低浓度冶炼烟气二氧化硫吸收解析研究张有贤

第41卷第5期2005年10月兰州大学学报(自然科学版)JournalofLaiizhouUniversity(NaturalSeieneesV61.41N0.5Oet.2005文章编号:0455一2059(2005)05一003咎04低浓度冶炼烟气二氧化硫吸收解析研究张有贤`,张会敏`,魏春2,安学勤3(1.呛州大学资源环境学院,甘肃兰州7300。。;2.金川集团有限公司化工厂,甘肃金昌73710;03.南京师范大学化学与环境科学学院,江苏南京210097)要:通过柠檬酸钠缓冲溶液对低浓度冶炼烟气50:的吸收解析研究,发现影响吸收效果的因子很,包括吸收液质量浓度和初始pH值、液气比、吸收液浓度为05\1.25mol/L,pH值为4刀~5.0,关键词:低浓度冶炼烟气;柠檬酸钠;吸收解析解析后二氧化硫体积分数等.研究表明适宜的柠檬酸液气比以不大于1:400较为理想.摘多中图分类号:Xsll文献标识码:A甘肃省金川集团有限公司是集采、选、冶、化工为一体的特大型联合企业,以处理镍精矿生产金属镍为主.随着金川公司生产规模的扩大,镍、铜冶炼过程中产生的50:烟气逐年增多,已成为该地的严重污染源,而公司所在的金昌市50:污染严重超标,排放量早已超过其环境容量.与此同时,我国硫资源不足l[],因此在治理50:污染的同时回收硫资源不仅具有理论意义,而且更有实际意义.金川集团有限公司已建立硫酸和亚硫酸纳生产系统,回收利用冶炼烟气中的502.研究表明制酸烟气的502体积分数宜控制在5%、9.5%[2},亚硫酸钠生产需要的烟气体积分数则平均在5%左右.两个系统虽然回收了烟气中大部分502,但其排放体积分数依然超标,且对于体积分数3.5%的冶炼烟气,由于很多技术难题,其回收利用并不成功.为此,我们开展了回收低体积分数冶炼烟气50:的研究.湿法烟气脱硫是目前工业化程度最高和应用最广的脱硫技术图,吸收剂有石灰石、碱、氨、金属氧化物、柠檬酸盐等很多种[’].由于柠檬酸钠无毒、不易燃、化学性质稳定且价廉易得,其缓冲溶液对50:具有很大的溶解度,对于低体积分数502具有好的吸收效果,且与烟气中的其他组分基本不发生反应,在不同的操作条件下,吸收和解析是可逆的,可以实现吸收液的循环利用.因收稿日期:2004一10一16·基金项目:甘肃省环境保护基金资助项日(GHKJZO01一5).作者简介:张有贤(1964一),男,副教授,博士研究生.此,本研究选择了柠檬酸钠法吸收冶炼烟气中低体积分数502,对其吸收解析过程、效率等进行了综合研究..为验证柠檬酸钠的吸收、解析效果和其工业适用性,本文进行了实验室研究和现场验证.1实验设备实验中所用的主要设备规格及性能见表1.表1主要设备规格与性能1认ble1ThestandardandeapabilityofthemainequiPments序号设备名称规格型号数量/台一吸收塔叻一000又600012解析塔叻65Ox250013吸收塔循环槽叻2500x300024气体流量计400/m3·h一1LZB一8015气体流量计200/m3·rl一’LzB一4016液体流量计6/In.3h一127板式换热器60/m2BRO7A一6028循环泵DB一80YM一3829远红外测温仪l1()空气压缩机60,120/m3·l厂’各111解析气体碱叻2500火15001液吸收罐2柠檬酸纳法吸收解析烟气中502利用柠檬酸纳法吸收解析低体积分数冶炼烟气中502,主要采用在实验室分析的基础上在现场进行检验.探讨柠檬酸纳法在吸收解析烟气中502过程的各项指标及存在的问题.DOI:10.13885/j.issn.0455-2059.2005.05.008第5期张有贤等:低浓度冶炼烟气二氧化硫吸收解析研究2.1柠檬酸纳法原理柠檬酸纳法回收低体积分数50:主要是利用吸收液的缓冲性能.柠檬酸为三元酸,与氢氧化钠反应生成由柠檬酸钠、柠檬酸氢钠、柠檬酸二氢钠等物质组成的缓冲溶液.