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遼陽天興離心機有限公司

LIAOYANG TIANXING CENTRIFUGE CO., LTD.

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氧化鎂法脫硫技術

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氧化鎂法脫硫技術

一、概述
  煤炭在我國的能源結構中所占比例很大,在我國的一次能源消費總最中,煤炭占75%,而國外平均為28%.在我國的電力構成中,火電占了80%,而火電中有95%以上燒煤.2000年,全國發電總耗煤量為6億噸,占煤炭總產量的60%,排放502800多萬噸,占全國排放總量的40%以上.而我國火電行業的煙氣脫硫才剛剛起步,具有脫硫設施的機組容量不到全部火電機組的5%。
  酸雨是當今世界三大環境問題之一。由于燃料燃燒產生的煙氣中SO2是形成酸雨的主要原因,世界各國都把煙氣脫硫作為控制SO2污染、防治酸雨危害的主要技術手段。隨著工業現代化程度的提高,我國環境問題變得越來越嚴重。SO2的排放量不斷增大,中國二氧化硫排放總量已居世界第一,超出大氣環境容量的80%以上,西南、華南等地出現大面積的酸雨,酸雨區面積約占國土面積的1/3,已成為繼北美、歐洲之后的世界第三大酸雨區。為控制以SO2排放為主造成的酸雨污染的惡化趨勢,我國新的大氣污染防治法已頒布,二氧化硫排放收費制全面推行,研究、開發、推廣應用各種脫硫技術已勢在必行。
  煙氣脫硫技術的發展日新月異,鎂法脫硫技術以其投資小、運行費用低、環保效益好、脫硫效率高,可回收副產品和產生一定的經濟效益等特點,同時又避免了大型濕法的諸多缺點,因此氧化鎂脫硫技術將會逐步得到更廣泛的應用,正越來越受到人們的關注。
 
二、氧化鎂脫硫工藝的技術特點
  1、技術成熟
  氧化鎂脫硫技術是一種成熟度僅次于鈣法的脫硫工藝,氧化鎂脫硫工藝在世界各地都有非常多的應用業績,其中在日本已經應用了100多個項目,臺灣的電站95%是用氧化鎂法,另外在美國、德國等地都已經應用,并且目前在我國部分地區已經有了應用的業績。
  2、原料來源充足
  在我國氧化鎂的儲量十分可觀,目前已探明的氧化鎂儲藏量約為160億噸,占全世界的80%左右。其資源主要分布在遼寧、山東、四川、河北等省,其中遼寧占總量的84.7%,其次是山東萊州,占總量的10%,其它主要是在河北邢臺大河,四川干洛巖岱、漢源,甘肅肅北、別蓋等地。因此氧化鎂完全能夠作為脫硫劑應用于電廠的脫硫系統中去。
  3、脫硫效率高
  在化學反應活性方面氧化鎂要遠遠大于鈣基脫硫劑,并且由于氧化鎂的分子量較碳酸鈣和氧化鈣都比較小。因此其它條件相同的情況下氧化鎂的脫硫效率要高于鈣法的脫硫效率。一般情況下氧化鎂的脫硫效率可達到95~98%以上,而石灰石/石膏法的脫硫效率僅達到90~95%左右。
  4、投資費用少
  由于氧化鎂作為脫硫本身有其獨特的優越性,因此在吸收塔的結構設計、循環漿液量的大小、系統的整體規模、設備的功率都可以相應較小,這樣一來,整個脫硫系統的投資費用可以降低20%以上。
  5、運行費用低
  決定脫硫系統運行費用的主要因素是脫硫劑的消耗費用和水電汽的消耗費用。氧化鎂的價格比氧化鈣的價格高一些,但是脫除同樣的SO2氧化鎂的用量是碳酸鈣的40%;水電汽等動力消耗方面,液氣比是一個十分重要的因素,它直接關系到整個系統的脫硫效率以及系統的運行費用。對石灰石石膏系統而言,液氣比一般都在15L/m3以上,而氧化鎂在3.5 L/m3以下,這樣氧化鎂法脫硫工藝就能節省很大一部分費用。同時氧化鎂法副產物的出售又能抵消很大一部分費用。
  6、運行安全有效
  鎂法脫硫相對于鈣法的最大優勢是系統不會發生設備結垢堵塞問題,能保證整個脫硫系統能夠安全有效的運行,同時鎂法PH值控制在6.0~6.5之間,在這種條件下設備腐蝕問題也得到了一定程度的解決。總的來說,鎂法脫硫在實際工程中的安全性能擁有非常有力的保證。
  7、綜合效益高
  由于鎂法脫硫的反應產物是亞硫酸鎂和硫酸鎂,綜合利用價值很高。一方面我們可以進行強制氧化全部生成硫酸鎂,然后再經過濃縮、提純生成七水硫酸鎂進行出售,另一方面也可以直接煅燒生成純度較高二氧化硫氣體來制硫酸。
  8、副產物利用前景廣闊
  我們知道硫酸被稱為“化學工業之母”,二氧化硫是生產硫酸的原料。我國是一個硫資源相對缺乏的國家,硫磺的年進口量超過500萬噸,折合二氧化硫750萬噸。另外硫酸鎂在食品、化工、醫藥、農業等很多方面應用都比較廣,市場需求量也比較大。鎂法脫硫充分利用了現有資源,推動了循環經濟的發展。
  9、無二次污染
  常見的濕法脫硫工藝里面,不可避免的存在著二次污染的問題。對于氧化鎂脫硫技術而言,對于后續處理較為完善,對SO2進行再生,解決了二次污染的問題。
 
