氨法脫硫工藝皆是根據氨與SO2、水反應成脫硫產物的基本機理而進行的,主要有溼式氨法、電子束氨法、脈衝電暈氨法、簡易氨法等。
1、電子束氨法(EBA法)與脈衝電暈氨法(PPCP法)
電子束氨法與脈衝電暈氨法分別是用電子束和脈衝電暈照射噴入水和氨的、已降溫至70℃左右的煙氣,在強電場作用下,部分煙氣分子電離,成為高能電子,高能電子啟用、裂解、電離其他煙氣分子,產生OH、O、HO2等多種活性粒子和自由基。在反應器裡,煙氣中的SO2、NO被活性粒子和自由基氧化為高階氧化物 SO3、NO2,與煙氣中的H2O相遇後形成H2SO4和HNO3,在有NH3或其它中和物注入情況下生成(NH4)2SO4/NH4NO3的氣溶膠,再由收塵器收集。脈衝電暈放電煙氣脫硫脫硝反應器的電場本身同時具有除塵功能。
這兩種氨法能耗和效率尚要改進,主要裝置如大功率的電子束加速器和脈衝電暈發生裝置還在研製階段。
2、簡易氨法
簡易氨法已商業化的有TS、PS氨法脫硫工藝等,主要利用氣相條件下的H2O、NH3與SO2間的快速反應設計的簡易反應裝置,嚴格地講簡易氨法是一種不回收的氨法,其脫硫產物大部分是氣溶膠狀態的不穩定的亞銨鹽,回收十分困難,氨法的經濟性不能體現;且脫硫產物隨煙氣排空後又會有部分分解出SO2,形成二次汙染。所以,該工藝只能用在環保要求低、有廢氨水來源、不要求長期執行的裝置上。
3、溼式氨法
溼式氨法是目前較成熟的、已工業化的氨法脫硫工藝,並且溼式氨法既脫硫又脫氮。溼式氨法工藝過程一般分成三大步驟:脫硫吸收、中間產品處理、副產品製造。根據過程和副產物的不同,溼式氨法又可分為氨-硫銨肥法、氨-磷銨肥法、氨-酸法、氨-亞硫酸銨法等。
(1)吸收過程:
脫硫吸收過程是氨法煙氣脫硫技術的核心,它以水溶液中的SO2和NH3的反應為基礎:
SO2+H2O+xNH3 = (NH4) xH2-XSO3 (1)
得到亞硫酸銨中間產品。其中,x=1.2-1.4。
直接將亞銨製成產品即為亞硫酸銨法
(2)中間產品處理
中間產品的處理主要分為兩大類:直接氧化和酸解。
a) 直接氧化——氨-硫銨肥法
在多功能脫硫塔中,鼓入空氣將亞硫銨氧化成硫銨,其反應為:
(NH4)XH2-XSO3+1/2O2 +(2-x)NH3=(NH4)2SO4 (2)
b) 酸解——氨酸法
用硫酸、磷酸、硝酸等酸將脫硫產物亞硫銨酸解,生成相應的銨鹽和氣體二氧化硫。反應如下:
(NH4)XH2-XSO3+x/2H2SO4=x/2(NH4)2SO4+SO2+H2O (3)
(NH4)XH2-XSO3+xHNO3=xNH4NO3+SO2+H2O (4)
(NH4)XH2-XSO3+x/2H3PO4=x/2(NH4)2HPO4+SO2+H2O (5)
(3)副產品製造
中間產品經處理後形成了銨鹽及氣體二氧化硫。銨鹽送制肥裝置製成成品氮肥或複合肥;氣體二氧化硫既可製造液體二氧化硫又可送硫酸制酸裝置生產硫酸。而生產所得的硫酸又可用於生產磷酸、磷肥等。
4、溼式氨法的脫氮作用
溼式氨法在脫硫的同時又可起一定的脫氮作用。
反應式為:
2NO十02=2N02
2N02十H20=HN03 + HN02
NH3+ HN03 = HN4NO3+H2O
NH3+ HN02 = HN4NO2+H2O
4(HN4)2SO3+ 2N02 = N2 +4(HN4)2SO4
溼式氨法脫硫工藝系統一般組成
氨水洗滌脫硫工藝裝置主要由脫硫洗滌系統、煙氣系統、氨貯存系統、硫酸銨生產系統(若非氨-硫銨法則是於其工藝相對應的副產物製造系統)等組成。核心裝置是脫硫洗滌塔。