研究表明502的溶解会使溶液中H十浓度升高,而H+体积分数的升高会抑制50:的进一步溶解.缓冲溶液的作用在于抑制50:溶解过程中H+体积分数升高过快,从而提高对烟气中50:的溶解度和吸收率阵、7}.待吸收液pH降至一定程度,通过蒸汽加热解析,使50:得以脱吸,富液变贫液,再次吸收、解析,如此反复..22实验分析低浓度冶炼烟气冷却后进人吸收塔底部,与从顶部喷淋而下的贫液逆流接触,可以最大限度地完成吸收过程.对吸收了502的烟气进行检测后放空.吸收液进人富液槽.富液与水蒸气在解析塔逆流接触,从而50:从富液中脱出.经过冷凝器的水蒸气被冷凝,分离出较纯的502气体.吸收液此时已脱出大部分50:而成为贫液,进人吸收塔循环利用.即吸收液在吸收塔一富液槽一解析塔一贫液槽一吸收塔之间循环,需定时补充损耗..23现场实验在金川集团有限公司化工厂三硫酸车间进行现场实验,主要分为吸收(图1)和解析(图2)两段进行:符合GB1987一86标准,氢氧化钠为金川集团有限公司化工厂自产产品.试验中先后使用了体积分数为30%和42%的液碱.试验过程中的监测化验分析主要在三硫酸车间化验室完成.愁…温度、pH、气。测定口{{{甘}}}33333}}}lll,,l,,1富液池;2板式换热器;3解析塔;4输液泵;5阀门.图2502解析流程图Fig.2Flowhcartof502desorPtion{{{{{{{{{{{;4...777工工工工工工温度、PH、sP。测定口l主烟道;2板式换热器;3吸收塔;4富液池;5流量计;6输液泵;7阀门;8空压机.图1502吸收流程图Fig,1Flowchartof502absorPtion3试验结果.31吸收试验在吸收试验中,闪速炉供给的制酸烟气中,502体积分数范围是5.5%~7.2%.通过两台空压机提供烟气稀释用风,将吸收塔人口处烟气50:体积分数调节到1%~5%之间的不同值,实验的吸收液质量浓度分为3组:.05,.075,1.25mol/L.吸收液pH值一般控制在3、5.对于0.5nlol/L吸收液,在液气比不大于1:350的条件下,尾气出口处烟气中50:体积分数小于0.05%,吸收率大于98.5%;0.75mol/L的吸收液,尾气出口最大50:体积分数小于.004%,吸收率大于99%;对于1.25mol/L吸收液,尾气出口50:体积分数不大于0.03%,吸收率在99.5%以上.结果见表2.表2不同条件下的吸收效果J傲ble2AbsorPtionemeieneyunderdifferenteonditions一371006QJ91了2甘a召个一4626巴J0528巴d了/夕一999998999QU一9g9999999Q曰,,一门了11511q曰511906伪刀一,口116q白811ǎ匕297了/廿一2L23工22生生民c吸收液/mol·L一1沪烟气中502P富液502/9.L一1沪尾气502吸收率/%.0090.0070.0200.0450.0080010002000400.009003002605563巧705510008375472ù匕ǔ吕1几231124547,工一LO一16ù14011n匕no41几ùa64一l一匕66....……444OJ44434ǎj50505050750CU0no甘O巴J户a77tl.`.000将贫液槽和富液槽合二为一,贫液反复吸收,直至达到解析体积分数,而后停止吸收,启动解析塔,解析过程持续到吸收液中50:体积分数降至设定体积分数.50:烟气由制酸系统的闪速炉供给.为降低烟气温度,在烟气管道上加装了冷却装置(板式换热器),同时加装了阀门、转子气体流量计和两台空压机供应空气.实验原料柠檬酸质量1.2512吕兰州大学学报(自然科学版)第14卷3.2吸收实验结果分析影响吸收效果的因子很多,包括吸收液质量浓度和初始pH值、液气比、温度、解析后50:体积分数等.最主要的是体积分数、pH值和液气比.一般来说,随着烟气中50:体积分数的增加,利用较高质量浓度的吸收液有较好的吸收效率.