電石渣煙氣脫硫系統在“三廢”治理中的應用

伍小望，曹立祥，張海波*，易重慶，楊長丕，唐 敏，劉躍進

（1.湖南恒光科技股份有限公司，湖南懷化 418200；2.湘潭大學化工學院，湖南湘潭 411105）

在電石法生產聚氯乙烯的過程中，會產生大量的電石渣，電石渣作為電石水解獲得乙炔后的工業固體廢棄物，其主要成分是氫氧化鈣，如不加以利用，堆放不僅占用土地，同時還對周圍的土壤、水體和空氣造成污染。因此，將電石渣作為煙氣脫硫劑，一方面可以實現資源的重復利用；另一方面，電石渣作為脫硫劑的應用效果也較為顯著，脫硫率高達98%，減少了直接排放到大氣中的硫氧化物，保護了大氣環境，符合國家關于污染物排放的要求[1]。

電石渣煙氣脫硫的原理是將電石渣制成漿液，在噴淋塔內與煙氣逆流接觸，與煙氣中的SO2反應生成亞硫酸鈣，然后被氧化成硫酸鈣，從而達到脫除煙氣中SO2的目的[2]，溶劑通過再生后重新進行吸收脫硫。當排放尾氣的SO2含量較高時，生產控制系統會加大脫硫劑的循環量，提高脫硫漿液的pH 值。脫硫漿液pH 值升高后，煙氣中的CO2會與氫氧化鈣反應生成碳酸鈣，富余的氫氧化鈣則會造成塔釜漿液pH 值升高，導致亞硫酸鈣在高pH值條件下無法被有效氧化成硫酸鈣。反應漿液中存在過量的氫氧化鈣和未被氧化的亞硫酸鈣會使脫硫石膏脫水困難，水含量較高的脫硫石膏水泥廠無法消耗。如果電石渣加入量偏少，脫硫漿液pH 值低于4.5，SO2無法與氫氧化鈣反應生成亞硫酸鈣，造成排放尾氣中SO2含量不達標。為解決傳統電石渣煙氣脫硫工藝存在的問題，湖南恒光科技股份有限公司提出了一種新型電石渣煙氣脫硫系統，在有效脫除煙氣中SO2的同時，能夠實現廢氣、廢液和廢渣的綜合處理與利用。

1 新型電石渣煙氣脫硫系統

1.1 工藝流程

新型電石渣煙氣脫硫系統主要包括脫硫塔、硫酸輸送裝置、脫硫漿液槽、電石漿補加管等設備。脫硫塔是脫硫系統的關鍵設備，總體分為上、下兩部分，由隔板和升氣管隔開。其中塔體上部為二氧化硫吸收區，設有第一噴淋裝置、第二噴淋裝置、除霧裝置、排氣管等；下部為亞硫酸鈣氧化區，設有廢硫酸輸送管、煙氣進氣管、空氣輸送管、第三噴淋裝置和第四噴淋裝置。新型電石渣煙氣脫硫系統工藝流程見圖1[3]。

圖1 新型電石渣煙氣脫硫系統工藝流程

煙氣進氣管設計為水平方向向下15°插入脫硫塔下部塔釜液面的上方，防止脫硫塔內的脫硫漿液倒灌進入煙氣管道。煙氣由進氣管進入脫硫塔下部，與第四噴淋裝置噴淋的脫硫漿液逆流接觸，煙氣中的SO2被吸收的同時，可提高空氣與亞硫酸鈣漿液的接觸面積以及硫酸與氫氧化鈣的反應速率，提高產物硫酸鈣的收率。第四噴淋裝置由單獨的循環泵將塔底脫硫漿液送至亞硫酸鈣氧化區。

經第四噴淋裝置噴淋吸收SO2的煙氣再與第三噴淋裝置的噴淋液逆流接觸。第三噴淋裝置與第二噴淋裝置的輸液管連接，由第二噴淋裝置對應的循環泵將脫硫漿液槽的富余漿液送入脫硫塔底部。這樣操作可使脫硫漿液中富余的氫氧化鈣與廢硫酸發生中和反應生成硫酸鈣，也可將脫硫塔上部二氧化硫吸收區含有亞硫酸鈣的漿液輸送至亞硫酸鈣氧化區氧化生成硫酸鈣。第三噴淋裝置連接電石漿補加管，可根據需要補加電石漿（電石渣質量分數約為15%），調節亞硫酸鈣氧化區的pH 值在5.0～6.5。

