CN103058228A - 一种用冶炼厂烟气制取亚硫酸钠的方法 - Google Patents

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一种用冶炼厂烟气制取亚硫酸钠的方法，涉及亚硫酸钠。将烟气送入装填有丙氨酸负载型吸附剂Ala/γ-Al2O3的吸附床中，选择性吸附烟气中二氧化硫，床层穿透后，用N2脱附；将脱附后的含二氧化硫烟气进入吸收填料塔，以水逆流吸收二氧化硫，当吸收填料塔内建立起气液吸收循环后，吸收填料塔底的流出液进入循环液罐，再用NaOH溶液调控pH值至4～5，将循环液罐中含有亚硫酸氢钠的液体打入吸收填料塔塔顶和中段进行循环，得到吸收填料塔流出液中亚硫酸氢钠溶液浓度为30%～35%，再用NaOH调控pH值至11～12，得到亚硫酸钠浓度达到28%～32%；过滤除去沉淀的金属离子后，蒸发结晶得到产物亚硫酸钠。

Description

一种用冶炼厂烟气制取亚硫酸钠的方法
技术领域
本发明涉及亚硫酸钠，尤其是涉及一种用冶炼厂烟气制取亚硫酸钠的方法。
背景技术
二氧化硫已经成为大气污染的主要污染物之一。冶炼厂烟气中二氧化硫的治理目前以烟气制酸为主。然而，由于大多数冶炼厂所处矿区交通不便，所制得的硫酸作为腐蚀性液体不易长期储存，抗市场价格波动能力差，影响冶炼企业的正常生产。亚硫酸钠作为重要的化工产品，可以长期贮存，并在精细化工、造纸等行业有广泛的应用，工业上亚硫酸钠制备工艺多数是由经硫磺氧化为二氧化硫直接碱吸收技术。近年来，出现有许多利用工业废气制取亚硫酸钠报道。冶炼厂烟气或制酸尾气中的二氧化硫制取亚硫酸钠的主要工艺难点在于冶炼厂烟气中含有一定数量的氧气，在由二氧化硫制取亚硫酸钠过程中有相当数量的二氧化硫易发生氧化作用生成硫酸钠，造成亚硫酸钠产品质量不合格。常规工艺解决方法是采用添加抗氧化剂，如对苯二胺等有机胺类来抑制氧化，但会导致生产成本增加，影响该技术在工业上的应用。
本申请人在中国专利201110304936.X中公开一种烟气吸附脱硫剂的制备方法，该方法将γ-Al2O3焙烧活化处理，按等体积浸渍法将L-α-丙氨酸溶液负载在γ-Al2O3上，浸渍后，静置、干燥，得到按质量百分比L-α-丙氨酸负载量为5％～20％的吸附脱硫剂(记为Ala/γ-Al2O3，其中Ala代表负载在γ-Al2O3上的丙氨酸)。利用氨基酸与载体γ-Al2O3的相互作用，将L-α-丙氨酸负载于γ-Al2O3载体上。制得的烟气吸附脱硫剂，可高效吸附脱除二氧化硫，经脱附后可再生重复使用，减少吸附剂的消耗，通过该吸附剂的穿透吸附-脱附过程，便于工业上二氧化硫回收利用。可为解决烟气中二氧化硫的脱除与资源化问题提供新的方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用冶炼厂烟气制取亚硫酸钠的方法。
本发明包括以下步骤：
1）将冶炼厂烟气送入装填有丙氨酸负载型吸附剂Ala/γ-Al2O3的吸附床中，在常压、30～50℃，选择性吸附烟气中二氧化硫，床层穿透后，用N2于30～120℃下脱附；
2）将脱附后的含二氧化硫烟气进入吸收填料塔，以水逆流吸收二氧化硫，当吸收填料塔内建立起气液吸收循环后，吸收填料塔底的流出液进入循环液罐，再用NaOH溶液第1次调控pH值至4～5，将循环液罐中含有亚硫酸氢钠的液体打入吸收填料塔塔顶和中段进行循环，得到吸收填料塔流出液中亚硫酸氢钠溶液浓度为30%～35%（W/W），再用NaOH第2次调控pH值至11～12，得到亚硫酸钠浓度达到28%～32%；
3）将步骤2）得到亚硫酸钠过滤除去沉淀的金属离子后，蒸发结晶得到产物亚硫酸钠。
在步骤1）中，所述吸附所采用的吸附剂可采用本申请人在中国专利201110304936.X中所公开的烟气吸附脱硫剂，所述烟气吸附脱硫剂由以下方法制备：
将γ-Al2O3焙烧活化处理，按等体积浸渍法将L-α-丙氨酸溶液负载在γ-Al2O3上，浸渍后，静置、干燥，得到按质量百分比L-α-丙氨酸负载量为5%～20%的吸附脱硫剂（记为Ala/γ-Al2O3，其中Ala代表负载在γ-Al2O3上的丙氨酸）。
