CN101890289A - 一种淬渣水溶液用于烟气脱硫的工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及以水淬炼铁炉渣、炼钢炉渣产生的淬渣水为吸收剂，吸收烟气中二氧化硫的工艺方法。其工艺为：水淬炼铁、炼钢热熔炉渣生成的淬渣水与水淬渣分离冷却后，淬渣水与烟气充分接触，反应生成亚硫酸钙CaSO3，再被氧气氧化为硫酸钙CaSO4，最终结晶为二水硫酸钙CaSO4·2H2O；二氧化硫被吸收以后，烟气经除雾后排入大气。本发明工艺简单，烟气中二氧化硫处理效率高，由二氧化硫吸收设备排出的反应后浆液送到液固分离设备过滤机过滤，滤饼主要成分为二水石膏可作为资源再利用，滤液返回炼铁、炼钢炉前水淬热熔炉渣。水淬用水和淬渣水脱硫形成循环利用，节约大量用水。

Description

一种淬渣水溶液用于烟气脱硫的工艺
技术领域：
本发明涉及二氧化硫烟气湿法脱硫技术领域，具体涉及以水淬炼铁炉渣、炼钢炉渣产生的淬渣水为吸收剂，吸收烟气中二氧化硫的工艺方法。
背景技术：
随着经济的高速发展，电力、冶金、化工和建材等行业产生大量含二氧化硫的烟气，排入大气造成污染，二氧化硫成为大气主要污染物之一。人们经过努力找到很多减少二氧化硫排放量的方法，这些方法分为生产前脱硫、生产中脱硫和生产后脱硫，其中生产后脱硫最经济、有效，占有主导地位。所谓生产后脱硫就是在生产过程中原料和燃料中的硫转变为二氧化硫，形成含二氧化硫烟气，然后再设法将烟气中的二氧化硫分离出来并以某种稳定、无害或可再利用的化合物形态固定下来。生产后脱硫通常称为“烟气脱硫”。
“烟气脱硫”又可分为湿法、干法、半干法。湿法因其脱硫效率高、技术成熟而实际应用最多。
湿法烟气脱硫是湿态的吸收剂与烟气在吸收设备内充分接触，吸收剂与烟气中的二氧化硫反应，生成稳定、无害或可再生重复使用的化合物，二氧化硫从烟气中分离出来，达到烟气脱硫的目的。
湿法烟气脱硫的必备条件之一是要有经济、方便得到、吸收性能好的吸收剂。常用的吸收剂有钙基、钠基、氨基吸收剂，这些吸收剂相对而言价格偏高，造成脱硫成本升高。如果使用对二氧化硫有吸收作用的工业废弃物作为吸收剂，不仅可以降低脱硫成本，而且还能在处理烟气的同时使废弃物得到处理。
专利号为ZL200710079615.8的专利《以炼铁炼钢炉渣为吸收剂吸收烟气中二氧化硫的方法》，以粉状炼铁炉渣、炼钢炉渣与水调制成的浆液为吸收剂，吸收烟气中二氧化硫。在处理烟气的同时使作为废弃物的炼铁、炼钢炉渣废弃物得到处理。随着技术和经济的发展，原本是工业废弃物的炼铁、炼钢炉渣逐渐作为资源再利用，可以发挥出另外的使用价值。但炼铁、炼钢炉渣用作二氧化硫吸收剂需要将其磨成粉状，消耗能源较大，这也是不争的事实。有必要寻求对二氧化硫吸收较好，不需要再加工，目前还没有较好再利用途径的废弃物，来代替炼铁、炼钢炉渣作为吸收剂用于烟气脱硫。
发明内容：
本发明提供一种新的以炼铁炉渣、炼钢炉渣为原料处理烟气中二氧化硫的方法，即以水淬炼铁、炼钢炉渣而得的淬渣水为吸收剂，吸收烟气中二氧化硫，达到净化烟气的目的。
炼铁、炼钢热熔炉渣用水急速冷却后可变为疏松的粒状矿渣，即水淬渣。用水急速冷却炉渣的过程称之为水淬。炼铁、炼钢炉渣水淬后产生水淬渣和淬渣水，水淬渣可从作为原料用于水泥制造；碱性淬渣水暂时没有什么用处，但刚好可以作为吸收剂用于烟气脱硫。
炼铁、炼钢炉渣中含有一些游离氧化钙CaO及一些碱性氧化物，硅酸二钙(2CaO·SiO2)是主要矿物之一。在炉渣的水淬过程中，炉渣中的游离氧化钙CaO与水反应生成氢氧化钙Ca(OH)2，硅酸二钙(2CaO·SiO2)与水产生水化反应，分解出氢氧化钙Ca(OH)2，反应式分别如下：
