硫酸法钛白粉煅烧尾气治理技术分析

2022-03-02余洋

现代盐化工 2022年4期

余洋

（神华工程技术有限公司安徽分公司，安徽合肥 230001）

随着我国“十四五”规划的实施和开展，环保成为化工领域创新发展的重要议题。一方面，作为一种传统技术，以往所应用的硫酸法钛白粉煅烧尾气处理技术存在较为严重的污染问题，生产期间所产生的尾气会对环境造成负面影响，违背国家环境治理的管控方针；另一方面，现代工艺的发展和进步形成新旧技术的对抗，传统技术的成熟性和现代技术的环保性成为两方冲突的核心和重点，引起广泛关注和重视。

1 钛白粉煅烧尾气治理的重要性

硫酸法、氯化法是当前钛白粉大规模工业制造的主流技术。目前，我国硫酸法钛白生产工艺仍为主导，而在硫酸法钛白粉工艺中，尾气治理是整个工艺领域的核心环节。一方面，钛白粉煅烧后可产生多种混合气体，且不少气体的污染性较强，对地区的空气质量以及大气环境等都会产生不同程度的影响和破坏，甚至导致所在区域的居民出现呼吸道疾病等问题；另一方面，基于我国“十四五”规划的重要性，针对化工行业的污染管控问题，需要进一步强化管控，从单一性的处罚手段提升为多种方式并行的管控模式，以管控政策倒逼行业改进和升级。因此，钛白粉煅烧尾气治理成为钛白粉制造工艺的重要阶段，亟待技术升级和产业革新，从技术层面、管理层面、操作层面进行调整和改良。受钛白粉生产工艺的影响，尾气治理技术的应用质量会直接或者间接影响钛白粉的成品质量，需要从生产过程进行强化和实施[1]。

钛白粉生产的主要原材料为偏钛酸，此类物质在煅烧时温度和空气湿度较高，客观上存在钛白粉粉尘、酸雾、硫氧化物等不良气体的排放条件。根据某钛白粉的生产车间数据分析，每生产1 t钛白粉，大约需要排放20 000 m³废气，并且废气的温度在200～400 ℃，客观上加剧了废气污染，同时加深了废气的扩散程度。此外，废气中的酸雾、二氧化硫、二氧

化钛等物质在不同的生产技术水平下，污染性的差别较大，特别是在生产条件落后的企业，还会出现部分氮气、二氧化碳等气体，增加了碳排放比例，导致碳排放量无法达到国家标准，成为当前制约钛白粉生产工艺的重要因素。由此可见，采用硫酸法钛白粉煅烧工艺亟待进一步提高尾气治理的技术水平和质量，需要了解和分析传统技术，进一步探索硫酸法钛白粉煅烧尾气处理技术的创新内容，降低排放气体的温度和污染性，实现对气体污染问题的有效治理[2]。

2 传统的钛白粉煅烧尾气治理方式以及技术缺陷

传统的硫酸法钛白粉工艺主要是利用钛矿或钛渣与硫酸混合后进行酸解反应，以硫酸氧钛为材料进行水解生成偏钛酸，然后结合煅烧、粉碎等工艺，形成钛白粉。硫酸法的应用优势主要是以较低的生产成本实现铁矿和硫酸的有效炼制，生产工艺相对成熟，并且操作简单、生产便捷、成本可控，还能满足间歇生产的基本需求。但是，该工艺的最大问题是煅烧尾气存在较为严重的污染问题，特别是硫酸、废水等产物较多，空气污染、环境污染、水污染相对严重。不少企业为了实现市场价值，忽视了生产工艺对环境的客观影响，出现“铤而走险”的行为，加剧了对环境的污染和破坏。例如近年来钛白粉市场资源紧缺，生产企业的制造能力无法满足市场的基本需求，导致钛白粉价格一路水涨船高。高价的产物与低标准的生产工艺必然成为环境破坏的重要因素。目前，国内主流的钛白粉煅烧尾气治理工艺包括旋风收尘、文丘里喷淋系统、水洗塔、电除雾、烟囱等，对应的处理技术大多存在一定的局限性和落后性。以烟道中的粉尘排放为例，主要是借助重力作用控制尾气粉尘的排放高度，通过自身重力的沉降，实现尾气中部分颗粒的回落。虽然旋风除尘器能回收大部分颗粒，但是依然存在部分颗粒无序排放的问题，甚至会和其他气体、液体进行入大气中，形成新的沉降模式。另外，部分氧化硫物质受温度的影响会形成酸雾，与水滴等物质相结合，可形成具有一定危险性的排放物，若排放过程中缺少对应的收集装置，必然会加重酸雾的影响和污染[3]。

