CN113230848A - 一种电炉炼钢粉尘湿法脱除二氧化硫的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种电炉炼钢粉尘湿法脱除二氧化硫的方法和系统，属于湿法脱硫技术领域。本发明提供的电炉炼钢粉尘湿法脱除二氧化硫的方法，包括以下步骤：将电炉炼钢粉尘与水混合，得到电炉炼钢粉尘浆液；将工业烟气、氧气和氮气混合，得到混合气体，将所述混合气体通入所述电炉炼钢粉尘浆液中进行脱硫。本发明提供的方法，在脱硫过程中，电炉炼钢粉尘中的Fe、Mn被浸出，被浸出的Fe3+和Mn2+可作为催化剂催化氧化SO2，从而达到长时间高效率脱硫；而且，工艺简单，实现了电炉炼钢过程中产生的固体废物电炉粉尘的资源化利用，实现了以废治废，成本低，且无二次污染。

Description

一种电炉炼钢粉尘湿法脱除二氧化硫的方法和系统
技术领域
本发明涉及脱硫技术领域，具体涉及一种电炉炼钢粉尘湿法脱除二氧化硫的方法和系统。
背景技术
通常在炼矿工业、硫酸工业或者燃煤、燃油锅炉等排放尾气中均含有二氧化硫气体。二氧化硫的排放不仅影响空气的质量危害人体健康，而且是酸雨形成的直接原因。酸雨对人类也具有极大的危害，它将影响生态平衡，使湖泊酸化破坏水生生物的生存环境、树木和农作物死亡、建筑物遭受腐蚀。因此，对工业烟气进行脱硫从而控制和减少大气中二氧化硫的排放，是人们普遍关心的问题。中国专利CN110559818A公开了一种次氧化锌烟灰作为脱硫剂的烟气脱硫方法，包括制浆工序、富氧制泡工序、泡沫脱硫工序、脱硫后浆液过滤工序、净化除杂工序和浓缩结晶工序。然而该方法工艺复杂，成本高。
发明内容
鉴于此，本发明的目的在于提供一种电炉炼钢粉尘湿法脱除二氧化硫的方法和系统，本发明提供的方法脱硫率高、工艺简单且成本低。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种电炉炼钢粉尘湿法脱除二氧化硫的方法，包括以下步骤：
将电炉炼钢粉尘与水混合，得到电炉炼钢粉尘浆液；
将工业烟气、氧气和氮气混合，得到混合气体，将所述混合气体通入所述电炉炼钢粉尘浆液中进行脱硫。
优选的，所述电炉炼钢粉尘包括以下质量百分含量的组分：ZnFe2O4 70～80％，ZnO5～15％，Fe3O4 9～12％和CaO 2～5％。
优选的，所述电炉炼钢粉尘浆液的pH值为11～12。
优选的，所述电炉炼钢粉尘质量与水的体积之比为(2～3.5)g：1L。
优选的，所述工业烟气中SO2的浓度为1500～2500mg/m3。
优选的，所述混合气体中O2的体积分数为5～20％。
优选的，所述工业烟气的流量为0.2～0.7L/min。
优选的，所述脱硫的温度为35～75℃。
本发明提供了电炉炼钢粉尘湿法脱除二氧化硫的系统，包括配浆槽1、第一浆液泵2-1、第二浆液泵2-2、矿浆槽3、吸收器6和空气压缩机7；
所述矿浆槽3设置有第一浆液进口3-1、第一浆液出口3-2和第二浆液进口3-3；
所述吸收器6设置有混合气体入口6-1、尾气出口6-2、浆液入口6-3和浆液出口6-4；
所述配浆槽1的浆液出口通过第一浆液泵2-1与所述矿浆槽3的第一浆液进口3-1连通；
所述矿浆槽3的第一浆液出口3-2通过第二浆液泵2-2与所述吸收器6的浆液入口6-3连通；所述矿浆槽3的第二浆液进口3-3与所述吸收器6的浆液出口6-4连通；
所述空气压缩机7与所述吸收器6的混合气体入口6-1连通。
优选的，还包括热交换器4除尘装置5；
所述热交换器4的烟气出口与所述除尘装置5的烟气入口连通；所述除尘装置5的烟气出口与所述吸收器6的混合气体入口6-1连通。