但从实验结果中也反映出吸收液质量浓度与烟气中502体积分数大小有一定关系,例如吸收液质量浓度为0.5mol/L,烟气中尹502为2.11%,吸收液pH值为4.41时,吸收效率也能达到99.67%.表明对低体积分数50:的吸收要有合理的吸收液质量浓度配置.pH值也是影响吸收的一个主要因素,实验表明在不同的吸收液质量浓度条件下,吸收液质量浓度越高吸收的效率越好,并且在pH4.0时变化并不明显,pH.40时这种吸收的差异性越明显.表明高质量浓度的吸收液在酸性较小的情况下对烟气中50:吸收有利.pH值对吸收的影响见图3.加热,可在很短时间内达到90%以上的解析率,其解析时间与效果的关系见图.5120100乙80一一〔---100806。鉴粉40鉴姜20000乙U4,`如\。。省Fig.505101520253035l/min图5解析时间与效果TherelationbetweendesorPtiontimeandeiffeieney图3柠檬酸质量浓度和pH值对吸收效果的影响Fig.3EffeetsofeitrateeoneentrationandpHvalueonabsorPtioneiffeieney影响烟气中50:吸收的另一个较重要的因素是吸收液与吸收气体的比值.从实验结果及图4可以看出,随着液气比的增加,吸收效率明显下降,吸收液中有大量的未吸收气体.解析时间控制在2、10min,解析效果就能达到吸收要求,大约90%以上的吸收气体解析出.4结论通过实验分析,利用柠檬酸钠法回收低体积分数冶炼烟气50:时影响吸收效果的因子很多,要获得较好的结果,主要有以下几方面:适宜的柠檬酸吸收液质量浓度为0.5~1.25mol/L;柠檬酸钠吸收液pH为.40~.50;为保证一定的喷淋强度,吸收液的液气比以不大于1:400为宜;当烟气502体积分数降低时可相应增加吸收的液气比.吸收塔吸收效率不小于98%,经济解析效率50%~70%.解析后气体50:体积分数不低于90%,于燥、压缩后可生产液体502.用水蒸汽汽提方法解析吸收液中的502效果较佳.在实验中也发现冶炼烟气中的重金属等杂质未对实验产生明显影响.参考文献!i]冯元琦.中国的硫资源及其利用.[J].化肥设计,1997,35(5):46一49·【2}曹永健.金川公司冶炼烟气治理思路闭.金川科技,2002,3(2):7一8·冈项光明,姚强,何苏浩.烟气脱硫技术的研发进展[J}.中国煤炭,2002,28(2):40一42,四王春石.烟气污染及控制s[].化学工程师,2003,99(6、:51一52.!5」李卫昌.柠檬酸钠法治理冶炼厂低浓度502团.有色金属(冶炼部分),2002(6):2022·0[]孔贤德.柠檬酸钠法生产液体502团.硫酸工业,2001(3):50一52.【71张金生.柠檬酸钠法生产液体50:的理论探讨及国内厂家生产问题的分析闭.硫酸工业,1998(3):3一6。一山.切\曰ǎ)决l一斗望d10080岁/W60邻409120150130伊烟气sq=1.5%c钊檬酸=1.5m01·L一!pH二5·3尸片一刁叔l仁.|.LIL八U000In,7气一.é山\州。老50075010001500200030004000液气比图4液气比对吸收效果的影响Fig.4Effeetofliquid/gasratio011absorptioneiffeieney.33解析实验在验证实验中对水浴加热解析和水蒸汽汽提解析进行了多次对比.汽提解析效果远好于水浴第5期张有贤等:低浓度冶炼烟气二氧化硫吸收解析研究41Researehontheabsorption/desorptionofsulfurdioxideinloweoneentrationsmeltsmoekZ刀HNGOY祝一x乞anl,Z刀八NG瓜乞一矶znl,计百了R祝尹,AN而e一q乞儿1(1.SehoolofResoureesandEnvironmentalSeienees,LanzhouUn