活性焦脱硫技术在有色冶金行业的应用与研究.pdf

第 3 3卷 第 1期 有 色 冶 金 设 计 与 研 究 2 0 1 2年 2 月 活性焦脱硫技术在有色冶金行业的应用与研究 高继贤， 刘 静 ， 翟尚鹏， 曾 艳， 傅月梅， 辛昌霞 上海克硫环保科技股份有限公司， 上海市2 0 1 2 0 3 [ 摘要] 介绍了活性焦烟气脱硫技术原理与其在有 色冶炼环境集烟 气及硫酸尾 气净化 q - 的应用情 况 结果表 明， 活性焦脱硫技术适应有 色冶炼脱硫工艺， 环境集烟气和冶炼制酸尾 气处理装置运行稳定、 高效． 实 现 了S O 减排 、 硫资源回收利用， 打造 了循环经济产业链。该技术适宜在我 国有 色冶炼烟气脱硫 中大规模工 业推 广 。 [ 关键词] 活性焦； 烟气脱硫 ； 有色冶炼； 环境集烟气； 硫酸尾气； 节能减排 中罔分类号 X 7 0 1 ． 3 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 4 4 3 4 5 2 0 1 1 0 6 0 0 2 4 0 5 A p p l i c a t i o n a n d R e s e a r c h o f A c t i v a t e d Co k e De s u l p h u r i z a t i 0 n T e c h n o l o g y i n Dome s t i c No n - f e r r o us M e t a l l ur g i c a l I n dus t r y GAO J i x i a n ， L I U J i n g ， Z HAI S h a n g p e n g ， Z E NG Ya n ， F U Yu e - me i ， XI N C h a n g x i a S h a n g h a i C l e a r S c i e n c eT e c h n o l o g y C o ． L t d ． ， S h a n g h a i 2 0 1 2 0 3 ， C h i n a Ab s t r a c t T h e p a p e r i n t r o d u c e s t h e f u n d a me n t a l p r i n c i p l e o f t h e t e c h n o l o g y t h a t u s e s d r y a c t i v a t e d c o k e t o r e mo v e s u l f u r f r o m fl u e g a s a n d t h e a p p l i c a t i o n o f t h e t e c h n o l o g y i n c l e a n i n g g a s f r o m n o n f e r r o u s s me l t i n g a n d s u l f u ri c a c i d ma k i n g ．T h e r e s u l t s i n d i c a t e s t h a t t h e t e c h n o l o gy i s s u i t a b l e f o r g a s d e s u l p h u r i z a t i o n o f n o n f e r r o u s s me l t i n g p r o c e s s a n d t h e d e s u l f u r i z i n g i n s t a l l a t i o n s o pe r a t e s t a b l y a n d e ffic i e nt l y，r e a l i z i ng t he t a r g e t o f S 02 e mi s s i o n r e d uc t i o n，s ulf u r r e c o v e ry ut i l i z at i o n，e n e r gy s a v i ng ．