CN105879605B - 一种电解铝预焙阳极煅烧烟气脱硫的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电解铝预焙阳极煅烧烟气脱硫的方法，赤泥原料先利用含镁脱硫循环液进行预浸，经沉降后得到稠厚的赤泥预浸浆液和赤泥预浸清液，并将其分别作为烟气预脱硫浆液和深度脱硫液使用；预焙阳极煅烧烟气经过余热回收后进入脱硫塔进行喷淋洗涤处理，烟气先经过脱硫塔下部的预脱硫区与赤泥预浸浆液进行逆向接触吸收，使烟气中的80‑90％的SO2在此区被脱除；之后烟气经过分区塔板，进入深度脱硫区，通过与赤泥预浸清液逆向接触吸收达到深度脱硫目的；最后，烟气在经过脱硫塔上层高效除雾区除雾后排出脱硫塔，并实现达标排放。与现有技术相比，本发明能够同时实现深度脱硫和赤泥的资源化综合利用、脱硫效率高、赤泥脱碱彻底且能耗低。

Description

一种电解铝预焙阳极煅烧烟气脱硫的方法
技术领域
本发明属于电解铝工业烟气污染物控制技术领域，涉及一种电解铝预焙阳极煅烧烟气脱硫的方法。
背景技术
铝工业是国民经济发展的重要基础原材料产业，我国电解铝产量达3000万吨/年左右，是世界第一大产铝国和铝消费国。按每生产1吨电解铝消耗阳极0.5吨计，则每年将消耗电解用焙烧阳极达1500万吨。而焙烧阳极的制备原料主要为石油焦，每年用于制备上述阳极材料的石油焦消耗近2000万吨。一般的石油焦中硫含量常在2-3％，在阳极制备及使用过程中几乎全部以SO2的形式释放到烟气中，其浓度常在2000-4000mg/m3，若不采取适当的方法，每年所释放到大气中的SO2就可达80-120万吨/年，约占我国SO2排放总量的5-7％。因此，必须采用适当的方法对电解铝行业中的硫排放加强控制。
目前针对电解铝行业焙烧阳极过程中石油焦煅烧烟气脱硫报道较少，国内普遍应用的石灰法湿式脱硫技术大多用于燃煤锅炉领域，虽然石灰石价格低廉，但进入脱硫系统前需要磨制成粉状并制成浆液，建设成本和运行成本均较高，难以直接适用到电解铝行业脱硫领域。氧化铝生产过程中会排出大量的赤泥，是污染性废渣，一般平均每生产1吨氧化铝，附带产生1.0-2.0吨赤泥。赤泥中含有大量铁和碱，pH在10以上。从电解铝的产业链考虑，若能将氧化铝生产与电解铝生产两个工艺环节中的资源利用进行综合考虑，利用赤泥进行脱硫则具有无可比拟的优越性。利用赤泥脱硫不仅可以控制SO2的排放，而且还可以达到赤泥本身脱碱的作用，为赤泥的进一步资源化利用提供保证。
目前关于赤泥用于烟气脱硫的研究也有不少报道，但其大规模的工业应用则很少。中国专利ZL200610200499.6和ZL200610098706.1分别报道了采用赤泥吸收烟气中SO2的技术方法，均采用填料吸收塔，在运行中压降较大，动力消耗大，且易出现结垢堵塞的问题；难以满足深度脱硫的排放要求，且赤泥中碱脱除不彻底；由于赤泥的本身特性所限，在高pH值下导致赤泥脱硫的硫容有限，导致脱硫过程中需要大量的赤泥浆液循环，不仅是循环泵的电耗增加，而且还加剧了泵和管道的磨损。因此，针对电解铝行业废物资源化和烟气脱硫的需求，开发一种功能加强型赤泥法烟气脱硫技术对于实现电解铝行业焙烧阳极过程中烟气深度脱硫和赤泥的资源化利用非常必要。