SO2 资源化制焦钠技术在钢铁行业的应用

刘大华，徐延忠，李明波

（1.江苏德义通环保科技有限公司，南京 211800；2.南京市硫资源化工程技术研究中心，南京 211800；3.南京杰科丰环保技术装备研究院有限公司，南京 211106）

本文基于山东临沂临港某钢铁企业新建的二氧化硫（SO2）资源化制焦亚硫酸钠（NaS2O5）装置，采用NaS2O5高效低阻反应系统技术，根据富气条件和产品品质要求，通过系统的工艺计算及优化，完成了该项目的设计与建设。实际运行结果表明，该工程设计合理、设备选型得当、废气排放达标，产品品质优于设计要求，可为钢铁行业类似的SO2资源化制NaS2O5装置的设计和应用提供经验借鉴。

1 设计条件

山东临沂临港某钢铁企业新建年产600 万t 优特钢项目，配套一台500m2烧结和一套120 万t/a 球团装置，总烟气量约为2 200 000Nm3/h，烟气中SO2含量为1400—1600mg/Nm3，经过活性焦脱硫脱硝一体化技术的吸附和解吸，得到的含硫富气成分参数见表1。

本项目每年按8000h 运行设计，烟气中SO2约为2.7 万t/a，可以生产Na2S2O5约40 000t/a，要求Na2S2O5产品达到《工业焦亚硫酸钠》（HG/T 2826—2008）一等品质量（纯度不小于95%）。

表1 某钢铁企业解吸富气参数表

2 产品性质及生产原理

Na2S2O5为白色或微黄色结晶粉末，相对密度为1.4，溶于水及甘油，微溶于乙醇。受潮易分解，露置空气中易氧化成硫酸钠，加热到150℃时分解。作为原料或抗氧化剂，该产品广泛应用于医药、造纸、食品、印染和橡胶等工业[1]，同时还被用作贵重金属的采矿药剂，市场前景非常广阔。

生产Na2S2O5的基本原料为SO2气体及纯碱，本项目中SO2气体为含有杂质的解吸富气，需经过洗涤净化后使用。在Na2S2O5的离心母液中加入纯碱，反应生产亚硫酸钠溶液，亚硫酸钠溶液吸收SO2气体生产亚硫酸氢钠溶液，亚硫酸氢钠溶液饱和后，条件合适时析出Na2S2O5晶体[1,2]。其化学反应原理及过程如下：

（1）纯碱浆液通入SO2气体生成亚硫酸氢钠：

（2）亚硫酸氢钠浆液中加入纯碱生成亚硫酸钠：

（3）亚硫酸钠与SO2气体反应生成亚硫酸氢钠：

（4）当溶液中亚硫酸钠含量达到饱和浓度时，反应条件合适时就析出Na2S2O5结晶：

通过对含有Na2S2O5晶体的浆液进行离心分离、干燥和包装，得到Na2S2O5固体。

3 工艺流程

本项目工艺流程见下图，整个工艺流程包括5 个部分：含硫富气洗涤净化系统、Na2S2O5反应系统、离心分离干燥包装系统、配碱系统和尾气达标处理系统。

3.1 含硫富气洗涤净化系统

从表1 可知，解吸富气来气温度为350 ℃—440℃，主要有用成分为SO2气体，但其含有大量杂质，包括炭粉、HCl、HF 和NH3等，所以解吸富气需要进行净化，除去杂质。本项目采用“高效文丘里塔+增强填料塔”两级净化方式，将解吸富气中的杂质去除，得到较为纯净的SO2气体（N2为惰性气体）用于后续反应系统。

项目工艺流程图

3.2 Na2S2O5 反应系统

本项目采用“高效低阻四级反应系统”（反应器被命名为A、B、C 和D），并一直可以保持其中1 个反应器处于热备状态以应对运行事故和检修，SO2气体与加碱后的浆液多次逆流接触，SO2气体的路线为：A →B →C →D，加碱后浆液的路线为：D →C→B →A。该反应器的特点是：吸收效率高达99.5%以上，气体阻力低至单台反应器3kPa（传统的反应釜式阻力单台为15—20kPa），高效低阻的反应器保证了整个系统的高效平稳运行。通过反应系统合成的Na2S2O5晶体浆液进入离心分离干燥包装系统。

3.3 离心分离干燥包装系统

来自Na2S2O5反应系统的含固浆液先进入浓缩结晶器，经过充分的提浓和养晶再进入离心机。离心后的母液进入配碱系统，即再次进入Na2S2O5的生产系统中，离心后的固体Na2S2O5（含水率为6%—8%）进入气流脉冲干燥机，将Na2S2O5固体干燥至含水率小于1%，通过包装机包装成Na2S2O5商品后，入库存放。

3.4 配碱系统

配碱系统为反应系统提供充足的纯碱，以保证SO2的吸收反应充分，经过离心机离心后的母液进入配碱系统，通过再次加碱变成浆液，作为反应系统的补液原料。同时，配碱系统也为尾气达标系统提供充足的碱液，以保证反应尾气和干燥尾气经过尾气处理系统后能够达标排放。

3.5 尾气达标处理系统

反应系统的尾气和干燥Na2S2O5的尾气必须经过处理才能满足达标排放要求，本项目采用“高效文丘里塔+增强填料塔”两级处理装置，将尾气中的SO2充分吸收，经过尾气处理系统后，尾气中的SO2浓度小于35mg/Nm3、粉尘浓度小于10mg/Nm3，满足超低排放要求。

4 工艺设备选型

4.1 工艺设计参数

根据解吸富气的基本条件，结合产品品质要求及尾气处理要求，本项目确定的主要工艺设计参数见表2。

表2 主要工艺设计参数

4.2 设备选型

根据工艺参数要求，本项目Na2S2O5装置的主要设备选型规格见表3。

5 工程应用情况

该项目于2021 年9 月投运以来一直运行稳定，根据烟气的负荷变化情况，Na2S2O5实际产量为50—90t/d；产品Na2S2O5纯度稳定在96%—97.4%；尾气SO2排放浓度为25.3—30.5mg/Nm3、粉尘排放浓度为6.5—8.5mg/Nm3，该项目运行指标达到并优于设计值。当前Na2S2O5产品的市场价格为2200—3000 元/t，可为用户带来可观的经济价值。

6 结语

基于山东临沂临港某钢铁企业新建的SO2资源化制Na2S2O5工程，根据解吸富气条件和工艺设计参数，完成了优化的工艺流程和主要的设备选型，装置投运后，产品品质和排放参数等各项指标均达到或优于设计要求，具有突出的环境价值和可观的经济价值，该项目的成功应用给钢铁企业的SO2资源化利用提供了方向，值得推广。

表3 主要设备选型规格表