二氧化硫(SO2)是主要的大气污染物之一，会造成酸雨等一系列的环境污染问题。随着国家环保政策日益严格，特别是新环保法实施以来，工矿企业的排放烟囱中都装有在线监测 装置，超标排放将受到相应的惩罚甚至停产的处理，各单位环保面临着巨大的挑战。

2010年12月国家最新颁布的《硫酸工业污染物排放标准》规定，将SO2排放浓度限额由原来的960mg/m3降低400mg/m3以下。

我国冶炼、火力发电、石化行业会产生大量的二氧化硫气体，企业采用何种脱硫技术达到环保要求，达到经济效益与社会效益的有机统一，是当前的共性问题。

脱  硫  方  法

烟气脱硫技术有湿法、干法、半干法脱硫。三类脱硫技术中湿法烟气脱硫技术的工业化应用较多，主要包括石灰石法、Wellman—Lord法、液氨法、稀酸法等；其中石灰法应用最为广泛，但该法存在耗水量大、废水处理难、投资大等问题，且脱硫副产品石膏大多闲置堆放，占用土地资源后对当地土壤造成二次污染。部分干法脱硫技术也得到了工业应用，主要有碳酸盐法、活性炭法、金属氧化物法等，干法和半干法技术虽然工艺简单，但存在Ca/S比高、脱硫效率低、脱硫剂再生和更换费用较高等问题。

因此，寻求更加环保、高效，循环利用、维护费用低的脱硫技术已经成为一个亟待解决的问题。

离子液循环吸收法脱除SO2

自Blanchard等发现了二氧化碳能大量溶解在离子液体而离子液体几乎不溶于二氧化碳之后，离子液体用于酸性气体吸收方面的研究引发了诸多研究者的兴趣。科研工作者不断在寻求目标功能型离子液，随着现代化工合成方面快速发展，离子液越来越多样化，吸收二氧化硫的离子液便是其中的一种。

国外有机胺（离子液）的吸附脱硫技术是加拿大Cansolv公司的专利技术，在国外石化冶炼尾气的处理方面应用较多；国内的离子液是某化工吸附研究所的专有技术。

一是离子液脱硫机理。

离子液是以有机阳离子、无机阴离子为主，添加少量活化剂、抗氧化剂和缓蚀剂组成的水溶液，具有优良的稳定性，受热析出纯净的高浓度SO2，且使用过程中不会产生对大气造成污染的有害气体。离子液在常温下吸收二氧化硫，高温(105 ～110 ℃)下将离子液中的SO2再生出来，从而达到脱除和回收烟气中SO2的目的。其脱硫机理如下：

上式中R代表离子液吸收剂，上式是可逆反应，常温下反应从左向右进行，对SO2吸收；高温下（105～110℃）从右向左进行，解析其中的SO2。根据有关试验报道，离子液吸收SO2伴随着物理吸附和化学吸附同时发生，离子液循环吸收法正是利用此原理达到脱除和解析SO2。

二是离子液脱硫工业应用。

（1）工艺流程选型。

图1 典型的离子液循环脱硫工业工艺图

如图1所示，含SO2烟气经水洗冷却除尘降温后送入吸收塔下部，在吸收塔内与上部喷淋的离子液(贫液)逆流接触，气体中的SO2被离子液最大化吸收，吸收尾气达标从吸收塔顶部的烟囱排放至大气。吸收SO2后的富液由塔底流出，经泵送入贫富液换热器，换热后进入再生塔上部。富液经再生塔内两段填料后进入再沸器，继续加热解析生成为贫液。再沸器采用蒸汽间接加热，以保证塔底温度在105～110℃左右，维持溶液再生。

解吸SO2后的贫液由再生塔底流出，经泵、贫富液换热器、贫液冷却器冷却后，进入吸收塔上部，重新吸收SO2，吸收剂往返循环，构成吸收和解吸SO2的连续工艺过程。再生、冷却后的贫液由泵送往SO2吸收塔时分流一定量的离子液送往离子液过滤及净化工序。离子液过滤的主要目的是除去其中富集的超细粉尘，避免吸收塔因粉尘堵塞填料层而造成塔运行阻力上升，影响系统的正常运行。从再生塔内解析出的SO2随同蒸汽由再生塔塔顶引出，进入冷凝器，冷却至40 ℃，然后气液分离器除去水分，析出纯度90%以上的SO2气体。