e mi s s i o n r e d u c t i o n a n d c l e a n p r o d u c t i o n ． T h e r e f o r e ， t h e t e c h n o l o g y i s s u i t a b l e for p o p u l a r i z a t i o n i n g a s d e s u l p h u r i z a t i o n o f d o me s t i c n o n f e r r o u s s me l t i ng i nd u s t ry． Ke y wo r d s a c t i v a t e d c o k e ；g a s d e s u l p h u r i z a t i o n ；n o n f e rro u s s me l t i n g ；g a s c o l l e c t i o n ；o f f g a s f r o m s u l f u r i c a c i d ma k i n g ；e n e r gy s a v i n g a n d e mi s s i o n r e d u c t i o n 有色冶金行业在我 国的经济社会发展 中具有非 常重要的位置。 有色冶金行业排放的环境集烟气 、 制 酸尾气和熔铸烟气含有 s O ， ， 需要安装脱硫装置进 行净化， 并回收硫资源以实现环保与经济的双赢。 在 “ 十二五” 期间， 我国将加快转变经济发展方式 ， 进一 步强化节能减排 ， 大力发展循环经济 ， 全面推行清洁 生产。 同时， 我国的有色冶金行业冶炼烟气和制酸尾 气净化技术 的发展趋势也体现了清洁生产 、 循环经 济的特点。 在各种烟气脱硫技术中， 活性焦干法烟气 脱硫技术具有高度环保、 深度节水、 集成净化、 资源回 收 、 适应面广和运行稳定的特点[ 1 - 7 ] ， 在我国有色冶金 行业的烟气脱硫方面得到了 日益扩展 的应用W 1 4 ] 。 为减排我国有色冶炼行业的 S O ， 并对其进行资 源化利用 ， 江西铜业股份有限公司、 内蒙巴彦淖尔紫 金有色金属有限公司 、福建紫金铜业有限公司和甘 肃金川集团有限公司等单位采用上海克硫环保科技 股份有限公司f 简称上海克硫 活性焦干法脱硫技术 建设了多套脱硫装置 ， 已建装置取得 了良好 的技术 和环保效果。 本文主要介绍活性焦干法脱硫的工艺 原理 、 流程及特点 、 脱硫工程应用 、 脱硫工程设计与 收稿 E t 期 2 0 1 1 - 1 1 - 1 5 基金项 目 “ 十一五” 国家高技术研究发展计划f 8 6 3 1 专项经费资助 N O ． 2 0 0 7 A A 0 5 Z 3 3 8 。 作者简介 高继贤 1 9 7 8 -- ， 男， 博士， 工程师， 主要从事环保与清洁能源化工及过程多尺度计算的研究。 第 1期 活性焦脱硫技术在有色冶金行业 的应用与研究 ． 2 5． 运行等内容 ，以期为我国有色冶炼行业进一步加快 转变经济发展方式 ， 实现节能减排 、 清洁生产和打造 循环经济产业链提供有益借鉴。 1 工艺系统与特点 活性焦脱硫以物理一化学吸附和催化反应原理 为基础进行吸附反应 ， 实现净化 ， 具体的工艺原理已 有多篇文献介绍 ， 在此不再赘述 。 本节主要介绍工艺 入 钮 { 机 系统与特点 ， 为活性焦脱硫技术在有色冶炼行业的应 用适用性提供支持 。 