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烟气脱硫废液在磷肥生产中的利用

更新时间:2009-03-28

目前,国家对硫酸装置和锅炉装置产生的二氧化硫排放标准进一步提高,通过采用氨法脱硫工艺,能够实现达标排放;同时,也产生了大量的硫酸铵废液。对于硫酸铵废液的处置方法有多种:可通过循环浓缩结晶工艺,生产硫酸铵产品,但能耗和生产成本较高,产品价值低;可加入磷酸萃取反应槽,改善磷石膏结晶,但硫酸铵被磷石膏带走,经济损失大;添加适量硫酸铵废液到磷肥生产系统,替代硫酸或磷酸渣调节产品过养分,使硫酸铵废液转化为磷铵产品,既回收了硫酸铵废液,又增加硫养分功能,减少液氨消耗,能有效降低生产成本,并使硫酸铵废液全部消化,达到清洁生产。

某公司磷肥系统共有4套硫酸装置,2套产能80万t/a,2套30万t/a,4套装置尾洗系统全部采用氨法脱硫工艺,每年需消耗液氨约1 500 t,产生硫酸铵废液约2.33万t(硫酸铵质量分数为25%),减排二氧化硫达2 800 t,折纯硫酸铵5 800 t。合成氨系统共有3台150 t锅炉,两开一备运行,也采用氨法脱硫工艺。锅炉氨法脱硫装置每年需消耗液氨约1 300 t,产生硫酸铵废液约1.68万t(硫酸铵质量分数为30%),减排二氧化硫达2 400 t,折纯硫酸铵5 000 t。该公司共有折纯硫酸铵废液1.08万t,若全部用于磷酸二铵(DAP)产品的生产,则按磷铵产品2 600元/t测算,每年可多获得收入约2 808万元,经济效益可观。

硫酸铵废液中还含有部分亚硫酸铵,当硫酸铵和亚硫酸铵液体在60℃以上环境使用时,极易分解为SO2和NH3气体,易导致二次污染,造成较大经济损失。因此,对于硫酸装置和锅炉装置尾洗生产的硫酸铵废液,如何提高回收利用率,对大型合成氨和大型磷肥装置的经济运行,存在较大影响。

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1 硫酸铵废液的利用途径

某公司硫酸装置和锅炉装置生产的硫酸铵废液,其利用途径采取逐级使用的思路,确保效益最大化。首先满足一期、二期60万t/a DAP装置,其次40万t/a重过磷酸钙装置,再其次22万t/a粉状磷酸一铵(MAP)装置,最后为7.5万t/a磷酸萃取反应槽。

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目前,40万t/a重过磷酸钙和22万t/a粉状磷酸一铵硫酸铵废液加入点在管反给料槽处,给料槽液体温度均处于50℃以下,生产使用基本正常;但对于一期、二期60万t/a磷酸二铵装置的硫酸铵废液使用,在2017年1月前,因加入点不合理,存在使用量不足,利用率不高,对周边环境影响大,烟囱排放有视觉污染等情况。其回收利用存在的主要问题有:①一期、二期60万t/a磷酸二铵装置硫酸铵废液与尾洗系统废液混合使用,导致硫酸铵浓度变化,产品质量控制困难;②加入点在洗涤液循环槽处,循环洗涤温度偏高,正常运行时,循环洗涤液温度均处于70℃以上,硫酸铵废液存在大量的分解反应,循环槽放空管的SO2和NH3释放量大,形成二次污染和回收损失,影响正常生产操作。③尾洗烟囱因CO2、SO2和NH3含量偏高,烟囱排放产生气溶胶烟雾,环境监测时烟气氨含量有时偏高,排放烟气存在视觉污染现象。④因操作环境影响大,又影响质量控制,操作工对硫酸铵废液使用积极性差,利用量少,并产生了抵触心理。因此,硫酸铵废液经常出现过胀库和利用量少的情况。

在2016年8月前,仅有4套硫酸装置烟气脱硫产生硫酸铵废液,每天可产生废液约55 m3,每小时需消耗硫酸铵废液2.3 m3,2套DAP装置均匀使用,基本可以消耗完。但遇到磷酸固含量和杂质偏高的情况,或者仅有一套DAP装置生产时,硫酸铵废液就出现胀库,影响到硫酸脱硫装置运行。2016年8月后,合成氨系统动力厂锅炉脱硫装置建成投产,锅炉脱硫装置每天可产生约40 m3的硫酸铵废液,每小时需要消耗硫酸铵废液1.65 m3,再加上硫酸装置产生量,每小时必须消耗3.95 m3以上才能保证烟气脱硫装置正常运行。如何增加硫酸铵废液消耗量,保证生产正常运行,成为关键问题。

由表1可知,硫酸铵废液转化为单价最高产品时,经济效益最高,相应可明确出硫酸铵废液逐级使用的层级要求。

硫酸铵废液转化为不同产品的价值比较见表1。

 

表1 硫酸铵废液转化为不同产品的价值比较

  

注:产品销售单价取2018年一季度市场价。

 

合计价值/万元2 808 2 808 2 268 1 944序号1 2 3 4转化产品规格63%GMAP 64%DAP 60%GMAP 55%MAP产品价格/(元·t-1)2 600 2 600 2 100 1 800

