摘要：堿式硫酸鋁—石膏法作為一種脫硫技術(shù)對于處理低濃度SO2具有諸多優(yōu)點，文中介紹了該法的發(fā)展概況、脫硫原理、工藝流程以及工藝要點。

關(guān)鍵詞：堿式硫酸鋁；脫硫；工藝流程；工藝要點

1 前言

我國二氧化硫排放量居世界第一位，2003年已達2159萬噸，其中59%以上的二氧化硫是由燃煤電廠排放的[1]。燃煤電廠是SO2污染最集中、規(guī)模最大的行業(yè)，也是我國控制SO2污染的重點行業(yè)?？刂迫济弘姀SSO2排放的途徑主要有燃燒前脫硫、燃燒中脫硫和煙氣脫硫，而煙氣脫硫是目前控制SO2最行之有效的途徑。

煙氣脫硫的基本原理是利用各種技術(shù)手段將煙氣中的SO2從氣相中分離轉(zhuǎn)，利用酸堿中和反應將氣相中的SO2轉(zhuǎn)化成固態(tài)或液態(tài)的硫酸鹽、亞硫酸鹽或其它的硫酸鹽形式。堿式硫酸鋁—石膏法是濕法煙氣脫硫技術(shù)中的一種，在試驗過程中我們發(fā)現(xiàn)應用該種技術(shù)在處理低濃度二氧化硫上具有諸多優(yōu)點。

2 什么是堿式硫酸鋁

硫酸鋁是離子型化合物，易溶于水，由于Al3+的水解作用，使它的溶液呈酸性，往溶液中加入CaCO3粉末，可生成含水量不定的水合氧化鋁Al2O3•xH2O，也可寫作Al2(OH)3的形式，其堿性略強于酸性?；钚越M分Al2O3對SO2具有強大的親和力，它能與未反應的硫酸鋁形成堿式絡合物（1-x）Al2（SO4）3•xAl2O3，通常將它稱作堿式硫酸鋁[2]。

目前，世界上利用堿式硫酸鋁溶液作為吸收劑吸收煙氣中SO2，進行煙氣脫硫的方法有兩種，即堿式硫酸鋁—石膏法（簡稱堿鋁石膏法）和堿式硫酸鋁—解析法（簡稱堿鋁解析法）。[3]

3 堿式硫酸鋁法煙氣脫硫工藝發(fā)展概況

堿式硫酸鋁解析法最早由英國皇家化學工業(yè)公司（ICI）于1932年至1942年進行研究，該國的蔓徹斯特于1958年建成一套裝置并投入運轉(zhuǎn)。芬蘭奧托昆普銅冶煉廠于1936年用該法處理含5%SO2煙氣，生產(chǎn)能力為52t/d（液體SO2）。我國沈陽化工研究院于1954年用此法進行過中間試驗，處理含0.5～1%SO2的鉛燒結(jié)煙氣，吸收率達90%以上，吸收SO2以后的溶液，用低壓蒸汽解吸，以得到SO2氣體，并使吸收劑循環(huán)使用，解吸效率接近100%，每噸SO2消耗低壓蒸汽6.7噸。由于當時條件限制，對于0.3%左右的低濃度SO2氣體未進行試驗。

日本自六十年代開始逐漸重視堿式硫酸鋁法的研究。1972年，日本同和礦業(yè)公司開發(fā)了堿式硫酸鋁—石膏法用于煙氣脫硫，并首先在該公司的岡山冶煉廠使用，20 個月的平均脫硫率為99%。我國于1980年引進一套該裝置，用來處理南京鋼鐵廠硫鐵礦燒渣的高溫氯化焙燒尾氣，最大設計煙氣量為52,300Nm3/h，SO2濃度為2,850ppm，排空SO2濃度106ppm，自生產(chǎn)以來，脫硫效果很好，SO2吸收率達98.7—99.5%。從1980年開始，南京化學工業(yè)公司研究院在消化該裝置的基礎上，經(jīng)歷了實驗室小試、工藝模擬和連續(xù)運行驗證等階段，為沈陽冶煉廠設計了一套處理硫酸車間尾氣的脫硫生產(chǎn)裝置，其設計煙氣量為135,000 Nm3/h，SO2年平均濃度4,500ppm，1985年投產(chǎn)。其后的20年國內(nèi)外再無研究應用該法的文獻報導。

1998年我們在生化法煙氣脫硫試驗研究中，偶然發(fā)現(xiàn)堿式硫酸鋁溶液對于吸收1000ppm以下濃度的SO2氣體具有諸多優(yōu)點，隨后對其脫硫原理、工藝流程作了深入的試驗研究。

4 堿式硫酸鋁—石膏法脫硫技術(shù)

4.1 堿式硫酸鋁—石膏法脫硫原理

該法用堿式硫酸鋁溶液吸收煙氣中的SO2，然后將此吸收液氧化，再用石灰石再生為堿式硫酸鋁循環(huán)使用，同時可副產(chǎn)石膏。該工藝過程由三個基本步驟組成，即吸收、氧化、中和（再生）。下面將其原理分述如下：

（1）吸收：堿式硫酸鋁（BAS）溶液對SO2具有良好的吸附能力，化學反應如下：

Al2(SO4)3•Al2O3 + 3SO2 ＝ Al2(SO4)3•Al2(SO3)3              （1）

由反應式可知，溶液中吸收SO2的有效成分是Al2O3, Al2O3含量的多少，將決定對SO2的吸收能力，它在溶液中的含量通常用堿度表示，堿式硫酸鋁表示為              （1-x）Al2(SO4)3•x Al2O3，則堿度為100x%。