1 ． 1 工艺系统 活性焦干法脱硫系统的工艺流程 ， 如 图 1 所示 。 系统主要包括脱硫塔 、 再生塔 、 活性焦输送子系统 、 烟气子系统 、副产物转化子系统和控制及公用子系 统 。 烟气经过烟气子系统进入脱硫塔实现脱硫 ， 并选 择性脱硝和集成净化其它污染物。 活性焦移动方 气流动方向 图 1 可资源化活性焦干法烟气脱硫 系统分体布置系统流程 1 ． 2 有色冶炼烟气与活性焦脱硫技术特点 有色冶炼烟气 中， 如铜冶炼烟气流量及 S O ， 浓度 波动较大 ， 成分复杂l l 5 _ ， 则对有色冶炼烟气 的净化工 艺提出了适应性的要求。所采用的脱硫工艺既要能 适应烟气流量和 S O 含量波动大的特点 ， 也能适应 成分复杂的特点 ， 同时 ， 还需要回收 S O ， 加以资源化 利用 ， 适应清洁生产和循环经济的发展趋势。 活性焦 干法脱硫技术作为一种适应有色冶炼烟气净化的环 保新技术 ， 具有 以下特点和优势嘲 1 1 环保效果好 ， 脱 硫效率达 9 5 ％以上， 同时具有脱硝 、 脱汞 、 脱二嗯英 和除尘等集成净化功能 ， 所产生的废弃物极少 ， 无二 次污染； 2 1 脱硫后烟气温度高， 不需增加烟气再热系 统 ； 3 1 节水， 基本不消耗工艺水， 特别适合水资源缺 乏地区； 4 对烟气的流量和浓度波动适应f生 较强； 资源 回收 ， 在减排 的同时 回收紧缺 的硫资 源 ， 实现综 合 利用 ； 6 1 脱硫剂以煤为原料 ， 可循环利用， 减少地表 破坏 ， 保护生态环境 。 2 有色冶炼行业烟气脱硫工程 2 ． 1 工程应用介绍 在 国家“ 十五” 和“ 十一 五” 8 6 3计划 的支持下 ， 上海克硫开发的具有 自主知识产权的活性焦干法脱 硫技术在我国有色冶金行业得到应用 。 同时 ， 上海克 硫公司作为重要协作单位继续参与 国家 “ 十二五” 8 6 3 项 目， 研发活性焦脱硫 、 脱硝、 脱汞集成净化 的工 艺与成套装备。 表 1 列出了国内有色冶金单位建设和签 约的 1 0 套活性焦干法脱硫装置的主要工程概况_4 _ 5 _ 。 图2 为福建紫金铜业环境集烟气脱硫装置和巴彦紫 金制酸尾气脱硫装置实例 。 脱硫塔设计都采用错 流 移动床， 采用多单元模块化设计， 合理分配每个单元 的烟气流量； 再生塔采用间接加热再生。多个工程的 良好运行 ， 表明上海克硫环保科技股份有限公 司的 活性焦脱硫技术在有色冶炼烟气治理方面有 良好 的 ． 2 6． 有 色 冶 金 设 计 与 研 究 第 3 3卷 适应性 ， 其技术 日益成熟 ， 应用也在不断扩展。 f a 1 紫金铜业环境集烟气脱硫装置 fb 1巴彦紫金制酸尾气脱硫装置 图 2 活性焦干法脱硫工程 实例 表 1国 内有色冶炼行业环境集烟气、 熔铸烟气和制酸尾气活性 焦脱硫 工程 上海克硫活性焦法 用广一型 。 2 ． 2 工程设计 活性焦脱硫装置的设计与运行是脱硫工程的关 键所在。有色冶炼行业烟气量和工况差别较大 ， 净化 要求较高 ， 宜采用多单元并联的模块化设计进行处 理。 目前 ， 江铜和巴彦紫金公司的脱硫装置都 已投 运 ， 紫金铜业公 司的铜冶炼环集 烟气脱硫装置 、 制 酸尾气脱硫装置和甘肃金川集团的镍熔铸烟气脱硫 装置在建中。 由于对江铜活性焦脱硫装置的设计和运行情况 已有相关的文献进行了介绍 ， 在本节 ， 主要介绍巴彦 淖尔紫金和福建紫金铜业 活性焦脱硫装置的设计 。 表 2列出了福建紫金铜业铜冶炼环集烟气的活性焦 脱硫工程的主要设计指标。 