一種二氧化硫煙氣的治理方法

2023-04-23 16:37:31 1

專利名稱：一種二氧化硫煙氣的治理方法
技術領域：
本發明涉及環境保護領域含二氧化硫煙氣的治理方法，該方法能從二氧化硫煙氣中製備元素硫。
背景技術：
冶金、火力發電和化工等領域產生大量的低濃度二氧化硫煙氣，對環境造成嚴重汙染。目前，煙氣中低濃度二氧化硫的治理方法為採用鹼吸收，所用的吸收劑主要為石灰或石灰石。在工業上獲得應用的主要有三種，即溼法、幹法和半乾法。這三種方法的共同特點是，採用CaO或CaCO3作為吸收劑，煙氣中的二氧化硫與之作用生成CaSO3，或在有氧氣存在的條件下生成CaSO4。在溼法處理中，將石灰製成石灰乳作為二氧化硫的吸收劑，通過向吸收塔中噴入吸收劑的漿液，使之與含二氧化硫煙氣接觸並混合，煙氣中的二氧化硫和氧氣與漿液中的Ca(OH)2反應，最終生成石膏(CaSO4)(參見1)賀元啟王五清，典型石灰石-石膏溼法煙氣脫硫工藝，華中電力，2003，16(6)40～43；2)王偉能，簡易溼法石灰/石灰石煙氣脫硫工藝設計及實踐，能源環境保護，2004，18(8)40～43)。在幹法處理中，固態的CaO或Ca(OH)2與低濃度的二氧化硫煙氣接觸，直接生成固態的CaSO3或CaSO4(參見3)饒蘇波胡敏，幹法脫硫工藝技術分析，廣東電力，2004，17(3)21～25)。在半乾法處理中，兼有溼法和幹法的特點(參見4)張凡張偉楊霓雲王紅梅崔平王山珊，半乾半溼法煙氣脫硫技術研究，環境科學研究，2000，13(1)60～64)。
在以CaO或Ca(OH)2為吸收劑的處理方法存在以下缺點1)由於吸收二氧化硫後生成的產物CaSO3和CaSO4為難溶物，極易對CaO和Ca(OH)2形成包裹，影響SO2的吸收效果，尤其是低濃度的二氧化硫煙氣吸收效果更差。
2)吸收二氧化硫後產出含CaSO3和CaSO4等廢渣，極易對環境造成二次汙染。
3)吸收二氧化硫消耗CaO或Ca(OH)2，脫硫過程成本高。

發明內容
為克服以CaO或Ca(OH)2為吸收劑的二氧化硫煙氣治理方法的不足，本發明提供一種採用硫化鈉溶液為吸收劑，吸收二氧化硫後溶液用自氧化還原反應產出元素硫和硫酸鈉，硫酸鈉經還原再生硫化鈉，實現將煙氣中二氧化硫製備成元素硫，二氧化硫的吸收率高，過程不產生廢渣、廢水的二氧化硫煙氣的治理方法。
本發明達到上述目的採用的技術方案為對二氧化硫煙氣用硫化鈉溶液吸收，反應後的含元素硫和硫酸鈉的漿液固液分離，得到元素硫產品，含硫酸鈉的溶液經濃縮、結晶產出無水硫酸鈉，硫酸鈉經還原再生吸收劑硫化鈉。
具體過程及參數如下1.二氧化硫的吸收將溫度為20～90℃的含二氧化硫煙氣，用濃度為0.1～4.0mol/L的硫化鈉溶液吸收，煙氣的流速為12～24m3/min.m3吸收液，採用2～4級吸收。第一級吸收溶液的終點pH為2～4時，從吸收塔中放出，第2～4級吸收液依次轉為第1～3級的吸收液，第4級吸收液為新加入的硫化鈉溶液。吸收過程的反應為6SO2+4Na2S+3H2O＝3Na2S2O3+2NaHSO3+2H2SH2S+SO2＝3S+2H2ONa2S2O3+SO2+H2O＝2NaHSO3+S吸收的總反應為4SO2+2Na2S+H2O＝Na2S2O3+2NaHSO3+2S2.自氧化-還原反應將吸收二氧化硫後的pH值為2～4的溶液置於高壓釜中，高壓釜的填充度為50～70％，在120～240℃下進行吸收液的自氧化-還原反應1～4小時。過程發生的反應如下Na2S2O3+2NaHSO3＝2S+2Na2SO4+H2O由二氧化硫吸收至自氧化-還原反應的總反應為2SO2+Na2S＝2S+Na2SO43硫酸鈉的結晶自氧化-還原反應生成的物料自高壓釜中放出，進行自蒸發，自蒸發的終點溫度為40～90℃。過濾分離出元素硫，元素硫用0.5～1倍(重量)的水洗滌，乾燥後即為元素硫產品。濾液進行濃縮蒸發，濃縮蒸發的溫度為100～110℃。溶液的比重為1.24～1.33時，冷卻至溫度35～90℃時，過濾分離出硫酸鈉。
4.硫化鈉的再生將上述得到的硫酸鈉，與0.2～1倍(重量)的煤混合均勻，在850～1000℃進行還原1～4小時，還原的反應為Na2SO4+2C＝Na2S+2CO2還原得到的熔體，用水溶解，製備成Na2S濃度為0.1～3.0mol/L的溶液，過濾除去不溶物。
本發明適合於鋼鐵冶金、火力發電、有色金屬冶金等領域產生的二氧化硫煙氣的治理，煙氣中SO2的含量為500mg/m3～5.0％(體積)。所述的硫化鈉為工業級硫化鈉，水為工業用水，煤為工業用煤。
本發明與其它方法相比，有如下特點(1)採用硫化鈉溶液吸收煙氣中SO2，吸收的速度快，吸收率高。
(2)煙氣中的SO2以固態的元素硫回收，不僅便於貯存和運輸，而且還降低煙氣中SO2脫除的運行費用。
(3)本發明在脫除SO2的過程中，產出元素硫產品，不產生廢渣、廢水，為清潔生產工藝。
(4)本發明所處理的煙氣中SO2濃度範圍寬，既可以處理低濃度SO2煙氣，也可以處理高濃度的SO2煙氣，而對於處理低濃度SO2煙氣則效果更佳。
(5)本發明的處理成本低。


