氧化鎂法處理低濃度SO2煙氣優(yōu)化試驗(yàn)研究

李燕梅，唐照勇，馬旻銳，瞿尚君

(金川集團(tuán)股份有限公司，甘肅金昌 737100)

氧化鎂法處理低濃度SO2煙氣優(yōu)化試驗(yàn)研究

李燕梅，唐照勇，馬旻銳，瞿尚君

(金川集團(tuán)股份有限公司，甘肅金昌 737100)

介紹了氧化鎂濕法煙氣脫硫工藝。利用小型填料塔對(duì)影響氧化鎂濕法脫硫效率及工藝關(guān)鍵參數(shù)的單因素進(jìn)行了試驗(yàn)研究(如體系pH 值、入口煙氣濃度、煙氣流量、液氣比、溫度等)。結(jié)果表明：體系pH值、煙氣濃度、煙氣流量對(duì)脫硫效率的影響最為顯著；隨著體系pH值增大、入口SO2濃度和煙氣流量的增大，出口SO2濃度顯著增大,脫硫效率下降;當(dāng)吸收液的pH值控制在6.0～6.5、液氣比控制在4～5 L/m3，可以實(shí)現(xiàn)90%以上的脫硫效率。

脫硫 低濃度冶煉煙氣 氧化鎂 脫硫效率

金川集團(tuán)股份有限公司(以下簡稱金川集團(tuán))在金屬產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中生產(chǎn)規(guī)模不斷發(fā)展壯大，冶煉各爐窯產(chǎn)生的環(huán)集煙氣具有煙氣量大、濃度波動(dòng)大的特點(diǎn)。金川集團(tuán)目前涉及的脫硫工藝有鈉堿法、活性焦法、檸檬酸鈉法、離子液法，各種脫硫工藝在運(yùn)行效果及費(fèi)用等方面均有利弊[1]。隨著國家尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)的日益嚴(yán)格，基于環(huán)境治理及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的需求，需研究一種煙氣條件適應(yīng)性強(qiáng)且安全穩(wěn)定運(yùn)行的脫硫工藝。

近年來隨著我國煙氣脫硫事業(yè)的發(fā)展，回收法氧化鎂濕法煙氣脫硫技術(shù)得到了較廣泛的應(yīng)用。它具有投資少、能耗低、運(yùn)行穩(wěn)定、脫硫效率高的特點(diǎn)[2-3]。因此，研究利用小型填料塔裝置對(duì)影響脫硫效率的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行單因素試驗(yàn)研究，為氧化鎂脫硫工藝提供最佳的工藝指標(biāo)控制范圍及最優(yōu)的運(yùn)行方式。

1 氧化鎂脫硫反應(yīng)機(jī)理

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

2MgSO3+2H2O

(8)

(9)

2 試驗(yàn)裝置及流程

2.1 試驗(yàn)原料

氧化鎂(工業(yè)級(jí))、水、液體SO2模擬煙氣。

2.2 試驗(yàn)裝置

氧化鎂法煙氣脫硫工藝流程見圖1。

圖1 氧化鎂法煙氣脫硫工藝流程

2.3 試驗(yàn)流程

氧化鎂進(jìn)行水化反應(yīng)制成一定濃度的氫氧化鎂吸收漿液，氫氧化鎂漿液通過循環(huán)泵送入脫硫塔內(nèi)，液體SO2模擬冶煉煙氣從底部進(jìn)入脫硫塔，與從頂部噴淋而下的氫氧化鎂漿液吸收液逆流接觸循環(huán)吸收，反應(yīng)生成亞硫酸鎂，再經(jīng)強(qiáng)制氧化后生成硫酸鎂，吸收后的尾氣經(jīng)風(fēng)機(jī)排入煙囪排放。

3 結(jié)果與討論

試驗(yàn)的基本條件為：脫硫塔直徑為2 m，風(fēng)機(jī)最大流量為5 000 m3/h，入口煙氣ρ(SO2)1～10 g/m3，氫氧化鎂質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%，脫硫塔進(jìn)出口均安裝SO2在線濃度計(jì)，并定期進(jìn)行人工校對(duì)，以確保試驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠性。

3.1 pH值對(duì)脫硫效率的影響

試驗(yàn)將入口SO2濃度、煙氣流量、漿液循環(huán)量固定時(shí)，隨著反應(yīng)時(shí)間的延長，體系pH值逐漸下降。pH值的下降經(jīng)歷一個(gè)快速下降期和緩慢下降期，當(dāng)pH值>6時(shí)，pH值下降很快；當(dāng)pH值<6時(shí)，pH下降緩慢，見圖2。脫硫效率的變化趨勢(shì)與pH值變化趨勢(shì)基本相同。

