專利名稱：以煉鐵煉鋼爐渣為吸收劑吸收煙氣中二氧化硫的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及二氧化硫煙氣濕法脫硫技術(shù)，具體涉及一種以煉鐵爐渣、煉鋼爐渣為吸收劑吸收煙氣中二氧化硫的工藝方法。
背景技術(shù)：
隨著經(jīng)濟的高速發(fā)展，電力、冶金、化工和建材等行業(yè)產(chǎn)生大量含二氧化硫的煙氣，排入大氣造成污染，二氧化硫成為大氣主要污染物之一。人們經(jīng)過努力找到很多減少二氧化硫排放量的方法，這些方法分為生產(chǎn)前脫硫、生產(chǎn)中脫硫和生產(chǎn)后脫硫，其中生產(chǎn)后脫硫最經(jīng)濟、有效，占有主導(dǎo)地位。所謂生產(chǎn)后脫硫就是在生產(chǎn)過程中原料和燃料中的硫轉(zhuǎn)變?yōu)槎趸?，形成含二氧化硫煙氣，然后再設(shè)法將煙氣中的二氧化硫分離出來并以某種穩(wěn)定、無害或可再利用的化合物形態(tài)固定下來。生產(chǎn)后脫硫通常稱為“煙氣脫硫”。
有關(guān)煙氣脫硫方法“煙氣脫硫”又可分為濕法、干法、半干法。濕法因其脫硫效率高、技術(shù)成熟而實際應(yīng)用最多。
濕法煙氣脫硫是濕態(tài)的吸收劑與煙氣在吸收設(shè)備內(nèi)充分接觸，吸收劑與煙氣中的二氧化硫反應(yīng)，生成穩(wěn)定、無害或可再生重復(fù)使用的化合物，二氧化硫從煙氣中分離出來，達到煙氣脫硫的目的。
吸收劑濕法煙氣脫硫的必備條件之一是要有經(jīng)濟、方便得到、吸收性能好的吸收劑。常用的吸收劑有鈣基、鈉基、氨基吸收劑，這些吸收劑相對而言價格偏高，造成脫硫成本升高。如果使用對二氧化硫有吸收作用的工業(yè)廢棄物作為吸收劑，不僅可以降低脫硫成本，而且還能在處理煙氣的同時使廢棄物得到處理。現(xiàn)有技術(shù)中ZL00119453.4《含二氧化硫煙氣處理方法》和ZL01101467.9《一種處理含二氧化硫廢氣的化學(xué)吸附劑》以有色金屬冶煉爐渣作為吸收劑；申請?zhí)枮?0106120.4的《一種燃煤鍋爐煙氣除塵脫硫工藝》以鍋爐排污廢水、爐渣和煙塵作為吸收劑；申請?zhí)枮?9121910.4的《一種煙氣脫硫劑和煙氣脫硫方法》以電石渣或蒸氨堿渣或兩者的混合物為脫硫劑；申請?zhí)枮?5104062A的專利《煙氣催化脫硫劑及其制備方法》以硫鐵礦渣和煙泥為主要原料以活性炭或糧食面粉、氨水作為造孔劑制成脫硫劑；有人提出以潮濕的粒狀煉鐵爐渣為二氧化硫吸收劑，以固定床的形式吸收二氧化硫。這些技術(shù)均以工業(yè)廢棄物為主要原料加工成脫硫劑用于煙氣脫硫，本發(fā)明與這些技術(shù)一樣是以工業(yè)廢棄物作為脫硫吸收劑，但所用廢棄物與上述不同，而且形成了一套實用可行的完整技術(shù)方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，是提供一種以粉狀煉鐵高爐渣和煉鋼爐渣與水調(diào)制成的漿液作為二氧化硫吸收劑，吸收煙氣中的二氧化硫的方法，屬于濕法脫硫。
本發(fā)明的技術(shù)方案綜述為以煉鐵爐渣、煉鋼爐渣為吸收劑吸收煙氣中二氧化硫的工藝方法，是以粉狀煉鐵爐渣或煉鋼爐渣與水調(diào)制成的漿液為吸收劑，吸收煙氣中的二氧化硫，吸收二氧化硫后的漿液經(jīng)中和后過濾，濾液返回用去調(diào)漿，濾餅可再利用。脫除二氧化硫后的煙氣達到環(huán)保要求，經(jīng)煙囪排入大氣。
具體是以粉狀煉鐵爐渣或煉鋼爐渣與水調(diào)制成的漿液為吸收劑，在吸收設(shè)備中與煙氣中的二氧化硫反應(yīng)，經(jīng)氧化后生成鈣、鐵、鎂的硫酸鹽和三氧化二鋁、二氧化硅，再用石灰中和，使可溶性鹽轉(zhuǎn)變成氫氧化物沉淀，經(jīng)過濾，濾液返回用去調(diào)漿，濾餅可再利用。分離二氧化硫后的煙氣經(jīng)煙囪排入大氣。該粉狀煉鐵爐渣或煉鋼爐渣的粒度-250目占85％以上。以粉狀煉鐵爐渣或煉鋼爐渣與水調(diào)制成的漿液，漿液濃度為5～20％。用石灰中和，使可溶性鹽轉(zhuǎn)變成氫氧化物沉淀，漿液的最終pH值為10.6。
