氢氧化钠法脱硫

氢氧化钠法脱硫

原理   

            该工艺综合石灰法与钠碱法的特点，既解决了石灰法的塔内易结垢的问题，同时又具备钠碱法吸收效率高的优点。

            NaOH溶液吸收SO2并副产亚硫酸钠的过程分为以下几步：

            吸收

2NaOH+SO2→Na2SO3+H2O          （1）

Na2SO3+SO2+H2O→2NaHSO3       （2）

            以上两式总反应为：

     NaOH+SO2→NaHSO3                 （3）

           反应（2）表明，反应（1）生成的Na2SO3仍具有脱除SO2的能力，但反应（2）和反应（3）生成的NaHSO3则不再具有脱除

           SO2的能力。

           反应（1）表明，当排放液中主要含Na2SO3，即脱硫反应主要按（1）式进行时，是2.0摩尔的NaOH脱除1.0摩尔的SO2，

           NaOH的消耗量将多一倍；反应（3）表明，当排放液中主要含NaHSO3 ，即脱硫反应主要按（3）式进行时，是1.0摩尔的

           NaOH脱除1.0摩尔的SO2， NaOH的消耗量仅为前者的1/2。

           根据以上原理，设计的脱硫系统用NaOH脱除SO2后，将主要以NaHSO3的形式排放，即基本上保证1.0摩尔的NaOH脱除1.0

           摩尔的SO2。这一点对降低脱硫成本是非常重要的。

           中和

           副产Na2SO3 产品时，吸收液要进行中和处理。中和处理的目的是将吸收液中的NaHSO3 中和为Na2SO3，即：

NaHSO3+NaOH →Na2SO3+H2O    （4）

氢氧化钠（NaOH）法脱硫

钠碱与氨相比，由于阳离子是非挥发性的，不存在吸收剂在洗涤过程中挥发产生氨雾问题，与钾碱相比，价格便宜，而且，亚硫酸钠和亚硫酸氢钠的溶解度特性更适宜于加热解析过程。

简单地说，烟气中SO2的脱除过程是分两部完成的：

第一步，气液传质和水合过程，即烟气中SO2分子与水接触时，溶解在水中，并与水分子水合为亚硫酸：

SO2+H2O→H2SO3                           (1)

第二步，H2SO3与溶解在水中的碱性脱硫剂作用。我们采用的脱硫剂是氢氧化钠脱硫。

NaOH烟气脱硫工艺是为了克服石灰石/石灰法容易结垢的缺点而发展起来的。它先用碱金属盐类如NaOH、Na2CO3、NaHCO3、Na2SO3等的水溶液吸收SO2，吸收后的产物可以以各种方式回收或者再生循环利用。再生是在另一个石灰反应器中用石灰或石灰石将吸收SO2后的溶液再生，再生后的吸收液循环使用，而SO2则以石膏的形式析出，生成亚硫酸钙和石膏。

NaOH溶液吸收SO2并副产亚硫酸钠的过程分为以下几步：

吸收

2NaOH+SO2→Na2SO3+H2O          （1）

Na2SO3+SO2+H2O→2NaHSO3        （2）

以上两式总反应为：

NaOH+SO2→NaHSO3              （3）

反应（2）表明，反应（1）生成的Na2SO3仍具有脱除SO2的能力，但反应（2）和反应（3）生成的NaHSO3则不再具有脱除SO2的能力。

反应（1）表明，当排放液中主要含Na2SO3，即脱硫反应主要按（1）式进行时，是2.0摩尔的NaOH脱除1.0摩尔的SO2， NaOH的消耗量将多一倍；反应（3）表明，当排放液中主要含NaHSO3 ，即脱硫反应主要按（3）式进行时，是1.0摩尔的NaOH脱除1.0摩尔的SO2， NaOH的消耗量仅为前者的1/2。

根据以上原理，设计的脱硫系统用NaOH脱除SO2后，将主要以NaHSO3的形式排放，即基本上保证1.0摩尔的NaOH脱除1.0摩尔的SO2。这一点对降低脱硫成本是非常重要的。

