技术前沿

技术前沿

新型催化法硫酸尾气处理技术的开发与应用

新型催化法烟气处理技术是在传统的炭法脱硫技术基础上发展而成的,其核心是脱硫催化剂。脱硫催化剂是四川大学国家烟气脱硫工程技术研究中心自主开发的,集成纳米多孔材料的纳米空间效应、活性组分和助催化剂的功能,在低温(50-200℃)、低浓度(≤1%)下实现了SO2的催化氧化。这种催化剂使用寿命长、可回收再利用,并实现了规模化生产。同时开发了相应的脱硫工艺和设备,解决了工程放大的关键技术和设备问题,实现了低成本稳定运行、能有效的应对气量和浓度的波动,达到了硫资源回收利用。与传统催化剂相比区别在于,其突破了低温催化的技术难点,具有高效的脱硫能力。脱硫催化剂使用寿命较长,不需持续添加,只需每年维护即可。

该技术的特点是：①脱硫效率高。可达95%以上,工程实践中甚至出现了100%的脱硫效率,达到新国标的排放要求;②适应性强。可以很好地适应烟气的气量变化大,烟气中SO2浓度波动大,烟气成分复杂以及烟气温度在50-200℃变化的大范围波动情况;③运行费用低。脱硫剂一次添加长期使用,省去了不间断添加脱硫剂的成本。装机容量低,电耗少,动设备仅为几台间歇运作的泵;④无二次污染。工艺流程短,处理硫酸尾气唯一副产品为硫酸,可资源化利用,无其他废弃污染物外排。

目前已开发成功的新型催化法用于处理硫酸尾气成套技术,其中催化剂、设备和工艺形成了专有技术,已获授权发明专利11项,实用新型专利5项。采用低温非钒系催化剂,使SO2氧化成SO3生成稀硫酸,从而有效脱除硫酸尾气中的SO2,保证排放尾气中SO2质量分数≤50mg/m3,符合GB2132-2010《硫酸工业污染物排放标准》所规定的限值。

该技术自2009年开始产业化研究以来,现已在大型硫酸装置尾气处理系统中成功应用,SO2排放浓度优于国家相关行业标准。2014年5月26日在四川成都举行的中国石油和化学工业联合会科技成果鉴定会上,由中国化学工程第六建设有限公司、四川大学、成都国化环保科技有限公司共同完成的科技成果“新型催化法硫酸尾气处理及资源化利用”成功通过鉴定,被鉴定委员会认为总体技术达到国际领先水平,并提出进一步加大成果的推广应用的建议。

在目前所有脱硫技术中,新型催化法技术由于其脱硫采用的是催化法,脱硫过程中不消耗脱硫剂,催化剂使用寿命长,因此可节省很大一部分费用,其运行成本最低,主要运行成本为电耗和催化剂折旧摊销。而电耗相对于其他技术来说,也低得多,其他技术如碱法、氨法、离子液法等均为喷淋塔作业,因此动设备需要一直开启,活性焦法采用移动床,动设备多,电耗更高。新型催化法的动设备仅为一用一备的两台再生泵,而这两台泵均为间歇运行,仅在再生时开启,因此电耗很低。

相比传统碱法或者石灰石石膏法来说,新型催化法技术的初期建设投资相对较高,但相比同类资源回收型的几个新型技术如活性焦法、离子液法来说,投资相对较低,处于中间水平。与传统技术相比,该技术具有脱硫效率高、工艺技术独特等特点,可有效解决硫酸装置尾气处理在新标准实施后的难题,具有显著的经济效益、环境效益和广阔的应用前景。

新型催化法烟气脱硫技术自工程化推广以来, 2011年第一套工程化装置开始在湖北大冶有色金属集团控股有限公司冶炼厂年产98万吨硫酸装置投入运行。硫酸尾气首先由风机送入预处理系统进行除尘、调质,使之各项指标满足脱硫工艺要求,然后进入脱硫塔脱硫。经布气管道尾气进入脱硫区,经过脱硫催化剂层时,硫酸尾气中的SO2、O2、H2O分子被脱硫催化剂捕捉,SO2经氧化吸收生成硫酸。大冶有色冶炼厂脱硫装置每天约产生100吨20%左右的硫酸,此部分硫酸全部回用到硫酸系统作为干吸工段添加水进行再利用,每年可实现硫酸装置增产约7000吨,按照每吨硫酸300元的价格,可实现副产品盈利210万元,基本上能够抵消其全年的绝大部分运行成本。尾气SO2排放质量分数一般都保持在100mg/m3以下,完全符合国家400mg/m3的排放标准,其他包括粉尘、酸雾等指标也完全符合新的国家排放标准。

经过在大冶有色冶炼厂两年多的工程应用探索,该技术已成功解决了工程放大的关键技术和设备问题,目前已在中化重庆涪陵化工有限公司年产120万吨硫酸装置、广东云浮金泰化工有限公司年产21万吨硫酸装置、湖北京襄化工有限公司年产30万吨硫酸装置、陕西汉中锌业有限责任公司综合回收年产8万吨硫酸装置的尾气治理工程中应用,并在业界有了一定的知名度和影响力,为下一步的市场推广奠定了坚实的基础。

新型催化法技术作为一种高效、资源化利用的烟气脱硫技术,具备了全面推广所需的各种条件和素质,完全符合国家对环境经济发展战略转型的5条标准,也符合循环经济的减量化、再利用和再循环的3R原则,成为符合现阶段技术发展要求的烟气脱硫技术之一,对于切实改善当前我国严峻的大气污染减排形势能起到重要作用。

(汪家铭)