吸收反應(yīng)與吸收劑的礦物組成和化學(xué)成分極其相關(guān)。


附圖是本發(fā)明的工藝流程示意圖。
具體實施例方式
煉鐵高爐渣和煉鋼爐渣礦物組成和化學(xué)成分煉鐵高爐渣的主要礦物組成黃長石，它是由鈣鋁黃長石(2CaO·Al2O3·SiO2)、鈣鎂黃長石(2CaO·MgO·SiO2)組成的復(fù)雜固溶體；硅酸二鈣(2CaO·SiO2)的含量僅次于黃長石；所含其他礦物依次為假硅灰石(CaO·SiO2)、鈣長石(CaO·Al2O3·2SiO2)、鈣鎂橄欖石(CaO·MgO·SiO2)、鎂薔薇輝石(3CaO·MgO·2SiO2)以及鎂方柱石(2CaO·MgO·2SiO2)等。高溫熔渣用大量水急冷成粒狀(即水淬渣)，其中的各種化合物來不及形成結(jié)晶礦物，而成玻璃體狀態(tài)。
煉鐵高爐渣的化學(xué)成分主要是Ca、Mg、Al、Si、Mn等的氧化物，含CaO高，在40％左右；含F(xiàn)eO很低，不到1％；含有不可忽視的MgO和Al，分別達4～12％和7～9.4％。
鋼渣可分為轉(zhuǎn)爐渣、平爐渣、電爐渣，又細分為平爐的初期渣、末期渣，電爐的氧化渣、還原渣。無論不同工藝、不同時期所產(chǎn)鋼渣，都是由金屬氧化物和非金屬氧化物CaO、FeO、SiO2、Al2O3、MgO等構(gòu)成的礦物的固溶物，只不過相互間的數(shù)量有所不同。與高爐渣不同之處在于，組成鋼渣的氧化物除CaO、SiO2和不可忽視的MgO之外，F(xiàn)eO的含量不低，達4～22％，甚至還有Fe3O4存在，而Al2O3含量偏低。它們構(gòu)成的主要礦物有鈣鎂橄欖石(CaO·MgO·SiO2)、鎂薔薇輝石(3CaO·MgO·2SiO2)、硅酸三鈣(3CaO·SiO2)、硅酸二鈣(2CaO·SiO2)。
轉(zhuǎn)爐鋼渣的礦物組成取決于其化學(xué)成分，當(dāng)鋼渣的堿度〔CaO/(SiO2+P2O5)〕為0.75～1.8時，主要礦物為鈣鎂橄欖石(CaO·MgO·SiO2)、鎂薔薇輝石(3CaO·MgO·2SiO2)；堿度為1.8～2.5時，主要礦物為硅酸二鈣(2CaO·SiO2)及二價金屬氧化物固溶體；堿度為2.5以上時，主要礦物為硅酸三鈣(3CaO·SiO2)、硅酸二鈣(2CaO·SiO2)及二價金屬氧化物固溶體。
煉鐵煉鋼爐渣為吸收劑吸收煙氣中二氧化硫的化學(xué)反應(yīng)式二氧化硫與煉鐵爐渣、煉鋼爐渣的反應(yīng)與一般濕法脫硫的反應(yīng)類似，分兩步。第一步是SO2在水中的溶解、吸收、氧化，第二步是煉鐵爐渣、煉鋼爐渣的分解、氧化。
SO2在水中的溶解、吸收、氧化的反應(yīng)式如下SO2+H2O＝H2SO3＝HSO3-+H+-----------------(1)HSO3-＝SO32-+H+----------------------------(2)SO2+1/2O2+H2O＝H2SO4-----------------------(3)SO32-+1/2O2＝SO42--------------------------(4)氣態(tài)SO2直接氧化生成SO3的反應(yīng)進行得很慢，需要用觸媒來加速反應(yīng)。溶解于水中的SO2的氧化與氣態(tài)SO2氧化不一樣。在水介質(zhì)中，具有催化作用的金屬離子參與下SO2可以氧化成SO3，直接生成稀硫酸。研究表明錳、銅、鐵及其他金屬氧化物可以起到催化作用，促進SO2在水介質(zhì)中的氧化，煉鐵煉鋼爐渣作為吸收劑剛好提供了具有催化作用的金屬氧化物，反應(yīng)式(3)、(4)能很好進行。。
