二氧化硫究竟是否溶于水（上）

本人湿法脱硫起家，从没怀疑过这个问题，但是在2023年9月6日晚上和一个新加的微信好友：山东海纳顾作仁前辈，在一起进行了57分钟坦率交流（参照兔子黑话），因此为了找寻一个更好的答案，请教南化集团制酸研究院的田先国前辈，在田前辈发了多个文档后，才有此文。按照顾前辈的意思是在水无法去除二氧化硫，并用制酸里面用碱液洗无法去除二氧化硫做例子，同时强调如果水可以去除二氧化硫，直接用水脱硫了，而不用碱液了。我的观点是二氧化硫可溶于水，同时用贡有成前辈的《量子力学》的草稿里面的童友全做的PH8进行的实验室脱硫试验进行回复，同时利用网上百度的二氧化硫特性进行回复。（见下图）

事情就是这个事情，我这人已经很少热血的与人争论了，因为这个牵扯到了我的安身立命之本，所以没法子，还是要追求一个答案，结果问贡总，贡总说：这是多久前都讨论过的一个问题了，现在还问？没法子，中间也咨询过一个好友以前干过活性炭制酸崔世坤崔总，回复：在他的理解里，特定的条件下，例如氧气和温度，氧含量增加会把SO2，变成S03，然后溶于水形成硫酸。一切的迷雾都被田前辈给揭开了，顺便也揭开了另外一个问题（有关二氧化硫的数值变化，该问题可能会单独开篇，也可能在这篇一起写了）。田前辈首先回复二氧化硫微溶于水，形成亚硫酸，但不稳定，容易分解。同时在水里的溶解度不大，现在采用吸收-再生工艺都是用溶剂。并转发一张图片：看完图片后，再次发问：老前辈，按照上面的溶解度，他本身也不少溶解二氧化硫呀，40度以上的水溶解二氧化硫是容易还是困难。前辈回复：二氧化硫在水中的溶解度是随着温度的升高而减小，40℃以上的溶解度数据比较难找，发个图给作参考，看最左边Y轴上的数据。

该曲线和我初步接触湿法脱硫了解一样，溶液温度越高，溶解的二氧化硫越少，在80度左右为最低值，我以前以为溶解度最高值是25度，但是没有想到是0°。看来没有经过理论知识的洗礼，只有实践确实缺少很多东西，紧接着前辈发来两篇论文分别为：吴海燕《湿式除尘器出口SO2浓度高于入口的原因分析》以及李晓文《浅谈二氧化硫气体溶解度常数的工业化应用》，以下部分内容摘取以上两篇论文，如有侵权，告知删除，谢谢：二氧化硫气体在水体(或溶液)中的平衡溶解度可以通过气液相间的平衡关系反映，由于二氧化硫气体溶解度的数据较少，在温度和压力条件下给相关的应用计算带来了较多的困难。二氧化硫溶解于水体中存在以下的反应：对溶液中应用质子平衡分析，以 H：O、HSO₃^-为质子参考水准，根据得失质子的量等衡的原则，可得到式(5)： 溶解在水体中SO有分子态的SO2(可近似表示为H₂SO₃，)、离子态HSO₃^一、SO₃^2一，因此，溶液中溶解的S02总浓度可用式(6)表示： 亨利定律适用于溶质气体的分压为常压，溶质在溶剂中不发生离解，但是对于溶解于水体中的气态SO2仍遵循亨利定律。对于式（1）-（3）存在以下关系：式（12）适用于溶液PH值为2.7-6.5，可不考虑引入外来电解质（或盐分），若PH≥6.5，需要考虑盐分的电荷对溶液的影响；若PH≤2.7，主要考虑游离SO₂溶解量。利用式（7）-（13）分别计算出在烟气中的SO2分压为0.03kpa、0.5kpa条件下，二氧化硫各组分在溶液中的溶解量。结果见图1、2.从图1、2可知，二氧化硫溶解于溶液中主要以亚硫酸氢盐的形式存在，游离SO?和亚硫酸盐的含量均很少。因此，该特性为离子液等再生型脱硫剂的工业应用成为可能，有利于溶液吸收和解吸二氧化硫，且二氧化硫总溶解量与溶液的pH值呈幂函数的关系。

