固相吸收/再生同時(shí)脫硫脫硝一體化技術(shù)

王 林 楊 松 燕 子

(咸陽陶瓷研究設(shè)計(jì)院 陜西 咸陽 712000)

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固相吸收/再生同時(shí)脫硫脫硝一體化技術(shù)

王 林 楊 松 燕 子

(咸陽陶瓷研究設(shè)計(jì)院 陜西 咸陽 712000)

筆者就當(dāng)今國內(nèi)外所采用的固相吸收/再生同時(shí)脫硫脫硝一體化技術(shù)進(jìn)行分析研究，指出各種工藝的基本原理和在應(yīng)用中存在的問題，對(duì)脫硫脫硝一體化設(shè)備的研發(fā)具有一定參考價(jià)值。

煙氣 脫硫脫硝 吸附 一體化

近年來，煙氣脫硫脫硝一體化技術(shù)因其在同一系統(tǒng)內(nèi)實(shí)現(xiàn)同時(shí)脫硫與脫硝，具有設(shè)備占地面積小、投資、運(yùn)行管理方便等優(yōu)點(diǎn)，已成為大氣污染控制領(lǐng)域中前沿性少研究方向。按照脫硫劑及反應(yīng)產(chǎn)物的狀態(tài)可分為濕法、干法和半干法3大類。

當(dāng)前國內(nèi)外廣泛使用的脫硫脫硝一體化技術(shù)主要有濕式煙氣脫硫和選擇性催化還原(SCR)或選擇性非催化還原(SNCR)技術(shù)脫硝組合。

濕法煙氣脫硫的工藝流程、形式和機(jī)理大同小異，該方法主要以石灰石(CaCO3)、石灰(CaO)或碳酸鈉(NaCO3)等漿液作為洗滌劑，在反應(yīng)塔中對(duì)煙氣進(jìn)行洗滌，除去煙氣中的SO2，這項(xiàng)技術(shù)經(jīng)過不斷地完善，目前已經(jīng)比較成熟，其優(yōu)點(diǎn)是：脫硫效率大于90%，煤種的適應(yīng)性強(qiáng)，運(yùn)行費(fèi)用較低，副產(chǎn)品容易回收等。其缺點(diǎn)是：工程較大，投資和運(yùn)行費(fèi)用較高，且容易形成二次污染。

選擇性催化還原脫硝(SCR)反應(yīng)溫度為250～450 ℃，脫硝率可達(dá)70%～90%。該工藝設(shè)備投資大，需預(yù)熱處理煙氣，催化劑昂貴且使用壽命短，同時(shí)存在氨泄漏、設(shè)備易腐蝕等問題。選擇性非催化還原(SNCR)溫度區(qū)域?yàn)?70～1 200 ℃，脫硝率小于50%，該工藝設(shè)備投資大，煙氣需預(yù)熱處理，設(shè)備易腐蝕等。

干法煙氣脫硫脫硝一體化技術(shù)包括4個(gè)方面：固相吸收/再生法、氣/固催化同時(shí)脫硫脫硝技術(shù)、吸收劑噴射法以及高能電子活化氧化法。

1 固相吸收/再生同時(shí)脫硫脫硝技術(shù)

1.1 碳質(zhì)材料吸附法

活性炭指表面積大于500 m2/g、含碳量大于95%的碳基物質(zhì)。它是許多具有較高吸附性能的碳基物質(zhì)的總稱?；钚蕴渴且环N孔隙結(jié)構(gòu)豐富、比表面積大、吸附性能好的吸附材料，其優(yōu)點(diǎn)是吸附容量大，耐酸堿化學(xué)穩(wěn)定性好，解吸容易；其缺點(diǎn)是它的可燃性。

其工藝由吸附、解吸和硫回收3部分組成。吸收塔分為兩部分，煙氣由下部往上部流，活性炭在重力作用下從上部降至下部，與煙氣進(jìn)行逆流接觸。煙氣從空氣預(yù)熱中出來，120～160 ℃為最佳溫度，能達(dá)到最高脫除率。煙氣先經(jīng)過吸收塔下部，這一段SO2被脫除。煙氣進(jìn)入上面部分，噴入氨與NOx反應(yīng)脫硝。

活性炭同時(shí)脫硫脫硝工藝具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1)活性炭材料本身具有非極性、疏水性、較高的化學(xué)和熱穩(wěn)定性，可進(jìn)行活化和改進(jìn)性。其催化能力、負(fù)載和還原性能以及獨(dú)特的孔隙結(jié)構(gòu)和化學(xué)表面特性，決定了它可成為一種具有先天優(yōu)勢(shì)的脫硫脫硝劑。

2)可實(shí)現(xiàn)聯(lián)合脫除SO2、NOx和粉塵的一體化。SO2脫除率可達(dá)到98%以上，NOx的脫除率可超過80%，同時(shí)吸收塔出口煙氣粉塵含量20 mg/m3。

3)能除去濕法難以除去的SO3，且脫除率高。

4)能除去廢氣中的HF、HCl、砷、汞等污染物，是深度處理技術(shù)。

5)能產(chǎn)生可出售的副產(chǎn)品，可實(shí)現(xiàn)硫的資源化。

6)無需對(duì)工藝水和廢水進(jìn)行處理。

7)處理后的煙氣排放前不需要加熱。

活性炭纖維脫硫脫硝技術(shù)，是將活性炭制成直徑20 μm左右的纖維狀，極大地增大了吸附面積，提高了吸附和催化能力。經(jīng)過發(fā)展，目前該技術(shù)脫硫脫硝率可達(dá)90%，但是也會(huì)受水蒸氣和氧含量等因素的影響，活性炭因自身的性能，使其在煙氣脫硫脫硝方面有著廣闊的應(yīng)用前景。