煉鐵爐渣的分解、氧化反應(yīng)式如下(2CaO·Al2O3·SiO2)+2SO32-＝2CaSO3+Al2O3+SiO2---------------------(5)(2CaO·MgO·SiO2)+3SO32-＝2CaSO3+MgSO3+SiO2--------------------------(6)CaSO3+1/2O2＝CaSO4------------------------------------------------------(7)MgSO3+1/2O2＝MgSO4------------------------------------------------------(8)(2CaO·Al2O3·SiO2)+2SO42-＝2CaSO4+Al2O3+SiO2---------------------(9)(2CaO·MgO·SiO2)+3SO42-＝2CaSO4+MgSO4+SiO2-------------------------(10)煉鋼爐渣的分解、氧化反應(yīng)式如下(3CaO·MgO·2SiO2)+4SO32-＝3CaSO3+MgSO3+2SiO2-----------------------(11)(3CaO·SiO2)+3SO32-＝3CaSO3+SiO2-------------------------------------(12)Fe3O4+4SO32-＝Fe2(SO3)3+FeSO3-------------------------------------(13)CaSO3+1/2O2＝CaSO4------------------------------------------------------(7)MgSO3+1/2O2＝MgSO4------------------------------------------------------(8)(3CaO·MgO·2SiO2)+4SO42-＝3CaSO4+MgSO4+2SiO2-----------------------(14)(3CaO·SiO2)+3SO42-＝3CaSO4+SiO2-------------------------------------(15)Fe3O4+4SO42-＝Fe2(SO4)3+FeSO4-------------------------------------(16)
由上述反應(yīng)式可以看出，一些反應(yīng)生成是可溶性亞硫酸鹽和硫酸鹽，為了使這些鹽從水中分離出來，分離后的重新用去調(diào)漿，需要在吸收二氧化硫后漿液中加入石灰進行中和，調(diào)整pH值使鹽轉(zhuǎn)成氫氧化物沉淀便于過濾。中和反應(yīng)如下MeSO3+CaO+H2O＝Me(OH)2+CaSO3---------------------------------------(17)MeSO4+CaO+H2O＝Me(OH)2+CaSO4---------------------------------------(18)煉鐵煉鋼爐渣為吸收劑吸收煙氣中二氧化硫的工藝流程以煉鐵煉鋼爐渣為吸收劑吸收煙氣中二氧化硫的工藝方法流程如附圖所示。
經(jīng)磨粉設(shè)備磨至-250目占85％以上的煉鐵爐渣或煉鋼爐渣，加入到制漿槽內(nèi)，用水和返回的濾液調(diào)制成濃度為5～20％的漿液，送至吸收設(shè)備內(nèi)，靠其內(nèi)置構(gòu)件分散漿液，與流過的煙氣充分接觸，二氧化硫被水溶解、吸收，脫除二氧化硫后的煙氣經(jīng)煙囪排入大氣，溶解、吸收二氧化硫后的漿液流入吸收設(shè)備下部的循環(huán)槽，在攪拌和通入空氣的條件下完成爐渣的分解、氧化反應(yīng)。漿液在吸收設(shè)備中循環(huán)反復(fù)進行吸收反應(yīng)，完成吸收二氧化硫反應(yīng)的漿液流入中和槽內(nèi)，在攪拌的情況下逐步加入石灰進行中和，調(diào)整漿液的pH值由5左右至10.6。中和后的漿液送到過濾機過濾，濾液返回用去調(diào)漿，濾餅則送去再利用。
主要技術(shù)條件煉鐵爐渣、煉鋼爐渣粒度-250目占85％以上漿液濃度5～20％中和最終pH值10.6與前述相關(guān)專利或?qū)＠暾堉衅渌摿蚍椒ǖ牟顒e專利ZL00119453.4《含二氧化硫煙氣處理方法》所采用的爐渣專指還原煉銅產(chǎn)生的渣，與本發(fā)明采用的煉鐵、煉鋼爐渣化學(xué)成分和礦物組成都不一樣，差別較大。參見下列的表1、表2。
表1 三種爐渣化學(xué)成分差別表
