專利名稱：一種利用蜂窩陶瓷凈化煙氣中二氧化硫的工藝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于冶金環(huán)保領(lǐng)域，特別涉及一種適用于燒結(jié)廠廢氣中的二氧化硫脫硫技術(shù)。
目前，為解決燃燒過程二氧化硫的排放問題，在國內(nèi)、外主要有三種對策一是在排放前對廢氣中的二氧化硫進(jìn)行吸收凈化處理，如氨法、石灰乳法、活性碳吸收法等。這些方法對于處理高濃度的二氧化硫，效果顯著，因此已被國內(nèi)外廣泛采用，但用于處理煙氣量大、二氧化硫濃度較低的燒結(jié)廠廢氣，效果并不理想。而且，這些方法所用的設(shè)備龐大、投資高、占地面積大、技術(shù)復(fù)雜。二是采用清潔的生產(chǎn)工藝，即在燃燒前對燃料等物料進(jìn)行脫硫處理，以減少進(jìn)入燃燒過程的硫含量，這勢必會對燃料等有種種限制，不僅增加生產(chǎn)成本，降低了對原料的適應(yīng)能力，而且也難以達(dá)到理想的凈化效果。三就是通過配料、加入固硫劑、改進(jìn)工藝流程等，在燃燒過程中將硫固定在固體殘存物中，以杜絕或減少SO2氣體的排放。但若將這一方法用在燒結(jié)廠，即使克服了SO2二次釋放問題，也必然會使硫存留在燒結(jié)礦中，其結(jié)果是增加了后續(xù)鋼鐵生產(chǎn)過程的脫硫負(fù)擔(dān)，給高純凈鋼生產(chǎn)帶來困難，因而也是不可取的。
一種利用蜂窩陶瓷凈化煙氣中二氧化硫的工藝方法，其特征在于以廉價(jià)、易得的石灰乳液作為煙氣脫硫劑，在溫度較低的排氣煙道尾部，砌筑孔密度0.5-50孔/cm2的蜂窩陶瓷磚作為脫硫劑載體，要求蜂窩陶瓷磚有強(qiáng)的吸水能力，即磚的材質(zhì)有較高的孔隙率，砌筑前使其表面吸附大量的脫硫劑。
蜂窩陶瓷磚將起到增大脫硫劑和廢氣接觸面積，延長接觸時間的作用；由于位置適當(dāng)，可使脫硫反應(yīng)處于最佳溫度范圍；而只要孔密度選擇恰當(dāng)，就不會過于增大煙氣排放的阻力。砌筑蜂窩陶瓷磚時，應(yīng)注意保持煙氣孔道的暢通。
根據(jù)熱力學(xué)分析，有水存在的條件可增強(qiáng)脫硫劑的脫硫能力。故在蜂窩陶瓷磚砌筑體內(nèi)埋入多排滴灌管道，在使用過程中，利用“滴灌”技術(shù)，向砌筑在煙道中的蜂窩陶瓷磚不斷補(bǔ)充石灰乳的澄清液，以保持蜂窩陶瓷磚的脫硫能力。滴灌速度以保持蜂窩陶瓷磚砌筑體潮濕，但不形成水流為限度。
蜂窩陶瓷磚擁有許多直通孔洞，孔密度可從0.5孔/cm2至50孔/cm2，煙氣通過阻力很小。石灰乳濁液脫硫劑吸附于多孔蜂窩陶瓷磚的孔洞表面。其澄清液可以通過滴灌的方式向蜂窩陶瓷磚表面進(jìn)行補(bǔ)給。定期對蜂窩陶瓷磚進(jìn)行清洗或更換，以免蜂窩磚的孔道被堵塞。清洗后的蜂窩陶瓷磚可以重復(fù)使用。
脫硫原理根據(jù)熱力學(xué)計(jì)算和煙道內(nèi)的實(shí)際條件分析，用石灰乳脫硫的主要反應(yīng)是(1)(2)這兩個反應(yīng)的自由焓變化ΔG隨溫度的改變?nèi)绫?所示。
表1 不同溫度下脫硫反應(yīng)的自由焓變化 由表1可以看出，隨著溫度從293K升高到573K時，兩個反應(yīng)的自由能ΔGr分別由-137.41kJ·mol-1和-254.93kJ·mol-1逐漸增大至-128.81kJ·mol-1和-165.43kJ·mol-1，而與之相應(yīng)的脫硫反應(yīng)平衡常數(shù)K則分別由3.14017×1024和2.813×1045減小到5.52554×1011和1.20452×1015，說明SO2與CaO及Ca(OH)2的反應(yīng)能力在下降，因此，溫度的升高不利于脫硫反應(yīng)的進(jìn)行，在較低的溫度下可提高脫硫效率。
此外，在低溫下，石灰乳中的水分揮發(fā)較慢。而水的存在，有利于脫硫效率的提高，因此，蜂窩磚的砌筑位置以溫度較低的煙道尾部為宜。
本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)是脫硫效果好、成本低廉、占地少、施工簡單，可最大限度地減少廢氣中的二氧化硫含量，尤其適用于煙氣量大、SO2濃度低的場合。


圖1為本發(fā)明的模擬實(shí)驗(yàn)裝置圖。
1.高溫爐 2.控溫儀 3.流量計(jì) 4.干燥塔 5.氧氣閥 6.含SO2氣體或氧氣瓶 7.反應(yīng)器8.滴定管 9.NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液 10.定硫吸收液 11.過濾器 12.廢液瓶圖2是脫硫率隨溫度的變化曲線。
具體實(shí)施例方式