本发明提供了一种电炉炼钢粉尘湿法脱除二氧化硫的方法，包括以下步骤：将电炉炼钢粉尘与水混合，得到电炉炼钢粉尘浆液；将工业烟气、氧气和氮气混合，得到混合气体，将所述混合气体通入所述电炉炼钢粉尘浆液中进行脱硫。本发明提供的方法，电炉粉尘因其含有大量的碱性物质以及拥有大比表面积，还含有Fe、Mn等元素，在脱硫过程中，工业烟气中的SO2与碱性的电炉炼钢粉尘浆液发生酸碱中和反应；浆液中存在ZnO，ZnO与烟气中SO2反应生成硫酸锌；随着电炉炼钢粉尘浆液不断吸收SO2，电炉炼钢粉尘浆液呈酸性，电炉炼钢粉尘中的铁离子和锰离子被浸出，铁离子和锰离子具有催化氧化作用，可以催化氧化亚硫酸根为硫酸根，从而达到长时间高效率脱硫。本发明提供的方法工艺简单，实现了电炉炼钢过程中产生的固体废物电炉粉尘的资源化利用，减少了电炉粉尘处置问题，清洁环保；利用电炉粉尘浆液脱除烟气中的SO2，降低了脱硫成本，通过电炉炼钢粉尘来吸收SO2能达到以废治废的目的，成本低，且无二次污染，具有较高的经济和环境效益。
本发明提供了一种电炉炼钢粉尘湿法脱除二氧化硫的系统，包括配浆槽1、第一浆液泵2-1、第二浆液泵2-2、矿浆槽3、吸收器6和空气压缩机7；所述矿浆槽3设置有第一浆液进口3-1、第一浆液出口3-2和第二浆液进口3-3；所述吸收器6设置有混合气体入口6-1、尾气出口6-2、浆液入口6-3和浆液出口6-4；所述配浆槽1的浆液出口通过第一浆液泵2-1与所述矿浆槽3的第一浆液进口3-1连通；所述矿浆槽3的第一浆液出口3-2通过第二浆液泵2-2与所述吸收器6的浆液入口6-3连通；所述矿浆槽3的第二浆液进口3-3与所述吸收器6的浆液出口6-4连通。本发明提供的系统简单，成本低，能够实现工业烟气中二氧化硫的的持续、高效脱除。
附图说明
图1为电炉炼钢粉尘湿法脱除二氧化硫的系统示意图，其中，1为配浆槽，2-1为第一浆液泵，2-2为第二浆液泵，3为矿浆槽，4为热交换器，5为除尘装置，6为吸收器，6-1为混合气体入口、6-2为尾气出口、6-3为浆液入口和6-4为浆液出口；7为空气压缩机，8为尾气净化池，9-1为第一搅拌器，9-2为第二搅拌器，10为烟气分析仪，11为阀门。
具体实施方式
本发明提供了一种电炉炼钢粉尘湿法脱除二氧化硫的方法，包括以下步骤：
将电炉炼钢粉尘与水混合，得到电炉炼钢粉尘浆液；
将工业烟气、氧气和氮气混合，得到混合气体，将所述混合气体通入所述电炉炼钢粉尘浆液中进行脱硫。
在本发明中，若无特殊说明，所有的原料组分均为本领域技术人员熟知的市售商品。
本发明将电炉炼钢粉尘与水混合，得到电炉炼钢粉尘浆液。
在本发明中，所述电炉炼钢粉尘的化学组成优选包括以下质量百分含量的组分：ZnFe2O4 70～80％，ZnO 5～15％，Fe3O4 9～12％和CaO 2～5％，更优选为ZnFe2O4 75～78％，ZnO 10～12％，Fe3O4 10～11％和CaO 3～4％。本发明对于所述电炉炼钢粉尘的来源没有特殊限定，组成符合上述要求即可。
在本发明中，所述电炉炼钢粉尘质量与水的体积之比优选为(2～3.5)g：1L，更优选为(2.2～3.3)g：1L，最优选为(2.5～3)g：1L；所述电炉炼钢粉尘浆液的pH值优选为11～12，优选为11.2～11.8，更优选为11.5～11.6。
得到电炉炼钢粉尘浆液后，本发明将工业烟气、氧气和氮气混合，得到混合气体，将所述混合气体通入所述电炉炼钢粉尘浆液中进行脱硫。