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种能够同时实现深度脱硫和赤泥的资源化综合利用、脱硫效率高、赤泥脱碱彻底且能耗低的电解铝预焙阳极煅烧烟气脱硫的方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种电解铝预焙阳极煅烧烟气脱硫的方法，该方法具体包括以下步骤：
(A)将赤泥原料送入赤泥预浸槽中，并加入从脱硫赤泥浆液脱水池回流的含镁预脱硫浆液清液进行预浸处理，待预浸结束后，使赤泥预浸槽中的固体赤泥发生自然沉降，回流的含镁预脱硫浆液清液中的镁离子转化为氢氧化镁并沉积到赤泥上，沉降结束后，将上层的赤泥预浸清液送入深度脱硫液循环池，而下层的赤泥预浸浆液由赤泥预浸槽底部送入赤泥浆液池；
(B)向赤泥浆液池中加入氧化镁和水，并与赤泥预浸浆液混合均匀，送入脱硫塔下部的预脱硫区；
(C)电解铝预焙阳极煅烧烟气经过余热回收后，从脱硫塔的烟气进口进入预脱硫区，与预脱硫区内自上而下喷淋的赤泥预浸浆液逆向接触吸收，进行预脱硫；
(D)预脱硫后的赤泥预浸浆液在脱硫塔底部经曝气氧化后，进入脱硫赤泥浆液脱水池中进行脱水，脱水后得到预脱硫浆液清液及脱碱赤泥，将预脱硫浆液清液回流至赤泥预浸槽中，同时排出脱碱赤泥；
(E)预脱硫后的烟气经脱硫塔中部的分区塔板进入脱硫塔上部的深度脱硫区，与深度脱硫区内自上而下喷淋的来自深度脱硫液循环池的赤泥预浸清液逆向接触吸收，进行深度脱硫；
(F)深度脱硫后的赤泥预浸清液在分区塔板下方的收集槽中收集后，再回流至深度脱硫液循环池中，之后将深度脱硫液循环池中的赤泥预浸清液循环输送至深度脱硫区内用于深度脱硫；
(G)深度脱硫后的烟气经脱硫塔顶部的烟气出口排出即可。
所述的脱硫塔为双区式脱硫塔，该双区式脱硫塔中的预脱硫区及深度脱硫区分别选自喷淋塔区、填料塔区或板式塔区中的一种。
所述的预脱硫区及深度脱硫区中，液气比为1-10L/m3，烟气温度为80-200℃。
步骤(A)中所述的预浸处理结束后，所述的赤泥预浸清液及赤泥预浸浆液的pH均大于8。
所述的预浸处理过程中，利用搅拌器搅拌以增强预浸效果，预浸后关停搅拌器，使赤泥预浸槽中的赤泥发生自然沉降而分层。
步骤(B)中所述的氧化镁的加入量为赤泥预浸浆液质量的0.5-5％。
步骤(E)中，当经深度脱硫区后的赤泥预浸清液中钠离子质量浓度高于10％时，向外界排出一部分赤泥预浸清液，并由赤泥预浸槽向深度脱硫液循环池中补充相同体积新的赤泥预浸清液。
所述的赤泥预浸清液的排出体积为深度脱硫液循环池中赤泥预浸清液总体积的2-20％。
作为优选的技术方案，所述的赤泥预浸槽共设有一对。
作为优选的技术方案，所述的赤泥预浸槽底部还设有用于将赤泥预浸浆液排送至赤泥浆液池的出泥管。
所述的赤泥原料为铝土矿提取氧化铝过程中产生的赤泥废渣。
所述的预浸处理能够脱除赤泥中的表面游离碱和弱结合碱，分离后可得到用于预脱硫的含镁赤泥预浸浆液以及用于深度脱硫的赤泥预浸清液。
回流至赤泥预浸槽的预脱硫浆液清液中含有硫酸镁及少量钠，与赤泥原料混合预浸时，预脱硫浆液清液中的硫酸镁转化为氢氧化镁并沉积到赤泥中，从而实现镁的循环利用。