目前，传统钛白粉煅烧尾气治理技术存在的问题主要是生产温度过高、湿度过大以及二氧化硫、粉尘颗粒、不凝性气体、水蒸气、酸雾等物质的排放，会直接或者间接影响生产工艺的实施。我国虽然制定了尾气排放的关键控制指标，但是与欧美发达国家相比，依然存在较大差距，特别是国内合格的排放数据大多在指标的附近，未能达到较高的排放控制标准。由此可见，在旋风收尘、文丘里喷淋系统、水洗塔、电除雾、烟囱等环节中，由于多种客观因素的影响，实际的尾气治理过程无法满足对应的排放标准，进而产生一系列排放问题以及生产隐患。目前，国内公开实施的硫酸法钛白粉煅烧尾气治理工艺共有5项发明专利，这些技术虽然能实现尾气的安全治理，但是在实践过程中存在或多或少的污染问题，对应的尾气排放质量经常出现不合格等问题，同时对应的尾气热量未能有效利用，客观存在资源浪费等情况。以专利201110036997.2为例，该专利是一种硫酸法钛白粉生产中回转窑煅烧烟气热能利用的方法，工艺上存在一定的特殊性和差异性，虽然能处理部分尾气污染问题，但是依然无法满足相应的标准要求，亟待进一步的研究[4]。

3 硫酸法钛白粉煅烧尾气治理的主要流程和创新优势

硫酸法钛白粉煅烧尾气治理工艺强调通过对喷淋设备水温的调节，利用喷淋设备将尾气中的硫化物溶解于水，实现对尾气中硫化物的有效过滤。通过设定多次洗水，能提高处理成效。第一次洗水的控制温度以55 ℃为标准，第二次洗水需要进行加热，然后调节洗涤水的pH，确保培林循环水温度和酸度达到相应的要求。需要注意的是，在运用洗水工艺时，需要对尾气进行循环洗水操作，并且持续更换水源。持续不断补充水源，不仅能有效降低尾气温度，还能使尾气过滤问题得到有效解决。目前，尾气中的硫化物是主要的尾气污染物，传统化工领域处理尾气通常采用的是催化法或者微生物法。催化法是利用脱硫剂将二氧化硫转化为三氧化硫，然后开展硫酸的制作，借助废气的除尘工艺、过滤工艺、沉降工艺，进一步提炼硫酸溶液浓度，实现硫化物的有效回收。该操作是钛白粉锻烧尾气治理的创新环节，能进一步改善传统制作工艺的浪费问题。微生物法主要是利用微生物的脱硫作用，以氧化亚铁硫杆菌的形式，将硫化物等废弃物质过滤和氧化，实现硫化物的有效还原。FeSO4是微生物生长的能源，在含FeSO4的培养液中，细菌氧化Fe2+的速度很快，氧化生成的Fe2(SO4)3立即与废气中的H2S反应，生成单质硫沉淀，使废气得到净化。

