劉大華，徐延忠，李明波

（1.江蘇德義通環(huán)?？萍加邢薰?，南京 211800；2.南京市硫資源化工程技術(shù)研究中心，南京 211800；3.南京杰科豐環(huán)保技術(shù)裝備研究院有限公司，南京 211106）

本文基于山東臨沂臨港某鋼鐵企業(yè)新建的二氧化硫（SO2）資源化制焦亞硫酸鈉（NaS2O5）裝置，采用NaS2O5高效低阻反應(yīng)系統(tǒng)技術(shù)，根據(jù)富氣條件和產(chǎn)品品質(zhì)要求，通過(guò)系統(tǒng)的工藝計(jì)算及優(yōu)化，完成了該項(xiàng)目的設(shè)計(jì)與建設(shè)。實(shí)際運(yùn)行結(jié)果表明，該工程設(shè)計(jì)合理、設(shè)備選型得當(dāng)、廢氣排放達(dá)標(biāo)，產(chǎn)品品質(zhì)優(yōu)于設(shè)計(jì)要求，可為鋼鐵行業(yè)類似的SO2資源化制NaS2O5裝置的設(shè)計(jì)和應(yīng)用提供經(jīng)驗(yàn)借鑒。

1 設(shè)計(jì)條件

山東臨沂臨港某鋼鐵企業(yè)新建年產(chǎn)600 萬(wàn)t 優(yōu)特鋼項(xiàng)目，配套一臺(tái)500m2燒結(jié)和一套120 萬(wàn)t/a 球團(tuán)裝置，總煙氣量約為2 200 000Nm3/h，煙氣中SO2含量為1400—1600mg/Nm3，經(jīng)過(guò)活性焦脫硫脫硝一體化技術(shù)的吸附和解吸，得到的含硫富氣成分參數(shù)見(jiàn)表1。

本項(xiàng)目每年按8000h 運(yùn)行設(shè)計(jì)，煙氣中SO2約為2.7 萬(wàn)t/a，可以生產(chǎn)Na2S2O5約40 000t/a，要求Na2S2O5產(chǎn)品達(dá)到《工業(yè)焦亞硫酸鈉》（HG/T 2826—2008）一等品質(zhì)量（純度不小于95%）。

表1 某鋼鐵企業(yè)解吸富氣參數(shù)表

2 產(chǎn)品性質(zhì)及生產(chǎn)原理

Na2S2O5為白色或微黃色結(jié)晶粉末，相對(duì)密度為1.4，溶于水及甘油，微溶于乙醇。受潮易分解，露置空氣中易氧化成硫酸鈉，加熱到150℃時(shí)分解。作為原料或抗氧化劑，該產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、造紙、食品、印染和橡膠等工業(yè)[1]，同時(shí)還被用作貴重金屬的采礦藥劑，市場(chǎng)前景非常廣闊。

生產(chǎn)Na2S2O5的基本原料為SO2氣體及純堿，本項(xiàng)目中SO2氣體為含有雜質(zhì)的解吸富氣，需經(jīng)過(guò)洗滌凈化后使用。在Na2S2O5的離心母液中加入純堿，反應(yīng)生產(chǎn)亞硫酸鈉溶液，亞硫酸鈉溶液吸收SO2氣體生產(chǎn)亞硫酸氫鈉溶液，亞硫酸氫鈉溶液飽和后，條件合適時(shí)析出Na2S2O5晶體[1,2]。其化學(xué)反應(yīng)原理及過(guò)程如下：

（1）純堿漿液通入SO2氣體生成亞硫酸氫鈉：

（2）亞硫酸氫鈉漿液中加入純堿生成亞硫酸鈉：

（3）亞硫酸鈉與SO2氣體反應(yīng)生成亞硫酸氫鈉：

（4）當(dāng)溶液中亞硫酸鈉含量達(dá)到飽和濃度時(shí)，反應(yīng)條件合適時(shí)就析出Na2S2O5結(jié)晶：

通過(guò)對(duì)含有Na2S2O5晶體的漿液進(jìn)行離心分離、干燥和包裝，得到Na2S2O5固體。

3 工藝流程

本項(xiàng)目工藝流程見(jiàn)下圖，整個(gè)工藝流程包括5 個(gè)部分：含硫富氣洗滌凈化系統(tǒng)、Na2S2O5反應(yīng)系統(tǒng)、離心分離干燥包裝系統(tǒng)、配堿系統(tǒng)和尾氣達(dá)標(biāo)處理系統(tǒng)。

3.1 含硫富氣洗滌凈化系統(tǒng)

從表1 可知，解吸富氣來(lái)氣溫度為350 ℃—440℃，主要有用成分為SO2氣體，但其含有大量雜質(zhì)，包括炭粉、HCl、HF 和NH3等，所以解吸富氣需要進(jìn)行凈化，除去雜質(zhì)。本項(xiàng)目采用“高效文丘里塔+增強(qiáng)填料塔”兩級(jí)凈化方式，將解吸富氣中的雜質(zhì)去除，得到較為純凈的SO2氣體（N2為惰性氣體）用于后續(xù)反應(yīng)系統(tǒng)。