中和

副产Na2SO3 产品时，吸收液要进行中和处理。中和处理的目的是将吸收液中的NaHSO3 中和为Na2SO3，即：

NaHSO3+NaOH →Na2SO3+H2O  （4）

石灰石（石灰）/石膏法脱硫

原理

石灰(石灰石)—石膏湿法烟气脱硫系统已成为优先选择的脱硫工艺。该工艺使用氧化钙（CaO）或碳酸钙（CaCO3）浆液在湿式洗涤塔中吸收SO2。

水的离解：        H2O→H++OH-

SO2的吸收：       SO2（g）→SO2（aq）

                  SO2（aq）+ H2O→H++HSO3-

固体CaCO3的溶解：CaCO3（s）→Ca2++CO32-

                 CO32-+H+→HCO3-

                 HCO3-+H+→H2O+CO2(aq)

                 CO2(aq)→CO2(g)

在有氧气存在时，HSO3-的氧化：

                 HSO3-+1/2O2→H++SO42-

                 H++SO42-→HSO4-

CaSO3和CaSO4的结晶：

                 Ca2++ SO32-+1/2H2O→CaSO3 1/2H2O(s)

                 Ca2++ SO42-+2H2O→CaSO4 2H2O(s)

该工艺完全成熟，运行安全可靠，脱硫效率高，可用率在90％以上，操作简单。

海水法脱硫

原理

海水具备天然的碱度，对于像SO2这样的酸性气体的吸收呈现出极大缓冲能力，可吸收相对大量的SO2。从吸收塔流出的酸性吸收液依靠重力流入水质恢复系统，在这里提供氧气和稀释海水，将SO2氧化成无害的硫酸盐，并使水质恢复系统排水水质（pH值等）恢复原有水平。纯海水脱硫的机理如下：

SO2(g)→SO2(aq)

SO2+H2O→HSO-3+H+

HSO-3→SO32-+H+

SO2-3+1/2O2→SO42-

碳酸盐在海水脱硫工艺中的化学反应过程如下：

CO32-+H+→HCO3-

HCO3-+H+→CO2(aq)+H2O

CO2(aq)→CO2(g)

总的化学反应如下：

SO2(g)+H2O+1/2O2→SO42-+2H+

HCO3-+ H+→CO2(g+aq)+H2O

烟气与海水接触后，二氧化硫气体被海水吸收，生成亚硫酸根离子与氢离子，洗涤液pH值随之降低；吸收了SO2的海水通入大量空气，使亚硫酸根离子（SO32-）与空气中的氧反应生成稳定的硫酸根离子（SO42-），海水中的碳酸根离子（CO32-）和重碳酸根离子（HCO3-）中和氢离子水和二氧化碳，使海水PH值得以恢复。