赤泥浆液池中加入的氧化镁能够保证预脱硫区所用的赤泥预浸浆液的脱硫活性和缓冲作用。
烟气经预脱硫后，80-90％以上的SO2能够被脱除。预脱硫后的赤泥预浸浆液在脱硫赤泥浆液脱水池中进行机械脱水，排出的脱碱赤泥可进行资源化综合利用。
所述的深度脱硫液循环池中的赤泥预浸清液在经过多次循环后，排出的部分赤泥预浸清液可进行蒸发结晶回收硫酸钠。
所述的分区塔板只允许烟气由预脱硫区进入深度脱硫区，防止深度脱硫区内的赤泥预浸清液向下流动至预脱硫区。
对赤泥进行预浸处理能够将赤泥中的表面游离碱、弱结合碱以及大部分钠脱除，同时产生了pH较高的用于深度脱硫的赤泥预浸清液。在赤泥浆液池中补充加入氧化镁，从而对赤泥预浸浆液进行强化，能够提高赤泥预浸浆液的预脱硫能力，同时预脱硫过程中所产生的镁离子有利于对结合在赤泥上的碱进行剥离脱除，从而提高对赤泥的脱碱能力。预脱硫后的镁离子随着预脱硫浆液清液回流至赤泥预浸槽中，并与赤泥原料进行混合，镁离子转化氢氧化镁，沉积到赤泥上，之后又重新回到赤泥预浸浆液中用于预脱硫，从而实现镁的循环。
整个过程中所涉及的反应方程式主要有：
(1)赤泥预浸过程所发生的反应：
赤泥+H2O→NaOH+Ca(OH)2 (1)
MgSO4+赤泥→Mg(OH)2↓ (2)
(2)预脱硫区的主要反应：
赤泥+H2O+SO2+O2→MgSO4+CaSO4 (3)
(3)深度脱硫区的主要反应：
2NaOH+SO2+0.5O2→Na2SO4+H2O (4)
本发明方法中，赤泥原料先利用含镁脱硫循环液进行预浸，经沉降后得到稠厚的赤泥预浸浆液和赤泥预浸清液，并将其分别作为烟气预脱硫浆液和深度脱硫液使用。预焙阳极煅烧烟气经过余热回收后进入脱硫塔进行喷淋洗涤处理，该脱硫塔按其功能划分为2个脱硫区，分别为预脱硫区和深度脱硫区。预脱硫区喷淋液为镁强化的稠厚的赤泥预浸浆液，深度脱硫区喷淋液为赤泥预浸清液。烟气先经过脱硫塔下部的预脱硫区与低pH值镁强化稠厚赤泥预浸浆液进行逆向接触吸收，使烟气中的80-90％的SO2在此区被脱除；之后烟气经过分区塔板，进入深度脱硫区，通过与pH值较高的赤泥预浸清液逆向接触吸收达到深度脱硫目的。最后，烟气在经过脱硫塔顶部的烟气出口排出脱硫塔，并实现达标排放。
与现有报道的单纯赤泥脱硫技术相比，本发明具有以下特点：
1)能够同时实现电解铝预焙阳极煅烧工段中产生的烟气深度脱硫以及氧化铝生产副产物赤泥的废物资源化综合利用，脱硫效率高、赤泥脱碱彻底且能够降低有毒有害物质的产生，能耗较低；
2)将一个脱硫塔按其功能划分为预脱硫区和深度脱硫区，预脱硫区在低pH情况下运行有利于赤泥中的结合钠、钙等碱性组分充分脱除或转化，不仅能够提高赤泥作为脱硫剂的利用率，同时还可充分对赤泥进行脱碱处理；预脱硫区无需达到过高的脱硫效率，从而降低了液气比并能够保持较低的pH，而残留的二氧化硫将在深度脱硫区利用高pH赤泥预浸清液进行高效脱除；
3)利用镁强化赤泥脱硫，能够有效提高赤泥的脱硫效率及对赤泥的脱碱能力，降低赤泥预浸浆液的循环量，同时，赤泥预浸浆液中的镁离子还可与赤泥混合后转化为氢氧化镁，并沉积到赤泥预浸槽中的赤泥上，之后重新返回到预脱硫区，以实现镁的循环利用。
