一种利用蜂窝陶瓷净化烟气中二氧化硫的工艺方法 技术领域：
本发明属于冶金环保领域，特别涉及一种适用于烧结厂废气中的二氧化硫脱硫技术。背景技术：
钢铁企业中的烧结厂是大气的污染源，它所排放的二氧化硫对地球生态系统危害极大。据有关文献报道，国外一个年产300万吨钢的联合企业，每生产一吨粗钢，要排放2.2公斤二氧化硫，其中生产一吨筛选烧结矿所排放的二氧化硫就达1.5公斤。因此，如何消除和减少烧结厂废气中的二氧化硫排放是国内外钢铁企业、环保部门长期关注，并致力解决的重大课题。
目前，为解决燃烧过程二氧化硫的排放问题，在国内、外主要有三种对策：一是在排放前对废气中的二氧化硫进行吸收净化处理，如氨法、石灰乳法、活性碳吸收法等。这些方法对于处理高浓度的二氧化硫，效果显著，因此已被国内外广泛采用，但用于处理烟气量大、二氧化硫浓度较低的烧结厂废气，效果并不理想。而且，这些方法所用的设备庞大、投资高、占地面积大、技术复杂。二是采用清洁的生产工艺，即在燃烧前对燃料等物料进行脱硫处理，以减少进入燃烧过程的硫含量，这势必会对燃料等有种种限制，不仅增加生产成本，降低了对原料的适应能力，而且也难以达到理想地净化效果。三就是通过配料、加入固硫剂、改进工艺流程等，在燃烧过程中将硫固定在固体残存物中，以杜绝或减少SO2气体的排放。但若将这一方法用在烧结厂，即使克服了SO2二次释放问题，也必然会使硫存留在烧结矿中，其结果是增加了后续钢铁生产过程的脱硫负担，给高纯净钢生产带来困难，因而也是不可取的。发明内容：
本发明目的是希望能根据吸收法的原理，尽可能少地增加设备和占用场地，在烧结生产流程中将废气中的SO2吸收排除，最大限度地减少废气中的二氧化硫含量。
一种利用蜂窝陶瓷净化烟气中二氧化硫的工艺方法，其特征在于以廉价、易得的石灰乳液作为烟气脱硫剂，在温度较低的排气烟道尾部，砌筑孔密度0.5-50孔/cm2的蜂窝陶瓷砖作为脱硫剂载体，要求蜂窝陶瓷砖有强的吸水能力，即砖的材质有较高的孔隙率，砌筑前使其表面吸附大量的脱硫剂。
蜂窝陶瓷砖将起到增大脱硫剂和废气接触面积，延长接触时间的作用；由于位置适当，可使脱硫反应处于最佳温度范围；而只要孔密度选择恰当，就不会过于增大烟气排放的阻力。砌筑蜂窝陶瓷砖时，应注意保持烟气孔道的畅通。
根据热力学分析，有水存在的条件可增强脱硫剂的脱硫能力。故在蜂窝陶瓷砖砌筑体内埋入多排滴灌管道，在使用过程中，利用“滴灌”技术，向砌筑在烟道中的蜂窝陶瓷砖不断补充石灰乳的澄清液，以保持蜂窝陶瓷砖的脱硫能力。滴灌速度以保持蜂窝陶瓷砖砌筑体潮湿，但不形成水流为限度。
蜂窝陶瓷砖拥有许多直通孔洞，孔密度可从0.5孔/cm2至50孔/cm2，烟气通过阻力很小。石灰乳浊液脱硫剂吸附于多孔蜂窝陶瓷砖的孔洞表面。其澄清液可以通过滴灌的方式向蜂窝陶瓷砖表面进行补给。定期对蜂窝陶瓷砖进行清洗或更换，以免蜂窝砖的孔道被堵塞。清洗后的蜂窝陶瓷砖可以重复使用。
脱硫原理：根据热力学计算和烟道内的实际条件分析，用石灰乳脱硫的主要反应是：
(1)
(2)这两个反应的自由焓变化ΔG随温度的改变如表1所示。
表1 不同温度下脱硫反应的自由焓变化
