硫氧化物治理是指套用排煙脫硫、燃料脫硫和高煙囪排放等方法，減輕或控制工業廢氣中硫氧化物對環境的污染。
基本介紹
- 中文名：硫氧化物治理
- 外文名：Treatment of sulfur oxides
- 解釋：指套用排煙脫硫
- 套用：燃料脫硫
正文,
正文
套用排煙脫硫、燃料脫硫和高煙囪排放等方法，減輕或控制工業廢氣中硫氧化物對環境的污染。
硫氧化物是大氣的主要污染物之一，是無色、有刺激性臭味的氣體,它不僅危害人體健康和植物生長,而且還會腐蝕設備、建築物和名勝古蹟。它主要來自含硫燃料的燃燒、金屬冶煉、石油煉製、硫酸(H2SO4)生產和矽酸鹽製品焙燒等過程。廢氣中的硫氧化物主要有二氧化硫(SO2)和三氧化硫(SO3)。全世界每年向大氣排放的SO2約為1.5億噸。SO3隻占硫氧化物總量中的很小部分,排至大氣的SO2可緩慢地被氧化成SO3,其數量取決於氧對SO2的氧化速度。SO3毒性10倍於SO2。燃燒過程中,SO3生成量，取決於燃燒的溫度、時間和燃料中含的金屬化合物的催化作用。通常燃燒形成廢氣中的SO3量約為硫氧化物總量的1.0～5.0%。SO2治理除採用無污染工藝或少污染工藝技術外，還有三種方法，即排煙脫硫、燃料脫硫和高煙囪排放。這些方法通常也適用於SO3的治理。
排煙脫硫 從燃料燃燒或工業生產排放的廢氣中去除SO2的技術出現於19世紀 80年代。1884年英國有人用石灰水在洗滌塔中吸收燃燒硫磺形成的SO2,回收硫酸鈣(CaSO4)。1897年日本本山冶煉廠用石灰乳【Ca(OH)2】脫除有色金屬冶煉煙氣中高濃度SO2（SO2濃度大於3%），脫硫率為21～23%。1930年英國倫敦電力公司完成了用水洗法脫除煙氣中低濃度 SO2(SO2濃度小於3%)的研究工作，並在泰晤士河南岸巴特西電站，建造一套用泰晤士河水調製白堊料漿洗滌煙道氣中SO2的裝置。
排煙脫硫的方法有80多種，按使用的吸收劑或吸附劑的形態和處理過程，分為乾法和濕法兩大類。
乾法用固態吸附劑或固體吸收劑去除煙氣中的SO2的方法。此法雖然出現較早,但進展緩慢,如美國和日本只有少數幾套乾法排煙脫硫工業裝置投產。中國湖北省松木坪電廠採用活性炭吸附電廠煙氣中 SO2已試驗成功。乾法排煙脫硫存在著效率低、固體吸收劑和副產物處理費事、脫硫裝置龐大、投資費用高等缺點。目前在工業上套用的乾法排煙脫硫主要有石灰粉吹入法、活性炭法和活性氧化錳法等。 石灰粉吹入法:將石灰石(CaCO3)粉末吹入燃燒室內，在1050℃高溫下,CaCO3分解成石灰(CaO),並和燃燒氣體中的SO2反應生成CaSO4。CaSO4和未反應的CaO等顆粒由集塵裝置捕集。吹入的石灰石粉通常為化學計量的 2倍。此法脫硫率約為40～60%。
活性炭法：用多孔粒狀、比表面積大的活性炭吸附煙氣中SO2。由於催化氧化吸附作用,SO2生成的硫酸附著於活性炭孔隙內。從活性炭孔隙脫出吸附產物的過程稱為脫吸（或解吸）。用水脫吸法可回收濃度為10～20%的稀硫酸；用高溫惰性氣體脫吸法可得濃度為10～40%的SO2；用水蒸汽脫吸法可得濃度為70%的SO2。
活性氧化錳法(DAP-Mn法)：用粉末狀的活性氧化錳(MnOx·nH2O)在吸收塔內吸收煙氣中的SO2，其流程如附圖。在這一過程中，有部分MnOx·nH2O生成硫酸錳(MnSO4)。MnSO4同泵入氧化塔內的NH3(氨)和空氣中的O2作用，再生成MnOx·nH2O,可循環使用。此法回收產物為硫酸銨【(NH4)2SO4】。 此外，還有氧化銅法、熔融鹽法、催化氧化法和催化還原法等，但套用不多。
