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用科技叩开绿色生产的大门

——安徽铜陵有色铜冠冶化分公司破解烟气脱硫关键技术探秘

2018-8-3 9:37:02 来源:中国矿业报 作者:夏富青

该技术成果是实现矿山副产低值、残次硫铁矿转化为优质矿料的关键环节,有助于提升我国矿山、冶金、化工等行业清洁生产、节能降耗、污染物减排与综合利用的水平,同时实现大气污染的源头控制和协同治理。

党的十九大报告中提出:“加快建立绿色生产和消费的法律制度和政策导向,建立健全绿色低碳循环发展的经济体系。推进资源全面节约和循环利用,实施国家节水行动,降低能耗、物耗,实现生产系统和生活系统循环链接……”

正是基于这样的认识,安徽铜陵有色铜冠冶化分公司着力推进科技创新,成功实现了烧渣在球团焙烧过程中产生高浓度二氧化硫烟气的高效处理与资源化利用,实现了绿色生产,取得了显著的经济效益和社会效益。其《可再生胺脱硫剂开发与工业化应用关键技术》获2017年度安徽省科技进步奖一等奖,《有机胺脱硫工业化关键技术、工艺集成研究与应用》获2017年度铜陵有色科技成果特等奖。

绿色发展之路 注定不同寻常

安徽铜陵有色铜冠冶化分公司在建设之初,就注定了日后不同寻常的发展之路。

10年前,铜陵有色为了综合利用二级单位矿山副产的高硫铁矿物,成立了铜冠冶化分公司,投资建设年产120万吨铁球团、2套年产40万吨工业硫酸的生产系统。而其产生的烟气若依靠常规的干法、半干法及湿法脱硫工艺,难以达到环保排放要求;若不能及时有效地解决烟气脱硫的难题,球团工程建设难以推进,矿山生产经营也将面临困局。

脱硫项目

据了解,这类高浓度二氧化硫烟气的处理与资源化不仅是我国冶金、化工、燃煤发电等领域的产业共性关键技术难题,也是清洁生产、节能减排和产业升级亟待破解的技术瓶颈。

“针对高浓度二氧化硫烟气的脱硫工艺,不仅要考虑脱硫效果、运行稳定性,同时也要考虑废弃物的产出量、可利用难度与途径,球团项目也不例外。”该公司总经理左永伟说。

在焙烧硫铁矿制取硫酸的过程中,产出的烧渣(铁氧化物)残硫一般为0.8%~2.5%,该杂质限制了烧渣作为铁原料的使用途径,若不能有效地利用烧渣,则可能对环境造成影响。

与其坐以待毙 不如自我救赎

“尽管有机胺脱硫工艺在国内已有应用,但是在铁球团烧结行业,由于烟气成分复杂,当时还没有成功先例。”公司球团车间副主任王天保说。

果不其然。铜冠冶化分公司在投产两年以后,设备腐蚀严重。公司分别于2010年、2012年对烟气净化系统进行局部改造,但仍然没能彻底解决设备腐蚀之痛。

2012年以后,该公司对球团烧结生产工艺“去留问题”进行变革性讨论,最终选择了生产工艺技术和装置升级改造方案,以及烟气净化改造、胺液的净化装置、吸收装置、解吸塔装置等“四大”重点领域。尽管公司每一步工作都在稳步推进,但难逃设备严重腐蚀的厄运。2014年上半年,被环保部门责令整改。

“脱硫系统不稳定,设备上存在着缺陷。加上2014年以后国家对环保要求愈加严格,烟气超低排放已成为发展趋势,必须加快改造。”铜冠冶化分公司总经理助理李要武说,集团公司对此高度重视,在资金上给予大力支持,先后与铜陵有色设计研究院、合肥工业大学、南昌设计院等开展合作,从脱硫工艺、技术、工程装置上着手攻克技术难关。要想烟气脱硫稳定、有效运行,必须掌握有机胺运行吸收/解吸二氧化硫的关键技术、关键设备和关键工艺。

改!必须改!尽快改!该公司成立了以党政主要领导为组长的科技攻关领导小组,落实专人负责工艺、技术、设备等,先后到云南、山东、贵州等地考察发电、冶炼等企业,了解、分析原因,查找问题症结。

“尽管当时压力大,但解决问题的方向和思路无疑是正确的。”王天保介绍称,烟气净化系统是脱硫系统首要解决的问题,是解决症结的关键,要想解决烟雾中的颗粒,就必须改造洗涤系统,实现烟气梯级净化。

生死攸关,一场由表及里的环保技改保卫战全面打响。

大胆自主创新 破解技术瓶颈

“当时受国外技术保留制约,国内没有参照物。”铜冠冶化分公司生产运营部技术主管、科技室主任吴炳智说,项目牵扯到大量的人力和精力,从技术原理、操作规程、经验积累等源头寻找答案,再慢慢去探索核心问题,然后再与技术设计单位、设备生产单位进行广泛交流,找到解决问题的方法。

针对铁球团焙烧烟气的特性,该公司自主开发了高效吸收/解吸的技术与工艺,设计了吸收塔、解吸塔等设备的核心构件与结构,降低了运行能耗、物耗;集成开发了梯级烟气净化工艺技术,实现了烟气中尘浓度≤5毫克每标准立方米、酸雾浓度≤10毫克每标准立方米;针对有机胺吸收/解吸二氧化硫的本性,研发了热稳定性盐脱除、节能、胺液流失与结晶的控制等技术,形成了高浓度二氧化硫烟气高效吸收/解吸的核心技术与工艺。

