【零基础学脱硫】石灰石-石膏湿法脱硫的的反应原理

【零基础学脱硫】石灰石-石膏湿法脱硫的的反应原理

脱硫反应原理

在烟气脱硫过程中，物理反应和化学反应的过程相对复杂，吸收塔由吸收区、氧化区和结晶区三部分组成，在吸收塔浆池（氧化区和结晶区组成）和吸收区，不同的层存在不同的边界条件，现将最重要的物理和化学过程原理描述如下：

（1）SO2溶于液体

在吸收区，烟气和液体强烈接触，传质在接触面发生，烟气中的SO2溶解并转化成亚硫酸。

SO2  +  H2O  < =="=">  H2SO3

除了SO2外烟气中的其他酸性成份，如HCL和HF也被喷入烟气中的浆液脱除。装置脱硫效率受如下因素影响，烟气与液体接触程度，液气比、雾滴大小、SO2含量、PH值、在吸收区的相对速度和接触时间。

（2）酸的离解

当SO2溶解时，产生亚硫酸，同时根据PH值离解：

H2SO3  < =="=">  H+  +  HSO3-          对低pH值

HSO3-  < =="=">  H+  +  SO32-           对高pH值

从烟气中洗涤下来的HCL和HF，也同时离解：

HCl  < =="=">  H+  +  Cl-

F  < =="=">  H+  +  F-

根据上面反应，在离解过程中，H+离子成为游离态，导致PH值降低。浆液中H+离子的增加，导致SO2在浆液中的溶解量减少。因此，为使浆液能够再吸收SO2，必须清除H+离子。H+离子的清除采用中和的方式。

（3）中间产物的中和反应

使用能够溶于浆液的石灰石，同上述提到的离子发生如下反应：

CaCO3（固体）  < =="=">  CaCO30（溶解）

 CaCO30（溶解）+  2H+  < =="=">  Ca2+  +  CO2  +H2O

Ca2+离子与溶解的酸发生反应：

Ca2+  +  2Cl-  < =="=">  CaCl2

Ca2+  +  2F-  < =="=">  CaF2

Ca2+  +  2HSO3-  < =="=">  Ca（HSO3）2

Ca2+  +  SO32-  < =="=">  CaSO3

生成溶解的亚硫酸钙的反应，主要发生在吸收区上部，因为烟气中SO2含量的降低，使此区域内的浆液保持一个高的PH值，极大地降低了HSO3-的浓度，从而在进一步提高脱硫效率同时降低了在吸收区结垢的可能性。

在吸收区下部以及在氧化区是降低SO2浓度的主要区域，PH值较低。在此区域内，洗涤液含有少量的亚硫酸钙，但有更多的亚硫酸氢钙。

除了PH值和液气比外，脱硫效率还取决于上述中和反应的速度和石灰石溶解的速度。而石灰石溶解的速度取决于H+的浓度，而且随PH值的降低而加快。钙离子、氯离子和硫酸根离子对石灰石的溶解速度有负面影响。其中氯离子随烟气和工艺水进入吸收系统，钙离子由吸收浆液带入，而硫酸根离子由氧化溶解的亚硫酸根离子产生。浆液中氯离子浓度通过废水排放来控制。

（4）亚硫酸氢钙的氧化                       

一些已形成的亚硫酸氢钙，被浆液所含的氧在吸收区氧化。

HSO3-  +  0.5O2  < =="=">  SO42-  +  H+

而剩余的亚硫酸氢根则在氧化区由浆池中大量空气所氧化。在此工艺中，PH值主要控制在4.5～5.5，更多的H+离子按上述反应形成了。

这些H+离子由浆液中过剩的石灰石所中和，其结果是生成了溶解的硫酸钙。

CaCO3  +  2H+  < =="=">  Ca2+  +  H2O  +CO2

SO42-  + Ca2+  < =="=">  CaSO4

（5）反应产物的结晶

连续产生的硫酸钙导致溶液的过饱和，从而形成了石膏晶体。

CaSO4  +  2H2O  < =="=">  CaSO4·2H2O

通过维持浆液中固体含量在80 ～180 g/l的水平，石膏结晶的过程最优化，新生成的石膏在晶种上逐步长大成石膏晶体，所产生的副产品石膏从系统中排除。

整个脱硫塔的反应可以变为如下一张图