濕法 用液態吸收劑吸收煙氣中的SO2的方法。濕法排煙脫硫裝置具有投資比較小、操作維護管理較容易、反應速度快、脫硫效率高等優點，所以近年來興建的大多是這種脫硫裝置。濕法排煙脫硫根據使用吸收劑的種類或副產物的不同可分為：氨吸收法、石灰石或石灰乳吸收法、氧化鎂(MgO)吸收法、鈉（鉀）吸收法和氧化吸收法等。
氨吸收法：用氨水吸收煙中的 SO2，生成亞硫酸銨【(NH4)2SO3】和亞硫酸氫銨(NH4HSO3)。此法最早用於冶煉煙氣脫硫。因氨蒸汽分壓較高,在脫硫過程中,氨有損失，當吸收液在50℃、pH值大於6時,吸收液中的(NH4)2SO3和NH4HSO3易生成微粒狀白煙；當pH值小於6時,白煙消失，NH3的損失減小，但SO2的吸收率降低。為提高吸收率,應不斷補給氨水以控制吸收液的pH值在6左右。NH3法吸收生成的(NH4)2SO3和 NH4HSO3經氧化可得(NH4)2SO4。對吸收SO2後的吸收液採用不同的處理方法，可回收不同副產物。
根據回收的副產物不同,氨吸收法可分為：①氨-硫酸銨法：在吸收液中加入氨水可生成(NH4)2SO3,在氧化塔中用空氣加壓氧化,可回收(NH4)2SO4；在吸收液中加入H2SO4,則得到(NH4)2SO4,並回收濃SO2。②氨－石膏法：用氨水調整吸收液的pH值,在氧化生成(NH4)2SO4的溶液中加入Ca(OH)2生成CaSO4和氨水，氨水為吸收劑可循環使用。③蒸汽解吸法：吸收液減壓加熱使NH4HSO3分解,生成(NH4)2SO3,同時回收濃SO2。分離出(NH4)2SO3結晶後的溶液返回作循環吸收液。④氨-硫磺回收法:加熱使吸收液濃縮，可分解出SO2、NH3和水蒸汽的混合氣體,在混合氣中加入還原氣體H2S，可回收單體硫。
石灰石或石灰乳吸收法：以CaCO3粉末和Ca(OH)2為吸收劑脫去煙氣中的SO2,副產物為CaSO4·2H2O。石灰乳吸收法對 SO2的吸收效率取決於吸收液的pH值和吸收時液氣比。如吸收液pH值近於6，液氣比大於4，脫硫率達90%以上。石灰乳濃度通常為5～15%,石灰乳濃度增高，吸收速度降低。
氧化鎂吸收法：用pH值為8～8.5的5%MgO，乳濁液為吸收劑,回收煙氣中SO2。Mg(OH)2吸收液與煙氣中SO2反應生成物經脫水、乾燥後，成為晶體狀的亞硫酸鎂和硫酸鎂。可採用瀝青焦煅燒,回收MgO和高濃度SO2。MgO用水調製成乳濁液可循環使用，高濃度SO2可制H2SO4和單體硫。
鈉(鉀)吸收法:以氫氧化鈉(NaOH)、氫氧化鉀(KOH)或碳酸鈉(Na2CO3)、碳酸鉀(K2CO3)等鹼性溶液為吸收劑吸收煙氣中SO2,生成亞硫酸鈉(Na2SO3)和亞硫酸氫鈉(NaHSO3),或亞硫酸鉀和亞硫酸氫鉀。在工業裝置上多用NaOH或Na2CO3作為吸收液。吸收液吸收SO2後有多種處理方法。主要有拋棄法、直接利用法和回收法。拋棄法是將含亞硫酸鹽的吸收液經氧化直接排入環境。直接利用法是將含Na2SO3的吸收液輸送造紙廠去蒸煮紙漿。回收Na2SO3和Na2SO4法是用NaOH調整吸收液的pH值，並濃縮吸收液，從中析出Na2SO3；也可用 NaOH 調整吸收液的pH值，經空氣氧化，使Na2SO3氧化成Na2SO4，再濃縮析出Na2SO4。回收濃SO2法是把含NaHSO3的溶液的pH值控制在5.8～6間,加熱分解回收高濃度SO2，生成的Na2SO3結晶加水再生循環使用。回收 CaSO4法是在吸收液中加入CaCO3粉末或Ca(OH)2攪拌，進行複分解反應生成Na2SO3和CaSO3，經空氣氧化可回收CaSO4。
