鋁電解煙氣脫硫現狀與趨勢

王俊青，周云峰，李昌林，張芳芳，汪艷芳，羅麗芬，張芬萍

（中鋁鄭州有色金屬研究院有限公司，河南 鄭州 450041）

中國電解鋁業工業經過60多年的發展，整體技術水平已達到國際先進。2020年我國原鋁產量3708萬噸，約占世界總產量的56%，已連續20年位居世界第一。目前，鋁電解煙氣中的氟化物排放得到了有治理，但是煙氣中的二氧化硫治理卻相對滯后。2013年環保部發布的《鋁工業污染物排放標準》（GB25465-2010）修改單中規定，電解鋁工業企業生產過程中煙氣SO2排放濃度限值從200mg/m3調整到100mg/m3，氟化物濃度排放限值為3mg/m3，粉塵濃度排放限值為從20mg/m3調整到10mg/m3。電解鋁行業目前均實施干法脫氟，大部分企業對于煙氣中的SO2尚未采取有效的凈化措施[1]。

本文對目前主要的鋁電解煙氣脫硫方法進行介紹，為以后的電解鋁煙氣脫硫提供借鑒和參考。

1 電解槽煙氣脫硫技術現狀

電解槽煙氣屬于低濃度SO2煙氣，具有流量大、濃度低、治理困難的特點，需采用濕法工藝才能達到較好的脫硫效果。隨著日益嚴格的排放標準和中國節能減排政策的推行，鋁電解煙氣脫硫勢在必行。煙氣脫硫已成為各國控制燃煤煙氣污染的研發熱點，目前大多數脫硫工藝僅停留在研究階段，雖有少量的工業示范工程，但由于運行費用較高，制約了其大規模推廣應用。

2 煙氣脫硫主要方法介紹

煙氣脫硫技術是目前世界上唯一大規模商業化應用的脫硫技術。按脫硫的方式和產物的處理形式一般分為干法、半干法和濕法三大類[2]。

2.1 干法煙氣脫硫技術 （DFGD）

干法煙氣脫硫是反應在無液相介入、完全干燥的狀態下進行，反應產物也為干粉狀，沒有腐蝕、結露等問題。干法煙氣脫硫主要有爐膛干粉噴射脫硫法、高能電子活化氧化法、荷電干粉噴射脫硫法（CDSI）等。這種處理方法無廢酸液排出，處理過程無酸性液體產生對設備腐蝕小、要求低，處理后煙氣溫度高有利于煙囪排氣，不足之處是脫硫效率相對較低、反應速度較慢，整個系統設備多體積大。

2.2 半干法煙氣脫硫技術 （SDFGD）

半干法是脫硫劑在干燥狀態下脫硫在濕狀態下再生（如水洗活性炭再生流程），或者在濕狀態下脫硫在干狀態下處理脫硫產物（如噴霧干燥法）的煙氣脫硫技術。尤其是在濕狀態下脫硫在干狀態下處理脫硫產物的半干法，不但有濕法脫硫反應速度快、脫硫效率高的優點，而且有干法無廢液排出、脫硫后產物易于處理的優勢，因而受到行業廣泛的關注。旋轉噴霧干燥法（SDA法）和增濕灰循環脫硫技術（NID）是半干法煙氣脫硫的代表性技術。

2.3 濕法煙氣脫硫技術 （WFGD）

目前主要的濕法脫硫技術有：普通濕式石灰（石）-石膏法，該法脫硫效率可達到90%以上，技術成熟，是目前國外工業化煙氣脫硫的常用方法。吸收再生法主要有氧化鎂法、雙堿法、W-L法，這些方法脫硫效率也可以達到95%左右，技術較成熟。

盡管各國開發的FGD方法種類眾多，但真正進行到工業應用的方法僅有十幾種。其中濕式洗滌法（含拋棄法及石膏法）占主導地位。但是這種方法的主要問題是結垢，嚴重時會造成不定期停機。

