双碱法脱硫原理

双碱法脱硫原理

双碱法烟气脱硫工艺的原理及影响因素集团热电公司张永波姬光泽冯其鹏

2009-4-26 15:35:35|| 编辑:admin || 阅读:

我公司去年投资2000万元新上一套烟气脱硫项目，采用国内比较先进的双碱法工艺，利用聚氯乙烯公司副产的电石渣替代石灰石，达到了以废治废、节能环保的效果。双碱法脱硫工艺的优点是采用塔内的钠基清液吸收,可大大减少结垢机会;能在较低的液气比下得到较高的脱硫率，且电石渣的利用率也较高。该工艺具有负荷大、压降低、不易堵、操作弹性大等优点,在我公司的实际运行中充分验证了这一点，效果突出。

一、双碱法原理：

常用的钠钙双碱法,在启动时以纯碱吸收SO2,吸收液用电石渣液再生。Na2CO3

溶液在启动后其中的 CO32-基本被驱除;吸收液再生后,循环使用。循环过程中的主要反应如下:

(1)脱硫过程

Na2CO3+ SO2→Na2SO3+CO2↑ (1)

2NaOH+ SO2→Na2SO3+H2O (2)

Na2SO3+ SO2+H2O→2NaHSO3 (3)

其中式(1)为启动阶段Na2CO3溶液吸收SO2的反应；式(2)为再生液pH值较高时(高于9)溶液吸收SO2的主要反应；式(3)为再生液pH值较低(59)时的主要反应.

(2)再生过程(用电石渣液)

2NaHSO3+Ca(OH)2→Na2SO3+CaSO3+2H2O (4)

Na2SO3+Ca(OH)2→2NaOH+CaSO3 (5)

式(4)为第1步再生反应；式(5)为再生至pH> 9以后继续发生的主反应.所生成的CaSO3及副产物CaSO4 以半水化合物形式共沉淀.

二、影响双碱法工艺的因素：

(1)再生液pH0 再生液的pH值(即脱硫液初始的pH值,记作pH0)是影响脱硫率的一个主要因素,当pH0>12时,脱硫率接近80% ,随着pH0下降,脱硫率缓缓降低;当pH0降至8左右时,脱硫率仍大于70% ;pH0降到7以下后, 脱硫率迅速下降.这是由于在高pH0时OH-浓度大（mol/L,以下同）,SO2进入溶液后按反应(2)迅

速转化为SO32-,液相传质的增强因数大而阻力小,整个传质过程由气相阻力所

控制而吸收速率较大,G较高;当 pH0降到7左右时,反应(2)可以忽略,反应(3)也大部分完成,式(3)中[SO32-]和增强因数随pH0的降低而较快减小,传质阻力相应增大,使G迅速下降.当pH0小于5 时,因反应(3)也近于完成,此时G低于30% ;SO2的进一步溶入属物理吸收,液体出塔后常会有SO2脱吸出而发出刺鼻性气味.因此,单从脱硫率的角度考虑,pH0越高越好,但pH0高容易导致结垢现象和电石渣利用率下降.综合考虑,pH0保持在 7较为合适。

(2) 溶液中Na+浓度图2所示的是一定条件下溶液中[Na+]对G的影响. 可见G随[Na+]的增加而增高,为小; 当[Na+ ]≤0.3mol/其中[Na+] 为0时相当于石灰湿法,且当高pH0下[Na+]对G的影响较低pH0 时,L 时, G 随[Na+]增加而升高的幅度较大; [Na+ ]> 0.3 mol/L 时, 幅度变小. 这是因为对高pH0，再生需用足量Ca(OH)2按式(5) 进行, 由于Ca(OH)2的溶解度有限, 尽管溶液中[Na+]差别较大, 但再生后得到的NaOH浓度均较低(对于Na+为0.15mol/L的溶液, 充分再生后得到的NaOH浓度不超过0.12mol/L) , pH0相差不大, 使得[Na+]对G 的影响不是太大. 但对推荐的pH0= 78, 则再生反应(4)比反应(5)较易于进行,使得[Na+]对[SO32-]的影响较大.

另一方面, 由于灰渣带走的液量一定, 故[Na+]越高, 运行中损失的钠碱量也越大. 考虑以上因素, 结合本实验结果, [Na+]取0.13mol/L左右为

宜。

(3) 溶液中SO42-浓度在溶液循环过程中还伴有氧化反应, 产生SO42-, 由于溶液中SO42- 所形成的钙盐要比SO32- 的钙盐溶解度大, 再生时会有一部分SO42-累积. 图3 所示的是[SO42- ]对G的影响, 可见:当pH0较高时, [SO42-]对G的影响较小, 而pH0较低时则影响较大. 这是由于溶液中有SO42-存在时, SO42-将占用一部分Na+与之达到电荷平衡, 使溶液中起脱硫作用的活性[Na+] (能形成NaOH、Na2SO3及NaHSO3的Na+ ) 降低, 从而影响脱硫率. 由(2)中阐述可知, 当pH0较高时, G受[Na+]影响较小, 因而G受[SO42-]影响不大, 但随着pH0 的降低, G受其影响逐渐明显.

(4) 液气比(L/G) L/G 的大小直接影响脱硫装置(塔体、泵、管道等) 的投资和运行费用(如电耗) , 是一个重要的操作参数。图4表明了2种不同的pH0 下,L/G 对G的影响。可见, 当L/G 较小时, G 受L/G 的影响较显著; 无论pH0高低, 当L/G大于3, G随L/G 的增加幅度都很小. 其主要原因为: ①在SO2浓度不变时, 增大L/G 则液体沿塔板下流时pH值的降低较少, 且塔板上气液接触面积增加, 而有利于增加吸收速率; 但L/G增大到一定程度, 对液体pH 值下降的影响已很小, 气液接触面积增加也有限. ②较低pH0时, pH的变化对板效率的影响比高pH0 显著(参见图1) , 因此G随L/G 的变化更加明显。 L/G 控制在23L /m3 较合理, 这样既可保证较高的脱硫率, 又不致于使投资和运行费过高。

(5) 气体中SO2初始浓度(y0) 结果如图5所示可见, G随y0的增高而有所下降. 当pH0较高时, G 随y0的上升而下降缓慢; 当pH0较低时, G下降较快。

三、总结：

(1) 实践证明：再生液pH值、溶液中Na+浓度和L /G愈高, 则脱硫率也愈大; 溶液中SO42-的存在会使脱硫率下降。

(2) 气体中SO2的y0较低, 有利于脱硫率的提高，因此燃用低硫煤是非常有必要的。

(3) 综合考虑脱硫率和费用, 以下的工艺条件较为适宜双碱法脱硫: pH0 = 78, L/G = 23 L/m3,[Na+]≈0.3mol/L。

经过一年的实践运行，我公司脱硫工艺得到了逐步完善，脱硫效果日趋稳定和提高，脱硫指标大大低于国家标准，为公司的可持续发展和环保工作作出了巨大贡献。