氧化吸收法：在液相中用氧化劑或以鐵離子為催化劑,以空氣為氧化劑，使SO2氧化成SO3，再用H2SO4吸收SO3。如用次氯酸鈉(NaClO)氧化劑吸收SO2，生成H2SO4和NaCl，吸收液加入Ca(OH)2可回收CaSO4,回收CaSO4後吸收液電解可再生NaClO循環使用。
新的排煙脫硫技術，如冷凍脫硫、海水脫硫、電子射線脫硫和膜分離技術脫硫，以及從煙氣中同時脫除硫氧化物和氮氧化物等正在探索中。
燃料脫硫 大氣的SO2污染主要是含硫燃料燃燒造成的。為防止污染，可使用低硫燃料。一般來說淨化後的氣體燃料（如低硫天然氣、焦爐煤氣、高爐煤氣和發生爐煤氣）都是低硫燃料,直接燃燒基本上不會造成SO2污染。固體燃料和液體燃料的含硫量因產地而異。一噸煤含5～50公斤硫；一噸原油含5～30公斤硫，重油的含硫量高於原油1.5～2倍。燃燒形成的SO2為可燃硫量的2倍。因此，預先對燃料脫硫，是防止大氣硫氧化物污染的基本方法之一。
高煙囪排放 利用自然淨化能力控制煙氣中SO2對環境污染的方法。高煙囪排放有利於煤煙中二氧化硫在大氣中的擴散稀釋。煙囪越高，平均風速越大，擴散稀釋作用越強。目前這一方法為許多國家採用。但高煙囪排放並不能減少排出的污染物總量，只是由於大氣湍流的擴散稀釋作用,降低了SO2等污染物的濃度。自然界的淨化能力有一定限度，隨著污染物總量增多，就會在某種氣象條件下出現區域性的環境質量惡化，甚至會引起相鄰的地區和國家下酸雨。加拿大建有目前世界上最高的排放煤煙的煙囪，高385.5米。
參考書目
З.∏.羅津克諾普著，南京化工研究院譯：《從工業氣體中回收二氧化硫》，化學工業出版社，北京，1966。
A.V.斯萊克著，上海市輕工業設計院技術情報組、上海同濟大學供熱通氣教研室譯：《廢氣脫硫》，中國建築工業出版社，北京，1977。
硫氧化物是大氣的主要污染物之一，是無色、有刺激性臭味的氣體,它不僅危害人體健康和植物生長,而且還會腐蝕設備、建築物和名勝古蹟。它主要來自含硫燃料的燃燒、金屬冶煉、石油煉製、硫酸(H2SO4)生產和矽酸鹽製品焙燒等過程。廢氣中的硫氧化物主要有二氧化硫(SO2)和三氧化硫(SO3)。全世界每年向大氣排放的SO2約為1.5億噸。SO3隻占硫氧化物總量中的很小部分,排至大氣的SO2可緩慢地被氧化成SO3,其數量取決於氧對SO2的氧化速度。SO3毒性10倍於SO2。燃燒過程中,SO3生成量，取決於燃燒的溫度、時間和燃料中含的金屬化合物的催化作用。通常燃燒形成廢氣中的SO3量約為硫氧化物總量的1.0～5.0%。SO2治理除採用無污染工藝或少污染工藝技術外，還有三種方法，即排煙脫硫、燃料脫硫和高煙囪排放。這些方法通常也適用於SO3的治理。
排煙脫硫 從燃料燃燒或工業生產排放的廢氣中去除SO2的技術出現於19世紀 80年代。1884年英國有人用石灰水在洗滌塔中吸收燃燒硫磺形成的SO2,回收硫酸鈣(CaSO4)。1897年日本本山冶煉廠用石灰乳【Ca(OH)2】脫除有色金屬冶煉煙氣中高濃度SO2（SO2濃度大於3%），脫硫率為21～23%。1930年英國倫敦電力公司完成了用水洗法脫除煙氣中低濃度 SO2(SO2濃度小於3%)的研究工作，並在泰晤士河南岸巴特西電站，建造一套用泰晤士河水調製白堊料漿洗滌煙道氣中SO2的裝置。
排煙脫硫的方法有80多種，按使用的吸收劑或吸附劑的形態和處理過程，分為乾法和濕法兩大類。