工业应用示例

1. 某硫酸厂二吸塔排出尾气的流量为9.5×1039;Nm?/h, SO? 含量为850mg/Nm?,采用钠碱法脱硫，脱硫液运行温度为 55℃,循环量为700～800m?/h,运行稳定时，每天外排脱硫废 液近120m?,排放废液pH值约为6,处理后排放尾气的SO?含量为50mg/Nm?。根据式(10)可计算出，入塔的脱硫循环液pH 值=6.3,溶解SO?总量为0.10mol/m?;出塔的脱硫循环液pH 值=5.9,溶解SO?总量为3.34mol/m?。因此，循环量为700m?/h,脱硫液可吸收SO?总量为0.145t/h,该吸收SO2总量大于要求的脱硫量0.077t/h,该塔的脱硫运行稳定，满足脱硫要求。

2. 某烟气脱硫装置采用离子液脱除SO?,烟气流量为2.8 ×10?Nm?/h,SO? 含量为1200mg/Nm?,脱硫液运行温度为 60℃,循环量为280m?/h,入塔离子液pH=5.5, 出塔离子液 pH值=4.6,处理后排放尾气的SO? 含量不超过50mg/Nm?。根据式(10)可计算出，入塔的脱硫循环液pH=5.5, 溶 解SO? 总量为0.71mol/m?;出塔的脱硫循环液pH 值=4.8, 溶解SO? 总量为551.55mol/m?。因此，循环量为150m?/h, 脱硫液可吸收SO? 总量为5.29t/h,该吸收SO?总量大于要求的脱硫量3.35t/h, 该塔的脱硫运行稳定，满足脱硫要求。2.3 应用示例3某烟气的离子液脱硫装置，采用间接换热器冷却脱硫后 的湿SO?蒸汽，冷却后的SO?气体温度为35℃,若不对其冷 凝液进行加热处理，外排冷凝液的SO?逸出严重，导致操作现场空气呛人，环境恶劣。现采用蒸汽加热汽提方式处理冷凝液，气体温度为95℃,处理后的冷凝水经冷却后可以返回系统使用。对于案例3,只考虑游离SO?溶解，可忽略亚硫酸氢盐等影响，按式(14)计算未加热汽提时，冷凝器气体进口处内的SO?气体分压为 2kPa,气体温度为75℃,冷凝器的SO?气体进口处的蒸汽冷 凝水中SO? 溶解量为0.4kg/m?; 冷凝器气体出口处内的SO? 气体分压为100kPa,冷凝器的SO?气体出口处的蒸汽冷凝水中SO? 溶解量为57.5 kg/m?。因此，若蒸汽冷凝水为40℃, SO?气体分压取冷凝器的平均分压，蒸汽冷凝水中SO?溶解量可达25kg/m?以上。若对蒸汽冷凝水进行加热汽提，汽提塔内的SO?气体分压约为2kPa,蒸汽冷凝水为95℃,蒸汽冷凝水中SO?溶解量约为0.3kg/m?。对比是否实施汽提SO?烟气冷凝水的结果，对SO?蒸汽冷凝水进行汽提，有利于回收利用冷凝水和保证操作现场环境处于较好状态。2.4 应用示例4某硫酸厂烟气净化动力波洗涤塔的烟气流量为7.5×10?Nm?/h,SO? 浓度为13.5%,塔内烟气压力为98kPa(真空 度3 kPa), 循环液运行温度为62℃,循环量为1200m?/h。试 估算循环液中溶解的SO?量。

根据实践经验，动力波洗涤塔的循环液中含有一定量的 硫酸，硫酸抑制亚硫酸电离，因此，该循环液的 SO?溶解量可 忽略亚硫酸、亚硫酸氢盐的电离，只考虑游离SO?溶解。参照应用示例3的计算方法，可估算出循环液中溶解的SO?量为3.6kg/m?。本文根据冶金、钢铁、火电等行业烟气湿法净化或湿法脱硫的实践经验，从二氧化硫溶解性和溶液中各离子间化学平衡关系的角度出发，提供了在实际生产中可估算出废水或脱硫液中二氧化硫及其盐分溶解量的计算方法，并试算4个工业应用的示例，与实践吻合较好。若循环液中存在盐分结 晶(或沉淀),计算脱硫效率时应考虑结晶(或沉淀)移出系统的硫量。（未完待续）还是那句话，说再多空话，说再多理论的话，不如去实际走下，也许你会得到更多，做总比说好。我只是一件事情一件事情的去做好，然后让事情回归他本来的面目。如果对你有所启发，大家可以一起研究，如果有不同意见，可以探讨。