2021年9月26日，钛白粉高新生产装备技术交流会在温州召开，硫酸法钛白粉煅烧尾气治理工艺迎来改变和创新。浙江宣达环境科技股份有限公司成功研发了真空浓缩-盐析结晶法处理钛白粉废酸新技术，有效改善了生产过程中的结晶问题，同时还能解决结晶装置堵塞、固液分离困难等难题，对应的浓硫酸质量分数能够达到80%。另外，该技术应用新型陶瓷材料碳化硅，能产生良好的传导特性，替代传统的石墨材料，在废气处理过程中进一步实现废气热量的有效回收。该技术的研发能从废气中提炼硫酸等物质，实现废酸资源的高效利用，是现代硫酸法钛白粉煅烧尾气治理工艺的重要应用技术，浓缩废气中的硫酸，实现废物资源的重复利用。借助真空浓缩-盐析结晶工艺，利用结晶控制设备以及控制技术，充分利用钛白粉废气资源，可实现环保成效、经济成效的最大化。经过企业实践证实，该技术的应用和实施对应的废气污染控制程度良好，并且副产物极少，具有极高的利用价值和较大的发展空间。从尾气治理领域进行分析，还能实现尾气资源的重复利用，降低其污染性，满足环境保护的要求和标准。同时，还能二次应用硫酸浓缩后的产物，达到变废为宝的目的，具有显著的应用价值和发展意义。尾气治理中的粉尘处理一直是钛白粉生产工艺领域的重要难题，电除尘技术的应用是当前钛白粉煅烧尾气治理工艺的重要环节，不仅能满足对应的环境控制要求，还能实现二氧化钛粉的有效回收，具有先进的处理工艺和处理能力。例如江苏安达环保科技有限公司应用电除尘设备，能成功将钛白粉的除尘技术进行质的升级，特别是JDMC金属纤维高温袋除尘设备的研发，能实现废气中粉尘问题的一次性解决，具有运费低、操作便捷、回收效率高等优势，满足高性能的生产需求以及高标准的环保设定，为尾气治理工作提供支持。目前，在内蒙古大地云天化工有限公司、广东惠云钛业股份有限公司等公司的项目中，废气中的二氧化钛回收率高达99%，回收成效良好，为全面实现钛白粉的回收目标提供了帮助和支持[5]。

4 硫酸法钛白粉煅烧尾气治理技术效益估算

硫酸法钛白粉煅烧尾气治理技术的效益主要体现在以下方面：（1）热量可被有效回收。（2）二氧化钛可被科学回收。（3）硫化物可实现二次回收。（4）其他物质可被充分应用。从尾气治理的角度进行分析，当前的工艺领域所应用的技术已经能对尾气中的热量进行回收，以热量为主要计算形式，钛白粉的天然气产量以2 t/h为计量单位，根据目前主流的天然气使用量，天然气耗量是220 Nm³/t，助燃风量是3 000 Nm³/t，二次风大概为2 000 m³/t，对应的尾气排放温度需要由300 ℃降到85 ℃，回收热量包括尾气中水蒸气和煤气共同释放的热量。通过对相关内容的研究和分析发现，热量利用空间以及利用价值巨大，需要从尾气排放的各个环节进行研究。一方面，根据目前已知的数据，能对尾气排放总量进行估算，以每年300天为生产工作日进行分析和结算，每年的蒸汽总量约为600 t，对应的蒸汽经济价值为70万元。随着蒸汽市场价格的持续走高，蒸汽利用空间会进一步扩大，同时结合当前工艺的发展和进步，能逐渐取代凉水塔等传统冷却工艺，得到更好的节约成效。虽然尾气热量的总体经济价值相对于钛白粉生产价值几乎可以忽略不计，但是对应的影响和生态价值不可估量，通过对所有钛白粉生产企业进行优化和升级，能进一步扩大发展空间，提高尾气的利用价值。

5 硫酸法钛白粉煅烧尾气治理技术的发展趋势

根据《2021—2026年中国氯化法钛白粉市场深度分析及投资战略咨询报告》分析，硫酸法钛白粉煅烧工艺在未来5年内依然处于市场的主流地位，同时对应的尾气净化技术也会得到一定的改变和优化，大数据、云计算、物联网、智能数控等一系列技术的应用，能更加高效地解决钛白粉煅烧尾气的污染问题，从经济层面赋予尾气治理更高的价值，有效减少传统尾气治理技术的弊端，同时还能为环保事业作出贡献。例如山东东佳集团股份有限公司钛白粉生产的转窑、气粉、浓缩的综合能源回收技术，水解后偏钛酸降温装置的革新及余热回收、酸解黑渣的回收、二氧化碳除硬联合中水回用技术等内容，为行业的发展贡献了新的积极动力，既能促进钛白粉煅烧尾气治理技术的升级和优化，也能从生产层面、技术层面进行改良和优化，实现对应的发展目标。