影響亞鈉循環(huán)法吸收過程的因素分析*

郝　媛，吳衛(wèi)濤，王雯雯（陜西省石油化工研究設(shè)計院，陜西 西安 710054）

影響亞鈉循環(huán)法吸收過程的因素分析*

郝媛，吳衛(wèi)濤，王雯雯
（陜西省石油化工研究設(shè)計院，陜西 西安 710054）

分析了NaSO3循環(huán)法吸收過程中影響脫硫效果的幾點(diǎn)因素，包括吸收液濃度、吸收液的pH值、塔出口SO2濃度，不同入塔濃度等，對實(shí)際運(yùn)行有一定的指導(dǎo)意義。

亞硫酸鈉循環(huán)法；脫硫；pH值；吸收液

Na2SO3循環(huán)法就是國際上的W-L法，即威爾曼羅德法。最早是二十世紀(jì)60年代初由美國的Wellman-Lord公司開發(fā)。該法是以Na2SO3為吸收劑，在低于60℃的溫度下吸收煙氣中的SO2發(fā)生反應(yīng)，生成NaHSO3。當(dāng)吸收液中的NaHSO3達(dá)到一定的濃度后，將其送入蒸發(fā)器中加熱蒸發(fā)，得到高濃度的SO2和Na2SO3[1]。SO2可以收集用于制H2SO4或硫磺等，Na2SO3可以溶解后返回，作為吸收劑繼續(xù)吸收SO2。該方法是一種完全回收型的SO2污染治理方法，吸收劑可再生利用，脫硫效率高，可達(dá)90%以上，脫硫劑再生耗能少，又由于Na2SO3和NaHSO3溶解性好，因此，不易堵塞管道，且Na+是金屬離子，因此也不會出現(xiàn)氨法的陽離子的揮發(fā)而導(dǎo)致的氨霧損失和污染問題。但是由于SO2作為商品銷路有限，因此，回收的SO2需做進(jìn)一步的深加工，可配套硫酸裝置或者克勞斯裝置最終得到硫磺，這就使得裝置流程較長，投資也就比較大，并且吸收劑消耗也較大，因此，推廣受到了限制。本文以處理量為200Nm3·h-1的Na2SO3循環(huán)法煙氣脫硫裝置為實(shí)驗(yàn)對象，分析總結(jié)了Na2SO3循環(huán)法吸收實(shí)驗(yàn)中影響脫硫效果的幾點(diǎn)因素。

1　脫硫工藝方案

脫硫吸收系統(tǒng)裝置采用兩個吸收塔進(jìn)行吸收，吸收塔1和吸收塔2，均含填料，吸收液采用20%的Na2SO3溶液。實(shí)驗(yàn)室自制200Nm3·h-1煙氣（N2：79%、空氣：21%、SO2氣：500～800×10-6、CO2：0～1%）由風(fēng)機(jī)引入吸收塔1底部，煙氣自下而上與塔內(nèi)噴淋的吸收液逆向接觸吸收，吸收完的煙氣再由吸收塔2底部進(jìn)入塔內(nèi)完成吸收后由塔頂排出。

2　運(yùn)行參數(shù)對脫硫效果的影響

在運(yùn)行過程中，脫硫效果會受到很多因素的影響，主要從吸收液濃度、pH值、塔出口SO2濃度、不同入塔濃度時尾氣排放濃度等因素對脫硫效果進(jìn)行分析。

2.1吸收液濃度

吸收液的初始濃度選擇對吸收實(shí)驗(yàn)也是非常重要的，其影響到脫硫效果及管道的堵塞問題，過稀會使吸收液脫硫效果降低較快，過高會使管道容易出現(xiàn)堵塞等問題。文獻(xiàn)[2]中指出亞硫酸鈉初始濃度在5%～10%效果最好。根據(jù)亞硫酸鈉的溶解度分析（見圖1），Na2SO3先隨著溫度的升高而升高，在40℃時溶解度達(dá)到最大，這對于Na2SO3循環(huán)法吸收液的配比具有十分重要的指導(dǎo)意義。由于配吸收液時是在常溫下，而在脫硫過程中的溫度都會比常溫高一些，一般操作溫度在40～60℃，所以在常溫下配吸收液時將其配成質(zhì)量分?jǐn)?shù)在20%附近可以使Na2SO3在脫硫過程中充分溶解，不易造成管道的堵塞，本實(shí)驗(yàn)最終采用20%的亞硫酸鈉吸收劑，實(shí)驗(yàn)證明效果良好。

圖1　不同溫度下亞硫酸鈉溶解度圖Fig.1　Sodium sulfite solubility at different temperatures

2.2吸收液的pH值

在Na2SO3循環(huán)法的吸收過程中，隨著Na2SO3溶液對SO2的吸收，Na2SO3逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)镹aHSO3，因此，吸收液的pH值是一直變化的，吸收液pH值的變化代表著吸收液的組成成分的變化。用C/S總堿比來表示吸收液的組成成分，其定義為溶液中陰離子mol濃度與陽離子mol濃度的比值。

圖2為C/S總堿比與pH值的關(guān)系圖。

圖2　C/S總堿比與pH值的關(guān)系圖Fig.2　C/S and the pH value of the diagram

從圖2中可以看出，當(dāng)C/S=0.5時，20%的吸收液中溶質(zhì)全部為亞硫酸鈉，pH值為10.44，當(dāng)C/S=1時，20%的吸收液中溶質(zhì)全部為亞硫酸氫鈉，pH值為4.22。隨著亞硫酸鈉逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)閬喠蛩釟溻c，溶液pH值逐漸下降。因此，在實(shí)驗(yàn)中可以通過測試吸收液的pH值來判斷吸收液的吸收程度以及吸收液的物質(zhì)組成比例[3]。

