影响亚钠循环法吸收过程的因素分析*

郝　媛，吴卫涛，王雯雯（陕西省石油化工研究设计院，陕西 西安 710054）

影响亚钠循环法吸收过程的因素分析*

郝媛，吴卫涛，王雯雯
（陕西省石油化工研究设计院，陕西 西安 710054）

分析了NaSO3循环法吸收过程中影响脱硫效果的几点因素，包括吸收液浓度、吸收液的pH值、塔出口SO2浓度，不同入塔浓度等，对实际运行有一定的指导意义。

亚硫酸钠循环法；脱硫；pH值；吸收液

Na2SO3循环法就是国际上的W-L法，即威尔曼罗德法。最早是二十世纪60年代初由美国的Wellman-Lord公司开发。该法是以Na2SO3为吸收剂，在低于60℃的温度下吸收烟气中的SO2发生反应，生成NaHSO3。当吸收液中的NaHSO3达到一定的浓度后，将其送入蒸发器中加热蒸发，得到高浓度的SO2和Na2SO3[1]。SO2可以收集用于制H2SO4或硫磺等，Na2SO3可以溶解后返回，作为吸收剂继续吸收SO2。该方法是一种完全回收型的SO2污染治理方法，吸收剂可再生利用，脱硫效率高，可达90%以上，脱硫剂再生耗能少，又由于Na2SO3和NaHSO3溶解性好，因此，不易堵塞管道，且Na+是金属离子，因此也不会出现氨法的阳离子的挥发而导致的氨雾损失和污染问题。但是由于SO2作为商品销路有限，因此，回收的SO2需做进一步的深加工，可配套硫酸装置或者克劳斯装置最终得到硫磺，这就使得装置流程较长，投资也就比较大，并且吸收剂消耗也较大，因此，推广受到了限制。本文以处理量为200Nm3·h-1的Na2SO3循环法烟气脱硫装置为实验对象，分析总结了Na2SO3循环法吸收实验中影响脱硫效果的几点因素。

1　脱硫工艺方案

脱硫吸收系统装置采用两个吸收塔进行吸收，吸收塔1和吸收塔2，均含填料，吸收液采用20%的Na2SO3溶液。实验室自制200Nm3·h-1烟气（N2：79%、空气：21%、SO2气：500～800×10-6、CO2：0～1%）由风机引入吸收塔1底部，烟气自下而上与塔内喷淋的吸收液逆向接触吸收，吸收完的烟气再由吸收塔2底部进入塔内完成吸收后由塔顶排出。

2　运行参数对脱硫效果的影响

在运行过程中，脱硫效果会受到很多因素的影响，主要从吸收液浓度、pH值、塔出口SO2浓度、不同入塔浓度时尾气排放浓度等因素对脱硫效果进行分析。

2.1吸收液浓度

吸收液的初始浓度选择对吸收实验也是非常重要的，其影响到脱硫效果及管道的堵塞问题，过稀会使吸收液脱硫效果降低较快，过高会使管道容易出现堵塞等问题。文献[2]中指出亚硫酸钠初始浓度在5%～10%效果最好。根据亚硫酸钠的溶解度分析（见图1），Na2SO3先随着温度的升高而升高，在40℃时溶解度达到最大，这对于Na2SO3循环法吸收液的配比具有十分重要的指导意义。由于配吸收液时是在常温下，而在脱硫过程中的温度都会比常温高一些，一般操作温度在40～60℃，所以在常温下配吸收液时将其配成质量分数在20%附近可以使Na2SO3在脱硫过程中充分溶解，不易造成管道的堵塞，本实验最终采用20%的亚硫酸钠吸收剂，实验证明效果良好。

图1　不同温度下亚硫酸钠溶解度图Fig.1　Sodium sulfite solubility at different temperatures

2.2吸收液的pH值

在Na2SO3循环法的吸收过程中，随着Na2SO3溶液对SO2的吸收，Na2SO3逐渐转变为NaHSO3，因此，吸收液的pH值是一直变化的，吸收液pH值的变化代表着吸收液的组成成分的变化。用C/S总碱比来表示吸收液的组成成分，其定义为溶液中阴离子mol浓度与阳离子mol浓度的比值。

图2为C/S总碱比与pH值的关系图。

图2　C/S总碱比与pH值的关系图Fig.2　C/S and the pH value of the diagram

从图2中可以看出，当C/S=0.5时，20%的吸收液中溶质全部为亚硫酸钠，pH值为10.44，当C/S=1时，20%的吸收液中溶质全部为亚硫酸氢钠，pH值为4.22。随着亚硫酸钠逐渐转变为亚硫酸氢钠，溶液pH值逐渐下降。因此，在实验中可以通过测试吸收液的pH值来判断吸收液的吸收程度以及吸收液的物质组成比例[3]。