附图说明
图1为本发明工艺流程示意图；
图中标记说明：
1—赤泥预浸槽、2—深度脱硫液循环池、3—赤泥浆液池、4—烟气进口、5—预脱硫区、6—脱硫赤泥浆液脱水池、7—分区塔板、8—深度脱硫区、9—脱硫塔、10—烟气出口、11—收集槽、12—赤泥原料、13—赤泥预浸清液、14—赤泥预浸浆液、15—预脱硫浆液清液。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1：
如图1所示，一种电解铝预焙阳极煅烧烟气脱硫的方法，具体包括以下步骤：
(A)将赤泥原料12送入赤泥预浸槽1中，并加入从脱硫赤泥浆液脱水池6回流的含镁预脱硫浆液清液15进行预浸处理，待预浸结束后，使赤泥预浸槽1中的固体赤泥发生自然沉降，回流的含镁预脱硫浆液清液15中的镁离子转化为氢氧化镁并沉积到赤泥上，沉降结束后，将上层的赤泥预浸清液13送入深度脱硫液循环池2，而下层的赤泥预浸浆液14由赤泥预浸槽1底部送入赤泥浆液池3；
(B)向赤泥浆液池3中加入氧化镁和水，并与赤泥预浸浆液14混合均匀，送入脱硫塔9下部的预脱硫区5；
(C)电解铝预焙阳极煅烧烟气经过余热回收后，从脱硫塔9的烟气进口4进入预脱硫区5，与预脱硫区5内自上而下喷淋的赤泥预浸浆液14逆向接触吸收，进行预脱硫；
(D)预脱硫后的赤泥预浸浆液14在脱硫塔9底部经曝气氧化后，进入脱硫赤泥浆液脱水池6中进行脱水，脱水后得到预脱硫浆液清液15及脱碱赤泥，将预脱硫浆液清液15回流至赤泥预浸槽1中，同时排出脱碱赤泥；
(E)预脱硫后的烟气经脱硫塔9中部的分区塔板7进入脱硫塔9上部的深度脱硫区8，与深度脱硫区8内自上而下喷淋的来自深度脱硫液循环池2的赤泥预浸清液13逆向接触吸收，进行深度脱硫；
(F)深度脱硫后的赤泥预浸清液13在分区塔板7下方的收集槽11中收集后，再回流至深度脱硫液循环池2中；
(G)深度脱硫后的烟气经脱硫塔9顶部的烟气出口10排出即可。
步骤(A)中预浸处理结束后，赤泥预浸清液13及赤泥预浸浆液14的pH均大于8。
步骤(B)中氧化镁的加入量为赤泥预浸浆液14质量的0.5-5％。
步骤(E)中，当经深度脱硫区8后的赤泥预浸清液13中钠离子质量浓度高于10％时，向外界排出一部分赤泥预浸清液13，并由赤泥预浸槽1向深度脱硫液循环池2中补充相同体积新的赤泥预浸清液13。赤泥预浸清液13的排出体积为深度脱硫液循环池2中赤泥预浸清液13总体积的20％。
本实施例中，脱硫塔9为双区式脱硫塔，该双区式脱硫塔中的预脱硫区5及深度脱硫区8均为喷淋塔区。赤泥预浸槽1共设有一对。赤泥预浸槽1底部还设有用于将赤泥预浸浆液14排送至赤泥浆液池3的出泥管。
向脱硫塔9中通入含二氧化硫初始浓度为4000mg/m3的模拟烟气，烟气流量控制在2.5m3/h，烟气温度约为200℃，预脱硫区5液气比为7L/m3，深度脱硫区8液气比为9L/m3。
通过对脱硫尾气中二氧化硫浓度的在线监测和记录，结果表明吸收后模拟烟气中二氧化硫的浓度保持在100mg/m3左右，据此计算二氧化硫的去除率为97.5％。
实施例2：