圖1為本發明工藝流程示意圖。
具體實施例方式
實施例1含SO2煙氣，其主是成分為SO21935mg/m3，CO 18.0％(體積)，CO224.0％(體積)，N256.0％(體積)；工業硫化鈉，其主要成分為Na2S＞60％，工業用煤，固定碳含量67.5％.
上述成分的工業硫化鈉1000g，配製成20.0L溶液，濾去不溶物，硫化鈉的濃度為31.5g/L。將配製的硫化鈉溶液加入兩個吸收桶中，每桶的溶液為10L.聯接好兩級吸收系統，上述含二氧化硫煙氣在24℃下，以150L/min的流量依次通過兩個吸收桶，裝好酸度計測量第一級吸收桶中溶液的pH值。經第二級吸收後尾氣的SO2含量為38mg/m3，SO2的吸收率為98.04％。當第一級吸收桶中溶液的pH值為2.5時，停止通入SO2煙氣。
第一級吸收液中硫的總含量為38.2g/L，體積為9.5L，將其轉入高壓釜中，並加熱至140℃，保溫1小時。冷卻至室溫，放出高釜中的漿液，過濾，用0.5L水洗滌固體物。固體物在50℃下烘乾2小時，重量為251.0g，硫含量為97.3％，濾液10L，硫的總含量為12.9g/L，其中以Na2SO4形態的硫12.51g/L，Na2SO3形態的硫0.39g/L。濾液在100℃濃縮至體積為0.5L，冷卻至80℃，過濾，得到硫酸鈉結晶物340.0g，濾液中含硫75.0g/L。由二氧化硫的吸收液至產出元素硫、硫酸鈉結晶和殘留在結晶母液，硫的總收率為98.74％。
將上述得到的硫酸鈉結晶物330g，配入100g煤，混合均勻，在900℃下還原2小時，冷卻後用5L水溶浸2小時，過濾，用3.5L水洗滌不溶物，得濾液和洗水的混合液共8.3L，其中硫化鈉的濃度為21.7g/L，由硫酸鈉結晶物至硫化鈉溶液，硫的回收率為99.36％。
權利要求
1.一種二氧化硫煙氣的治理方法，其特徵在於對二氧化硫煙氣用硫化鈉溶液吸收，反應後的含元素硫和硫酸鈉的漿液固液分離，得到元素硫產品，含硫酸鈉的溶液經濃縮、結晶產出無水硫酸鈉，硫酸鈉經還原再生吸收劑硫化鈉；具體過程及參數如下a二氧化硫的吸收將溫度為20～90℃的含二氧化硫煙氣，用濃度為0.1～4.0mol/L的硫化鈉溶液吸收，煙氣的流速為12～24m3/min.m3吸收液，採用2～4級吸收，第一級吸收溶液的終點pH為2～4時，從吸收塔中放出，第2～4級吸收液依次轉為第1～3級的吸收液，第4級吸收液為新加入的硫化鈉溶液；b自氧化-還原反應將吸收二氧化硫後的pH值為2～4的溶液置於高壓釜中，高壓釜的填充度為50～70％，在120～240℃下進行吸收液的自氧化-還原反應1～4小時；c硫酸鈉的結晶自氧化-還原反應生成的物料自高壓釜中放出，進行自蒸發，自蒸發的終點溫度為40～90℃，過濾分離出元素硫，元素硫用0.5～1倍重量的水洗滌，乾燥後即為元素硫產品；濾液進行濃縮蒸發，濃縮蒸發的溫度為100～110℃；溶液的比重為1.24～1.33時，冷卻至溫度35～90℃時，過濾分離出硫酸鈉；d硫化鈉的再生將上述得到的硫酸鈉，與0.2～1倍重量的煤混合均勻，在850～1000℃進行還原1～4小時；還原得到的熔體，用水溶解，製備成Na2S濃度為0.1～3.0mol/L的溶液，過濾除去不溶物。
全文摘要
一種二氧化硫煙氣的治理方法。對二氧化硫煙氣用硫化鈉溶液吸收，吸收液經自氧化還原反應產出元素硫，反應後的含元素硫和硫酸鈉的漿液固液分離，得到元素硫產品，含硫酸鈉的溶液經濃縮、結晶產出無水硫酸鈉，硫酸鈉經還原再生吸收劑硫化鈉。本發明與其它方法相比，有如下特點採用硫化鈉溶液吸收煙氣中SO
文檔編號C01D5/04GK101053740SQ200710035059
公開日2007年10月17日 申請日期2007年6月5日 優先權日2007年6月5日
發明者舒餘德, 秦毅紅, 楊天足 申請人:中南大學