离子液结晶对硫酸尾气脱硫系统运行的影响分析

2021-11-04卓俭进朱兴荣孙冰清

硫酸工业 2021年7期

卓俭进，肖凯，朱兴荣，孙冰清

（1.河南中原黄金冶炼厂有限责任公司，河南三门峡 472000；2.河南省黄金资源综合利用重点实验室，河南三门峡 472000）

河南中原黄金冶炼厂有限责任公司（以下简称中原黄金冶炼厂）铜冶炼配套单系列1 300 kt/a冶炼烟气制酸装置于2015年建成投产。制酸尾气处理配套采用离子液脱硫、臭氧脱硝、碱液喷淋等先进的环保工艺，烟囱外排尾气颗粒物(ρ)＜5 mg/m3、ρ(SO2)＜ 50 mg/m3、ρ(NOx)＜ 60 mg/m3，各项排放指标均达到国内铜冶炼A类企业排放标准[1]。制酸尾气离子液脱硫系统在运行过程中容易出现结晶，进而导致脱硫塔阻力上升、贫富液板式换热器堵塞、贫液流量不稳定、脱硫效率下降等一系列问题，使得离子液脱硫系统操作难度加大。不仅影响生产系统稳定运行，还额外增加能耗，严重时离子液脱硫系统要停车处理。离子液结晶造成脱硫系统堵塞已成为离子液脱硫工艺普遍存在的问题和行业关注的焦点[2]。

1 制酸尾气环保治理工艺

中原黄金冶炼厂铜冶炼烟气制酸生产装置尾气处理采用离子液脱硫+臭氧脱硝+碱液喷淋等环保治理技术，制酸尾气环保治理工艺流程见图1。

图1 制酸尾气环保治理工艺流程示意

离子液脱硫塔是制酸尾气脱硫的核心装置，脱硫塔内自下而上依次为循环槽、吸收段、回收段和捕沫段[3]。制酸尾气从吸收段底部进入，自下而上与贫液在填料层进行逆向接触，贫液吸收SO2后变为富液送去再生。脱硫后烟气进入回收段，经脱盐水回收烟气中夹带的离子液，烟气再经塔顶捕沫网送出和臭氧混合后送入高效组合塔（碱液喷淋塔和高效电除雾器一体化布置），进一步脱硫、脱硝、除雾，最后送入烟囱达标排放。

烟囱排放烟气组分见表1。

表1 烟囱排放烟气组分

烟囱排放烟气污染物监测情况见表2。

表2 烟囱排放烟气污染物监测情况

2 离子液结晶不利影响

离子液脱硫系统一旦出现结晶，若处理不及时就会对脱硫装置运行造成堵塞，对生产的稳定运行埋下隐患。离子液结晶主要有以下不利影响：

1）脱硫塔运行阻力上升。脱硫塔正常运行阻力在2.0 kPa左右，一旦上升至3.5 kPa就会影响制酸主系统正常运行。

2）贫富液板式换热器堵塞。板式换热器一旦堵塞，经常体现在富液泵出口压力偏高或贫液上塔流量偏低等指标上，影响换热效果。

3）贫富液备用泵无法正常开启。低温环境下，若备用泵或管道内残存的离子液排空不及时，就容易结晶，导致备用泵无法正常投用。

4）离子液地下槽去吸收塔管道堵塞。日常生产需要定期添加新鲜离子液以补充离子液损耗，但在冬季生产时，离子液输送管极易结晶堵塞，导致管道无法正常使用。

2020年11月年度中修期间，生产人员在制酸尾气离子液脱硫塔检查中发现，底部循环槽、波纹填料层及填料格栅支撑板底部有大量结晶物（见图2～3），其中60%～80%为钠盐结晶。

图2 脱硫塔循环槽结晶

图3 脱硫塔填料格栅支撑板结晶

由于制酸尾气脱硫塔内部结晶现象严重，已影响离子液脱硫系统正常运行，需要对塔底结晶人工清理并进行洗塔作业。

3 离子液结晶原因分析

随着脱硫系统离子液的往复循环使用，其中富集的热稳定性盐（主要以钠盐为主）逐渐增加，ρ(Na+)高达10 g/L以上。日常生产过程中，主要通过脱盐系统、冷冻冰机脱钠装置间歇置换脱除热稳定性盐。当离子液中盐分含量达到溶解度上限，或者离子液温度低于凝固点时，离子液中就会大量形成结晶物。离子液组分复杂，其凝固点的高低与离子液浓度及盐分含量有很大关系。

制酸尾气为干烟气，进脱硫塔前烟气温度为70～80 ℃，出塔烟气为湿烟气，烟气温度为30～35℃，进塔贫液温度为40～45 ℃，下塔富液温度维持在20～25 ℃。制酸尾气在和离子液接触后发生绝热蒸发反应，烟气带走大量水分，而水分蒸发需要消耗大量热量，从导致离子液温度下降20 ℃左右，又因离子液不断浓缩，从而形成结晶物。