表2 三種爐渣礦物組成差別表

本發(fā)明工藝過程有中和過程，并要求中和pH達10.6，使調(diào)漿用的水重復(fù)使用，達到無廢水排出；而專利ZL00119453.4《含二氧化硫煙氣處理方法》工藝中沒有中和過程，造成水中可溶金屬鹽積累，有礙于水的再利用，難免有廢水排出。
本發(fā)明要求爐渣粒度-250目占85％以上，爐渣反應(yīng)好，利用率高；而專利ZL00119453.4《含二氧化硫煙氣處理方法》要求爐渣粒度40-250目，反應(yīng)較差，爐渣利用率較低。
申請?zhí)枮?0106120.4的專利《一種燃煤鍋爐煙氣除塵脫硫工藝》以鍋爐排污廢水、爐渣和煙塵作為吸收劑；申請?zhí)枮?9121910.4的專利《一種煙氣脫硫劑和煙氣脫硫方法》以電石渣或蒸氨堿渣或兩者的混合物為脫硫劑；申請?zhí)枮?5104062A的專利《煙氣催化脫硫劑及其制備方法》以硫鐵礦渣和煙泥為主要原料，以活性炭或糧食面粉、氨水作為造孔劑制成脫硫劑。這些專利所用吸收劑與本發(fā)明所用煉鐵爐渣、煉鋼爐渣不一樣。特別需指出的是申請?zhí)枮?5104062A的專利所指硫鐵礦渣是以Fe2O3、Fe3O4為主，與煉鐵、煉鋼爐渣以CaO、FeO、SiO2及MgO、Al2O3構(gòu)成的復(fù)鹽完全不一樣。
與粒狀煉鐵爐渣為吸收劑的差別與潮濕粒狀煉鐵爐渣為吸收劑吸收二氧化硫，存在一些需要解決的問題。第一，所謂“潮濕”所包含的水很少，難以滿足二氧化硫溶解、吸收的要求，甚至不足以抵消煙氣帶走的水份。第二，粒狀爐渣只能以固定床或移動床的形式與氣體反應(yīng)，不僅阻力極大、設(shè)備龐大，而且反應(yīng)受擴散控制影響進行得很慢很不徹底。第三、未形成可工業(yè)化的完整、成熟工藝，僅停留在小試階段，還有很多路要走。
本發(fā)采用粉末狀爐渣調(diào)制成的漿液為吸收劑吸收二氧化硫，不僅極大限度克服了擴散控制的影響，提供了足夠的反應(yīng)所需水份，而且多種吸收設(shè)備可供選用，這些吸收設(shè)備包括噴淋塔、格柵塔、湍球塔、液柱塔、大孔徑穿流塔、專利ZL01126707.0所描述的多相反應(yīng)器、鼓泡塔等。
本發(fā)明已形成可工業(yè)化的完整、成熟工藝。
權(quán)利要求
1.一種以煉鐵爐渣、煉鋼爐渣為吸收劑吸收煙氣中二氧化硫的工藝方法，其特征在于是以粉狀煉鐵爐渣或煉鋼爐渣與水調(diào)制成的漿液為吸收劑，在吸收設(shè)備內(nèi)與煙氣中的二氧化硫反應(yīng)，經(jīng)氧化后生成鈣、鐵、鎂的硫酸鹽和三氧化二鋁、二氧化硅，再用石灰中和，使可溶性鹽轉(zhuǎn)變成氫氧化物沉淀，經(jīng)過濾，濾液返回用去調(diào)漿，濾餅可再利用；分離二氧化硫后的煙氣經(jīng)煙囪排入大氣。
2.如權(quán)利要求1所述的工藝方法，其特征在于所述的粉狀煉鐵爐渣或煉鋼爐渣，其粒度為-250目的占85％以上。
3.如權(quán)利要求1所述的工藝方法，其特征在于所述的以粉狀煉鐵爐渣或煉鋼爐渣與水調(diào)制成的漿液，漿液濃度為5～20％。
4.如權(quán)利要求1所述的工藝方法，其特征在于所述的以石灰中和，使可溶性鹽轉(zhuǎn)變成氫氧化物沉淀，其漿液的最終pH值為10.6。
全文摘要
本發(fā)明屬于二氧化硫煙氣濕法脫硫技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種以煉鐵爐渣、煉鋼爐渣為吸收劑吸收煙氣中二氧化硫的工藝方法。它是以粉狀煉鐵爐渣或煉鋼爐渣與水調(diào)制成的漿液為吸收劑，吸收煙氣中的二氧化硫。吸收二氧化硫后的漿液經(jīng)中和后過濾，濾液返回用去調(diào)漿，濾餅可再利用。脫除二氧化硫后的煙氣達到環(huán)保要求，經(jīng)煙囪排入大氣。
文檔編號B01D53/50GK101053761SQ20071007961
公開日2007年10月17日 申請日期2007年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月28日
發(fā)明者史漢祥 申請人:史漢祥