1.2 CuO吸附法

CuO吸附脫硫脫硝工藝法采用CuO/Al2O3或CuO/SiO2作吸附劑(CuO含量通常在4%～6%)進(jìn)行脫硫脫硝，反應(yīng)分為如下兩步：

1)吸附器中：在300～450 ℃時(shí)，吸附劑與二氧化硫反應(yīng)，生成CuSO4；由于CuO和生成的CuSO4對(duì)NH3還原氮氧化物有很高的催化活性，結(jié)合SCR法進(jìn)行脫硝。

2)再生器中：吸附劑吸收飽和后生成的CuSO4被送到再生器中再生，再生過程一般利用H2或CH4對(duì)CuSO4進(jìn)行還原，產(chǎn)生的二氧化硫可通過CLAUS裝置進(jìn)行回收制酸;還原得到的金屬銅或Cu2S在吸附劑處理器中用煙氣或空氣氧化成CuO，生成的CuO又重新用于吸收還原過程。該工藝二氧化硫脫除率可達(dá)到90%以上，氮氧化物脫除率可達(dá)到75%～80%。

CuO吸附法反應(yīng)溫度要求高，需加熱裝置，并且吸附劑的制各成本較高。近年來隨著研究的進(jìn)展，出現(xiàn)了將活性焦/炭(AC)與CuO結(jié)合的方法。二者結(jié)合后可制做出活性溫度適宜的催化吸收劑，克服了AC使用溫度偏低和CuO/Al2O3活性溫度偏高的缺點(diǎn)。國內(nèi)有學(xué)者研究了用CuO/AC低溫脫除煙氣中的SO2和NOx，新型CuO/AC催化劑在煙氣溫度120～250 ℃下，具有較高的脫硫和脫硝活性，明顯高于同溫下AC和CuO/Al2O3的脫除活性。

1.3 NOXSO工藝

它是一種干式吸附再生工藝，采用Na2CO3浸漬過的γ-Al2O3圓球做吸收劑，可同時(shí)除去煙氣中的SO2和NOx。通過蒸發(fā)直接噴入煙道的水霧來冷卻煙氣，冷卻后的煙氣進(jìn)入流化床吸收塔進(jìn)行吸收，在此過程中SO2和NOx被吸收劑吸收脫除，凈化后的煙氣通過煙囪排放。吸收飽和的吸收劑被送入加熱器，在溫度600 ℃左右，NOx被解吸并部分分解，含有解吸NOx的熱空氣循環(huán)送回鍋爐燃燒室，再燃燒室的NOx濃度達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，可抑制燃燒產(chǎn)生NOx而只能產(chǎn)生N2。采用NOXSO工藝，二氧化硫的去除率可達(dá)到90%，NOx的去除率可達(dá)到70%～90%。

NOXSO工藝的優(yōu)點(diǎn)：凈化效率更高，同時(shí)由于這是一種干式的可再生技術(shù)，沒有廢水和淤泥排放問題?？捎糜谂f廠改造。但是由于其成本高、工藝復(fù)雜等缺點(diǎn)，影響了該技術(shù)的推廣應(yīng)用。

1.4 SNAP工藝

它是一種改進(jìn)的NOXSO工藝，其工藝過程與NOXSO工藝相似，采用的吸收劑仍然為Na2CO3浸漬過后的Al2O3，與NOXSO工藝有所不同的采用了氣體懸浮式吸收器，脫硫脫硝反應(yīng)主要發(fā)生在通過一些復(fù)雜反應(yīng)產(chǎn)生的Na2O與SO2和NOx之間。

與NOXSO工藝相比，SNAP工藝采用氣體懸浮式吸收器，能夠接受速度為3～6 m/s的高速煙氣，氣-固接觸時(shí)間達(dá)2～3 s，氣相阻力較低(200～300 mmH2O)。SNAP工藝脫硫脫硝效率更高。但因其成本較高，工藝復(fù)雜等因素，應(yīng)用受到了極大限制。

2 結(jié)語

脫硫脫硝一體化工藝已經(jīng)成為各國控制煙氣污染的研發(fā)熱點(diǎn)，目前固相吸收/再生法脫硫脫硝一體化工藝僅停留在研發(fā)階段，盡管已經(jīng)有少量示范工程應(yīng)用，但由于運(yùn)行費(fèi)用較高制約了其大規(guī)模推廣應(yīng)用。開發(fā)適合我國國情，投資少、運(yùn)行費(fèi)用低、效率高、副產(chǎn)品資源化的脫硫脫硝一體化技術(shù)成為未來發(fā)展的重點(diǎn)。

1 韓慧,白敏冬,白希堯.脫硫脫硝技術(shù)展望[J].環(huán)境科學(xué)研究,2002(1):55～59

2 郝吉明,馬廣大.大氣污染控制工程[M].北京:高等教育出版社,2004

3 楊柳.燃煤煙氣脫硫脫氮一體化工藝及技術(shù)研究[D]：[博士學(xué)位論文].南京：東南大學(xué)，2006

王林(1988-)，大專，助理工程師；主要從事陶瓷機(jī)械設(shè)計(jì)工作。

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