兰炭尾气脱硫净化工艺研究

雷声媛 于丽丽

摘      要： 针对兰炭尾气污染问题，如何对兰炭尾气进行净化，是当前的重点工作。应用磷矿浆脫硫技术，对兰炭尾气进行净化处理。探讨了不同磷矿浆pH值、循环量、液气比、气流量、入口兰炭尾气量等对兰炭脱硫的影响，并采用正交试验的方法，对兰炭脱硫综合影响进行分析。结果表明，在上述的因素中，循环量对兰炭尾气的处理影响最大，磷矿浆pH值影响最小。

关  键  词：磷矿浆;兰炭尾气;净化工艺;脱硫技术

中图分类号：TQ016       文献标识码： A       文章编号： 1671-0460（2019）06-1182-04

Abstract： In view of the pollution of the tail gas of orchid charcoal， how to treat the tail gas of orchid charcoal is the focus at present. In this paper， combined with the technology of phosphorus slurry desulfurization， the tail gas of orchid-charcoal was treated， and the effect of different pH value of phosphate slurry， circulation， liquid-gas ratio， gas flow rate and SO2 concentration on the desulfurization of orchid-charcoal tail gas was discussed， and the comprehensive effect of the above factors on the desulfurization of orchid-charcoal tail gas was analyzed by orthogonal test. The results showed that among the above factors， the cycling amount had the greatest on the treatment of orchid-charcoal tail gas， and the influence of pH value of phosphate rock pulp was the smallest.

Key words： Phosphate rock pulp; Blue carbon tail gas; Purification process; Desulfurization technology

兰炭生产过程中会产生大量含有硫化氢、萘等成分的尾气，若不对其进行净化处理，将会燃烧产生SO2等国家重点控制的污染物，因此必须对兰炭尾气进行脱硫净化处理。磷矿浆脱硫技术是一种新型脱硫技术，具有成本低、效率高、工艺简单、可回收等优点[1，2]。本文针对基于磷矿浆脱硫技术的兰炭尾气脱硫净化工艺展开研究，通过磷矿浆脱硫中试实验考察影响磷矿浆脱硫的主要因素。

1  磷矿浆脱硫工艺原理

磷矿浆脱硫技术的原理是以磷矿浆作为脱硫剂，通过其中所含的过渡金属离子，对亚硫酸根进行催化氧化，使其转化为硫酸根离子。具体工艺原理为：首先，磷矿粉含量约为35%（wt）的磷矿浆进入循环槽，并由循环泵打入喷淋塔;同时，由喷淋塔下部打入兰炭尾气，使兰炭尾气与磷矿浆在喷淋塔中充分接触混合;反应后，兰炭尾气的酸性气体被磷矿浆吸收，经除沫后由尾气烟囱进行排放。

2  实验原料、设备及方法

2.1  实验原料

本文选用了陕西某化工厂出产的磷矿，经过磨矿系统处理后，细度为80%过200目筛，其组分如表1所示。

2.3  检测方法

2.3.1  SO2含量的检测

本实验采用表3中所示的3012H型烟气分析仪，该分析仪通过电化学反应进行含量检测，并且能够显示检测结果[3]。具体过程如下：首先以加热枪将兰炭尾气加热至110 ℃，然后通过急速冷凝的方法除去水分;兰炭尾气处理完毕后，以3012H型烟气分析仪对其进行组分分析;最后，显示并保存分析结果。

2.3.2  脱硫率的计算

测定入口处兰炭尾气SO2浓度C0与出口处的兰炭尾气SO2浓度C1后，即可通过以下公式计算出脱硫率[4]：

3  结果与讨论

3.1  磷矿浆pH对脱硫率的影响

当磷矿浆在喷淋塔中不断吸收兰炭尾气中的酸性成分时，其自身的pH随之不断下降。为此对磷矿浆pH与脱硫率之间的影响关系进行实验研究。

3.1.1实验条件

实验分为两部分，实验A的条件为：入口兰炭尾气SO2浓度C0约1 000 mg/m3，DN80喷头开一层，气流量5 000 m?/h，磷矿浆循环量为28 m?/h。

实验B的条件为：入口兰炭尾气SO2浓度C0约1 800 mg/m?，DN50喷头第一层与第二层同时打开，气流量4 500 m?/h，磷矿浆循环量为38 m?/h。

3.1.2实验结果

根据上述实验条件，分别得到图1、图2所示的实验结果。

根据图1、图2所示的实验结果可以发现：当磷矿浆pH越低，则脱硫率也越降低。当磷矿浆pH≥4.4时，磷矿浆pH与脱硫率之间呈直线关系。分析其原因，是因为SO2为酸性气体[5，6]，因此磷矿浆pH降低后，对SO2的吸收效果随之降低。本文结合考虑了脱硫效率以及酸性腐蚀对设备的损耗等问题后，确定磷矿浆pH最优值为6.0。

3.2  磷矿浆循环量、液气比对脱硫率的影响

3.2.1  实验条件

在磷矿浆pH 6.0，DN80喷头开一层，入口处兰炭尾气SO2浓度1 000 mg/m?，气流量5 000 m?/h的条件下，考察不同磷矿浆循环量、液气比对脱硫率影响的差异。