本发明对于所述工业烟气没有特殊限定，含有二氧化硫即可，具体如锅炉烟气。在本发明中，所述工业烟气中SO2的浓度优选为1500～2500mg/m3，更优选为1800～2200mg/m3，最优选为2000～2100mg/m3；所述工业烟气的流量优选为0.3～0.6L/min，更优选为0.4～0.5L/min。在本发明中，所述工业烟气优选先进行换热和除尘后再与氧气和氮气混合；本发明对于所述换热没有特殊限定，能够将所述工业烟气的温度降低至≤40℃即可，所述换热后的工艺烟气的温度更优选为20～40℃；本发明对于所述除尘没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的除尘操作即可，以工业烟气中的粉尘除去为准；本发明通过对工艺烟气进行换热和除尘，能够进一步提高SO2去除率以及保护脱硫设备。
在本发明中，所述混合气体中O2的体积分数优选为5～20％，更优选为8～18％，最优选为10～15％；所述氧气和氮气的总流量优选为0.3～0.6L/min，更优选为0.4～0.5L/min。
在本发明中，所述脱硫的温度优选为35～75℃，更优选为40～70℃，最优选为50～60℃。
在本发明中，所述脱硫过程中，电炉炼钢粉尘浆液呈碱性，工艺烟气中的SO2与碱性的电炉炼钢粉尘浆液发生酸碱中和反应；浆液中存在ZnO，ZnO与烟气中SO2反应生成硫酸锌；随着电炉炼钢粉尘浆液不断吸收SO2，电炉炼钢粉尘浆液变至酸性，电炉炼钢粉尘中的铁离子和锰离子被浸出，铁离子和锰离子具有催化氧化作用，可以催化氧化亚硫酸根为硫酸根，脱硫过程中主要的发生的反应如下：
(1)电炉粉尘的水化：
Figure BDA0003105734500000051
(2)SO2的溶解与H2SO3的电离：
SO2(g)＝SO2(aq)
SO2(aq)+H2O(1)＝H2SO3(aq)
H2SO3(aq)＝HSO3 -(aq)+H+(aq)
HSO3 -(aq)＝gO3 2-(aq)+H+(aq)
(3)电炉炼钢粉尘浆液中酸碱中和反应：
H++OH-→H2O
(4)电炉粉尘浆液中的氧化物与SO2反应：
MnO2+2H2SO4＝Mn(SO4)2+2H2O
ZnO+SO2+5/2H2O→ZnSO4·5/2H2O↓
ZnO+2SO2+H2O→Zn(HSO2)2
ZnSO3+1/2O2→ZnSO4
Zn(HSO3)2+O2→ZnSO4+H2SO4
(5)铁离子、锰离子催化氧化吸收SO2反应：
Figure BDA0003105734500000052
Figure BDA0003105734500000053
在本发明中，所述脱硫得到尾气和吸硫浆液。在本发明中，优选检测所述尾气中二氧化硫的浓度后进行尾气净化处理，达标后排空。在本发明中，所述检测优选利用所述烟气分析仪进行。在本发明中，所述尾气净化处理优选为溶液吸收，所述溶液吸采用的溶液优选为K2MnO4溶液或NaOH溶液；所述K2MnO4溶液的浓度优选为0.05～0.2mol/L，更优选为0.1mol/L；所述NaOH溶液的浓度优选为0.5～2mol/L，更优选为1mol/L。
本发明提供了一种电炉炼钢粉尘湿法脱除二氧化硫的系统，包括配浆槽1、第一浆液泵2-1、第二浆液泵2-2、矿浆槽3、吸收器6和空气压缩机7。
本发明提供的系统包括配浆槽1；所述配浆槽1设置有浆液出口。在本发明的实施例中，所述配浆槽1内优选设置有第一搅拌器9-1；所述配浆槽1用来配制电炉炼钢粉尘浆液。