項(xiàng)目工藝流程圖

3.2 Na2S2O5 反應(yīng)系統(tǒng)

本項(xiàng)目采用“高效低阻四級(jí)反應(yīng)系統(tǒng)”（反應(yīng)器被命名為A、B、C 和D），并一直可以保持其中1 個(gè)反應(yīng)器處于熱備狀態(tài)以應(yīng)對(duì)運(yùn)行事故和檢修，SO2氣體與加堿后的漿液多次逆流接觸，SO2氣體的路線為：A →B →C →D，加堿后漿液的路線為：D →C→B →A。該反應(yīng)器的特點(diǎn)是：吸收效率高達(dá)99.5%以上，氣體阻力低至單臺(tái)反應(yīng)器3kPa（傳統(tǒng)的反應(yīng)釜式阻力單臺(tái)為15—20kPa），高效低阻的反應(yīng)器保證了整個(gè)系統(tǒng)的高效平穩(wěn)運(yùn)行。通過(guò)反應(yīng)系統(tǒng)合成的Na2S2O5晶體漿液進(jìn)入離心分離干燥包裝系統(tǒng)。

3.3 離心分離干燥包裝系統(tǒng)

來(lái)自Na2S2O5反應(yīng)系統(tǒng)的含固漿液先進(jìn)入濃縮結(jié)晶器，經(jīng)過(guò)充分的提濃和養(yǎng)晶再進(jìn)入離心機(jī)。離心后的母液進(jìn)入配堿系統(tǒng)，即再次進(jìn)入Na2S2O5的生產(chǎn)系統(tǒng)中，離心后的固體Na2S2O5（含水率為6%—8%）進(jìn)入氣流脈沖干燥機(jī)，將Na2S2O5固體干燥至含水率小于1%，通過(guò)包裝機(jī)包裝成Na2S2O5商品后，入庫(kù)存放。

3.4 配堿系統(tǒng)

配堿系統(tǒng)為反應(yīng)系統(tǒng)提供充足的純堿，以保證SO2的吸收反應(yīng)充分，經(jīng)過(guò)離心機(jī)離心后的母液進(jìn)入配堿系統(tǒng)，通過(guò)再次加堿變成漿液，作為反應(yīng)系統(tǒng)的補(bǔ)液原料。同時(shí)，配堿系統(tǒng)也為尾氣達(dá)標(biāo)系統(tǒng)提供充足的堿液，以保證反應(yīng)尾氣和干燥尾氣經(jīng)過(guò)尾氣處理系統(tǒng)后能夠達(dá)標(biāo)排放。

3.5 尾氣達(dá)標(biāo)處理系統(tǒng)

反應(yīng)系統(tǒng)的尾氣和干燥Na2S2O5的尾氣必須經(jīng)過(guò)處理才能滿足達(dá)標(biāo)排放要求，本項(xiàng)目采用“高效文丘里塔+增強(qiáng)填料塔”兩級(jí)處理裝置，將尾氣中的SO2充分吸收，經(jīng)過(guò)尾氣處理系統(tǒng)后，尾氣中的SO2濃度小于35mg/Nm3、粉塵濃度小于10mg/Nm3，滿足超低排放要求。

4 工藝設(shè)備選型

4.1 工藝設(shè)計(jì)參數(shù)

根據(jù)解吸富氣的基本條件，結(jié)合產(chǎn)品品質(zhì)要求及尾氣處理要求，本項(xiàng)目確定的主要工藝設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 主要工藝設(shè)計(jì)參數(shù)

4.2 設(shè)備選型

根據(jù)工藝參數(shù)要求，本項(xiàng)目Na2S2O5裝置的主要設(shè)備選型規(guī)格見(jiàn)表3。

5 工程應(yīng)用情況

該項(xiàng)目于2021 年9 月投運(yùn)以來(lái)一直運(yùn)行穩(wěn)定，根據(jù)煙氣的負(fù)荷變化情況，Na2S2O5實(shí)際產(chǎn)量為50—90t/d；產(chǎn)品Na2S2O5純度穩(wěn)定在96%—97.4%；尾氣SO2排放濃度為25.3—30.5mg/Nm3、粉塵排放濃度為6.5—8.5mg/Nm3，該項(xiàng)目運(yùn)行指標(biāo)達(dá)到并優(yōu)于設(shè)計(jì)值。當(dāng)前Na2S2O5產(chǎn)品的市場(chǎng)價(jià)格為2200—3000 元/t，可為用戶帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

6 結(jié)語(yǔ)

基于山東臨沂臨港某鋼鐵企業(yè)新建的SO2資源化制Na2S2O5工程，根據(jù)解吸富氣條件和工藝設(shè)計(jì)參數(shù)，完成了優(yōu)化的工藝流程和主要的設(shè)備選型，裝置投運(yùn)后，產(chǎn)品品質(zhì)和排放參數(shù)等各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到或優(yōu)于設(shè)計(jì)要求，具有突出的環(huán)境價(jià)值和可觀的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，該項(xiàng)目的成功應(yīng)用給鋼鐵企業(yè)的SO2資源化利用提供了方向，值得推廣。

表3 主要設(shè)備選型規(guī)格表