根據(jù)北京某鋼鐵公司燒結(jié)廠煙氣的SO2實(shí)際濃度，用空氣或氧氣與SO2氣配制成試驗(yàn)用氣，SO2的體積濃度為4.92×10-4，控制試驗(yàn)氣體的通氣時間，定量地通入實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，而后改用純氧氣趕凈系統(tǒng)中的殘存含硫氣體)，在反應(yīng)器中用定硫吸收液吸收后，再用NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行滴定，以確定試驗(yàn)氣體的SO2真實(shí)濃度。將不同孔密度的蜂窩陶瓷磚磨成與爐管內(nèi)徑相配的圓柱體，浸入石灰乳液中，令其充分吸附石灰乳液后，再把浸潤了石灰乳液的蜂窩陶瓷磚塊放置到管式爐恒溫區(qū)。在不同溫度下，重復(fù)上述通入試驗(yàn)氣體和吸收滴定的過程，即可得知不同溫度下吸附了石灰乳液的蜂窩陶瓷磚對試驗(yàn)氣體的脫硫率。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論分析十分一致。室溫下脫硫率可達(dá)80％左右，而在室溫至300℃之間，脫硫率隨溫度升高而降低，300℃以上直至600℃脫硫率基本不變?？梢娎檬胰橐簩煔饷摿?，應(yīng)該在盡可能低的溫度下進(jìn)行。
多批次試驗(yàn)的脫硫率結(jié)果如表2所示，可以看出，在實(shí)驗(yàn)條件下脫硫率基本穩(wěn)定在80％左右。
表2 脫硫率的測定

另一試驗(yàn)方法是在高溫爐內(nèi)放入燒結(jié)礦物料，在1200℃下通入氧氣進(jìn)行燒結(jié)，使燒結(jié)礦物料中的硫被氧化成SO2排出。而把吸附了石灰乳的多孔陶瓷球放在高溫爐的排氣管路上對廢氣脫硫。這一試驗(yàn)的SO2/SO3脫除效率平均達(dá)到87.5％。
如上所述，模擬試驗(yàn)的脫硫率比較穩(wěn)定，基本在80％左右。但并不表示脫硫率只能達(dá)到這一水平。由于試驗(yàn)時蜂窩陶瓷磚的長度較短，加之氣體流速較高，所以脫硫率受到影響。顯然，在實(shí)際應(yīng)用時，如果根據(jù)煙氣流速，煙氣SO2含量等因素，調(diào)整蜂窩陶瓷磚的砌筑長度，脫硫率可望得到進(jìn)一步的提高。
試驗(yàn)中使用了兩種不同孔密度的蜂窩陶瓷磚，它們的脫硫率基本相同。說明在一定條件下，蜂窩陶瓷磚的孔密度可以適當(dāng)減小，這有利于降低煙氣排放的阻力和延長蜂窩陶瓷磚的清洗周期。
理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)都表明，這一煙氣脫硫技術(shù)的脫硫效果是明顯的。但具體應(yīng)用時的一些參數(shù)，如蜂窩陶瓷磚的孔密度、砌筑長度、石灰乳澄清液的滴灌補(bǔ)給速度、蜂窩陶瓷磚的清洗周期等都需要根據(jù)應(yīng)用現(xiàn)場的條件，通過實(shí)驗(yàn)來確定。
本發(fā)明不僅可以用于鋼鐵企業(yè)的燒結(jié)廠，同樣也可以用于其它含SO2的煙氣排放場合，適用于中小企業(yè)新建或改建煙氣脫硫系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種利用蜂窩陶瓷凈化煙氣中二氧化硫的工藝方法，其特征在于以廉價(jià)、易得的石灰乳液作為煙氣脫硫劑，在溫度較低的排氣煙道尾部，砌筑孔密度0.5-50孔/cm2的蜂窩陶瓷磚作為脫硫劑載體，要求蜂窩陶瓷磚有強(qiáng)的吸水能力，即磚的材質(zhì)有較高的孔隙率，砌筑前使其表面吸附大量的脫硫劑。
2.如權(quán)利要求1所述凈化煙氣中二氧化硫的工藝方法，其特征在于在蜂窩陶瓷磚砌筑體內(nèi)埋入了多排滴灌管道，在使用過程中，利用“滴灌”技術(shù)，向砌筑在煙道中的蜂窩陶瓷磚不斷補(bǔ)充石灰乳的澄清液，以保持蜂窩陶瓷磚的脫硫能力。
全文摘要
本發(fā)明屬于冶金環(huán)保領(lǐng)域，特別涉及一種適用于燒結(jié)廠廢氣中的二氧化硫脫硫技術(shù)。其特征在于采用已經(jīng)商業(yè)化的蜂窩陶瓷為吸收載體，在其孔洞表面吸附配制好的石灰乳液為脫硫劑，并利用“滴灌”技術(shù)不斷補(bǔ)充石灰乳澄清液，以保持蜂窩陶瓷的濕潤和維持脫硫能力。通過對多孔的蜂窩陶瓷磚砌筑方式和砌筑位置的優(yōu)化，對煙氣量大、二氧化硫濃度低的煙氣脫硫率達(dá)到80％以上。本發(fā)明可省去了大型脫硫裝置的投資與用地，為煙氣脫硫提供了一項(xiàng)成本低、占地少、施工簡單的煙氣凈化方法。
文檔編號B01D53/80GK1442228SQ03109740
公開日2003年9月17日 申請日期2003年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月14日
發(fā)明者李福燊, 連芳, 李聯(lián)生, 李麗芬 申請人:北京科技大學(xué)