肖九高 汪志和
（成都工业气体有限公司 四川成都 610031）
摘要
本文阐述了循环吸收法脱除和回收烟气中二氧化硫技术的原理和特点，并介绍了该技术在某钢厂采用烧结烟气进行工业化中间试验的结果。
关键词
烟气脱硫 离子液 循环吸收法
2005年，我国二氧化硫排放总量高达2549万吨，居世界第一，二氧化硫排放造成的经济损失约为5000亿元，其经济损失约占GDP的2.6%。二氧化硫污染已成为制约我国经济、社会可持续发展的重要因素，控制二氧化硫污染势在必行。
烟气脱硫（FGD）是目前世界上唯一大规模商业化应用的脱硫方式，是控制二氧化硫污染的主要技术手段。石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺技术是我国的主流工艺技术，据统计，投运、在建和已经签订合同的火电厂烟气脱硫工艺技术中，石灰石-石膏湿法技术占90％以上。该技术存在如下两个缺点：（1）副产品石膏再利用的价值不大，不得不作抛弃处理，产生了新的脱硫石膏污染。（2）每处理一吨二氧化硫要排放0.7吨二氧化碳，治理了烟气中的二氧化硫污染，又新增了温室效应气体二氧化碳的排放。
我国是硫资源相对贫缺的国家，2005年我国硫磺进口量从2000年的273万吨增至2005年的831万吨，年均递增24.9%；硫酸进口量从2000年的37万吨增至2005年的196万吨，年均递增39.6%。
离子液循环吸收法在脱除烟气中二氧化硫的同时，副产高纯二氧化硫，回收了宝贵的硫资源，高纯二氧化硫可作为生产液体二氧化硫、硫酸、硫磺和其它化工产品的优良原料。该技术实现了烟气脱硫装置的高效化、资源化，符合国家循环经济的发展目标。
1 循环吸收法烟气脱硫技术
由于现有脱除二氧化硫技术的局限性，一些专家考虑用离子液体作为脱除和回收二氧化硫的吸收剂。
离子液体是由阴离子和阳离子组成的在室温或接近室温下呈液体状态的物质，离子液体的主要特点：（1）离子液体一般没有蒸汽压，所以在使用过程中不产生对大气造成污染的有害气体；（2）可以通过采用不同的阴、阳离子组合来调节离子液体的物理和化学性质；即离子液体具有优良的可设计性,可以通过分子设计获得特殊功能的离子液体。因此，离子液体被称为“绿色可设计溶剂”。
成都工业气体有限公司在研究离子液体的基础上，通过实验室筛选以及一系列小型模拟试验研究，确定了吸收剂配方，对其吸收再生、抗氧化、SO2选择性吸收等性能进行了测定，试验结果表明：实验室筛选的吸收剂具有性能稳定、蒸汽压力低、选择吸收二氧化硫能力强、脱硫效率高等优点。
我们开发的“离子液循环吸收法脱除和回收烟气中二氧化硫技术”，是一种新颖的离子液体技术与传统的“吸收――再生”气体净化工艺的完美相合。本技术在脱除烟气中SO2的同时副产高纯SO2气体，副产的高纯SO2气体是液体SO2、硫酸、硫磺和其它硫化工产品的优良原料。该技术具有自主知识产权，所有设备均可实现国产化。
2 工艺原理
本工艺采用的吸收剂是以有机阳离子、无机阴离子为主，添加少量活化剂、抗氧化剂和缓蚀剂组成的水溶液；该吸收剂对SO２气体具有良好的吸收和解吸能力；其脱硫机理如下：
SO2 + H2O ←→ H+ + HSO3- (1)
R + H +←→ RH+ (2)
总反应式：
SO2 + H2O + R ←→ RH+ + HSO3- （3）
上式中R代表吸收剂，（3）式是可逆反应，低温下反应（3）从左向右进行，高温下反应（3）从右向左进行。循环吸收法正是利用此原理，在低温下吸收二氧化硫，高温下将吸收剂中二氧化硫再生出来，从而达到脱除和回收烟气中SO2的目的。
3 工艺流程
工艺流程见图1。