氨（NH3）法脱硫

          原理   

          氨法脱硫后的产物，主要有氨—酸法、氨—肥等。氨的水溶液呈碱性，能够吸收烟气中的SO2，而达到烟气脱硫的目的，吸收过

          程中是利用(NH4)2SO3-NH4HSO3溶液对SO2的循环吸收、净化烟气，然后以不同的方式处理吸收液的过程。。其吸收工业原

          理如下：

NH3+H2O+SO2 → NH4HSO3

2NH3+H2O+SO2 → (NH4)2SO3

          亚硫酸铵对SO2有更强的吸收能力，他是氨法中的主要吸收剂。

(NH4)2SO3+ H2O+SO2 → 2 NH4HSO3

          在循环吸收过程中，随着亚硫酸氢铵比例的增大，吸收能力降低，需要补充氨水将亚硫酸氢铵转化成亚硫酸铵。

NH4HSO3+ NH3 → (NH4)2SO3

          另外一部分含亚硫酸氢铵较高的溶液，可以从洗涤系统中排出，以各种方法再生得到SO2或者某种副产品，再生后的溶液返回吸

          收系统循环使用。

          实际气体进行洗涤时，会引入诸如NOx、O2、灰等物质，尤其锅炉烟道气当中O2和CO2浓度均高，氧浓度高会发生如下反应：

2(NH4)2SO3＋O2→2(NH4)2SO4

2SO2 +O2→2SO3

2NH4HSO3+ O2→2NH4HSO4

SO3＋2(NH4)2SO3＋H2O→2 NH4HSO3＋(NH4)2SO4

           CO2在氨法中的作用与SO2相仿，同样可以与NH3反应。

双碱法脱硫

            原理   

            该工艺综合石灰法与钠碱法的特点，既解决了石灰法的塔内易结垢的问题，同时又具备钠碱法吸收效率高的优点。

            NaOH溶液吸收SO2并副产亚硫酸钠的过程分为以下几步：

            吸收

2NaOH+SO2→Na2SO3+H2O          （1）

Na2SO3+SO2+H2O→2NaHSO3       （2）

            以上两式总反应为：

     NaOH+SO2→NaHSO3                 （3）

           反应（2）表明，反应（1）生成的Na2SO3仍具有脱除SO2的能力，但反应（2）和反应（3）生成的NaHSO3则不再具有脱除

           SO2的能力。

           反应（1）表明，当排放液中主要含Na2SO3，即脱硫反应主要按（1）式进行时，是2.0摩尔的NaOH脱除1.0摩尔的SO2，

           NaOH的消耗量将多一倍；反应（3）表明，当排放液中主要含NaHSO3 ，即脱硫反应主要按（3）式进行时，是1.0摩尔的

           NaOH脱除1.0摩尔的SO2， NaOH的消耗量仅为前者的1/2。

           根据以上原理，设计的脱硫系统用NaOH脱除SO2后，将主要以NaHSO3的形式排放，即基本上保证1.0摩尔的NaOH脱除1.0

           摩尔的SO2。这一点对降低脱硫成本是非常重要的。

           中和

           副产Na2SO3 产品时，吸收液要进行中和处理。中和处理的目的是将吸收液中的NaHSO3 中和为Na2SO3，即：

NaHSO3+NaOH →Na2SO3+H2O    （4）

FS-04烟气脱硫工艺技术特点

1.核心技术
  

    FS规流填料床技术是我公司基于湍流技术基础上开发的小体积、低能耗、高效率的传质设备。

    可广泛应用于气净化、煤气除尘、烟气降温、气液分离、以及各种有害气体净化。　

    规流床运行过程上图所示，烟气中的小颗粒粉尘进入规流床，由于除尘水的加入将填料球表面润湿，在规流床上烟气与除尘水接触，伴随有热、质的传递过程，在填料球上形成液膜，烟气在填料球上发生惯性碰撞、扩散、粘附、凝集等作用（如下图），使尘粒和水滴接触而被捕集，经过洗涤使尘粒和气体分离，同时，填料球的有规则的运动以及除尘水不断的加入，对填料球表面附着的尘粒进行冲洗，不断更新填料球表面的液膜，如此循环除尘。

    fs－04规流填料床技术与湍流传质量最大的区别在于不是生产一个湍流传质场，而且形成许许多多的小气体单元湍流传质场，性质相同的许许多多小单元内的湍流传质场构成整个的规流填料床的传质过程，实现了在更小空间，更少时间，高效传质目的。

当气体中粉尘和so2 原始浓度非常高时，可设置两层或多层规流填料床，气体通过一层规流床后，进入第二层规流床，继续对气体单一成分吸收，未饱和的吸收剂向下排入第一层规流床中继续吸收。