CaO+H2O＝Ca(OH)2
2(2CaO·SiO2)+4H2O＝3CaO·2SiO2·3H2O+Ca(OH)2
两个反应所生成的氢氧化钙Ca(OH)2其溶度积Ksp＝5.5*10-6，虽然属于微溶化合物，但还是有相当数量的Ca(OH)2溶于水中，形成碱性水溶液。一些碱性氧化物也有可能与水反应形成碱性水溶液。因此，水淬炼铁、炼钢炉渣而得淬渣水是以Ca(OH)2为主要溶质的碱性水溶液。Ca(OH)2水溶液刚好是非常好的烟气脱硫吸收剂，完全可以用于烟气脱硫。如果仅考虑Ca(OH)2的存在，而忽略其它碱性物，溶液被Ca(OH)2饱和，25℃时这种碱性溶液中的[Ca++]＝17.65×10-3mol/l，[OH-]＝2×17.65×10-3＝35.3×10-3mol/l。1m3这种溶液吸收SO2的理论量为17.65mol＝17.65×64g＝1129.6g＝1.13kg。
用水淬炼铁、炼钢炉渣而得的以Ca(OH)2为主要溶质的淬渣水吸收二氧化硫，与传统的石灰/石膏法不同。石灰/石膏法是用氧化钙CaO水消化后调制成的氢氧化钙Ca(OH)2浆液与SO2反应；淬渣水吸收SO2是溶于水的氢氧化钙Ca(OH)2与SO2反应。这一差别导致两种脱硫工艺所用设备及工艺条件都有所不同。
本发明以淬渣水为吸收剂，吸收烟气中二氧化硫的工艺是：
水淬炼铁、炼钢热熔炉渣生成的淬渣水与水淬渣分离冷却后，淬渣水与烟气充分接触，反应生成亚硫酸钙CaSO3，再被氧气氧化为硫酸钙CaSO4，最终结晶为二水硫酸钙CaSO4·2H2O(即二水石膏)。大部分二氧化硫被吸收以后，烟气经除雾后排入大气。
本发明工艺简单，烟气中二氧化硫处理效率高，由二氧化硫吸收设备排出的反应后浆液送到液固分离设备过滤机过滤，滤饼主要成分为二水石膏可作为资源再利用，滤液返回炼铁、炼钢炉前水淬热熔炉渣。水淬用水和淬渣水脱硫形成循环利用，节约大量用水。
附图说明
图1是本发明的淬渣水吸收烟气中二氧化硫工艺流程示意图。
具体实施方式
如图1所示，水淬炼铁、炼钢热熔炉渣生成的淬渣水与水淬渣分离冷却后，送入二氧化硫吸收设备中，同时含有二氧化硫的烟气加到二氧化硫吸收设备中，在二氧化硫吸收设备中烟气与淬渣水充分接触，烟气中的二氧化硫与淬渣水中的氢氧化钙Ca(OH)2反应生成亚硫酸钙CaSO3。同时，空气也持续地输入到二氧化硫吸收设备中，继而CaSO3被输入的空气中的氧及烟气所带的氧气氧化为硫酸钙CaSO4，结晶为二水硫酸钙CaSO4·2H2O(即二水石膏)。由于烟气中所含氧气浓度不大，怱略不计，仅用新加空气中的氧气来计算。为保证CaSO3被充分氧化，加入空气量可以比理论用量大得多，如，可以是理论用量的2-5倍(理论用量就是CaSO3氧化为CaSO4所需的空气量，其量按反应式1mol的CaSO3氧化为CaSO4需要1/2mol的O2，即为22.4/(2×0.21)＝53.33升空气)。好在实际用气量足以保证CaSO3氧化为CaSO4所需的氧。淬渣水吸收二氧化硫后的最终产物是含有二水硫酸钙和少量二水亚硫酸钙的浆液。为了充分利用淬渣水，淬渣水在二氧化硫吸收设备内多次循环，多次与烟气接触。
淬渣水吸收二氧化硫为连续过程，即连续不断地向二氧化硫吸收设备送入淬渣水、二氧化硫烟气和空气。反应连续不断进行：二氧化物连续不断被淬渣水所吸收，亚硫酸钙连续不断被氧化为硫酸钙。而反应后生成的浆液和脱硫后烟气也连续不断地排出。淬渣水的投入量由反应后生成浆液的pH值决定，反应后生成浆液的pH值控制在4.5～5.5，pH值＞5.5则减少淬渣水投入量，pH值＜4.5则增加淬渣水投入量。