本实施例中，预脱硫区5的液气比为1L/m3，深度脱硫区8的液气比为1L/m3，赤泥预浸清液13的排出体积为深度脱硫液循环池2中赤泥预浸清液13总体积的2％。
向脱硫塔9中通入含二氧化硫初始浓度为4000mg/m3的模拟烟气，烟气流量控制在2.5m3/h，烟气温度约为80℃，预脱硫区5液气比为1L/m3，深度脱硫区8液气比为1L/m3。
通过对脱硫尾气中二氧化硫浓度的在线监测和记录，结果表明吸收后模拟烟气中二氧化硫的浓度保持在170mg/m3左右，据此计算二氧化硫的去除率为95.7％。
其余同实施例1。
实施例3：
本实施例中，预脱硫区5的液气比为10L/m3，深度脱硫区8的液气比为10L/m3，赤泥预浸清液13的排出体积为深度脱硫液循环池2中赤泥预浸清液13总体积的20％。
向脱硫塔9中通入含二氧化硫初始浓度为4000mg/m3的模拟烟气，烟气流量控制在2.5m3/h，烟气温度约为0℃，预脱硫区5液气比为10L/m3，深度脱硫区8液气比为10L/m3。
通过对脱硫尾气中二氧化硫浓度的在线监测和记录，结果表明吸收后模拟烟气中二氧化硫的浓度保持在140mg/m3左右，据此计算二氧化硫的去除率为96.5％。
其余同实施例1。
实施例4：
利用一个直径10cm，高度120cm的有机玻璃制填料喷淋脱硫塔9作为主反应器进行实验。脱硫塔9分为上下两个区，下部为预脱硫区5，上部为深度脱硫区8。预脱硫区5的吸收液的主要有效组分为预浸后的赤泥加入水和氧化镁制成的赤泥预浸浆液14，氧化镁含量为赤泥重量的3％；深度脱硫区8的吸收液为赤泥预浸清液13，pH保持在10-11范围。
向脱硫塔9中通入含二氧化硫初始浓度为4000mg/m3的模拟烟气，烟气流量控制在2.5m3/h，烟气温度约为120℃，预脱硫区5液气比为3L/m3，深度脱硫区8液气比为5L/m3。
通过对脱硫尾气中二氧化硫浓度的在线监测和记录，结果表明吸收后模拟烟气中二氧化硫的浓度保持在205mg/m3左右，据此计算二氧化硫的去除率为94.9％。
实施例5：
利用一个直径10cm，高度120cm的有机玻璃制填料喷淋脱硫塔9作为主反应器进行实验。脱硫塔9分为上下两个区，下部为预脱硫区5，上部为深度脱硫区8。预脱硫区5的吸收液的主要有效组分为预浸后的赤泥加入水和氧化镁制成的赤泥预浸浆液14，氧化镁含量为赤泥重量的5％；深度脱硫区8的吸收液为赤泥预浸清液13，pH保持在12-13范围。
向脱硫塔9中通入含二氧化硫初始浓度为4000mg/m3的模拟烟气，烟气流量控制在2.5m3/h，烟气温度约为120℃，预脱硫区5液气比为5L/m3，深度脱硫区8液气比为7L/m3。
通过对脱硫尾气中二氧化硫浓度的在线监测和记录，结果表明吸收后模拟烟气中二氧化硫的浓度保持在130mg/m3左右，据此计算二氧化硫的去除率为96.8％。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种电解铝预焙阳极煅烧烟气脱硫的方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：