經初步脫除SO2后的煙氣經隔板的升氣管進入二氧化硫吸收區，依次與第二噴淋裝置、第一噴淋裝置的脫硫漿液逆流接觸，使SO2被吸收完全。第一和第二噴淋裝置的噴淋液均來自脫硫漿液槽。吸收SO2后的脫硫漿液經隔板上側的出口管進入脫硫漿液槽，補加電石漿使電石渣的質量分數保持在10%～20%，維持脫硫漿液的pH 值在7～8。該pH值有利于提高SO2的脫除率，同時抑制吸收CO2，CO2吸收率從2.1%降至0.1%，使脫硫漿液中的反應產物主要為硫酸鈣。從脫硫塔底部排出的硫酸鈣漿液經脫水后送往水泥廠，作為生產水泥的原料。

通過四級噴淋脫硫工藝，可使SO2的脫除率從97.0%提高至99.3%。經脫硫處理后的煙氣經除霧裝置除霧后，由排氣管排出。

1.2 技術優勢

相較于傳統的石灰石-石膏法煙氣脫硫裝置，新型電石渣煙氣脫硫系統具有以下優勢：

1）脫硫塔的隔板位于塔釜液面上方，將脫硫塔分為二氧化硫吸收區和亞硫酸鈣氧化區上下兩部分。該設計可避免第一和第二噴淋裝置脫除煙氣中SO2后的高pH 值脫硫漿液直接進入塔釜，對塔釜中亞硫酸鈣的氧化造成影響。隔板升氣管的設置是關鍵，其管徑大小直接影響煙氣的脫硫效率以及氫氧化鈣與廢硫酸發生的中和反應和亞硫酸鈣氧化反應的平衡。技術人員發現，升氣管的管徑為脫硫塔塔徑的1/2 時脫硫效果最佳。

2）二氧化硫吸收區的漿液可用于配制脫硫漿液，通過控制電石漿的加入量維持脫硫漿液的pH值在7～8，可以提高SO2的脫除率，抑制CO2的吸收，使脫硫漿液中盡可能不生成碳酸鈣，以提高脫硫產物硫酸鈣的純度。

3）亞硫酸鈣氧化區設有廢硫酸輸送管，可將乙炔清凈工序及氯堿車間干燥工序產生的廢硫酸送至脫硫塔內。在運行狀態下，第一輸送管作為廢硫酸輸送管插入漿液中，防止廢硫酸進入脫硫塔后產生酸霧。廢硫酸輸送管插入漿液的管段設有多個出液孔，使硫酸在塔內均勻輸出，以提高漿液中化學反應的速率。

4）將空氣輸送管插入漿液中，使空氣直接進入漿液內參與亞硫酸鈣的氧化反應。空氣輸送管設有多個分布于不同方向的氣孔，使通入的空氣在漿液中產生不同方向的推動力，使反應物充分接觸，提高亞硫酸鈣的氧化率。

5）在亞硫酸鈣氧化區引入廢硫酸及空氣，控制漿液pH 值在5.0～6.5，有利于亞硫酸鈣的氧化、結晶。

6）為防止生成的亞硫酸鈣沉淀在輸送過程中堵塞管道，在脫硫漿液槽與二氧化硫吸收區及亞硫酸鈣氧化區內設置攪拌裝置。

2 新型電石渣煙氣脫硫系統的應用

2.1 裝置運行情況

2020年6月湖南某公司對電石渣煙氣脫硫系統進行改造，采用新型電石渣煙氣脫硫系統，該脫硫工藝應用效果如表1所示。

表1 改造前后裝置運行情況對比

引入的廢硫酸和電石渣成分復雜，在空氣曝氣的條件下漿液中會產生一定量的泡沫，影響裝置運行。因此，技術人員通過向脫硫漿液中加入消泡劑解決了該問題。消泡劑可選擇有機硅消泡劑或其他專用脫硫消泡劑，在電石漿配制時加入，加入量占電石漿質量的0.1%～0.5%。

2.2 經濟效益和環保效益

該公司乙炔清凈工序及氯堿車間干燥工序產生廢硫酸9 000 t/a，送至環保車間采用酸堿中和進行稀硫酸無害化處理的費用在1 100 元/t 以上，現通過電石渣煙氣脫硫系統直接處理，處理費用降至120 元/t，可節省廢硫酸處理費用約900 萬元/a。

電石渣煙氣脫硫系統引入廢硫酸中和脫硫漿液中多余的氫氧化鈣，二氧化硫吸收區的電石漿可以過量加入，充分保障了對煙氣中SO2的脫除，脫硫效率可達99.3%，實現了對廢氣、廢液、廢渣的綜合處理與利用。

3 結語

采用新型電石渣煙氣脫硫系統進行煙氣脫硫，實現了以廢治廢和資源的循環利用，對減少“三廢”污染、提高資源利用率和降低企業生產成本都大有好處，電石渣脫硫技術具有較高的推廣價值。