⒈ 烟气脱硫经典工艺
⑴ 湿法脱硫
目前较成熟、运行较稳定的方法。由于是气液反应,脱硫反应速率快、效率高、脱硫剂利用率高。但其废水处理量大,运行成本也较高。目前世界上已开发的湿法烟气脱硫技术，主要有石灰石（石灰）－石膏法、双碱法、海水脱硫、氨吸收法、氧化镁法等。其中石灰石（石灰）－石膏法有以下特点：
① 脱硫效率高，可达95％以上。
② 技术成熟，运行可*性高，费用低。特别是新建的大机组采用该工艺，使用寿命长，可取得良好的投资效益。
③ 对煤种适应范围广，采用高硫份燃煤，也能获得较高的脱硫效率，达到排放标准。
④ 吸收剂原料石灰石价廉易得，便于降低运行成本。
⑤ 副产品脱硫石膏品位好，虽不足以抵消运行费用，至少可以避免二次污染。
⑵ 半干法脱硫
ⅰ炉内喷钙式活化(LIFAC)法
在传统炉内喷钙法基础上增加了活化反应器,并促进喷水增湿。脱硫效率可达到75%-80%左右。
ⅱ旋转喷雾干燥(SDA)法
此法是利用喷雾干燥的原理,将吸收剂(如石灰浆液)雾化喷入吸收塔内,使得吸收剂与烟气中的SO2发生化学反应。得到的固体以废渣形式排出。
⑶ 干法脱硫
传统是用石灰苏打(CaO-Na2CO3)干粉来除去烟道内废气所含的SO2。从而得到干粉状钙盐和钠盐及未反应的干燥粉尘的混合产物的方法。
⒉ 新工艺发展现状
由于传统工艺存在效率低、操作复杂等特点,在科技的发展和环保要求下,许多国家已不局限于传统工艺，新工艺不断被研究开发出来。
⑴ 荷电干式喷射脱硫(CDSI)法
此法是美国ALANCO公司开发的专利技术。其技术核心是吸收剂以高速通过高压静电电晕充电区,得到强大的静电荷后,被喷射到烟气中,扩散形成均匀的悬浮状态。此法投资及占地仅为传统湿法的10%～27%。但脱硫效率相对较低。
⑵ 电子束照射(EBA)法
其原理是在烟气进入反应器之前先加入氨气,然后在反应器中用电子加速器产生的电子束照射烟气,使水蒸气与氧等分子激发产生氧化能力强的自由基,这些自由基使烟气中的SO2很快氧化，产生硫酸。再和氨气反应形成硫酸氨。其主要特点是系统简单,操作方便,过程易于控制,副产物可用于生产化肥。脱硫成本低于传统方法。但此法需要大功率、长期温度的电子枪,同时需要防辐射屏蔽。
⑶ 脉冲电晕等离子体(PPCP)法
是日本专家增田闪一在EBA法的基础上提出的。它是*脉冲高压电源在普通反应器中形成等离子体,产生高能电子。此法设备简单,操作简便,投资是EBA法的60%。
除以上介绍的以外,近年发展的新工艺还有ABB公司开发的新型集成半干式脱硫(NID)法,适合于海边工厂的海水脱硫工艺、常温精脱硫工艺[5]等。
㈡ 国外主要的几种烟气脱硫技术简介ⅰ LIFAC脱硫工艺[6]
芬兰IVO公司和Tampella公司开发了LIFAC脱硫工艺,这项技术是改进的石灰石喷射工艺,进一步提高了脱硫率。它的主要优点是,耗电量小,经济效益高,工艺设备简单,投资明显低于湿式和雾化干式脱硫方法,且无废水排放。同时维修较方便,占地面积小。
ⅱ 尿素法[7]
尿素法净化烟气工艺由俄罗斯门捷列夫化学工艺学院等单位联合开发,可同时去除SO2和NOX，SO2的脱除率可达99%～100%,NOX脱除率大于95%。对设备无腐蚀作用, NOX、SO2的脱除率与烟气中NOX、SO2的浓度无关,尾气可直接排放,吸收液经处理后可回收硫酸铵。
此外还有丹麦开发的SNOX技术[6，8]和微生物烟气脱硫技术。
㈢ 烟气脱硫技术的发展趋势与前景⒈ 新工艺发展趋势
各项资料显示,国外最新脱硫技术研究主要有以下几个特点：
⑴ 除尘、脱硫、脱氮一体化
由于硫氧化物、氮氧化物同是国家限制排放的污染物,而分开处理明显增加了设备的投资和空间的占用。
⑵ 自动化技术更加明显