（2）氧化: 吸收SO2后的溶液用空氣中的氧將Al2(SO3)3氧化為Al2(SO4)3：

2Al2(SO4)3•Al2(SO3)3 + 3O2 ＝ 4Al2(SO4)3                    （2）

吸收SO2后的堿式硫酸鋁在氧化塔中用空氣進行氧化，氧化速度快，停留時間僅需幾分鐘，反應是在氣液兩相中進行，因此與空氣量（為理論量的2倍）、氣液接觸表面積以及氧的吸收率有關(guān)[4]。

（3）中和（再生）：用石灰或石灰石粉中和使吸收液再生，其反應式如下：

2Al2(SO4)3 + 3CaCO3+6H2O ＝ Al2(SO4)3•Al2O3 + 3CaSO4•2H2O↓+ 3CO2↑ （3）

石灰石的粒度要求不小于200目的在80%以上，而在其他方法中則要求不小于325目，這是本法的優(yōu)點之一[5]。

堿式硫酸鋁溶液的制備反應式與式（3）相同，可用工業(yè)液體礬（含Al2O38%）或粉末硫酸鋁[Al2(SO4)3•16～18H2O]溶于水，然后添加石灰或石灰石粉中和，沉淀出石膏，以除去一部分硫酸根，即得到所需堿度的堿式硫酸鋁，根據(jù)需要的堿度控制石灰或石灰石粉的添加量。通常控制堿度在10%～40%[6]，在堿度＞50%時容易形成絮凝狀沉淀。

在整個工藝中，作為吸收媒介物的Al是以水溶液中的離子狀態(tài)存在的，從理論上講，Al2(SO4)3的補充量是沒有必要的。但在實際上因為被石膏所吸附的那部分不可能完全沖洗干凈，會造成Al的損失，所以需要定期補充鋁。

4.2 堿式硫酸鋁—石膏法工藝流程

圖1是堿式硫酸鋁—石膏法工藝流程圖。該工藝過程主要由吸收劑的制備系統(tǒng)、吸收系統(tǒng)、氧化系統(tǒng)、中和再生系統(tǒng)組成。煙氣經(jīng)過濾除塵后從吸收塔下部進入，在塔內(nèi)經(jīng)吸收劑洗滌除沫后排入空氣。吸收后的溶液送至氧化塔用空氣進行氧化，氧化后的吸收液大部分返回吸收塔，從循環(huán)吸收液中引出一部分去中和。其中一部分先除去鎂離子以保持鎂離子的濃度在一定水平之下。其余部分在1#、2#槽中和至要求的堿度，然后送至增稠器，上層清夜返回吸收塔，底流經(jīng)分離機分離后得到石膏產(chǎn)品[4]。

4.2.1工藝要點

（1）吸收液堿度   吸收液堿度越高，吸收效率越高，但堿度大于50％時，容易生成絮狀沉淀物。吸收劑的堿度一般在10％～20％之間，如煙氣中SO2濃度波動大時，堿度可以高一些。中和后的吸收劑堿度控制為25％～40％。

（2）吸收液中的鋁含量  鋁量是指每升溶液中含有總鋁的克數(shù)。溶液中鋁含量影響脫硫效率，鋁含量高低也影響到石膏中鋁的損失。吸收劑的含鋁量通?？刂茷?8～22g/L，而當鋁濃度為15～20g/L時，石膏中的鋁損失量最少。

（3）吸收液的pH值  堿式硫酸鋁溶液的pH值較其它方法較低，為2.4 ～4.0。因此，在這樣低的pH值下設備不易堵塞。

（4）氧化催化劑  氧化時的催化劑是Mn2+和Fe3+。一般用MnSO4 0.2～0.4g/L即可；但實際生產(chǎn)中，因為錳離子濃度隨著時間而降低，故需要經(jīng)常補充；Fe3+的催化效應及加入數(shù)量有待進一步研究確定。

（5）鋁補充量  由于處理的煙氣及石灰石中鎂含量的不同，鋁補充量也不同，1t石膏約補充0.5～2g/L。

5 結(jié)束語

通過進行處理煙氣量為380m3/h的脫硫試驗后，我們發(fā)現(xiàn)堿式硫酸鋁—石膏法煙氣脫硫工藝對于吸收低濃度的SO2具有諸多優(yōu)點：作為原料的石灰石和硫酸鋁，價格低廉、來源方便；吸收劑—堿式硫酸鋁溶液無毒無味、不引起二次污染；吸收液的pH值較低，設備不易堵塞；溶液吸收SO2容量大、液氣比小、鈣硫比低、脫硫效率高；副產(chǎn)品可得到優(yōu)質(zhì)的石膏。上述優(yōu)點說明堿式硫酸鋁—石膏法煙氣脫硫技術(shù)在凈化低濃度SO2上具有廣闊的應用前景。

參考文獻：

[1] 中國環(huán)境保護產(chǎn)業(yè)協(xié)會鍋爐爐窯脫硫除塵委員會.我國火電廠煙氣脫硫行業(yè)2004年發(fā)展報告[J].中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2005，（8）：40.

[2] 郭東明.硫氮污染防治工程技術(shù)及其應用[M].北京：化學工業(yè)出版社，2001.

[3] 高瑞華.堿鋁再生法煙氣脫硫新工藝[J]:四川化工，1996，（2）：16.

[4] 肖文德、吳志泉.二氧化硫脫除與回收[M].北京：化學工業(yè)出版社，2001.

[5] 雷仲存.工業(yè)脫硫技術(shù)[M].北京：化學工業(yè)出版社，2001.

[6] 焦曉峰等.堿式硫酸鋁法煙氣脫硫試驗研究[J]:內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟.2005，（10）：135.
 

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