表 2 国内有色冶炼环境 集烟气 的活性焦脱硫工程主要设计指标 脱硫 排放 S 0 浓烟气排放副产 s O 气体 年运行 效率， ％ 度，mg ，Nm ， 温度 ℃ 浓度 ％ 时问，h 福建紫金 ⋯ ⋯ ． ， 铜业环境／8 4 1 5 8 0 0 0 集烟脱硫 表 2表 明， 紫金铜业环境集烟气脱硫 的脱硫率 要求为 8 4 ％以上， 加热再生气中含有较高浓度的S O ， ， 适合 回收硫资源进行制酸 ， 打造循环经济产业链 。 表3列出了巴彦紫金和紫金铜业硫酸尾气脱硫 工程的主要设计指标 。 表 3 国内有色冶炼制酸尾气 的活性焦脱硫工程主要设计 指标 项 目 巴彦紫金制酸尾气8 硫 紫金铜业制酸尾气8 硫 表 3表明， 国内有色冶炼行业硫酸尾气脱硫项 目 要求 的脱硫率也在 8 0 ％以上 ， 但是 由于制酸尾气几 乎不z k ， 这导致比环境集和熔铸烟气脱硫难度稍大， 需在烟气系统中加水和通过增湿装置把烟气中的水 蒸气含量调整到活性焦脱硫效率较高 的区域内。由 于投运和建设的这几个有色冶炼行业烟气脱硫项目 的烟气进气温度较低， 导致对脱硫塔防腐性能要求较 高； 同时， 较低的温度使活性焦的吸附反应活性略有 下降， 导致在同等工况下吸附反应性能和脱硫率相对 偏低 。 有色冶炼行业环境集烟气的主要设计技术经济 指标可参见江铜脱硫工程17 ] 。 有色冶炼行业制酸尾气 的设计技术经济指标以内蒙 巴彦紫金有色金属有限 公司的制酸尾气脱硫工程为例 ， 如表 4所示。 第 1期 活性焦脱硫技术在有色冶金行业 的应用与研究 ． ， 7． 表 4 巴彦紫金锌业制酸尾气脱硫装置主要设计技术经济指标 项目 装置规模 而目 主要原料及公 用工程消耗 处理烟气量． N m3／ h 8 5 0 0 0 活性焦， k 2 9 ．7 5 S 02 浓度， mg ／ m 2 0 0 0 电． k W11 ／ h 3 4 3 脱硫效率． ％ 9 5 设备冷却水． m 5 回收 S 0 总量， l 2 9 2 压缩空气． m3／ 11 3 0 0 系统压降． P a ≤2 5 0 0 仪表空气． m7 h 0 ． 1 年操作时数． h 8 0 0 0 工艺水． m 一 低压饱和蒸汽． t ／ h 1 ． 3 项目 三废排放量 项目 数量 脱硫烟气废气． N m 3 ／ h 8 6 7 0 0 定员． 人 1 废渣． 无 1 8 7 ． 2 面积 ．m 废水． t ／ } 1 无 总 占地面积． m z 2 2 0 表 4表明， 依据装置规模 、 三废排放量的变化和 净化效果等数据 ， 通过活性焦脱硫装置的净化 ， 每年 减排 1 2 9 2 t S O 并回收利用， 装置作业率高， 无废 渣 、 废水等二次污染 ， 现场定员少 ， 装置 自动化程度 S 02 进 口浓 度 ，mg ／ N m3 高 ， 便于操作。 装置运行时主要原料和公用工程消耗 低， 性价比高。 另外， 从运行消耗指标角度考虑， 活性 焦脱硫装置每年运行消耗 的费用支出最大的三项是 设备折 旧、 活性焦消耗和电费 ， 而收益最大的是副产 S O ， 气体价值和免交的排污费。由于活性焦脱硫时回 收的S O ， 产生了经济价值， 大幅度降低了脱硫成本。 2 ． 3 工程运行 工程运行效果是检验活性焦脱硫项 目技术性能 和工程效果 的重要方面 ， 主要包括脱硫效率 、 除尘效 率、 烟气温度、 进出口s 0 排放速率、 焦耗 、 水耗、 能 耗和作业率等技术指标和主要原料、 公用工程、 消耗 指标等经济性能指标。 其中， 对铜冶炼环境集烟气活 性焦脱硫装置 的运行 可参考江铜数据『 7 ～ 1 0 1 1 1 ， 对制酸 尾气活性焦脱硫装置 的运行以江铜贵溪冶炼厂和内 蒙巴彦紫金制酸尾气的活性焦脱硫工程为例。 时『 H J ， h 时 ll白 J ， h 时 『1f J ． h c 脱硫塔活性焦床层压 降 d 脱硫塔与再生塔床层温度 图4 内蒙巴彦紫金制酸尾气活性焦脱硫工程运行性能 江铜一期制酸尾气脱硫的运行情况和指标数据 5 6 2 ． 