再生法氧化鎂脫硫分析.doc

1. 概述氧化鎂法煙氣脫硫工藝具有投資少、吸收劑用量少、占地面積相對較小、脫硫效率高等特點(diǎn)，脫硫效率可達(dá)95%以上。氧化鎂法煙氣脫硫工藝按最終反應(yīng)產(chǎn)物可分為兩種：其一產(chǎn)物為硫酸鎂：原理是氧化鎂進(jìn)行熟化反應(yīng)生成氫氧化鎂，制成一定濃度的氫氧化鎂吸收漿液。在吸收塔內(nèi)氫氧化鎂與煙氣中的二氧化硫反應(yīng)生成亞硫酸鎂。亞硫酸鎂經(jīng)強(qiáng)制氧化生成硫酸鎂，分離干燥后生成固體硫酸鎂。另一種工藝為氧化鎂再生法，即在吸收塔內(nèi)氫氧化鎂與煙氣中的二氧化硫反應(yīng)生成亞硫酸鎂的過程中抑制亞硫酸鎂氧化，不使亞硫酸鎂氧化生成硫酸鎂。亞硫酸鎂經(jīng)分離、干燥、焙燒，最后還原成氧化鎂和一定濃度的二氧化硫富氣，還原后氧化鎂返回系統(tǒng)重復(fù)利用，二氧化硫富氣被用來制造硫酸。焙燒亞硫酸鎂需要對溫度進(jìn)行控制。工藝二系統(tǒng)相當(dāng)復(fù)雜，投資費(fèi)用高。目前的鎂法脫硫多采用生成硫酸鎂為最終產(chǎn)物。氧化鎂法脫硫工藝應(yīng)用業(yè)績相對較少。據(jù)介紹，氧化鎂再生法的脫硫工藝最早由美國開米科基礎(chǔ)公司（Chemico-Basic）上世紀(jì)60年代開發(fā)成功，70年代后費(fèi)城電力公司(PECO)與United & Constructor 合作研究氧化鎂再生法脫硫工藝，經(jīng)過幾千小時的試運(yùn)行之后，在三臺機(jī)組上（其中兩個分別為150MW和320MW）投入了全規(guī)模的FGD系統(tǒng)和兩個氧化鎂再生系統(tǒng)，上述系統(tǒng)于1982年建成并投入運(yùn)行，1992年以后停運(yùn)硫酸制造廠，直接將反應(yīng)產(chǎn)物硫酸鎂銷售。日本也有氧化鎂法脫硫工藝，但由于日本的氧化鎂主要靠進(jìn)口，受價(jià)格因素制約較大，在一定程度上影響了該工藝的發(fā)展。2001年，清華大學(xué)環(huán)境系承擔(dān)國家“863”計(jì)劃中大中型鍋爐鎂法脫硫工藝工業(yè)化的課題，對鎂法脫硫工藝操作參數(shù)、吸收塔優(yōu)化設(shè)計(jì)和副產(chǎn)品回收利用等進(jìn)行了全面深入研究，并在4t/h、12t/h鍋爐上進(jìn)行了中試研究，在35t/h鍋爐上有了工程應(yīng)用。2. 工藝流程2.1 氧化鎂的熟化反應(yīng)天然的菱鎂礦主要以碳酸鎂形式存在。氧化鎂是由碳酸鎂焙燒而成，再磨制成粉。熟化反應(yīng)是將氧化鎂加水并加熱進(jìn)行反應(yīng)，使其生成氫氧化鎂。這一過程比石灰的熟化反應(yīng)復(fù)雜一些，需要用蒸汽輔助加熱以加快反應(yīng)速度，熟化時間一般需要23小時。反應(yīng)方程式如下：MgO+H2O Mg(OH)22.2 二氧化硫吸收反應(yīng)制成一定濃度的氫氧化鎂漿液通過循環(huán)泵打入吸收塔噴淋層與煙氣接觸，吸收煙氣中的二氧化硫。主要反應(yīng)方程式如下：Mg(OH)2+SO2 MgSO3+H2OMgSO3+H2O+SO2 Mg(HSO3)2Mg(HSO3)2+ Mg(OH)2+4 H2O 2MgSO33H2O2.3 工藝一將吸收塔內(nèi)的漿液打入氧化塔，鼓入空氣進(jìn)行氧化反應(yīng)，將亞硫酸鎂氧化生成硫酸鎂。MgSO3+1/2O2 MgSO4將氧化反應(yīng)后的漿液泵入過濾機(jī)過濾（硫酸鎂50時溶解度為33.5克），除去未反應(yīng)的氫氧化鎂和雜質(zhì)，清液進(jìn)行干燥脫水分離出硫酸鎂或作為無害排放。圖1 工藝一脫硫系統(tǒng)流程圖吸收塔內(nèi)的漿液需要抑制氧化，防止過多的亞硫酸鎂生成硫酸鎂。由于煙氣中飛灰含有鐵和釩等化合物，對亞硫酸鎂的氧化起催化作用，需要在脫硫前預(yù)先除去煙氣中的飛灰。將吸收塔內(nèi)的漿液（亞硫酸鎂）進(jìn)行過濾分離，將含有亞硫酸鎂的漿液干燥脫水分離，得到亞硫酸鎂固體。