一、氧化鋅脫硫的核心價值與挑戰(zhàn)

氧化鋅脫硫劑因其高脫硫精度（H?S脫除率＞99%）、穩(wěn)定性強等優(yōu)勢，在石油煉制、煤化工等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。其核心原理是利用氧化鋅與硫化氫反應(yīng)生成硫化鋅（ZnO + H?S → ZnS + H?O），硫容可達30%以上。然而，隨著脫硫劑飽和，每年產(chǎn)生超10萬噸廢劑，其中鋅含量達70%，硫含量約20%。若直接廢棄，不僅造成鋅資源浪費，硫化鋅遇酸產(chǎn)生的H?S氣體更會引發(fā)環(huán)境污染。因此， “高效脫硫—廢劑再生—資源回收” 的技術(shù)閉環(huán)成為行業(yè)攻關(guān)重點。

 

二、廢劑再生技術(shù)：低溫轉(zhuǎn)化與濕法回收的突破

1.  干法再生：低溫水汽活化的革新

傳統(tǒng)干法需在850~900℃高溫下焙燒廢劑（ZnS + 1.5O? → ZnO + SO?），能耗高且產(chǎn)生SO?污染。最新研究表明， 水蒸氣協(xié)同氧氣可顯著降低反應(yīng)能壘 ：

a.  在含20%~80%水蒸氣的空氣中，600~800℃焙燒60~240分鐘，硫化鋅可完全轉(zhuǎn)化為氧化鋅（圖1-圖5）。

b.  對比實驗顯示：無水蒸氣時（600℃/4h），廢劑中仍殘留大量ZnS（圖7）；而添加50%水蒸氣（600℃/4h），ZnS衍射峰完全消失（圖1），轉(zhuǎn)化效率提升40%以上。

c.  機理：水蒸氣促進硫化鋅表面氧空位形成，加速O?擴散，使反應(yīng)溫度降低150~300℃。

2.  濕法再生：酸溶-氧化聯(lián)產(chǎn)硫磺

濕法工藝通過酸溶提取鋅，但傳統(tǒng)方法易釋放劇毒H?S。新一代技術(shù)采用 “雙氧水+高錳酸鉀”協(xié)同氧化體系 ：

a.  反應(yīng)1 ：ZnS + H?SO? + H?O? → ZnSO? + S↓ + H?O（雙氧水將硫氧化為單質(zhì)）

b.  反應(yīng)2 ：5ZnS + 8KMnO? + 12H?SO? → 5ZnSO? + 8MnSO? + 4K?SO? + 12H?O（高錳酸鉀深度氧化殘余硫）

c.  添加EDTA-2Na穩(wěn)定雙氧水，防止分解導(dǎo)致H?S逸出。

d.  硫回收率＞95%，鋅回收率＞90%，再生脫硫劑硫容達58.1%（對比傳統(tǒng)濕法僅20%~24%）。

 

三、脫硫工藝優(yōu)化：傳質(zhì)強化與結(jié)構(gòu)創(chuàng)新

1.  多相氣動脫硫塔設(shè)計

最新脫硫設(shè)備采用 高分子材質(zhì)整體成型塔體 （圖1），通過氣液逆向接觸與內(nèi)置構(gòu)件擾動，形成“水膜-水霧-水幕”三重傳質(zhì)界面：

a.  脫硫液（含50%~65% ZnO、10%~15% PbO）與煙氣充分反應(yīng)，SO?脫除率＞99.17%，排放濃度≤50mg/Nm3。

b.  三級塔體串聯(lián)設(shè)計（圖1）較單級效率提升15%，pH值精準(zhǔn)控制在4.5~5.5以優(yōu)化反應(yīng)動力學(xué)。

2.  強制氧化工藝

亞硫酸鋅（ZnSO?）氧化為硫酸鋅（ZnSO?）是再生關(guān)鍵。創(chuàng)新采用 切向多層鼓風(fēng)技術(shù) ：

a.  空氣經(jīng)槽壁多層夾套切向鼓入（圖2），與攪拌機逆向擾動，氧氣利用率提升50%。

b.  控制O?/ZnSO?摩爾比＞5:1，壓力110~125kPa，氧化速率提高3倍。

 

四、材料創(chuàng)新：三維花球狀氧化鋅脫硫劑

傳統(tǒng)氧化鋅脫硫劑比表面積低（＜50m2/g），制約硫容提升。通過 溶劑熱法合成Ga/Yb共摻雜多孔花球結(jié)構(gòu) （圖1）：

●  制備工藝 ：醋酸鋅+硝酸鎵/鐿在乙二醇-丙酮-水（2:1:1）中，220℃/10h反應(yīng)生成4μm花球（片層厚32nm），比表面積達118.3m2/g。

●  摻雜效應(yīng) ：Ga（1.5%）和Yb（4%）共摻雜引起晶格畸變，形成介孔結(jié)構(gòu)（孔徑2~5nm），硫容提升至58.1%（對比未摻雜僅32.2%）。

 

五、閉環(huán)產(chǎn)業(yè)鏈：經(jīng)濟與環(huán)境雙重收益

1.  資源循環(huán) 1噸廢劑可回收0.7噸ZnO及0.2噸硫磺，價值超萬元。

a.  濕法再生中(NH?)?SO?副產(chǎn)物可作為化肥原料。

能耗對比

工藝	溫度（℃）	時間（h）	能耗（kWh/噸）
傳統(tǒng)干法	850~900	4~6	1200
水汽活化干法	600~800	1~4	650
濕法再生	室溫~90	2~5	300

 

六、未來方向：智能化與低碳化

1.  智能監(jiān)控 ：植入ZnS轉(zhuǎn)化率在線監(jiān)測傳感器，實時優(yōu)化焙燒參數(shù)。

2.  碳足跡削減 ：耦合光伏供電的低溫再生系統(tǒng)，較傳統(tǒng)工藝降碳40%。

3.  硫資源高值化 ：開發(fā)單質(zhì)硫制備硫酸或硫系材料的直接轉(zhuǎn)化技術(shù)。

氧化鋅脫硫技術(shù)的閉環(huán)革新，標(biāo)志著從“污染治理”到“資源創(chuàng)造”的范式轉(zhuǎn)變。未來十年，隨著材料設(shè)計、過程強化與智能控制的深度融合，這一技術(shù)將在保障工業(yè)清潔生產(chǎn)的同時，成為循環(huán)經(jīng)濟的典范。