6 1 0 4 ， 平均出口体积分数为 7 0 ． 3 5 1 0 - 6 ， 平均脱 请参见相关文献【4 ,9 ,12 - 14 】。 江铜二期和内蒙巴彦紫金公 硫率为 8 7 ．5 ％。 现场调试和监测表明， 脱硫装置平稳 司的制酸尾气脱硫工程 已投运 ，脱硫工程运行效果 高效运行翻 。 良好⋯ 4 】 。其中 ， 江铜二期 的制酸尾气脱硫工程在 图 4列出了内蒙 巴彦紫金制酸尾气的活性焦脱 运行 中测试 表 明 ， s 0 进 口体积 分数平 均值为 硫工程 1 6 8 h 运行l生 能。 图4 fa 1 列出了在 3 种典型工 B d d V进 蹬 瞧 2 8- 有 色 冶 金 设 计 与 研 究 第 3 3卷 况下实测 的脱硫率 ， 结果 表明 ， 在 S O 进 口浓度 为 9 4 7 m g ／ N m 和 1 0 6 8 mg ／ N m 时， 脱硫率在 9 5 ％以上 ； 对三次典型测试结果进行分析 ， 平均脱硫率为 9 7 ％， 长期监测实测排放 s 0 ， 浓度为 3 1 ． 3 m g ／ N m 3 ， 远低于 设计值 1 0 0 m N m 3 ， 脱硫效果 良好。 图 4 f b 1 列出了硫 酸尾气脱硫后的出 口工况 ， 用连续采集 的 6 4 h脱硫 后硫酸尾气工况数据进行分析硫酸尾气 出 口工况 和反映的脱硫性能。结果表明， 出口s 0 ， 浓度低， 随 时间推移 ， s 0 出口浓度为零 ， 脱硫率接近 1 0 0 ％， 排 放 的 S O 浓 度远低 于设 计值 和排放 指标 ， 效果 良 好 ， 同时， 硫酸尾气温度和流量较为稳定 。图 4 f c 1 列 出了脱硫塔活性焦床层压降随时间变化的瞬态值 ， 床层压降在 5 0 0 P a 左右， 表明床层压降较低， 克服 的阻力低 ， 能耗小 ， 有利于装备的高效稳定运行和节 能 降耗 。图 4 d Y 0 出了脱硫塔和再生塔 的床层 温 度 ， 结果 表明 ， 吸附塔活性焦床层温度 7 0 ～ 8 0 C， 在 有效脱硫的温度范围内， 但是温度略偏低 。 较低的活 性焦层温度使脱硫率略低 ， 对设备腐蚀性能偏高 ， 但 是节省了尾气加热所需 的能耗 ， 综合考虑脱硫效果 和能耗， 此温度范围合理可用。图 4 f d 1 还表明， 再生 塔活性焦床层温度在3 5 0 ℃左右 ， 在合理 的解吸温度 范围内， 此温度下解吸率较高， 如果再升温， 则能耗 消耗会较大提高 ， 综合考虑选取了此解吸温度 。同 时 ， 经监测分析 ， 脱硫装置系统作业率达9 9 ％， 焦硫 比 k g 焦／ k g S O 实测值为 0 ． 1 7 3 ， 低于设计值 0 ． 1 8 5 。 综上 ， 巴彦紫金硫酸尾气活性焦脱硫工程运行 良好 ， 各项主要指标超过 了设计值 ， 脱硫效果显著。 3 结语 活性焦干法脱硫技术在我国有色冶炼行业的烟 f 尾 气净化 、 节能减排 、 清洁生产和硫回收利用中得 到了成功的应用 ， 取得了良好的效果 。 该工艺运行稳 定 ， 集成净化 ， 脱硫和硫 回收效果好 ， 实现 了环保 与 经济的双赢 。 上海克硫公司通过模块化设计 、 气流分 布技术和 f 程放大技术 ， 成功地实现了具有我国完 整 自主知识产权的活性焦脱硫技术在铜冶炼环集烟 气 、 铜冶炼制酸尾气和锌冶炼制酸尾气净化 中的大 规模应用 。活性焦脱硫技术在有色冶炼行业烟f 尾 气脱硫 的工程设计合理可靠 ， 工程运行参数稳定 、 脱 硫率高 、 压降低 、 高效低耗 ， 表明了活性焦脱硫技术 适宜在有色冶炼行业和硫酸行业 的硫酸尾气脱硫 中应用 ， 并进一步产业化推广。 