煙氣脫硫技術基建投資大、運轉成本高、運行系統龐大，因此降低系統投資、減少系統運行費用、優化系統流程是目前煙氣脫硫技術的主要研發方向。

3 電解鋁煙氣脫硫主要方法

3.1 石灰石/石膏濕法

石灰石／石膏濕法技術是目前應用最廣泛、技術最成熟的煙氣脫硫工藝技術。干法處理后的鋁電解煙氣進入脫硫系統，以一定濃度的石灰石漿液作吸收劑，與煙氣中的氟化物、二氧化硫等物質反應，經過充分氧化后，生成氟化鈣、硫酸鈣等鹽，這些鹽類脫水后的到接近固態的混合鹽，采用上述技術，不僅可以除去鋁電解煙氣中的氟化物、二氧化硫等有害氣體，還能大幅降低煙氣中的粉塵。這種方法脫硫效率高、吸收劑利用率高、設備運轉率高，某些工藝中Ca/S=1時，脫硫效率大于90%，吸收劑的利用率也可以達到90%，設備運轉率也可達到90%。不足之處是處理成本較高，副產物會產生一定的二次污染[3]。

3.2 氧化鎂脫硫技術

氧化鎂脫硫技術是一種前景較好的脫硫技術，該工藝較為成熟，投資少，設備結構簡單，安全性能好，還能夠減少二次污染，脫硫劑可循環利用，降低了脫硫成本，能夠帶來一定的經濟效益。相對于鈣法脫硫，這種方法避免了簡易濕法技術存在的一系列問題，如管路堵塞、煙溫過低、煙氣帶水和存在二次水污染等；與完整的石灰石/石膏法流程相比，占地面積小，運行費用低，投資大幅減小，綜合經濟效益有很大提高。通常情況下氧化鎂脫硫技術的脫硫效率可達到95%～98%以上，而石灰石/石膏法的脫硫效率僅為90%～95%左右。

3.3 雙堿法脫硫技術

雙堿法脫硫技術采用鈉基脫硫劑在塔內脫硫，鈉基脫硫劑堿性強，吸收二氧化硫后反應產物溶解度大，不會造成過飽和結晶、結垢堵塞問題。

雙堿法煙氣脫硫技術用氫氧化鈉溶液作啟動脫硫劑，配制好的氫氧化鈉溶液直接打入脫硫塔洗滌脫除煙氣中SO2來達到煙氣脫硫的目的，脫硫產物在脫硫劑再生池還原生成氫氧化鈉再打回脫硫塔內循環使用。脫硫工藝包括5個主要步驟：①吸收劑制備與補充；②吸收劑漿液噴淋；③塔內霧滴與煙氣接觸混合；④再生池漿液還原鈉基堿；⑤石膏脫水處理。

3.4 氨法脫硫技術

氨法煙氣脫硫技術是工業化應用的脫硫方法之一，是減少技術酸雨形成和二氧化硫污染的有效工程技術。這種方法可以高效脫除鋁電解煙氣中的二氧化硫，同時還可以脫去其中部分氮氧化物，形成的副產物為硫酸銨，是一種主要的工業原料，資源利用效率高。

3.5 新式干法吸附脫硫技術

新式干法吸附脫硫技術基于拓撲高分子無機化合物對酸性物質的吸收，被稱為“第三種堿”和“綠色安全中和劑”的拓撲高分子無機化合物備受青睞，主要因為其極強的緩沖性能和吸附能力，可以用來中和各種酸類，即使使用過量，其pH值也不會超過9；同時其吸附能力又可脫除各種有害成分。將氧化鎂做成拓撲高分子無機化合物材料進行干法新式吸附脫硫，最后形成的副產物中含有MgSO3?3H2O、MgSO3?6H2O、MgSO4?7H2O、Mg(HSO3)2等多種成分，脫水后得到以MgSO4為主要成份的副產品[4]。

3.6 催化氧化法煙氣脫硫技術

催化氧化法煙氣脫硫技術采用低濃度的新型催化劑，在脫硫過程中，通過催化氧化，將SO2轉化為硫酸，脫硫效率達90%以上，脫硫產品可滿足市場需求，目前該技術以國內有關研究為基礎，通過與國外合作、國內留學基金資助，技術正逐步走向成熟，有望成為一種有競爭力的新型煙氣脫硫技術。

4 電解鋁煙氣脫硫發展趨勢

我國鋁電解煙氣脫硫技術的主要發展方向應該是開發投資少、運行費用低、效率高、副產物資源化的高新技術，因此需加快這類技術的產業化研究。如果能將濕法脫硫與濕法脫氟工藝緊密融合在一起，則能夠在實現煙氣達標排放的同時，降低煙氣處理成本，濕法脫硫脫氟一體化技術是未來電解槽煙氣凈化技術發展的趨勢。