实验B的条件为：入口兰炭尾气SO2浓度约1 800 mg/m?，DN50喷头第一层与第二层同时打开，气流量4 500 m?/h，磷矿浆循环量为38 m?/h。

3.2.2  实验结果

根据上述实验条件，分别得到图3、图4所示的实验结果。

从图3、图4所示的实验结果可以看到：随着磷矿浆循环量或者液气比不断増大，出口处的兰炭尾气SO2浓度逐渐下降，即脱硫率随之增长。分析其原因，是因为磷矿浆循环量或者液气比的增加，使得参与反应的磷矿浆增加。图4所示结果显示：当磷矿浆循环量为28 m?/h时，脱硫率曲线出现拐点。图5所示结果显示：当液气比为5.6L/G时，脱硫率曲线出现拐点。因此，本文根据上述实验结果，最终确定最优磷矿浆循环量为28 m?/h，最优液气比为5.6L/G。

3.3  气流量对脱硫率的影响

3.3.1  实验条件

在磷矿浆pH=6.0，磷矿浆循环量28 m?/h，液气比5.6L/G，DN80喷头第一层，入口处兰炭尾气SO2浓度1 000 mg/m?的条件下，考察不同气流量对脱硫率的影响。

3.3.2  实验结果

根据上述实验条件，得到的实验结果如图5所示。

由图5可以看到，随着气流量增加，出口处兰炭尾气SO2浓度随之增加，即脱硫率下降。分析其原因，是因为气流量增加使得兰炭尾气与作为脱磷剂的磷矿浆接触时间缩短，未能充分反应。

据图5显示：在气流量超过4 500 m?/h后，曲线出现明显变化。因此，本文确定的最优气流量范围为≤4 500 m?/h。

3.4  入口兰炭尾气SO2浓度对脱硫率的影响

3.4.1  实验条件

实验分为两部分，实验A的条件为：入口兰炭尾气SO2浓度为600～1 600 mg/m?，DN80喷头开一层，气流量5 000 m?/h，磷矿浆pH=6.0，磷矿浆循环量为30 m?/h。

实验B的条件为：入口兰炭尾气SO2浓度为400～1 800 mg/m?，DN50喷头开一层，气流量4 500 m?/h，磷矿浆pH=6.5，磷矿浆循环量为20 m?/h。

3.4.2  实验结果

根据上述实验条件，分别得到图6、图7所示的实验结果。

根据图6、图7所示的实验结果可以发现：当入口兰炭尾气SO2浓度较低时，脱硫率相对较高;当入口兰炭尾气SO2浓度增加时，脱硫率随之显著下降。分析其原因，是因为在恒定气流量条件下，入口兰炭尾气SO2浓度越高，则磷矿浆的溶解率越小，因此脱硫率也就越低。因此，在磷矿浆兰炭尾气脱硫过程中，应当根据入口兰炭尾气SO2浓度情况，对喷头层数进行相应增减，以保障出口兰炭尾气SO2浓度符合国家排放标准的要求。

3.5  多因素综合影响分析

3.5.1  正交试验设计

通过前文所述的单因素实验结果可知，当磷矿浆pH值超过4.4后，磷矿浆pH与脱硫率呈直线关系，因此本文以5.5、6.0、6.5作为正交试验中的磷矿浆pH三水平参数。

单因素实验结果显示：当磷矿浆循环量为28 m?/h时，脱硫率曲线出现拐点。因此，本文以23、28、32 m?/h作为正交试验中的磷矿浆循环量三水平参数。

3.5.2  正交试验结果

对正交试验数据进行处理后，最终得到的结果如表5所示。

根据表5所示的正交试验结果，以极差大小对各因素进行主次排序，排序结果为：B>A>C。由此可知，磷礦浆循环量因素对于脱硫率的影响程度最大，其次为气流量因素，而磷矿浆pH因素对脱硫率的影响程度最小。

4  结 论

本文对磷矿浆兰炭尾气脱硫工艺进行研究，通过单因素实验以及正交试验，考察了磷矿浆pH、磷矿浆循环量、液气比、气流量以及入口兰炭尾气SO2浓度等因素对脱硫率的影响，并得出以下结论：

（1）以脱硫率最大化为指标，磷矿浆兰炭尾气脱硫工艺的最优参数为磷矿浆pH=6.0，磷矿浆循环量28 m?/h，液气比5.6L/G，气流量为≤4 500 m?/h;

（2）在恒定气流量条件下，入口兰炭尾气SO2浓度越低，则脱硫率越高。因此，需要根据兰炭尾气SO2浓度设置不同的喷淋层数。

（3）各因素对于脱硫率影响大小的关系为：磷矿浆循环量>气流量>磷矿浆pH。

参考文献：

[1]贾丽娟，张冬冬，殷在飞，梅毅，刘卉卉，宁平. 磷矿浆脱硫新技术及工业应用[J]. 磷肥与复肥，2016，31（03）：39-41.

[2]曹玉姬，王桂芳，章志元. 低氮燃烧+SNCR组合技术在兰炭尾气锅炉脱硝工程中的应用[J]. 环境工程，2016，34（S1）：455-456+463.

[3]李红林，刘海，赵建勇. 磷矿浆脱硫技术的开发及工业应用[J]. 硫酸工业，2017（04）：39-42.

[4]李振龙，刘明霞. 兰炭尾气水洗脱氨工艺仿真与优化[J]. 内燃机与动力装置，2017，34（02）：36-40.

[5]刘娜，孙鑫，宁平，李凯，孙丽娜. 新型矿浆材料脱硫现状及研究进展[J]. 材料导报，2017，31（17）：106-111+137.

[6]李创，张冬冬，宁平，王思鼎，吴琼，李石雷，张慧芳，李鹏毅. 无机、有机添加剂对磷矿浆脱硫强化的影响[J]. 环境工程学报， 2018， 12 （07）： 1996-2003.