圖2 pH值對(duì)脫硫效率的影響

在循環(huán)吸收過程中溶液的pH值不宜控制的過大， pH值過高會(huì)使吸收產(chǎn)物MgSO3的溶解度下降，從而引起脫硫塔的結(jié)垢和堵塞。另循環(huán)漿液和外排漿液中未反應(yīng)的脫硫劑利用率下降，導(dǎo)致運(yùn)行費(fèi)用增加。所以，在保證較高的脫硫效率及系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行的前提下，溶液pH 值控制在6.0～6.5較為合適。

3.2 煙氣濃度對(duì)脫硫效率的影響

試驗(yàn)將pH值、漿液循環(huán)量、煙氣流量等達(dá)到一定條件時(shí)，隨著入口SO2濃度的增大，脫硫效率呈直線下降趨勢(shì)，見圖3。

圖3 煙氣濃度對(duì)脫硫效率的影響

在煙氣流量一定的條件下，入口SO2濃度的增加會(huì)使氣液相面間的濃度梯度增加，氣相傳質(zhì)的推動(dòng)力增強(qiáng)，有利于SO2的吸收。但脫硫塔內(nèi)的傳質(zhì)是以對(duì)流強(qiáng)迫傳質(zhì)為主， SO2濃度差自然傳質(zhì)對(duì)脫硫效率影響較弱。另一方面，在其他參數(shù)不變的條件下，入口SO2濃度的提高意味著脫硫負(fù)荷的增大，在一定吸收劑漿液的流量和濃度時(shí)，降低了鎂硫比(Mg/S)，可利用堿度下降，降低了SO2被吸收機(jī)會(huì)，從而造成液相傳質(zhì)阻力增大，因此脫硫效率下降。

試驗(yàn)結(jié)果表明：氧化鎂對(duì)中低濃度煙氣[ρ(SO2)為0～5 g/m3]的脫硫效果最佳。

3.3 煙氣流量對(duì)脫硫效率的影響

試驗(yàn)在一定的液體流量及SO2入口濃度條件下，隨著煙氣流量的升高，增大了塔內(nèi)的煙氣流速，脫硫效率明顯下降，見圖4。

圖4 煙氣流量對(duì)脫硫效率的影響

從雙膜理論而言，煙氣流速增大，氣液兩相界面湍動(dòng)加強(qiáng)，氣體膜厚度減小，減緩了液滴的下降速度，使得單位溶劑內(nèi)的氣液傳質(zhì)面積增大，提高了氣液傳質(zhì)能力，有利于脫硫效率的提高。

但脫硫塔采用逆流操作，煙氣流速的增大，使煙氣在反應(yīng)器中的停留時(shí)間縮短，減少了氣、液間的接觸時(shí)間，造成整個(gè)塔體的脫硫效率降低。另外煙氣量的增大，在一定SO2濃度下意味著脫硫負(fù)荷的增大，同時(shí)煙氣流量的增加意味著煙氣體積流量增加，從而導(dǎo)致液氣比減小，而在試驗(yàn)中液氣比的影響大于氣液傳質(zhì)能力加強(qiáng)的影響。所以隨著煙氣流量的增大，出口濃度升高，造成整個(gè)塔體的脫硫效率降低。

3.4 吸收漿液循環(huán)量對(duì)脫硫效率的影響

試驗(yàn)在一定的SO2入口濃度及煙氣流量條件下，通過調(diào)節(jié)循環(huán)泵的出口閥開度來改變循環(huán)吸收漿液的流量，隨著吸收漿液循環(huán)量的增加，脫硫效率升高，見圖5。

圖5 吸收漿液循環(huán)量對(duì)脫硫效率的影響

在煙氣流量一定的條件下，增大吸收漿液的循環(huán)量意味著增大了體系的液氣比，液氣比的增大直接增加了傳質(zhì)面積，大大加快了反應(yīng)速度，從而提高脫硫效率。但是液氣比過大并不利于脫硫效率的提高，因?yàn)檫^大的液氣比意味著脫硫劑濃度的提高，液體量的增大，使氣體通過吸收漿液的壓力降過大，不利于氣體在吸收液中的擴(kuò)散。同時(shí)提高液氣比會(huì)增加噴淋量，導(dǎo)致循環(huán)動(dòng)力消耗的增加，使得脫硫成本提高，見圖6。

圖6 液氣比對(duì)脫硫效率的影響

在液氣比較低范圍內(nèi)，脫硫效率隨液氣比的增大很明顯；隨著液氣比的增大，脫硫效率增長緩慢，表現(xiàn)出具有飽和特性。因此在實(shí)際運(yùn)行時(shí)，液氣比選取4～5 L/m3較為合適。

3.5 溫度對(duì)脫硫效率的影響

3.5.1 煙氣溫度的影響

大多數(shù)含硫冶煉煙氣溫度為120～185 ℃，所以需對(duì)模擬煙氣進(jìn)行預(yù)加熱后進(jìn)行試驗(yàn)。在不同煙氣溫度條件下脫硫效率隨時(shí)間的增加而逐漸下降。試驗(yàn)前期，4種溫度條件下的脫離效率基本一致，試驗(yàn)半小時(shí)以后，高溫?zé)煔獾拿摿蛐始眲∠陆?，見圖7。