烟气经水洗冷却塔（1）除尘降温后送入吸收塔(2)，烟气中SO2被溶剂吸收，脱硫后烟气送烟道放空。吸收SO2后的富液由塔底经泵(4)进入贫富液换热器(11)，回收热量后入再生塔(3)上部。解吸出的SO2连同水蒸气经冷凝器（8）冷却后，经气液分离器(9)除去水分，得到纯度99.5%的SO2气体，送下工段使用。再生气中被冷凝分离出来的冷凝水由泵(10)送至再生塔顶部。富液从再生塔上部进入，通过汽提解吸部分SO2，然后进入再沸器（6），使其中的SO2进一步解吸。解吸SO2后的贫液由再生塔底流出，经泵(5)、贫富液换热器(11)、贫液冷却器（12）换热后，进入吸收塔(2)上部，重新吸收SO2。吸收剂往返循环，构成连续吸收和解吸SO2的工艺过程。
工业化中间试验结果
为验证该技术实验室模拟试验结果，早日实现工业化，成都工业气体有限公司在攀钢建立了一套1000Nm3/h循环吸收法烧结机头烟气脱硫工业化中间试验装置。经过七个月的连续试验，确认了本脱硫工艺对攀钢烧结烟气脱硫工艺的良好适应性，试验结果表明，本装置各项指标均优于设计值。
表1 设计指标与实测值的比较
|
项目 |
烟气含SO2
（mg/Nm3） |
净化气含SO2
（mg/Nm3） |
脱硫率
% |
|
设计值 |
5000 |
240 |
95 |
|
实测值 |
3500~11000 |
＜100 |
≥98 |
3.1 脱硫效果
每天烟气进出本脱硫装置的SO2含量平均值见表2，由表2可见，三天的平均脱硫效率都超过了99%。
表2 三天的平均脱硫效率
|
项目 |
3月19日 |
3月20日 |
3月21日 |
烧结烟气中平均
SO2 mg/m3 |
3900 |
3850 |
4250 |
脱硫后烟气中平均
SO2 ppm |
11.5 |
12.9 |
14.7 |
|
平均脱硫效率 % |
99.16 |
99.04 |
99.01 |
3.2 监测报告
为验证本实验装置的脱硫效果,我们委托攀枝花市环保局对本装置进行了测定。攀枝花市环境监测站固定污染源废气监测报告（编号2007-03气委7-1）监测结果如下：
表3 环境监测站监测结果
|
项 目 |
单 位 |
数 量 |
平均值 |
|
烟气中SO2 |
mg/Nm3 |
5428 |
5464 |
5442 |
5412 |
5407 |
5431 |
|
脱硫后烟气中SO2 |
mg/Nm3 |
32 |
28 |
27 |
26 |
27 |
28 |
4 循环吸收法脱硫工艺的技术特点
成都工业气体有限公司开发的循环吸收法脱硫工艺具有如下技术特点：
①离子液可循环使用，损耗低。
②在脱硫的同时副产99%干基的SO２，副产品可作为液体二氧化硫、硫酸、硫磺或其它硫化工产品的优良原料。
③系统运行可靠,自动化程度高，能长期稳定运行。开停车方便，调试和维修费用低。
④占地面积小。
⑤脱硫效率高,脱硫效率可达99.5% ,且脱硫效率可灵活调节。
⑥适应范围宽,在烟气含硫量从0.02% 到5%的范围内运行成本稳定，在烟气中硫含量较高时，本技术的投资和操作成本更具优势。
⑦能耗低：再生塔对所用蒸汽要求低，可利用工厂的低品位废热。
⑧拥有完全的自主知识产权,所有设备均可实现国产化。
5 结论
工业化中间试验结果表明，成都工业气体有限公司开发的离子液循环吸收法烟气脱硫技术脱硫效率高，脱硫吸收剂能长期稳定运行，副产的SO2浓度高达99.5%,完全能够满足各类烟气脱硫装置的技术要求，本试验为工业化应用打下良好的基础，该技术具有广阔的应用前景。
本技术于2007年7月通过了四川省科技厅组织、四川省环保局主持的技术成果鉴定，并被确认为“离子液循环吸收法为脱除和回收SO2提供了一项新技术，由有机阳离子、无机阴离子组成的离子液SO2吸收剂属于国内首创,达到了国际先进水平”。
目前，本技术已成功应用于内蒙一有色金属有限公司制酸尾气（7.5×104Nm3/h）及工业锅炉烟气（7.6×104Nm3/h）脱硫工程。四川一钢56×104Nm3/h烧结烟气脱硫项目正在建设中。