所述焙烧活化处理的温度可为450～650℃，焙烧活化处理的时间可为4～6h；所述浸渍后静置的时间可为24～36h，所述干燥的温度可为75～85℃，干燥的时间可为12～24h。
在步骤1）中，所述冶炼厂烟气的成分可为：SO20.5%～10%，O25%，H2O5%，其余为N2。
在步骤2）中，所述吸收填料塔由θ环和拉西环交替装填，所述θ环填料∶拉西环填料高度比=1∶（1～3），所述用NaOH溶液第1次调控pH值的NaOH溶液可采用近饱和的45%～50%NaOH溶液；所述吸收塔塔顶流量与中段循环流量比可为（1～5）∶1，所述用NaOH溶液第2次调控pH值的NaOH溶液可采用近饱和的45%～50%NaOH溶液；所述蒸发结晶得到亚硫酸钠后的亚硫酸钠母液可重复循环，作为中段回流进一步增浓，碱吸收后的尾气经脱水等处理后，经增压泵（机）增压后作为吸附、脱附气循环使用。
二氧化硫经丙氨酸负载氧化铝吸附剂脱氧后，碱液直接吸收生产亚硫酸钠，所制得的亚硫酸钠产品纯度高。本发明无需使用抗氧剂，不但解决了烟气中二氧化硫污染治理问题，而且可以直接制备纯度高的亚硫酸钠，实现二氧化硫的回收与资源化利用。
本发明通过串联或并联固定床吸附工段将烟气中二氧化硫与氧气有效分离；无氧烟气中的二氧化硫在碱吸收塔中合成亚硫酸氢钠，再经中和得到亚硫酸钠。碱吸收塔设有中段回流，通过增浓操作工艺，以减少蒸发结晶热负荷，经蒸发结晶工段，得到亚硫酸钠产品纯度达到96%以上。
附图说明
图1为烟道气中二氧化硫直接制取亚硫酸钠的工艺流程图。在图1中，各标记为：B101增压泵；G101烟气；G102氮气罐；G103循环氮气罐；T101为1号吸附塔；T102为2号吸附塔；T103为3号吸附塔；P201～202计量泵；L201水槽；L202循环液罐；T201为吸收塔；P301～303为计量泵；L301亚硫酸氢钠溶液槽；L302中和槽；L303氢氧化钠槽；L304亚硫酸钠溶液槽；L305母液槽；C301蒸发结晶器；标记A为吸附-脱附工段；B为吸收工段；C为蒸发-结晶工段。
图2为亚硫酸钠产品红外光谱图。在图2中，横坐标为波数wavenumber/cm-1；样品1为烟气直接制备的亚硫酸钠，Na2SO3纯度82.82%；样品2为本发明工艺二氧化硫制备的亚硫酸钠（实施例1），Na2SO3纯度96.75%。
具体实施方式
以下参照附图具体说明本发明的优选实施方式，但不限制本发明申请请求保护的范围。
实施例1
烟气组成为10.0%SO2，5.0%O2，其余为N2，烟气流量1m3/h，在常压、30℃工况下，依次进入填装有Ala/γ-Al2O3的吸附塔T101～103（串联方式）。当烟气中二氧化硫选择吸附穿透Ala/γ-Al2O3的床层后，用N2于30℃下进入吸附塔对T101～102脱附，对T103在50～120℃程序升温脱附直至完全脱附为止。脱附下来的气体进入T201吸收塔，与来自L201储罐的水逆流吸收，在吸收塔内建立气液循环后，从塔底循环液罐L202抽出吸收液分别打入吸收塔顶部和塔中段，塔顶流量与中段循环流量比=1∶5，向L202加入45%的NaOH溶液调控pH值为4～5后，经L301打入中和槽L302，进一步调控pH11～12值，过滤除去金属离子后，Na2SO3浓度为32.00%（W/W）去C301蒸发浓缩结晶得到亚硫酸钠，纯度为97.75%。结晶后母液打入经P303泵打回L202循环作为中段循环液。碱吸收塔尾气经脱水净化后经增压泵增压到0.2～1.0MPa进入G103循环氮气储罐，作为循环脱附气体使用。
实施例2