三、氧化鎂法脫硫的反應機理
  氧化鎂的脫硫機理與氧化鈣的脫硫機理相似,都是堿性氧化物與水反應生成氫氧化物,再與二氧化硫溶于水生成的亞硫酸溶液進行酸堿中和反應,氧化鎂反應生成的亞硫酸鎂和硫酸鎂再經過回收SO2后進行重復利用或者將其強制氧化全部轉化成硫酸鹽制成七水硫酸鎂。
  脫硫過程中發生的主要化學反應有
  MgO+H2O=Mg(OH)2
  Mg(OH)2+SO2=MgSO3+H2O
  MgSO3+H2O+SO2=Mg(HSO3)2
  MgSO3+1/2O2=MgSO4
  氧化鎂再生階段發生的主要反應有
  MgSO3 →MgO+SO2
  MgSO4→MgO+SO3
  Mg(HSO3)2→MgO+H2O+2SO2
  SO2+1/2O2→SO3
  SO3+H2O→H2SO4
  當對副產物進行強制氧化制MgSO4?7H2O出售時
  MgSO3+1/2O2→MgSO4
  MgSO4+7H2O→MgSO4?7H2O
 
四、氧化鎂法脫硫工藝的流程簡介
  目前已經商業化運行的濕法脫硫工藝中氧化鎂脫硫技術是一種前景較好的脫硫技術,該工藝較為成熟,投資少,結構簡單,安全性能好,并且能夠減少二次污染,脫硫劑循環利用,降低了脫硫成本,能夠帶來一定的經濟效益。相對于鈣法脫硫而言,避免了簡易濕法存在著的一系列的問題,比如管路堵塞、煙溫過低、煙氣帶水和存在二次水污染等等;同時與較為完整的石灰石/石膏法,占地面積小,運行費用低,投資額大幅減小,綜合經濟效益得到很大的提高。鎂法的整個工藝流程可以分為副產品制硫酸和制七水硫酸鎂兩種,以下分別將工藝敘述以下:
  從鍋爐出來的煙氣煙溫大都在140℃以上,里面含有大量的二氧化碳、灰塵和二氧化硫,同時也包括氫氟酸、氫氯酸和三氧化硫等酸性氣體。煙氣首先進入除塵系統,通過除塵器將99%以上的灰塵收集下來,避免因為塵粒而堵塞噴頭降低脫硫效率。
  經除塵后的煙氣從脫硫塔底部進入脫硫反應塔,在脫硫塔上部設有四層噴頭不斷的噴淋脫硫劑漿液,與從下而上的煙氣進行逆向接觸,充分的進行反應。為了減少設備的結構堵塞問題以及減小塔內壓力損失過大保證煙氣暢通,塔體內不設任何支撐或檢修架。經洗滌后的煙氣濕度比較大,需要對它進行脫水處理,一般是在吸收塔內噴淋層的上方安裝兩層除霧器。同時在除霧器的上面又安裝了自動工藝水沖洗系統以便及時處理運行一段時間后除霧器上面的積灰。
  對于氧化鎂來說,在吸收塔內與二氧化硫反應后變成亞硫酸鎂,部分被煙氣中的氧氣氧化變成硫酸鎂。
  干燥后的亞硫酸鎂和硫酸鎂經再生工序內對其焙燒,使其分解,可得到氧化鎂,同時析出二氧化硫。焙燒的溫度對氧化鎂的性質影響很大,適合氧化鎂再生的焙燒溫度為660~870℃。當溫度超過1200℃時,氧化鎂就會被燒結,不能再作為脫硫劑使用。
  焙燒爐排氣中的二氧化硫濃度為10~16%,經除塵后可以用于制造硫酸,再生后的氧化鎂重新循環用于脫硫:
  1、煙氣系統
  在該系統內煙氣經過除塵降溫處理將從鍋爐出來的煙氣調整到比較適宜的反應條件,煙氣升溫的目的是為了降低煙氣的含水率,利于從煙囪排出的煙氣能夠盡快擴散。
  2、漿液制備系統
  外購氧化鎂粒徑如果符合脫硫要求,不需要粉碎可以直接進入消化裝置制成濃度在15~25%的漿液,然后通過漿液輸送泵送至吸收塔內,完成脫硫目的。
  3、SO2吸收系統
  吸收塔是SO2吸收的主要場所,材質大都采用316L不銹鋼,塔下部是煙氣入口,塔的中間是噴淋層,上面是除霧器。
  4、漿液處理系統
  從吸收塔內出來的漿液主要是亞硫酸鎂和硫酸鎂溶液,在沉淀池中沉淀后,清液流回循環池,循環使用。
  很多情況下,用戶企業自身的實際情況不允許對脫硫副產物進行處理,尤其是中小型鍋爐的脫硫,由于規模小,副產品發生量也小,大多采用拋棄法。拋棄法的煙氣系統、吸收劑制備系統、SO2吸收系統和煙氣再熱裝置與上面兩種方式基本相同,所不同的是將反應后的漿液經過固液分離后回收大部分水并將固體拋棄。
  拋棄法可以大大減少系統的投資費用,工序也簡單了很多,同時也可以避免設備結垢、管路堵塞等一系列問題,后序部分的動力消耗也可以省去,只是脫硫劑的消耗費用較高,廢棄固體處理起來較麻煩,但集中處理后不會造成二次污染。
 
 
 
 
 
 
 
 
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