前言

随着我国经济的快速发展，工业废气对环境的影响日益严重，其中SO₂是最主要的工业废气之一，它不但破坏生态平衡，也直接威胁人类的健康乃至生命。近年来，SO₂排放量已占工业废气排放总量的60%以上，因此控制SO₂排放成为工业废气减排的关键。2014年统计显示，全国SO₂排放量高达1974.4万吨，其中，工业SO₂排放量1835.2万吨，占全国SO₂排放总量的90%；且各行业SO₂的去除率差别较大，如独立火电厂SO₂的去除率为80.3%、自备电厂SO₂的去除率为48.8%、黑色金属冶炼及压延加工业SO₂的去除率为31.4%、钢铁冶炼企业SO₂的去除率为27.6%、非金属矿物制品业SO₂的去除率仅为14.8%。为此，国务院发布了《节能减排“十二五”规划》，明确提出了加强电力、钢铁、化工等行业SO₂污染物的防治，特别是加强一些中小锅炉的烟气治理。2011年和2012年先后制定并实施了新的“火电厂大气污染物排放标准，GB 13223—2011”，炼钢工业大气污染物排放标准GB 28664—2012，钢铁烧结、球团工业大气污染物排放标准GB 28662—2012，炼铁工业大气污染物排放标准GB 28663—2012，炼焦化学工业污染物排放标准GB 16171—2012，轧钢工业大气污染物排放标准GB 28665—2012等一系列标准，其中主要包括烟气中SO₂排放浓度从之前的400～1200mg/m³降低到50～200mg/m³。2014年对电力又提出了“超低排放”标准，即燃煤机组在完成治理之后的烟气排放要达到天然气机组标准（SO₂不超过35mg/m³、NO_x不超过50mg/m³、烟尘不超过5mg/m³）。可见，对烟气脱硫技术的要求越来越高。然而，我国目前广泛使用的是以湿式石灰石/石灰-石膏法为主的烟气脱硫技术，具有处理能力大、脱硫率高、技术成熟等优势，但存在投资大，设备易结垢、堵塞，运行费用高，副产物利用率低，易二次污染等问题。虽然脱硫率一般高达90%以上，但很难适应新的排放标准，或者经改进可以达标排放，但往往不能经济运行。而且，我国石膏资源丰富，脱硫石膏因品质差，一般作为固体废弃物填埋或露天堆放，随着烟气脱硫的大规模应用，其固体废弃物的量越来越庞大，将成为新的环境污染源。湿式再生法烟气脱硫是在湿法脱硫的基础上发展起来的吸收剂可再生循环使用的一类烟气脱硫技术，不仅具有湿法脱硫的优点，吸收剂可再生循环使用，而且可实现烟气中SO₂资源化回收。但目前的湿式再生法烟气脱硫工艺的应用比例还很低，不到整个脱硫份额的10%，其原因是仍存在一些问题未能解决，例如：一次性投资大，再生能耗和成本较高；脱硫过程中易氧化成热稳定性硫酸盐，增加了吸收剂的消耗，降低了脱硫率和SO₂的回收率，易结垢和堵塞设备及管道；高温解吸过程吸收剂易挥发或降解变质等，导致吸收剂损失严重。因而，创新湿式再生法烟气工艺及其装备将是提升烟气脱硫技术的根本出路，也是我国今后烟气脱硫发展的一个主要方向。其理由是：一方面，可再生的脱硫剂既可实现循环使用和SO₂资源化回收，呈现环境友好的优势，又可有效解决我国硫资源短缺和需求不断增长的矛盾；另一方面，新兴的超重力烟气脱硫装置能大幅度缩小设备体积，降低投资和能耗、提高烟气的脱硫率和富液的解吸率，呈现出节能减排的优势。

围绕上述问题，本书详细分析了我国SO₂污染、硫资源需求，世界各国烟气脱硫技术的研究进展、应用情况和特点。指出湿式再生烟气脱硫技术具有净化效率高、可降低PM2.5来源、吸收剂循环使用和回收SO₂资源等特点，更适合解决我国硫资源短缺和需求不断增长的矛盾，且更环保、高效，更适合可持续发展。书中重点阐述了磷酸钠缓冲溶液吸收SO₂的机理和理论计算过程；并对超重力模拟烟气脱硫吸收工艺和超重力脱硫富液解吸工艺进行详细描述，分析了脱硫率、解吸率、传质系数和氧化率等指标的影响因素及其影响规律，确定了适宜的工艺参数，达到了高效率、低成本的资源化烟气治理。同时，通过与填料塔吸收和解吸工艺进行对比实验，结合填料塔传质经验模型分析了超重力脱硫过程的强化机理。本书创新性地开发了超重力磷酸钠湿式再生烟气脱硫技术，丰富了超重力过程强化技术的理论和应用领域，为新型烟气脱硫治理技术（特别是针对中小锅炉烟气治理技术）开发提供一种新思路和途径。

本书撰写过程中，参阅了国内外众多学者的研究，并得到了中北大学化学工程与技术首席学科带头人刘有智教授的指导，在此谨向他们表示衷心的感谢。宋卫、康小峰、于娜娜、孙志斌、刘引娣、韩梅香、李超等参与了部分研究工作；在项目研究和实施过程中，得到了超重力化工过程山西省重点实验室的祁贵生、栗秀萍、焦纬洲、王建伟、张巧玲、申红艳等老师的协作；得到了国家自然科学基金（21376229）、山西省青年科技研究基金（2011021012）及山西省科技攻关（2015031019—5）等项目的资助；谨在此一并表示感谢。

在撰写过程中，受作者水平和学科知识面所限，书中难免存在一些疏漏和不足之处，敬请读者批评指正。

作者

2016年10月