（2）工业应用

广西金川公司目前共配套2套离子液脱硫装置，一套用于160万吨/a硫酸尾气脱硫，另一套用于环保烟气脱硫。

两套系统气体来源不同，气体的成分差异比较大，主要包括粉尘含量、SO2含量、SO3含量、NOX等。在生产实践中，两套系统表现出不同的运行状况。

离子液消耗量。由于离子液的价格昂贵，离子液消耗量成为了整套系统运行成本控制的关键。在试生产的两年中，环保烟气脱硫系统离子液消耗大，高于设计指标，然而制酸尾气的离子液消耗量又低于设计指标。通过对两套系统各阶段分析比较，环集外排烟气烟道内积水含有大量的离子液阳离子有效成分，离子液随高流速烟气夹带流失严重；系统内富液和贫液受粉尘污染严重，导致浊度和系统阻力增加；系统内的贫液和富液PH值2～4，低于新离子液PH7～8，当以上几种情况存在时，脱硫系统对SO2吸收效率降低，需要不断补充新离子液，造成离子液耗量增加。

针对以上存在的问题进行攻关，保持进入脱硫系统SO2总量不变的情况下，通过降低总烟气量，相应增加SO2浓度，同时在吸收塔上部尾气出口增加捕沫层，可有效减少离子液的夹带流失。合理配套调整烟气洗涤装置及参数，确保进入吸收塔的烟气含尘低于30mg/Nm3，可保持系统内离子液的清洁度，降低离子液黏度和浊度，并且定期清除吸收塔内填料层粉尘污泥等杂质，有效降低塔内阻力，增强气液接触吸收面积。系统内贫富液的PH4以上可有效确保离子液有效成分阳离子活性，根据试验数据，当离子液PH在2～3时，吸收效率仅为50%～60%；当PH为3～4，吸收率为60%～80%；当PH为4～5，吸收率为85%～95%；当PH在5以上，吸收率可保持95%以上。

能源消耗。富液解析过程中需要吸收大量的热，消耗大量蒸汽，蒸汽负荷增加倍数与SO2量增加倍数基本一致。蒸汽供给量是保证再生离子液装置脱硫效率的关键。蒸汽量满足设计值时，装置解吸再生效果良好，系统脱硫效率可以达到95％以上；当蒸汽量供给不足，富液解吸再生效果及系统脱硫效率急剧下降。

环保指标。长期对两套系统外排烟气进行监测，系统运行平稳的时候，尾气SO2实测值稳定在200mg/m3，最低值可达100mg/m3以下，长期满足环保要求。

系统运行可靠性。两套系统运行相比较，硫酸尾气吸收运行更加可靠和平稳，各项能耗、物耗均比较优良，系统对治理制酸尾气的工艺适应性较强，设备设施的故障率较低。但两套系统均存在离子液结晶现象，特别是在气温较低状态下，离子液结晶物增多，通过化验分析其成分主要是硫酸钠。

结晶对脱硫系统运行和调控造成很大影响：热稳定性盐含量增高，破坏了离子液阴阳离子平衡，造成吸收效率下降，增加尾气超标的概率以及外排污染物总量；导致工艺管道、换热设备堵塞，离子液净化系统脱盐装置故障跳车，严重时导致全系统停车，尾气被迫超标外排；硬质结晶物对相关设备设施形成磨损，影响其使用寿命。

将脱硫过程中的离子液引出部分进行冷冻结晶，结晶后的离子液返回脱硫系统重复使用，结晶物取出形成开路，从而控制循环液中热稳定性盐的含量在合理范围内。

总之，离子液循环吸收脱除和回收烟气中SO2是实践应用中处理工业废气的有效方法之一，该技术以离子液为介质，利用其物理、化学的吸附与脱析能力净化烟气，副产纯净的SO2，不产生二次污染、脱硫效率高、自动化程度高，实现了资源回收利用，具有较好的应用前景。

该技术设备装置一次性投资成本高，需要开发新设备材料降低投资成本，实现工业普遍化应用。离子液价格昂贵、功能目标单一，存在被其它成分污染的可能，致使离子液消耗增加。

目前工业应用的的离子液大部分仅能高效脱除烟气中一种成分，对于成分复杂的烟气适用性不强，需要不断研发多功能型离子液满足工业环保需求。