煙氣溫度的升高不利于脫硫效率的提高，高溫時(shí)吸附劑先達(dá)到吸附平衡，而低溫時(shí)SO2分子更易在MgO晶體表面被吸附，致使吸附量增大，這也說明氧化鎂基吸附劑在脫硫過程中是物理吸附為主體。因此，脫硫系統(tǒng)前端應(yīng)該對(duì)煙氣進(jìn)行預(yù)冷卻。

圖7 煙氣溫度對(duì)脫硫效率的影響

3.5.2 循環(huán)漿液溫度的影響

試驗(yàn)將循環(huán)漿液溫度控制在23～60 ℃，溫度在23 ℃時(shí)，脫硫效率最低，但各溫度條件下脫硫效率差別不大，見圖8。

圖8 循環(huán)漿液溫度對(duì)脫硫效率的影響

對(duì)于溫度而言，當(dāng)溫度下降時(shí)，SO2在水中的溶解度增大，液膜中SO2水解產(chǎn)物濃度增加，導(dǎo)致化學(xué)反應(yīng)速率增加，但是由于溫度的降低，脫硫化學(xué)反應(yīng)速率降低。另外，脫硫機(jī)理及其相關(guān)產(chǎn)物特性決定的脫硫高活性。綜合幾方面的因素，

溫度對(duì)脫硫反

應(yīng)的影響甚微。

4 結(jié)論

1)氧化鎂脫硫工藝具有投資少、吸收劑用量少、占地面積相對(duì)較小、不結(jié)垢不堵塞、運(yùn)行穩(wěn)定、脫硫效率高等特點(diǎn)。

2)氧化鎂脫硫受到pH值、SO2濃度、煙氣量、液氣比等因素的共同影響。其中，體系pH、煙氣濃度、煙氣流量對(duì)脫硫效率的影響最為顯著；隨著體系pH值增大、入口SO2濃度和煙氣流量的增大，出口濃度顯著增大,脫硫效率下降。

3)循環(huán)漿液的pH值控制在6.0～6.5，既可以實(shí)現(xiàn)90%以上較高的脫硫效率，又可以使氧化鎂得到充分反應(yīng)，提高其利用率。液氣比可以選擇4～5 L/m3，可節(jié)約運(yùn)行的電耗，減少系統(tǒng)的投資。

4)MgSO3作為中間產(chǎn)物參與脫除SO2的反應(yīng)，但MgSO3濃度過大，系統(tǒng)易結(jié)垢；在工業(yè)化應(yīng)用中還需在塔底采用曝氣氧化的方式將MgSO3氧化成穩(wěn)定性強(qiáng)、溶解度大的MgSO4，增加循環(huán)漿液的使用時(shí)間，進(jìn)行無害化處理。

[1] 李燕梅，瞿尚君，唐照勇.低濃度冶煉煙氣脫硫工藝運(yùn)行實(shí)踐淺析[J].硫酸工業(yè)，2015(4)：15-19.

[2] 蔣永明. 氧化鎂法煙氣脫硫技術(shù)及其效果[J].化學(xué)工程師，2009，23(10)：51-53.

[3] 左鵬.循環(huán)氧化鎂法煙氣脫硫運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性分析[J].硫酸工業(yè)，2014(2)：44-48.

Optimization of low concentration SO2flue gas treatment by magnesium oxide process

LIYanmei,TANGZhaoyong,MAMinrui,QUShangjun

(Jinchuan Group Go., Ltd., Jinchang,Gansu, 737100,China)

The wet flue gas desulphurization process of magnesium oxide was introduced.The experiment was carried out by using the small packing tower for the single factor affecting the efficiency and key parameters of the wet method of magnesium oxide(such as pH value, inlet smoke concentration, flue gas flow rate, liquid gas ratio, temperature, et al). The results show that the effect of flue gas concentration, pH value and flue gas rate on desulphurization efficiency is most significant. As the pH value, the SO2concentration of inlet and flow gas rate increases, the export concentration increase significantly, and the efficiency of desulphurization decrease.When the pH value of absorption liquid is controlled in the range of 6.0-6.5, liquid gas ratio is controlled at 4-5 L/m3,more than 90% desulphurization efficiency can be achieved.

desulphurization; low concentration smelting flue gas; magnesium oxide; desulphurization efficiency

2017-04-16。

李燕梅，女，金川集團(tuán)股份有限公司化工工程師，從事化工低濃度煙氣脫硫工作。電話：0935-8813341；E-mail：hglym@jnmc.com。

TQ111.16；TQ125.1+1

B

1002-1507(2017)06-0004-04