幾種溼式氨法脫硫工藝:
(1) Walther氨法工藝
溼法氨水脫硫工藝最早是由克盧伯(krupp kroppers)公司開發於七八十年代的氨法Walther工藝。除塵後的煙氣先經過熱交換器,從上方進入洗滌塔,與氨氣(25%)並流而下,氨水落入池中,用泵抽入吸收塔內迴圈噴淋煙氣。煙氣則經除霧器後進入一座高效洗滌塔,將殘存的鹽溶液洗滌出來,最後經熱交換器加熱後的清潔煙氣排入煙囪。
(2)AMASOX氨法工藝
傳統的氨法工藝遇到的主要問題之一是淨化後的煙氣中存在氣溶膠問題沒得到解決。能捷斯-比曉夫公司對傳統氨法進行了改造和完善為AMASOX法。主要改進是將傳統的多塔改為結構緊湊的單塔、並在塔內安置溼式電除霧器解決氣溶膠問題。
(3)GE氨法工藝
90年代,美國的GE公司也開發了氨法工藝,並在威斯康辛州的kenosha電廠建一個500MW的工業性示範裝置。該工藝流程為:除塵後的煙氣從電廠鍋爐後引出,經換熱器後,進入冷卻裝置高壓噴淋水霧降溫、除塵(去除殘存的煙塵),冷卻到接近飽和和露點溫度的潔淨煙氣再進入到吸收洗滌塔內。吸收塔內佈置有兩段吸收洗滌層,使洗滌液和煙氣得以充分的混和接觸,脫硫後的煙氣經塔內的溼式電除塵器除霧後,再進入換熱器升溫,達到排放標準後經煙囪排入大氣。脫硫後含有硫酸銨的洗滌液經結晶系統形成副產品硫酸銨。
(4)NKK氨法
NKK氨法是日本鋼管公司開發的工藝。該吸收塔具有一定的特點,分三段。從下往上,下段是預洗滌除塵和冷激降溫,在這一段,沒有吸收劑的加入。中段是第一吸收段,吸收劑從此段加入。上段作為第二吸收段,但是不加吸收劑,只加工藝水。吸收處理後的煙氣經加熱器升溫後排向煙囪。亞硫銨氧化在單獨的氧化反應器中進行。需要的氧由壓縮空氣補充,氧化剩餘氣體排向吸收塔。
氨法脫硫工藝皆是根據氨與SO2、水反應成脫硫產物的基本機理而進行的,主要有溼式氨法、電子束氨法、脈衝電暈氨法、簡易氨法等。
1、電子束氨法(EBA法)與脈衝電暈氨法(PPCP法)
電子束氨法與脈衝電暈氨法分別是用電子束和脈衝電暈照射噴入水和氨的、已降溫至70℃左右的煙氣,在強電場作用下,部分煙氣分子電離,成為高能電子,高能電子啟用、裂解、電離其他煙氣分子,產生OH、O、HO2等多種活性粒子和自由基。在反應器裡,煙氣中的SO2、NO被活性粒子和自由基氧化為高階氧化物 SO3、NO2,與煙氣中的H2O相遇後形成H2SO4和HNO3,在有NH3或其它中和物注入情況下生成(NH4)2SO4/NH4NO3的氣溶膠,再由收塵器收集。脈衝電暈放電煙氣脫硫脫硝反應器的電場本身同時具有除塵功能。
這兩種氨法能耗和效率尚要改進,主要裝置如大功率的電子束加速器和脈衝電暈發生裝置還在研製階段。
2、簡易氨法
簡易氨法已商業化的有TS、PS氨法脫硫工藝等,主要利用氣相條件下的H2O、NH3與SO2間的快速反應設計的簡易反應裝置,嚴格地講簡易氨法是一種不回收的氨法,其脫硫產物大部分是氣溶膠狀態的不穩定的亞銨鹽,回收十分困難,氨法的經濟性不能體現;且脫硫產物隨煙氣排空後又會有部分分解出SO2,形成二次汙染。所以,該工藝只能用在環保要求低、有廢氨水來源、不要求長期執行的裝置上。
3、溼式氨法
溼式氨法是目前較成熟的、已工業化的氨法脫硫工藝,並且溼式氨法既脫硫又脫氮。溼式氨法工藝過程一般分成三大步驟:脫硫吸收、中間產品處理、副產品製造。根據過程和副產物的不同,溼式氨法又可分為氨-硫銨肥法、氨-磷銨肥法、氨-酸法、氨-亞硫酸銨法等。
(1)吸收過程:
脫硫吸收過程是氨法煙氣脫硫技術的核心,它以水溶液中的SO2和NH3的反應為基礎:
SO2+H2O+xNH3 = (NH4) xH2-XSO3 (1)
得到亞硫酸銨中間產品。其中,x=1.2-1.4。
直接將亞銨製成產品即為亞硫酸銨法
(2)中間產品處理
中間產品的處理主要分為兩大類:直接氧化和酸解。
a) 直接氧化——氨-硫銨肥法
在多功能脫硫塔中,鼓入空氣將亞硫銨氧化成硫銨,其反應為:
(NH4)XH2-XSO3+1/2O2 +(2-x)NH3=(NH4)2SO4 (2)
b) 酸解——氨酸法
用硫酸、磷酸、硝酸等酸將脫硫產物亞硫銨酸解,生成相應的銨鹽和氣體二氧化硫。反應如下:
(NH4)XH2-XSO3+x/2H2SO4=x/2(NH4)2SO4+SO2+H2O (3)
(NH4)XH2-XSO3+xHNO3=xNH4NO3+SO2+H2O (4)
(NH4)XH2-XSO3+x/2H3PO4=x/2(NH4)2HPO4+SO2+H2O (5)
(3)副產品製造
中間產品經處理後形成了銨鹽及氣體二氧化硫。銨鹽送制肥裝置製成成品氮肥或複合肥;氣體二氧化硫既可製造液體二氧化硫又可送硫酸制酸裝置生產硫酸。而生產所得的硫酸又可用於生產磷酸、磷肥等。
4、溼式氨法的脫氮作用
溼式氨法在脫硫的同時又可起一定的脫氮作用。
反應式為:
2NO十02=2N02
2N02十H20=HN03 + HN02
NH3+ HN03 = HN4NO3+H2O
NH3+ HN02 = HN4NO2+H2O
4(HN4)2SO3+ 2N02 = N2 +4(HN4)2SO4
溼式氨法脫硫工藝系統一般組成
氨水洗滌脫硫工藝裝置主要由脫硫洗滌系統、煙氣系統、氨貯存系統、硫酸銨生產系統(若非氨-硫銨法則是於其工藝相對應的副產物製造系統)等組成。核心裝置是脫硫洗滌塔。
幾種溼式氨法脫硫工藝:
(1) Walther氨法工藝
溼法氨水脫硫工藝最早是由克盧伯(krupp kroppers)公司開發於七八十年代的氨法Walther工藝。除塵後的煙氣先經過熱交換器,從上方進入洗滌塔,與氨氣(25%)並流而下,氨水落入池中,用泵抽入吸收塔內迴圈噴淋煙氣。煙氣則經除霧器後進入一座高效洗滌塔,將殘存的鹽溶液洗滌出來,最後經熱交換器加熱後的清潔煙氣排入煙囪。
(2)AMASOX氨法工藝
傳統的氨法工藝遇到的主要問題之一是淨化後的煙氣中存在氣溶膠問題沒得到解決。能捷斯-比曉夫公司對傳統氨法進行了改造和完善為AMASOX法。主要改進是將傳統的多塔改為結構緊湊的單塔、並在塔內安置溼式電除霧器解決氣溶膠問題。
(3)GE氨法工藝
90年代,美國的GE公司也開發了氨法工藝,並在威斯康辛州的kenosha電廠建一個500MW的工業性示範裝置。該工藝流程為:除塵後的煙氣從電廠鍋爐後引出,經換熱器後,進入冷卻裝置高壓噴淋水霧降溫、除塵(去除殘存的煙塵),冷卻到接近飽和和露點溫度的潔淨煙氣再進入到吸收洗滌塔內。吸收塔內佈置有兩段吸收洗滌層,使洗滌液和煙氣得以充分的混和接觸,脫硫後的煙氣經塔內的溼式電除塵器除霧後,再進入換熱器升溫,達到排放標準後經煙囪排入大氣。脫硫後含有硫酸銨的洗滌液經結晶系統形成副產品硫酸銨。
(4)NKK氨法
NKK氨法是日本鋼管公司開發的工藝。該吸收塔具有一定的特點,分三段。從下往上,下段是預洗滌除塵和冷激降溫,在這一段,沒有吸收劑的加入。中段是第一吸收段,吸收劑從此段加入。上段作為第二吸收段,但是不加吸收劑,只加工藝水。吸收處理後的煙氣經加熱器升溫後排向煙囪。亞硫銨氧化在單獨的氧化反應器中進行。需要的氧由壓縮空氣補充,氧化剩餘氣體排向吸收塔。