烟气组成为5.0%SO2，5.0%O2，其余为N2，烟气流量2m3/h，在常压、30℃工况下，同时进入装填有Ala/γ-Al2O3的吸附塔T101～102（并联方式）汇合后再进入T103（串联方式），当烟气中二氧化硫选择吸附穿透Ala/γ-Al2O3固定床床层后，用N2于30℃下，对T101～102脱附，对T103在50～120℃程序升温脱附直至完全脱附为止。脱附下来的气体进入吸收塔，与来自L201罐的水逆流吸收，使塔建立起气液循环。从吸收塔底循环液罐L202抽出的吸收液分别打入吸收塔塔顶和中段进行循环，塔顶流量与中段循环流量比=1∶3，向L202加入45%的NaOH溶液调控pH值为4～5后，经L301打入中和槽L302，进一步调控pH11～12，过滤除去金属离子后，Na2SO3浓度为30.30%（W/W）去C301蒸发浓缩结晶得到亚硫酸钠，纯度为96.45%。结晶后母液打入经P303泵打回L202循环作为中段循环液。碱吸收塔尾气经脱水净化后经增压泵增压到0.2～1.0MPa进入G103循环氮气储罐，作为循环脱附气体使用。
实施例3
烟气组成为1.0%SO2，5.0%O2，其余为N2，烟气流量3m3/h，在常压、20℃工况下，同时进入装填有Ala/γ-Al2O3的吸附脱附塔T101～102（并联方式）汇合后再进入T103（串联方式）。当烟气中二氧化硫选择吸附穿透Ala/γ-Al2O3固定床床层后，用N2于30℃下，对T101～102脱附，对T103在50～120℃程序升温脱附直至完全脱附为止。脱附下来的气体进入吸收塔，与来自L201罐的水逆流吸收，使塔建立起气液循环。从吸收塔底循环液罐L202抽出的吸收液分别打入吸收塔塔顶和中段进行循环，塔顶流量与中段循环流量比=1∶2，向L202加入46%的NaOH溶液调控pH值为4～5后，经L301打入中和槽L302，进一步调控pH11～12，过滤除去金属离子后，Na2SO3浓度为29.50%（W/W）去C301蒸发浓缩结晶得到亚硫酸钠，纯度为97.36%。结晶后母液打入经P303泵打回L202循环作为中段循环液。碱吸收塔尾气经脱水净化后经增压泵增压到0.2～1.0MPa进入G103循环氮气储罐，作为循环脱附气体使用。
实施例4
烟气组成为0.5%SO2，5.0%O2，其余为N2，烟气流量3立米/小时，在常压、30℃的工况下，同时进入吸附脱附塔T101～102汇合后再进入T103（并联、串联方式）当烟气中二氧化硫选择吸附穿透Ala/γ-Al2O3固定床床层后，用N2于30℃下，对T101～102脱附，对T103在50～120℃程序升温脱附直至完全脱附为止。脱附下来的气体进入吸收塔，与来自L201罐的水逆流吸收，使塔建立起气液物质循环。从吸收塔底循环液罐L202抽出的吸收液分别打入吸收塔塔顶和中段进行循环，塔顶流量与中段循环流量比=1∶1，向L202加入48%的NaOH溶液调控pH值4～5，经L301打入中和槽L302，进一步调控pH11～12，过滤除去金属离子沉淀后，得到Na2SO3浓度为29.20%（W/W）溶液，去C301蒸发浓缩结晶得到亚硫酸钠，纯度为96.55%。结晶后母液打入经P303泵打回L202循环作为中段循环液。碱吸收塔尾气经脱水净化后经增压泵增压到0.2～1.0MPa进入G103循环氮气储罐，作为循环脱附气体使用。
实施例5
烟气组成为0.3%SO2，5.0%O2，其余为N2，烟气流量3m3/h，在常压、20℃工况条件，同时进入吸附脱附塔T101～102汇合后再进入T103（并联、串联方式）当烟气中二氧化硫选择吸附穿透Ala/γ-Al2O3固定床床层后，用N2于30℃下，对T101～102脱附，对T103在50-120℃程序升温脱附至近完全脱附为止。脱附下来的气体进入吸收塔，与来自L201罐的水逆流吸收，使塔建立起气液循环。从吸收塔底循环液罐L202抽出的吸收液分别打入吸收塔塔顶和中段进行循环，塔顶流量与中段循环流量比=1∶1，向L202加入49%的NaOH溶液调控pH值为4～5后，经L301打入中和槽L302，进一步调控pH11～12，过滤除去金属离子沉淀后，得到Na2SO3浓度的为28.50%（W/W）的溶液，去C301蒸发浓缩结晶得到亚硫酸钠，纯度为96.32%。结晶后母液打入经P303泵打回L202循环作为中段循环液。碱吸收塔尾气经脱水净化后经增压泵增压到0.2～1.0MPa进入G103循环氮气储罐，作为循环脱附气体使用。
实施例6