由表1可以看出，随着温度从293K升高到573K时，两个反应的自由能ΔGr分别由-137.41kJ·mol-1和-254.93kJ·mol-1逐渐增大至-128.81kJ·mol-1和-165.43kJ·mol-1，而与之相应的脱硫反应平衡常数K则分别由3.14017×1024和2.813×1045减小到5.52554×1011和1.20452×1015，说明SO2与CaO及Ca(OH)2的反应能力在下降，因此，温度的升高不利于脱硫反应的进行，在较低的温度下可提高脱硫效率。
此外，在低温下，石灰乳中的水分挥发较慢。而水的存在，有利于脱硫效率的提高，因此，蜂窝砖的砌筑位置以温度较低的烟道尾部为宜。
本发明优点是脱硫效果好、成本低廉、占地少、施工简单，可最大限度地减少废气中的二氧化硫含量，尤其适用于烟气量大、SO2浓度低的场合。
附图说明：
图1为本发明的模拟实验装置图。
1.高温炉 2.控温仪 3.流量计 4.干燥塔 5.氧气阀 6.含SO2气体或氧气瓶 7.反应器
8.滴定管 9.NaOH标准溶液 10.定硫吸收液 11.过滤器 12.废液瓶
图2是脱硫率随温度的变化曲线。
具体实施方式：
根据北京某钢铁公司烧结厂烟气的SO2实际浓度，用空气或氧气与SO2气配制成试验用气，SO2的体积浓度为4.92×10-4，控制试验气体的通气时间，定量地通入实验系统，而后改用纯氧气赶净系统中的残存含硫气体)，在反应器中用定硫吸收液吸收后，再用NaOH标准溶液进行滴定，以确定试验气体的SO2真实浓度。将不同孔密度的蜂窝陶瓷砖磨成与炉管内径相配的圆柱体，浸入石灰乳液中，令其充分吸附石灰乳液后，再把浸润了石灰乳液的蜂窝陶瓷砖块放置到管式炉恒温区。在不同温度下，重复上述通入试验气体和吸收滴定的过程，即可得知不同温度下吸附了石灰乳液的蜂窝陶瓷砖对试验气体的脱硫率。
实验结果与理论分析十分一致。室温下脱硫率可达80％左右，而在室温至300℃之间，脱硫率随温度升高而降低，300℃以上直至600℃脱硫率基本不变。可见利用石灰乳液对烟气脱硫，应该在尽可能低的温度下进行。
多批次试验的脱硫率结果如表2所示，可以看出，在实验条件下脱硫率基本稳定在80％左右。
表2 脱硫率的测定 批次 脱硫率 平均值 1 83.33％ 78.3±5.1％ 2 78.95％ 3 72.22％ 4 77.78％ 5 78.95％
另一试验方法是在高温炉内放入烧结矿物料，在1200℃下通入氧气进行烧结，使烧结矿物料中的硫被氧化成SO2排出。而把吸附了石灰乳的多孔陶瓷球放在高温炉的排气管路上对废气脱硫。这一试验的SO2/SO3脱除效率平均达到87.5％。
如上所述，模拟试验的脱硫率比较稳定，基本在80％左右。但并不表示脱硫率只能达到这一水平。由于试验时蜂窝陶瓷砖的长度较短，加之气体流速较高，所以脱硫率受到影响。显然，在实际应用时，如果根据烟气流速，烟气SO2含量等因素，调整蜂窝陶瓷砖的砌筑长度，脱硫率可望得到进一步的提高。
试验中使用了两种不同孔密度的蜂窝陶瓷砖，它们的脱硫率基本相同。说明在一定条件下，蜂窝陶瓷砖的孔密度可以适当减小，这有利于降低烟气排放的阻力和延长蜂窝陶瓷砖的清洗周期。
理论计算和实验都表明，这一烟气脱硫技术的脱硫效果是明显的。但具体应用时的一些参数，如蜂窝陶瓷砖的孔密度、砌筑长度、石灰乳澄清液的滴灌补给速度、蜂窝陶瓷砖的清洗周期等都需要根据应用现场的条件，通过实验来确定。
本发明不仅可以用于钢铁企业的烧结厂，同样也可以用于其它含SO2的烟气排放场合，适用于中小企业新建或改建烟气脱硫系统。