参 考文 献 [ 1 ]G o l s o n D，T s u j i K，S h i r a i s h i L ．T h e r e d u c t i o n o f g a s p h a s e a i r t o x i c s f ro m c o mb us t i o n a n d i n c i n e r a t i o n s o u r c e s u s i n g t h e ME T Mi t s u i B F a c t i v a t e d c o k e p r o c e s s Ⅲ．F u e l P r o c T e c h n o l ， 2 o 0 0， 6 5 ／ 6 6 3 9 3 4 0 5 ． [ 2 】翟尚鹏， 刘 静， 辛昌霞， 等． 移动床活性焦烟气脱硫与除尘中试研 究『 J 1． 环境科学 ， 2 0 0 6 ， 2 7 5 8 5 0 8 5 4 ． [ 3 ]曾 艳 ，张 鹏 ， 刘 静． 节水型可资源化活性焦烟气脱硫 技术 f J J l 电力设备 ， 2 0 0 7 ， 8 8 1 1 0 1 3 ． 【 4 1高继贤 ， 刘 静 ， 翟尚鹏 ， 等 ．活性焦 炭 干法烟气净化技术 的应用 进展『 J 1 ． 化工进展 ，2 0 1 1 ， 3 0 5 1 0 9 7 1 1 0 5 ． [ 5 ]高继贤 ， 刘 静 ， 翟尚鹏 ， 等 ． 活性焦脱硫技术在 有色冶炼硫酸尾气 净化的应用 [ C l／ ／ 第八届全 围有色金属T业“ 十二五” 期 间冶炼 烟 气制酸及废渣 、 废水治理技术研讨会论文集． 赤峰 中国有色金属 学会冶金设备学术委员会 ， 2 0 1 1 3 4 3 6 ． [ 6 ]刘静， 高继贤， 翟尚鹏， 等． 活性焦干法烟气净化技术的进展与 应用[ C ] ／ ／ 2 0 1 1年全围烧结烟气脱硫技术 交流会文集 ． 太原 中国 金属学会， 2 0 1 1 1 0 8 一 l ， 1 0 7 ． f 7 1李 健， 高继贤， 张 青， 等． 贵溪铜冶炼环集烟气的活性焦脱硫工 程应用f J ] ． 有色冶金设计 与研究 ， 2 0 1 1 ，3 2 2 1 9 2 1 ． [ 8 ]翟尚鹏 ， 辛昌霞 ， 刘 静 ， 等． 活性焦烟气脱硫技术的发展 与应．L } j 【 c 第 卜 届 中国科协年会论文集． 郑州 中国科学技术协会学会学术 部 ， 2 0 0 8 ， 3 3 4 3 3 8． 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 I ． 硫 酸工业 ，2 0 1 0 ， 3 2 8 3 1 ． [ 1 O ]肖小军， 余有朝． 铜冶炼工艺环境集烟的活性焦脱硫技术介绍[ J J． 铜 k 工程 ， 2 0 1 0 ， f 3 1 4 0 4 2 ． [ 1 1 ]杨辉华 ．活性焦脱硫技术在汀铜新 3 0万 t 冶炼工程 的应用 [ J 】 ． 江 西冶金 ， 2 0 0 7 ， 2 7 f 5 1 _ 】 6 1 8 ． [ 1 2 】乔彦强 ， 汀红卫． 贵冶硫酸两套尾气脱硫装置工艺及 比较『 J ] ．铜业 T程 ，2 01 0 2 4 7 4 9 ． U3 ]胡} 舀． 贵溪 冶炼 厂硫酸尾 气脱硫 实践『 J ] ． 铜业 T程 ，2 0 1 1 4 31 -3 3 ． 【 1 4 ]付圣汀， 修庆华 铜冶炼烟气尾气 活性焦干法脱硫应用和改进[ c ] ／ ／ 第八届全国有色金属工业“ 十二五” 期间冶炼烟气制酸及废渣、 废 水治理技术研讨会论文集． 赤峰 中国有色金属学会 冶金设 备学 术委员会 ， 2 0 1 l 5 - 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