(A)将赤泥原料(12)送入赤泥预浸槽(1)中，并加入从脱硫赤泥浆液脱水池(6)回流的含镁预脱硫浆液清液(15)进行预浸处理，待预浸结束后，使赤泥预浸槽(1)中的固体赤泥发生自然沉降，回流的含镁预脱硫浆液清液(15)中的镁离子转化为氢氧化镁并沉积到赤泥上，沉降结束后，将上层的赤泥预浸清液(13)送入深度脱硫液循环池(2)，而下层的赤泥预浸浆液(14)由赤泥预浸槽(1)底部送入赤泥浆液池(3)；
(B)向赤泥浆液池(3)中加入氧化镁和水，并与赤泥预浸浆液(14)混合均匀，送入脱硫塔(9)下部的预脱硫区(5)；
(C)电解铝预焙阳极煅烧烟气经过余热回收后，从脱硫塔(9)的烟气进口(4)进入预脱硫区(5)，与预脱硫区(5)内自上而下喷淋的赤泥预浸浆液(14)逆向接触吸收，进行预脱硫；
(D)预脱硫后的赤泥预浸浆液(14)在脱硫塔(9)底部经曝气氧化后，进入脱硫赤泥浆液脱水池(6)中进行脱水，脱水后得到预脱硫浆液清液(15)及脱碱赤泥，将预脱硫浆液清液(15)回流至赤泥预浸槽(1)中，同时排出脱碱赤泥；
(E)预脱硫后的烟气经脱硫塔(9)中部的分区塔板(7)进入脱硫塔(9)上部的深度脱硫区(8)，与深度脱硫区(8)内自上而下喷淋的来自深度脱硫液循环池(2)的赤泥预浸清液(13)逆向接触吸收，进行深度脱硫；
(F)深度脱硫后的赤泥预浸清液(13)在分区塔板(7)下方的收集槽(11)中收集后，再回流至深度脱硫液循环池(2)中；
(G)深度脱硫后的烟气经脱硫塔(9)顶部的烟气出口(10)排出即可；
步骤(B)中所述的氧化镁的加入量为赤泥预浸浆液(14)质量的0.5-5％。
2.根据权利要求1所述的一种电解铝预焙阳极煅烧烟气脱硫的方法，其特征在于，所述的脱硫塔(9)为双区式脱硫塔，该双区式脱硫塔中的预脱硫区(5)及深度脱硫区(8)分别选自喷淋塔区、填料塔区或板式塔区中的一种。
3.根据权利要求2所述的一种电解铝预焙阳极煅烧烟气脱硫的方法，其特征在于，所述的预脱硫区(5)及深度脱硫区(8)中，液气比为1-10L/m3，烟气温度为80-200℃。
4.根据权利要求1所述的一种电解铝预焙阳极煅烧烟气脱硫的方法，其特征在于，步骤(A)中所述的预浸处理结束后，所述的赤泥预浸清液(13)及赤泥预浸浆液(14)的pH均大于8。
5.根据权利要求1所述的一种电解铝预焙阳极煅烧烟气脱硫的方法，其特征在于，步骤(E)中，当经深度脱硫区(8)后的赤泥预浸清液(13)中钠离子质量浓度高于10％时，向外界排出一部分赤泥预浸清液(13)，并由赤泥预浸槽(1)向深度脱硫液循环池(2)中补充相同体积新的赤泥预浸清液(13)。
6.根据权利要求5所述的一种电解铝预焙阳极煅烧烟气脱硫的方法，其特征在于，所述的赤泥预浸清液(13)的排出体积为深度脱硫液循环池(2)中赤泥预浸清液(13)总体积的2-20％。
7.根据权利要求1至6任一项所述的一种电解铝预焙阳极煅烧烟气脱硫的方法，其特征在于，所述的赤泥预浸槽(1)共设有一对。
8.根据权利要求1至6任一项所述的一种电解铝预焙阳极煅烧烟气脱硫的方法，其特征在于，所述的赤泥预浸槽(1)底部还设有用于将赤泥预浸浆液(14)排送至赤泥浆液池(3)的出泥管。
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