本发明提供的系统还包括矿浆槽3，所述矿浆槽3设置有第一浆液进口3-1、第一浆液出口3-2和第二浆液进口3-3；所述第一浆液进口3-1通过第一浆液泵2-1与所述配浆槽1的浆液出口连通。在本发明的实施例中，所述矿浆槽3内优选还设置有第二搅拌器9-2；所述第二搅拌器9-2优选为集热式恒温加热磁力搅拌器；所述集热式恒温加热磁力搅拌器的作用是将矿浆槽3中的浆液进行搅拌和加热；加热后的浆液再泵入吸收器6内，吸收器6内温度恒定，浆液不易冷却，从而提高除硫效果。
本发明提供的系统包括吸收器6，所述吸收器6设置有混合气体入口6-1、尾气出口6-2、浆液入口6-3和浆液出口6-4；所述吸收器6的浆液入口6-3通过第二浆液泵2-2与所述矿浆槽3的第一浆液出口3-2连通；所述吸收器6的浆液出口6-4与所述矿浆槽3的第二浆液进口3-3连通。在本发明的实施例中，所述浆液入口6-3的个数优选为3个。在所吸收器6中，混合气体和电炉炼钢粉尘浆液逆向流动，能够提高脱硫效率。
本发明提供的系统还包括空气压缩机7；所述空气压缩机7与所述吸收器6的混合气体入口6-1连通，为工业烟气提供氧气。
在本发明的实施例中，所述系统优选还包括热交换器4，所述热交换器4用于对工业烟气进行热交换至温度≤40℃。
在本发明的实施例中，所述系统优选还包括除尘装置5，所述除尘装置分别与所述热交换器4和吸收器6的混合气体入口6-1连通。本发明对于所述除尘装置5没有特殊限定，能够将工业烟气中的粉尘除去即可。
在本发明的实施例中，所述系统优选还包括烟气分析仪10，所述烟气分析仪10设置有尾气入口和尾气出口，所述尾气入口优选通过第一管道与所述吸收器6的尾气出口6-2连通；所述第一管道上优选设置有阀门11。
在本发明的实施例中，所述系统优选还包括尾气净化池8，所述尾气净化池8设置有尾气入口和尾气出口，所述尾气入口分别与所述吸收器6的尾气出口6-2和烟气分析仪10的尾气出口连通。在本发明的实施例中，所述尾气净化池8内的溶液优选为K2MnO4溶液或NaOH溶液；所述K2MnO4溶液的浓度和NaOH溶液优选与上述方法技术方案中K2MnO4溶液和NaOH溶液的浓度相同，在此不再赘述。
下面结合图1具体说明采用本发明所述的电炉炼钢粉尘湿法脱除二氧化硫的装置脱除二氧化硫的方法，包括以下步骤：将电炉炼钢粉尘和水置于配浆槽1中混合，得到电炉炼钢粉尘浆液；将所述电炉炼钢粉尘浆液经第一浆液泵泵至矿浆槽3中；工业烟气经热交换器4热交换、经除尘装置5除尘后，与经空气压缩机提供的氧气和氮气混合，得到混合气体；将所述混合气体输送至吸收器6内，与经第二浆液泵泵至吸收器6的顶部的电炉炼钢粉尘浆液逆向混合，进行脱硫，得到尾气和吸硫浆液；所述尾气经烟气分析仪10检测二氧化硫的浓度后输送至尾气净化装置8中进行尾气净化，然后排空；所述吸硫浆液回流至矿浆槽3内，当所述矿浆槽3内的浆液的pH为2～3时通过第一浆液泵将配浆槽1中的电炉炼钢粉尘浆液补入矿浆槽3中以更换新鲜电炉炼钢粉尘浆液。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
采用图1所示的装置，将电炉炼钢粉尘和蒸馏水置于配浆槽1中混合，得到电炉炼钢粉尘浆液；将所述电炉炼钢粉尘浆液经第一浆液泵泵至矿浆槽3中；其中，电炉炼钢粉尘浆液的固液比为2.5g：1L；
工业烟气经热交换器4热交换、经除尘装置5除尘后，与经空气压缩机提供的氧气和氮气混合，得到混合气体；所述工业烟气中SO2的浓度为2500mg/m3，所述混合气体中O2的体积分数为10％；工业烟气的流量为0.3L/min，O2和N2的总流量为0.2L/min；
将所述混合气体输送至吸收器6内，与经第二浆液泵泵至吸收器6的顶部的电炉炼钢粉尘浆液逆向混合，进行脱硫，得到尾气和吸硫浆液；其中，电炉炼钢粉尘浆液的温度为45℃；