乾法用固態吸附劑或固體吸收劑去除煙氣中的SO2的方法。此法雖然出現較早,但進展緩慢,如美國和日本只有少數幾套乾法排煙脫硫工業裝置投產。中國湖北省松木坪電廠採用活性炭吸附電廠煙氣中 SO2已試驗成功。乾法排煙脫硫存在著效率低、固體吸收劑和副產物處理費事、脫硫裝置龐大、投資費用高等缺點。目前在工業上套用的乾法排煙脫硫主要有石灰粉吹入法、活性炭法和活性氧化錳法等。 石灰粉吹入法:將石灰石(CaCO3)粉末吹入燃燒室內，在1050℃高溫下,CaCO3分解成石灰(CaO),並和燃燒氣體中的SO2反應生成CaSO4。CaSO4和未反應的CaO等顆粒由集塵裝置捕集。吹入的石灰石粉通常為化學計量的 2倍。此法脫硫率約為40～60%。
活性炭法：用多孔粒狀、比表面積大的活性炭吸附煙氣中SO2。由於催化氧化吸附作用,SO2生成的硫酸附著於活性炭孔隙內。從活性炭孔隙脫出吸附產物的過程稱為脫吸（或解吸）。用水脫吸法可回收濃度為10～20%的稀硫酸；用高溫惰性氣體脫吸法可得濃度為10～40%的SO2；用水蒸汽脫吸法可得濃度為70%的SO2。
活性氧化錳法(DAP-Mn法)：用粉末狀的活性氧化錳(MnOx·nH2O)在吸收塔內吸收煙氣中的SO2，其流程如附圖。在這一過程中，有部分MnOx·nH2O生成硫酸錳(MnSO4)。MnSO4同泵入氧化塔內的NH3(氨)和空氣中的O2作用，再生成MnOx·nH2O,可循環使用。此法回收產物為硫酸銨【(NH4)2SO4】。 此外，還有氧化銅法、熔融鹽法、催化氧化法和催化還原法等，但套用不多。
濕法 用液態吸收劑吸收煙氣中的SO2的方法。濕法排煙脫硫裝置具有投資比較小、操作維護管理較容易、反應速度快、脫硫效率高等優點，所以近年來興建的大多是這種脫硫裝置。濕法排煙脫硫根據使用吸收劑的種類或副產物的不同可分為：氨吸收法、石灰石或石灰乳吸收法、氧化鎂(MgO)吸收法、鈉（鉀）吸收法和氧化吸收法等。
氨吸收法：用氨水吸收煙中的 SO2，生成亞硫酸銨【(NH4)2SO3】和亞硫酸氫銨(NH4HSO3)。此法最早用於冶煉煙氣脫硫。因氨蒸汽分壓較高,在脫硫過程中,氨有損失，當吸收液在50℃、pH值大於6時,吸收液中的(NH4)2SO3和NH4HSO3易生成微粒狀白煙；當pH值小於6時,白煙消失，NH3的損失減小，但SO2的吸收率降低。為提高吸收率,應不斷補給氨水以控制吸收液的pH值在6左右。NH3法吸收生成的(NH4)2SO3和 NH4HSO3經氧化可得(NH4)2SO4。對吸收SO2後的吸收液採用不同的處理方法，可回收不同副產物。
根據回收的副產物不同,氨吸收法可分為：①氨-硫酸銨法：在吸收液中加入氨水可生成(NH4)2SO3,在氧化塔中用空氣加壓氧化,可回收(NH4)2SO4；在吸收液中加入H2SO4,則得到(NH4)2SO4,並回收濃SO2。②氨－石膏法：用氨水調整吸收液的pH值,在氧化生成(NH4)2SO4的溶液中加入Ca(OH)2生成CaSO4和氨水，氨水為吸收劑可循環使用。③蒸汽解吸法：吸收液減壓加熱使NH4HSO3分解,生成(NH4)2SO3,同時回收濃SO2。分離出(NH4)2SO3結晶後的溶液返回作循環吸收液。④氨-硫磺回收法:加熱使吸收液濃縮，可分解出SO2、NH3和水蒸汽的混合氣體,在混合氣中加入還原氣體H2S，可回收單體硫。