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围绕能完全消耗硫酸装置和锅炉装置产生的硫酸铵废液,确保装置正常运行,结合可实现经济效益最大化,重点采取的措施为:生产64%DAP产品时,首先保证使用硫酸铵废液调节过养分,其次在硫酸铵废液较少时,才能使用硫酸调节养分;要求硫酸装置与锅炉装置错开输送硫酸铵废液,以保证均衡输送和使用;严格控制浓磷酸的固含量和杂质质量指标,达到生产出口64%DAP产品的需求;改变DAP装置硫酸铵废液加入点,由循环洗涤液槽配管改到管反给料泵入口,实现改善现场操作环境,增加硫酸铵废液利用量和提高回收率的目的。

一期、二期60万t/a磷酸二铵装置在生产64%DAP产品中,实施过养分调节的措施有3种:采用添加硫酸来实施过养分指标控制,生产控制精准,产品结晶感好,水分容易控制,是长期以来使用的方法,但因使用硫酸调养分,造成生产成本升高;采用添加磷酸酸渣来实施养分指标控制,生产成本较低,但生产控制波动大,产品结晶感差,养分和水分控制困难,质量稳定性差;采用添加硫酸铵废液来实施养分指标控制,生产控制精准,产品结晶感好,因消耗硫酸铵废液,经济效益高,生产成本低,但会增加产品水分控制难度,对生产周边环境影响大。

在自然界长期的演变过程中,不同类群的生物之间(通过食物链、食物网)、生物与其生存的环境之间形成了复杂稳定的生态系统结构,物种越丰富,生态系统结构越稳定。长江水生态系统具有重要的生态功能,系统内的物质循环和能量流动是生物地球化学循环的重要组成部分,在维持流域生态平衡、保障水资源和生态安全方面具有十分重要的作用,是我国重要的战略水源地、生物多样性典型代表区域、淡水渔业的摇篮和重要经济鱼类的种质资源库。

2 硫酸铵废液利用存在的问题和难点

2.1 硫酸铵废液产生量与装置消耗能力的问题

据了解,“建立综合与分类相结合的个人所得税制”这一改革目标最早出现在“九五”计划中,此后,在“十五”“十一五”“十二五”规划(计划)中,尽管表述不同,但都明确个人所得税改革的方向是推进综合与分类相结合。然而,在此后数次个人所得税法修订中,始终没有在综合征收上取得进展。

2.2 磷肥装置生产消耗硫酸铵废液的难点

一期、二期60万t/a DAP装置可生产不同规格的粒状DAP产品(如64%DAP,60%DAP和57%DAP产品),还可生产不同规格的粒状磷酸一铵(GMAP)产品(如63%GMAP和60%GMAP)。当生产高养分的磷铵产品时,对磷酸原料质量要求高,要保证达到DAP和GMAP产品质量指标,过养分调节空间变小,消耗硫酸铵废液量也就减少;反之,则消耗硫酸铵废液量增多。另外,在生产同一规格的DAP或GMAP产品时,若磷酸质量较好,养分调节空间增大,则消耗硫酸铵废液量就增加。

3 硫酸铵废液使用流程优化及效果

3.1 优化前后的流程

一期、二期DAP优化前后工艺流程分别见图1、图2。

  

图1 一期DAP优化前后工艺流程

  

图2 二期DAP优化前后工艺流程

3.2 流程优化后的效果

优化前后环境监测数据见表2。

 

表2 优化前后环境监测数据

  

注:①反应造粒排放烟囱;②反应、造粒、干燥混合排放烟囱。

 

一期DAP装置尾气 二期DAP装置尾气2016-04 2016-07 2016-10 2016年平均2017-01 2017-04 2017-07 2017-10 2017年平均排气量/(m3·h-1)34.49 28.39 31.07 31.32 35.02 36.21 35.29 27.66 33.55项目 ρ(NH3)/(mg·m-3)258.00 13.50 12.80 94.77 6.12 13.20 17.10 24.40 15.21排气量/(m3·h-1)15.41 15.05 16.04 15.50 13.35 14.33 14.45 13.54 13.92 ρ(NH3)/(mg·m-3)126.00 14.80 29.10 56.63 14.00 8.79 18.10 7.62 12.10

改进前一期、二期60万t/aDAP装置硫酸铵废液加入到尾洗循环洗涤液槽中,由于处于70℃以上的环境经循环洗涤,极易发生分解反应,导致烟囱放空气中形成气溶胶,造成视觉污染,并且环境监测氨含量有时出现偏高情况。

通过将硫酸铵废液配管引到管反给料泵入口,经准确计量后加入,随磷酸一道进入管式反应器,完成喷浆造粒;同时,将地坑废水与硫酸铵废液分开,收集到废液槽,经计量后加入到尾洗循环洗涤槽,用于尾气洗涤。通过实施验证,既消除了硫酸铵废液的高温分解放空损失,又消除了对操作环境的影响,达到了较好效果。目前,一期、二期DAP装置可完全消耗每天硫酸装置和锅炉装置生产的硫酸铵废液,尾洗监测氨含量基本稳定在正常值,烟囱气溶胶拖尾的视觉污染得以消除。

4 结束语

在大型磷肥和合成氨生产系统,针对硫酸装置和锅炉装置脱硫产生的硫酸铵废液,通过添加入磷肥生产系统的不同产品中,用于产品的过养分调节,实施硫酸铵废液的逐级利用,并对DAP装置消耗硫酸铵废液的加入点实施改进,能有效增加利用量,减少环境污染,实现完全回收利用。并能使价值较低的硫酸铵废液转化到价值高的DAP产品中,获得较好的经济收益,此方法值得同行借鉴和推广。

 
李斌
《磷肥与复肥》 2018年第05期
《磷肥与复肥》2018年第05期文献

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