烟气组成为0.3%SO2，5.0%O2，其余为N2，烟气流量3m3/h，在常压、30℃工况下，同时进入吸附脱附塔T101～102汇合后再进入T103（并联、串联方式）当烟气中二氧化硫选择吸附穿透Ala/γ-Al2O3固定床床层后，用N2于30℃下，对T101～102脱附，对T103在50～120℃程序升温脱附至近完全脱附为止。脱附下来的气体进入吸收塔，与来自L201罐的水逆流吸收，使塔建立起气液循环。从吸收塔底循环液罐L202抽出的吸收液分别打入吸收塔塔顶和中段进行循环，塔顶流量与中段循环流量比=1∶1，向L202加入50%的NaOH溶液调控pH值为4～5后，经L301打入中和槽L302，进一步调控pH11～12值，过滤除去金属离子沉淀后，得到Na2SO3浓度为28.10%（W/W）溶液去C301蒸发浓缩结晶得到亚硫酸钠，纯度为96.16%。结晶后母液打入经P303泵打回L202循环作为中段循环液。碱吸收塔尾气经脱水净化后经增压泵增压到0.2～1.0MPa进入G103循环氮气储罐，作为循环脱附气体使用。

Claims (9)

1.一种用冶炼厂烟气制取亚硫酸钠的方法，其特征在于包括以下步骤：
1）将冶炼厂烟气送入装填有丙氨酸负载型吸附剂Ala/γ-Al2O3的吸附床中，在常压、30～50℃，选择性吸附烟气中二氧化硫，床层穿透后，用N2于30～120℃下脱附；
2）将脱附后的含二氧化硫烟气进入吸收填料塔，以水逆流吸收二氧化硫，当吸收填料塔内建立起气液吸收循环后，吸收填料塔底的流出液进入循环液罐，再用NaOH溶液第1次调控pH值至4～5，将循环液罐中含有亚硫酸氢钠的液体打入吸收填料塔塔顶和中段进行循环，得到吸收填料塔流出液中亚硫酸氢钠溶液浓度按质量百分比为30%～35%，再用NaOH第2次调控pH值至11～12，得到亚硫酸钠浓度达到28%～32%；
3）将步骤2）得到亚硫酸钠过滤除去沉淀的金属离子后，蒸发结晶得到产物亚硫酸钠。
2.如权利要求1所述一种用冶炼厂烟气制取亚硫酸钠的方法，其特征在于在步骤1）中，所述吸附所采用的吸附剂采用烟气吸附脱硫剂，所述烟气吸附脱硫剂由以下方法制备：
将γ-Al2O3焙烧活化处理，按等体积浸渍法将L-α-丙氨酸溶液负载在γ-Al2O3上，浸渍后，静置、干燥，得到按质量百分比L-α-丙氨酸负载量为5%～20%的吸附脱硫剂，记为Ala/γ-Al2O3，其中Ala代表负载在γ-Al2O3上的丙氨酸。
3.如权利要求2所述一种用冶炼厂烟气制取亚硫酸钠的方法，其特征在于所述焙烧活化处理的温度为450～650℃，焙烧活化处理的时间为4～6h；所述浸渍后静置的时间为24～36h，所述干燥的温度为75～85℃，干燥的时间为12～24h。
4.如权利要求1所述一种用冶炼厂烟气制取亚硫酸钠的方法，其特征在于在步骤1）中，所述冶炼厂烟气的成分为：SO20.5%～10%，O25%，H2O5%，其余为N2。
5.如权利要求1所述一种用冶炼厂烟气制取亚硫酸钠的方法，其特征在于在步骤2）中，所述吸收填料塔由θ环和拉西环交替装填，所述θ环填料∶拉西环填料高度比=1∶（1～3）。
6.如权利要求1所述一种用冶炼厂烟气制取亚硫酸钠的方法，其特征在于在步骤2）中，所述用NaOH溶液第1次调控pH值的NaOH溶液采用近饱和的45%～50%NaOH溶液。
7.如权利要求1所述一种用冶炼厂烟气制取亚硫酸钠的方法，其特征在于在步骤2）中，所述吸收塔塔顶流量与中段循环流量比为（1～5）∶1。
8.如权利要求1所述一种用冶炼厂烟气制取亚硫酸钠的方法，其特征在于在步骤2）中，所述用NaOH溶液第2次调控pH值的NaOH溶液采用近饱和的45%～50%NaOH溶液。
9.如权利要求1所述一种用冶炼厂烟气制取亚硫酸钠的方法，其特征在于在步骤2）中，所述蒸发结晶得到亚硫酸钠后的亚硫酸钠母液重复循环，作为中段回流进一步增浓，碱吸收后的尾气经脱水等处理后，经增压泵增压后作为吸附、脱附气循环使用。
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