將亞硫酸鎂轉(zhuǎn)入吸收劑再生部分，將亞硫酸鎂進(jìn)行焙燒，溫度控制在660-870之間。亞硫酸鎂經(jīng)焙燒后分解為氧化鎂和二氧化硫氣體。焙燒爐排氣中含有10-16%的二氧化硫氣體，經(jīng)除塵后可用于制造硫酸,氧化鎂則返回系統(tǒng)循環(huán)利用。當(dāng)焙燒溫度超過1200時，會發(fā)生MgO被“燒結(jié)”的現(xiàn)象，燒結(jié)的MgO不能再用做脫硫劑，用于脫硫用的氧化鎂又叫“輕燒氧化鎂”。MgSO3 MgO+SO23. 應(yīng)用氧化鎂脫硫工藝的可行性分析氫氧化鎂比碳酸鈣與二氧化硫反應(yīng)速度快，氧化鎂分子量（41）比碳酸鈣的分子量（100）小，所以氧化鎂法脫硫工藝的系統(tǒng)（包括吸收塔、循環(huán)漿量、工藝系統(tǒng)等）比石灰石石膏法小，吸收劑用量少，設(shè)備占地面積小，投資費(fèi)用相對較低。該工藝具有運(yùn)行穩(wěn)定可靠，不易堵塞的特點(diǎn)，具有一定的競爭力。但由于氧化鎂法脫硫工藝的吸收劑價(jià)格較高，供應(yīng)范圍相對較小，副產(chǎn)品處置系統(tǒng)復(fù)雜，同時受副產(chǎn)品綜合利用的影響，因此應(yīng)用氧化鎂法脫硫工藝需要進(jìn)行綜合考慮。3.1 吸收劑供應(yīng)中國的鎂資源儲量占世界第二位，主要產(chǎn)地為：遼寧、山東、四川和內(nèi)蒙等地。山東的鎂礦主要集中在萊州市。萊州市有豐富的菱鎂礦（主要成份為碳酸鎂）資源，據(jù)勘探可開采量為2035萬噸，可利用量為640萬噸。據(jù)調(diào)查，萊州氧化鎂（90%純度）目前的價(jià)格約280元/噸左右，有得天獨(dú)厚的資源優(yōu)勢，應(yīng)用時要考慮礦點(diǎn)供應(yīng)及運(yùn)費(fèi)的影響。3.2 副產(chǎn)品的處理系統(tǒng)由于硫酸鎂和亞硫酸鎂的溶解度都比較高，因此提取吸收漿液中的硫酸鎂需要進(jìn)行脫水干燥，能源消耗大，系統(tǒng)比石灰石石膏法復(fù)雜。3.3 將脫硫副產(chǎn)品拋棄如果將反應(yīng)產(chǎn)物硫酸鎂直接排放，COD指標(biāo)基本不受影響，但排放液中含有大量的硫酸鎂，環(huán)保主管部門能否許可直接排放是個問題，另外將氣體污染物轉(zhuǎn)化為液體廢棄物（或固體廢棄物）對地下水資源也會產(chǎn)生影響。硫酸鎂是價(jià)值較高的資源，應(yīng)該進(jìn)行綜合利用，將脫硫副產(chǎn)物硫酸鎂直接拋棄將使運(yùn)行費(fèi)用大幅上漲。3.4 副產(chǎn)品的綜合利用途徑脫硫副產(chǎn)物以生成固體硫酸鎂進(jìn)行綜合利用為宜，需要對市場進(jìn)行充分調(diào)研，以決定是否對副產(chǎn)品進(jìn)行深加工處理，同時還應(yīng)考慮副產(chǎn)品的純度對綜合利用的影響。硫酸鎂可用作化肥，據(jù)介紹硫酸鎂主要用于煙草、甘蔗、柑橘等酸性土壤，但在北方應(yīng)用相對較少。硫酸鎂在工業(yè)上可用于制革、印染、顏料、瓷器、火藥、防火材材料等。據(jù)調(diào)查，目前萊州的硫酸鎂（純度99%）價(jià)格為220-300元/噸。作為化肥應(yīng)考慮農(nóng)業(yè)施肥季節(jié)的影響，市場淡季應(yīng)有一定的儲存場所。硫酸鎂容易潮解結(jié)塊，儲存時應(yīng)注意防潮。3.5 將副產(chǎn)品硫酸鎂還原為氧化鎂重復(fù)利用需要在系統(tǒng)中抑制亞硫酸鎂的氧化，副產(chǎn)品處理系統(tǒng)相當(dāng)復(fù)雜，投資費(fèi)用增大。由于煙氣中的飛灰含有鐵、釩等化合物以及煙氣中氧氣的存在，導(dǎo)致一部分亞硫酸鎂被氧化成硫酸鎂，硫酸鎂的熱分解溫度高，在再生工序中由于硫酸鎂的不斷積累，使得還原的氧化鎂純度下降。系統(tǒng)中需要有一定量的廢水排放。熱分解生成的二氧化硫富氣若單獨(dú)建硫酸廠投資費(fèi)用大，產(chǎn)量低，系統(tǒng)復(fù)雜，