淬渣水吸收二氧化硫后所得的浆液从二氧化硫吸收设备排出至浆液贮槽，再用泵送至液固分离设备过滤机过滤，滤饼主要成分为二水石膏可作为建材原料再利用，滤液则返回炼铁、炼钢炉水淬热熔炉渣。
烟气中大部分二氧化硫被淬渣水吸收后，即为脱硫后烟气，由二氧化硫吸收设备排出，经除雾器除去水雾后由烟囱排入大气。
实施例：
某钢铁公司230m2烧结机烟气脱硫工程(本发明作为不公开的试验)。
该工程二氧化硫吸收设备选用专利号为01126707.0的专利产号“多相反应器”，规格
Figure BSA00000228822300041
2台并联，每台3个单元。每台多相反应器配流量为2500m3/h循环泵各1台，配流量为2500m3/h的罗茨风机各1台。
采用钢铁公司内部水淬炼铁高炉渣的淬渣水为二氧化硫吸收剂，淬渣水[OH-]＝30.0×10-3mol/l；烟气量＝138×104Nm3/h，烟气二氧化硫含量为800mg/Nm3；淬渣水需要量＝16387.5/(0.03×0.5×0.95)＝1150000l/h＝1150m3/h；空气用量＝16387.5×0.98×22.4×5/(2×0.21)＝4282600l/h＝4282.6m3/h，为理论用量的5倍。
最后脱硫量＝138×104×0.8×95％＝1048800g/h＝1048.8kg/h＝1.0488t/h＝1048800/64mol/h＝16387.5mol/h，脱硫率达95％；亚硫酸钙氧化为硫酸钙的氧化率为98％。

Claims (4)

1.一种淬渣水溶液用于烟气脱硫的工艺，其工艺为：水淬炼铁、炼钢热熔炉渣生成的淬渣水与水淬渣分离冷却后，淬渣水与烟气充分接触，反应生成亚硫酸钙CaSO3，再被氧气氧化为硫酸钙CaSO4，最终结晶为二水硫酸钙CaSO4·2H2O；二氧化硫被吸收以后，烟气经除雾后排入大气。
2.根据权利要求1所述的烟气脱硫的工艺，其特征在于：水淬炼铁、炼钢热熔炉渣生成的淬渣水与水淬渣分离冷却后，送入二氧化硫吸收设备中，含有二氧化硫的烟气也加到二氧化硫吸收设备中在二氧化硫吸收设备中，同时，空气也持续地输入到二氧化硫吸收设备中；烟气中的二氧化硫与淬渣水中的氢氧化钙Ca(OH)2反应生成亚硫酸钙CaSO3，CaSO3被空气中的氧及烟气所带的氧气氧化为硫酸钙CaSO4，结晶为二水硫酸钙CaSO4·2H2O；淬渣水吸收二氧化硫后的最终产物是含有二水硫酸钙和少量二水亚硫酸钙的浆液；为了充分利用淬渣水，淬渣水在二氧化硫吸收设备内多次循环，多次与烟气接触。
3.根据权利要求2所述的烟气脱硫的工艺，其特征在于：淬渣水吸收二氧化硫为连续过程，即连续不断地向二氧化硫吸收设备送入淬渣水、二氧化硫烟气和空气；反应连续不断进行：二氧化物连续不断被淬渣水所吸收，亚硫酸钙连续不断被氧化为硫酸钙；而反应后生成的浆液和脱硫后烟气也连续不断地排出；淬渣水的投入量由反应后生成浆液的pH值决定，反应后生成浆液的pH值控制在4.5～5.5，pH值＞5.5则减少淬渣水投入量，pH值＜4.5则增加淬渣水投入量。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的烟气脱硫的工艺，其特征在于：由二氧化硫吸收设备排出的反应后浆液送到液固分离设备过滤机过滤，滤饼主要成分为二水石膏可作为资源再利用；滤液返回炼铁、炼钢炉前水淬热熔炉渣。
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