最新的几个脱硫工艺更多的是向干法脱硫方向发展,而干法脱硫是最容易达到自动化目的。这也是向社会不断发展的电子技术*拢。相应的,其科技含量也将越来越高。
⑶ 生产成本不断下降
新工艺的脱硫成本相对较低,在这个讲究经济效益的时代要想不被淘汰,其各项成本应越低越好。
⒉ 烟气脱硫技术发展的前景
在未来十几年内，循环流化床烟气脱硫装置在我国电厂脱硫应用中将会有巨大的潜力和应用前景，同时海水烟气脱硫装置在我国沿海电厂，海水资源方便的地区将会有不可替代的优势。
微生物法用于烟气脱硫将具有不需高温、高压、催化剂,均为常温常压下操作,操作费用低、设备要求简单,利用微生物脱硫,营养要求低,无二次污染等特点。因此,微生物烟气脱硫是实用性强、技术新颖的生物工程技术,具有诱人的应用前景,应引起重视,加速开发。
第1章 脱硫方案的选择以及塔体选型
1.1 脱硫方案的选择
燃烧后烟气脱硫（Flue gas desulphurization，缩写FGD）是目前世界上已经完成大规模商业化应用的主要脱硫技术之一，可分为湿法、半干法和干法三类工艺。在脱硫的过程中加入水的工艺称为湿法脱硫（Wet flue gas desulphurization，缩写WFGD），目前世界上已开发的湿法烟气脱硫技术，主要有石灰石（石灰）－石膏法、双碱法、海水脱硫、氨吸收法、氧化镁法等。
石灰石－石膏法是用石灰石浆液与烟气中的SO2反应，在现有的烟气脱硫工艺中，这是目前世界上工艺最为成熟，运行可*性最高，使用最为广泛的湿式脱硫技术。故本设计采用石灰石－石膏湿法烟气脱硫技术。但是石灰石－石膏法WFGD的脱硫产物的处理比较麻烦，烟温降低不利于扩散，工艺较为复杂，易结垢堵塞，占地面积和投资都较大，本设计中针对这些缺点，采取了许多改进措施。
1.2 塔型选择
吸收塔是烟气脱硫系统的核心装置。要求吸收塔气液接触面积大，气体吸收反应良好，压力损失小，并且适用于大容量烟气处理，主要有喷淋塔、填料塔、板式塔等类型。
喷淋塔在全世界WFGD系统中占有突出的地位，是主流的塔型，多采用逆流方式布置，烟气从喷淋区的下部进入吸收塔，与均匀喷出的吸收浆液逆流接触。一般有3～4个喷淋层，每层有多个喷嘴，石灰石浆液经喷嘴雾化后均匀喷淋于塔中。烟气可与液滴紧密接触，顺流、逆流方式均可。逆流运行利于烟气和吸收液充分接触，但压力损失也大。气流带出的液态雾滴由除雾器捕获。由于塔内构件少，大大减少结垢和堵塞的机会，压力损失也小。由于本设计中采用的脱硫剂为石灰石浆液，易出现磨蚀、结垢、堵塞等情况，且塔内构件越多，结垢的危险性越大，故选用喷淋塔。同时借鉴筛板塔气液分布均匀的优点，在喷淋层下加装筛孔板使烟气分布均匀。
1.3 氧化方式的选择[9]
石灰石－石膏湿法烟气脱硫工艺中有强制氧化和自然氧化之分，其区别在于吸收塔底部的持液槽中是否通入强制氧化空气。在强制氧化法中，吸收浆液中的 几乎全部被持液槽底部通入的空气强制氧化成 ，脱硫产物主要为石膏（CaSO4?2H2O）。目前，强制氧化法已成为WFGD中优先选择的工艺，它不论是在脱硫效率还是在系统运行的可*性方面均比自然氧化工艺优越很多。强制氧化工艺的固体产物97％以上为石膏，石膏颗粒的名义直径为32μm，为较大的晶体，沉淀速率快，脱水容易，一般经旋液分离和过滤二级处理能得到含水率为10％以下的固体产物。而自然氧化的脱硫系统中经常遇到也是最严重的问题是石膏引起的结垢和堵塞问题。通过表1-1的比较，强制氧化工艺在很多方面均比自然氧化工艺更优越，故这里选择强制氧化的办法。

本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/a7d40dea856a561252d36ff2.html