同时,公司研发了新型四合一高效整体式吸收塔装置,开发了有机胺吸收二氧化硫的创新装置与关键技术,利用新型气液旋流器、气流分布器等核心装备及其结构,提高了塔内气流和喷淋液分布均匀性,不仅强化了气液相接触面积,也降低了胺液的夹带;开发了高效节能的解吸塔及工艺,利用高温二次蒸汽余热、富胺液泡点进料、控制二次蒸汽产生量与冷凝液泡点回流量的一体化工艺,提高了解吸二氧化硫效率,脱硫系统节能效果显著。

公司还研发集成了含尘、含湿、高浓度二氧化硫烟气梯级净化工艺技术,在工艺设计上合理分配各设备的净化任务、分级处理负荷,净化后烟气温度≤60摄氏度,尘浓度≤5毫克每标准立方米,酸雾浓度≤10毫克每标准立方米,为脱硫的经济、可靠运行提供了保障,并降低了脱硫系统的能耗、物耗。

此外,公司研发创新了可再生有机胺脱硫的吸收/解吸工艺,实现了脱硫胺液的即时净化和稳定运行。

两年多来,公司系统运行参数表明:排放尾气中,二氧化硫浓度可稳定低于100毫克每标准立方米,解吸运行的胺液中水分汽化率低于10%。公司已建成的年产120万吨铁球团焙烧烟气高浓度二氧化硫资源化回收工程有效解决了选铜副产高硫铁矿物的处理难题,脱硫后烟气中二氧化硫浓度降至100毫克每标准立方米,产出二氧化硫全部用于生产硫酸,整体技术成果实现了工业化稳定运行。

中国有色金属工业协会组织的评审专家认为:本项目整体技术达到国际先进水平,其中有机胺脱硫剂脱硫工艺节能指标居国际领先。在今年铜陵有色科技成果表彰会上,铜冠冶化分公司“有机胺脱硫工业化关键技术、集成工艺研究与应用”项目被授予特等奖。

环保成本兼顾 推进绿色生产

环保决定企业生死,成本决定企业盈利。“我们面临的另外一个重大问题就是生产工艺脱硫剂的问题,由于当时从加拿大引进技术,采购胺液也有限制条件。”吴炳智说,胺液是脱硫的重要材料,由于受国外技术封锁,该项目的研发已于2008年申报了安徽省科技攻关专项计划,以胺液为突破口进行攻关,实现了有机胺脱硫技术的集成。

在2007年项目建设之初,该公司就着手解决脱硫剂的国产化难题,与合肥工业大学进行产学研合作,从小试、中试、工业试验,再到阶段性试验、应用型试验,直至2014年才真正实现国产化完全替代。

与此同时,该公司自主开发了高效可再生有机胺脱硫剂吸收/解吸关键装备,开发了高浓度二氧化硫烟气梯级前处理净化技术、脱硫胺液系统稳定运行集成控制技术,通过多技术集成创新,解决了二氧化硫浓度高、波动大、气量大、成分复杂的烟气脱硫关键共性技术难题。

据了解,胺液国产化以后,不仅每吨减少差价一万元左右,每年减少费用200万元,而且带来了“多米诺效应”,树脂价格下降50%,每年减少费用150万元;提高了占脱硫总成本一半以上的蒸汽效能,每年节约成本1500万元。

中国工程院邱定蕃院士担任组长的专家组评价认为:脱硫剂替代了进口产品,突破了国外进口产品的垄断,自主研发的核心工艺与装备填补了国内空白。项目技术集成度高,对推动行业科技进步具有重要作用。

成效备受瞩目 应用前景广阔

项目自主研发了有机胺脱硫关键技术、核心装备与集成工艺,实现了铁球团烧结烟气的二氧化硫资源化回收与高效协同控制集成示范工程,解决了铜陵有色矿山副产的残次、低值高硫铁矿物综合利用的关键性障碍。其自主研发的脱硫剂在实现高浓度SO2回收及资源化的同时,在相关机理与理论研究方面也有突破,公司与合肥工业大学申请发明专利16项,已获授权10项;申请并获授权实用新型专利6项;发表论文27篇;培养毕业硕士学位研究生20人。该成果在铜冠冶化分公司应用以来,新增销售收入4.6亿元。

“在烟气二氧化硫治理中全面推广使用本项目脱硫技术成果,不仅能避免二次污染,而且可大大地降低硫磺原料的进口量,有效地解决我国硫资源短缺的问题。”左永伟说,可再生胺脱硫技术的应用,使烧渣焙烧制备铁球团工艺中产生的二氧化硫直接回收利用,硫资源直接利用率高达98%以上,在弥补我国硫资源短缺的同时,为高含硫中低品位、低品位的低值硫铁矿提供了一种有效途径。

该技术高效脱除了铁球团排放烟气中二氧化硫,产出高纯度二氧化硫气体,副产物实现完全综合利用,在生产中无废弃物排放,具有很好的技术竞争性和推广应用示范性。其技术成果也是实现矿山副产低值、残次硫铁矿转化为优质矿料的关键环节,有助于提升我国矿山、冶金、化工等行业清洁生产、节能降耗、污染物减排与综合利用的水平,同时实现了大气污染的源头控制和协同治理,有效改善区域环境,使企业实现绿色发展。□

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