用烟气分析仪10测量所述尾气中SO2浓度，然后输送至尾气净化装置8中进行尾气净化后排空；所述吸硫浆液回流至矿浆槽3内，当矿浆槽3内的浆液的pH为2～3时通过第一浆液泵将配浆槽1中的电炉炼钢粉尘浆液补入矿浆槽3中以更换新鲜电炉炼钢粉尘浆液；
脱硫结果：脱硫率为100％的维持时间为580min，脱硫效率为90％以上的维持时间为680min。
实施例2
按照实施例1的方法进行二氧化硫的脱除，与实施例1的区别在于，电炉炼钢粉尘浆液的固液比为2g：1L，脱硫结果：脱硫率为100％的维持时间为480min，脱硫效率为90％以上的维持时间为580min。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种电炉炼钢粉尘湿法脱除二氧化硫的方法，包括以下步骤：
将电炉炼钢粉尘与水混合，得到电炉炼钢粉尘浆液；
将工业烟气、氧气和氮气混合，得到混合气体，将所述混合气体通入所述电炉炼钢粉尘浆液中进行脱硫。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电炉炼钢粉尘包括以下质量百分含量的组分：ZnFe2O470～80％，ZnO5～15％，Fe3O49～12％和CaO2～5％。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电炉炼钢粉尘浆液的pH值为11～12。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电炉炼钢粉尘质量与水的固液比为(2～3.5)g：1L。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述工业烟气中SO2的浓度为1500～2500mg/m3。
6.根据权利要求1或5所述的方法，其特征在于，所述混合气体中O2的体积分数为5～20％。
7.根据权利要求1或5所述的方法，其特征在于，所述工业烟气的流量为0.2～0.7L/min。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述脱硫的温度为35～75℃。
9.一种电炉炼钢粉尘湿法脱除二氧化硫的系统，其特征在于，包括配浆槽(1)、第一浆液泵(2-1)、第二浆液泵(2-2)、矿浆槽(3)、吸收器(6)和空气压缩机(7)；
所述矿浆槽(3)设置有第一浆液进口(3-1)、第一浆液出口(3-2)和第二浆液进口(3-3)；
所述吸收器(6)设置有混合气体入口(6-1)、尾气出口(6-2)、浆液入口(6-3)和浆液出口(6-4)；
所述配浆槽(1)的浆液出口通过第一浆液泵(2-1)与所述矿浆槽(3)的第一浆液进口(3-1)连通；
所述矿浆槽(3)的第一浆液出口(3-2)通过第二浆液泵(2-2)与所述吸收器(6)的浆液入口(6-3)连通；所述矿浆槽(3)的第二浆液进口(3-3)与所述吸收器(6)的浆液出口(6-4)连通；
所述空气压缩机(7)与所述吸收器(6)的混合气体入口(6-1)连通。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，还包括热交换器(4)和除尘装置(5)；
所述热交换器(4)的烟气出口与所述除尘装置(5)的烟气入口连通；所述除尘装置(5)的烟气出口与所述吸收器(6)的混合气体入口(6-1)连通。
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