸附脱除研

究[D]．昆明：昆明理工大学，2012.

[2]曲余玲，毛艳丽，张东丽.烧结烟气脱硫技术应用现状及发展

趋势［J］.冶金能源，2010(6)：51－56.

[3]杨毅，岑祖望.可资源化活性焦烟气脱硫技术简介［J］.硫酸工

业，2007(1):46－49.

[4]刘静，翟尚鹏，岑祖望，等.活性焦吸附法硫酸尾气脱硫装置

的设计与运行［J］

.硫酸工业，2010(3)：28－31.

收稿日期：2017-03-31

图4转化工段流程示意图