2.3塔出口SO2浓度

吸收液在吸收的过程中，经过一段时间的基本全部吸收后塔出口SO2浓度会出现一个转折点，然后逐渐增大。实验发现：在不添加吸收助剂的情况下，pH值在7.2以上时SO2基本全部被吸收，然后随着pH值的降低，出口浓度开始明显增高，到达6.74时，吸收塔出口的SO2浓度达到50mg·Nm-3（如图3），也就是《火电厂大气污染物排放标准》GB13223-2011中对重点地区SO2浓度排放的限值[4]，而在添加有机胺吸收助剂后，pH值到达6.74时，SO2浓度很小，几乎为零，之后才开始明显增高（如图4）。实验证明了在吸收液中添加有机胺吸收助剂，可以增强吸收液的吸收能力，减缓吸收剂pH值降低的速度，提高了吸收液的利用率[5]。

图3　吸收塔出口SO2浓度随pH值变化的趋势图（未添加吸收助剂）Fig.3　SO2concentration of outlet of the absorber with the pH change trend chart（without adding additives）

图4　吸收塔出口SO2浓度随pH值变化的趋势图（添加吸收助剂）Fig.4　SO2concentration of outlet of the absorber with the pH change trend chart（adding additives）

2.4不同入塔浓度

实验研究了SO2入塔浓度在500～800×10-6范围内时尾气排放浓度的值（见图5）。

图5　SO2入塔浓度与尾气排放浓度的关系Fig.5　SO2concentration into the tower's relationship with exhaust emission concentration

研究发现，当SO2入塔浓度升高时，尾气排放浓度也随之升高，但升高不明显。这说明亚硫酸钠循环法对SO2烟气中吸收具有良好的操作弹性，即使烟气中SO2浓度有较大波动，也不会明显影响烟气的净化度。

3　结论

（1）在用亚硫酸钠循环法进行烟气脱硫时吸收液的浓度适合选择20%左右，这样管道不容易堵塞。

（2）吸收液pH值的变化代表着吸收液的组成成分的变化，因此，研究pH值对吸收的影响可以直观地了解并控制吸收的过程。

（3）实验发现在不添加吸收助剂的情况下，pH值在7.2以上时SO2基本全部被吸收，然后随着pH值的降低，出口浓度开始明显增高，到达6.74时，吸收塔出口的SO2浓度达到50mg·Nm-3，而在添加有机胺吸收助剂后，pH值到达6.74时，SO2浓度很小，几乎为零，之后才开始明显增高。说明在吸收液中添加有机胺吸收助剂后，可以增强吸收液的吸收能力，减缓吸收剂pH降低的速度，提高了吸收液的利用率。

（4）SO2入塔浓度在500～800×10-6范围内时，SO2入塔浓度升高时尾气排放浓度也随之升高，但升高不明显，说明Na2SO3循环法对SO2烟气中吸收具有良好的操作弹性，即使烟气中SO2浓度有较大波动，也不会明显影响烟气的净化度。

［1］张宏，张子敬，高艺，等.可回收二氧化硫烟气脱硫技术现状分析［J］.内蒙古科技与经济，2013，8（4）：94-96.

［2］蒋利桥，赵黛青，陈恩鉴.亚硫酸钠循环法烟气脱硫工艺实验研究［J］.热能动力工程，2005，20（4）：384-386.

［3］刘建清.亚硫酸钠循环法锅炉烟气回收二氧化硫的工艺设计与工业化运行［D］.广东：华南理工大学，2007.

［4］GB13223-2011，火电厂大气污染物排放标准［S］.

［5］孟旭光，王雯雯.一种高效可再生SO2吸收剂［P］.CN：201310670726.

Absorption process of sodium sulfite circulation method analysis*

HAO Yuan，WU Wei-tao，WANG Wen-wen
（Shaanxi Research Desigh Institute of Petroleum and Chemical Industry，Xi'an 710054，China）

This article analyses some factors affecting the desulfurization effect about sodium sulfite circulation method in the process of absorption，including the concentration of absorbing liquid，the pH of absorbing liquid，the SO2concentration of outlet of the tower，the SO2concentration of the tower.Experiments on actual operation may have certain guiding significance.

sodium sulfite circulation method；desulfurization；pH value；absorbing liquid

X511

B

10.16247/j.cnki.23-1171/tq.20160808

2016-05-13

陕西省2014年科技统筹重大难题攻关项目（2014KTZB03 -01）；西安市2013年科技“小巨人”企业技术创新项目（CX13154）

郝媛（1986），女，陕西省西安市人，硕士，助理工程师，2013年毕业于西北大学环境工程专业，长期从事烟气脱硫脱硝研究工作。