石灰石或石灰乳吸收法：以CaCO3粉末和Ca(OH)2為吸收劑脫去煙氣中的SO2,副產物為CaSO4·2H2O。石灰乳吸收法對 SO2的吸收效率取決於吸收液的pH值和吸收時液氣比。如吸收液pH值近於6，液氣比大於4，脫硫率達90%以上。石灰乳濃度通常為5～15%,石灰乳濃度增高，吸收速度降低。
氧化鎂吸收法：用pH值為8～8.5的5%MgO，乳濁液為吸收劑,回收煙氣中SO2。Mg(OH)2吸收液與煙氣中SO2反應生成物經脫水、乾燥後，成為晶體狀的亞硫酸鎂和硫酸鎂。可採用瀝青焦煅燒,回收MgO和高濃度SO2。MgO用水調製成乳濁液可循環使用，高濃度SO2可制H2SO4和單體硫。
鈉(鉀)吸收法:以氫氧化鈉(NaOH)、氫氧化鉀(KOH)或碳酸鈉(Na2CO3)、碳酸鉀(K2CO3)等鹼性溶液為吸收劑吸收煙氣中SO2,生成亞硫酸鈉(Na2SO3)和亞硫酸氫鈉(NaHSO3),或亞硫酸鉀和亞硫酸氫鉀。在工業裝置上多用NaOH或Na2CO3作為吸收液。吸收液吸收SO2後有多種處理方法。主要有拋棄法、直接利用法和回收法。拋棄法是將含亞硫酸鹽的吸收液經氧化直接排入環境。直接利用法是將含Na2SO3的吸收液輸送造紙廠去蒸煮紙漿。回收Na2SO3和Na2SO4法是用NaOH調整吸收液的pH值，並濃縮吸收液，從中析出Na2SO3；也可用 NaOH 調整吸收液的pH值，經空氣氧化，使Na2SO3氧化成Na2SO4，再濃縮析出Na2SO4。回收濃SO2法是把含NaHSO3的溶液的pH值控制在5.8～6間,加熱分解回收高濃度SO2，生成的Na2SO3結晶加水再生循環使用。回收 CaSO4法是在吸收液中加入CaCO3粉末或Ca(OH)2攪拌，進行複分解反應生成Na2SO3和CaSO3，經空氣氧化可回收CaSO4。
氧化吸收法：在液相中用氧化劑或以鐵離子為催化劑,以空氣為氧化劑，使SO2氧化成SO3，再用H2SO4吸收SO3。如用次氯酸鈉(NaClO)氧化劑吸收SO2，生成H2SO4和NaCl，吸收液加入Ca(OH)2可回收CaSO4,回收CaSO4後吸收液電解可再生NaClO循環使用。
新的排煙脫硫技術，如冷凍脫硫、海水脫硫、電子射線脫硫和膜分離技術脫硫，以及從煙氣中同時脫除硫氧化物和氮氧化物等正在探索中。
燃料脫硫 大氣的SO2污染主要是含硫燃料燃燒造成的。為防止污染，可使用低硫燃料。一般來說淨化後的氣體燃料（如低硫天然氣、焦爐煤氣、高爐煤氣和發生爐煤氣）都是低硫燃料,直接燃燒基本上不會造成SO2污染。固體燃料和液體燃料的含硫量因產地而異。一噸煤含5～50公斤硫；一噸原油含5～30公斤硫，重油的含硫量高於原油1.5～2倍。燃燒形成的SO2為可燃硫量的2倍。因此，預先對燃料脫硫，是防止大氣硫氧化物污染的基本方法之一。
高煙囪排放 利用自然淨化能力控制煙氣中SO2對環境污染的方法。高煙囪排放有利於煤煙中二氧化硫在大氣中的擴散稀釋。煙囪越高，平均風速越大，擴散稀釋作用越強。目前這一方法為許多國家採用。但高煙囪排放並不能減少排出的污染物總量，只是由於大氣湍流的擴散稀釋作用,降低了SO2等污染物的濃度。自然界的淨化能力有一定限度，隨著污染物總量增多，就會在某種氣象條件下出現區域性的環境質量惡化，甚至會引起相鄰的地區和國家下酸雨。加拿大建有目前世界上最高的排放煤煙的煙囪，高385.5米。
參考書目
З.∏.羅津克諾普著，南京化工研究院譯：《從工業氣體中回收二氧化硫》，化學工業出版社，北京，1966。
A.V.斯萊克著，上海市輕工業設計院技術情報組、上海同濟大學供熱通氣教研室譯：《廢氣脫硫》，中國建築工業出版社，北京，1977。