2.3塔出口SO2濃度

吸收液在吸收的過程中，經(jīng)過一段時間的基本全部吸收后塔出口SO2濃度會出現(xiàn)一個轉(zhuǎn)折點(diǎn)，然后逐漸增大。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：在不添加吸收助劑的情況下，pH值在7.2以上時SO2基本全部被吸收，然后隨著pH值的降低，出口濃度開始明顯增高，到達(dá)6.74時，吸收塔出口的SO2濃度達(dá)到50mg·Nm-3（如圖3），也就是《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB13223-2011中對重點(diǎn)地區(qū)SO2濃度排放的限值[4]，而在添加有機(jī)胺吸收助劑后，pH值到達(dá)6.74時，SO2濃度很小，幾乎為零，之后才開始明顯增高（如圖4）。實(shí)驗(yàn)證明了在吸收液中添加有機(jī)胺吸收助劑，可以增強(qiáng)吸收液的吸收能力，減緩吸收劑pH值降低的速度，提高了吸收液的利用率[5]。

圖3　吸收塔出口SO2濃度隨pH值變化的趨勢圖（未添加吸收助劑）Fig.3　SO2concentration of outlet of the absorber with the pH change trend chart（without adding additives）

圖4　吸收塔出口SO2濃度隨pH值變化的趨勢圖（添加吸收助劑）Fig.4　SO2concentration of outlet of the absorber with the pH change trend chart（adding additives）

2.4不同入塔濃度

實(shí)驗(yàn)研究了SO2入塔濃度在500～800×10-6范圍內(nèi)時尾氣排放濃度的值（見圖5）。

圖5　SO2入塔濃度與尾氣排放濃度的關(guān)系Fig.5　SO2concentration into the tower's relationship with exhaust emission concentration

研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)SO2入塔濃度升高時，尾氣排放濃度也隨之升高，但升高不明顯。這說明亞硫酸鈉循環(huán)法對SO2煙氣中吸收具有良好的操作彈性，即使煙氣中SO2濃度有較大波動，也不會明顯影響煙氣的凈化度。

3　結(jié)論

（1）在用亞硫酸鈉循環(huán)法進(jìn)行煙氣脫硫時吸收液的濃度適合選擇20%左右，這樣管道不容易堵塞。

（2）吸收液pH值的變化代表著吸收液的組成成分的變化，因此，研究pH值對吸收的影響可以直觀地了解并控制吸收的過程。

（3）實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在不添加吸收助劑的情況下，pH值在7.2以上時SO2基本全部被吸收，然后隨著pH值的降低，出口濃度開始明顯增高，到達(dá)6.74時，吸收塔出口的SO2濃度達(dá)到50mg·Nm-3，而在添加有機(jī)胺吸收助劑后，pH值到達(dá)6.74時，SO2濃度很小，幾乎為零，之后才開始明顯增高。說明在吸收液中添加有機(jī)胺吸收助劑后，可以增強(qiáng)吸收液的吸收能力，減緩吸收劑pH降低的速度，提高了吸收液的利用率。

（4）SO2入塔濃度在500～800×10-6范圍內(nèi)時，SO2入塔濃度升高時尾氣排放濃度也隨之升高，但升高不明顯，說明Na2SO3循環(huán)法對SO2煙氣中吸收具有良好的操作彈性，即使煙氣中SO2濃度有較大波動，也不會明顯影響煙氣的凈化度。

［1］張宏，張子敬，高藝，等.可回收二氧化硫煙氣脫硫技術(shù)現(xiàn)狀分析［J］.內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟(jì)，2013，8（4）：94-96.

［2］蔣利橋，趙黛青，陳恩鑒.亞硫酸鈉循環(huán)法煙氣脫硫工藝實(shí)驗(yàn)研究［J］.熱能動力工程，2005，20（4）：384-386.

［3］劉建清.亞硫酸鈉循環(huán)法鍋爐煙氣回收二氧化硫的工藝設(shè)計與工業(yè)化運(yùn)行［D］.廣東：華南理工大學(xué)，2007.

［4］GB13223-2011，火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)［S］.

［5］孟旭光，王雯雯.一種高效可再生SO2吸收劑［P］.CN：201310670726.

Absorption process of sodium sulfite circulation method analysis*

HAO Yuan，WU Wei-tao，WANG Wen-wen
（Shaanxi Research Desigh Institute of Petroleum and Chemical Industry，Xi'an 710054，China）

This article analyses some factors affecting the desulfurization effect about sodium sulfite circulation method in the process of absorption，including the concentration of absorbing liquid，the pH of absorbing liquid，the SO2concentration of outlet of the tower，the SO2concentration of the tower.Experiments on actual operation may have certain guiding significance.

sodium sulfite circulation method；desulfurization；pH value；absorbing liquid

X511

B

10.16247/j.cnki.23-1171/tq.20160808

2016-05-13

陜西省2014年科技統(tǒng)籌重大難題攻關(guān)項(xiàng)目（2014KTZB03 -01）；西安市2013年科技“小巨人”企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新項(xiàng)目（CX13154）

郝媛（1986），女，陜西省西安市人，碩士，助理工程師，2013年畢業(yè)于西北大學(xué)環(huán)境工程專業(yè)，長期從事煙氣脫硫脫硝研究工作。