煙氣脫硫技術(shù)的進(jìn)展、現(xiàn)狀、展望

王春燕 王廷杰 ，2 王海玉

（1.鎳鈷資源綜合利用國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅 金昌 737100；2.甘肅省金昌市金川區(qū)市場監(jiān)督管理局，甘肅 金昌 737100）

0 引言

（1）SO2的產(chǎn)生及危害

SO2氣體是造成大氣污染的主要因素之一， 主要來源為含硫燃料的燃燒、 含硫礦石的冶煉及化工、硫酸廠電廠等工業(yè)生產(chǎn)中排放的廢氣。 工業(yè)生產(chǎn)中燃煤排放煙氣中SO2含量約為93%[1]， 煤燃燒釋放至大氣中的煙氣是SO2主要來源[2]。

由SO2產(chǎn)生的二次污染物硫酸鹽、有機(jī)酸鹽和酸雨等嚴(yán)重危害自然環(huán)境和人類健康。 尤其酸雨對(duì)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境造成了嚴(yán)重影響，會(huì)導(dǎo)致區(qū)域水系統(tǒng)、土壤森林系統(tǒng)的酸化，嚴(yán)重破壞生態(tài)系統(tǒng)，還會(huì)對(duì)建筑物材料進(jìn)行腐蝕破壞[3-4]。 SO2的排放還會(huì)加重霧霾天氣，嚴(yán)重影響人們的生活質(zhì)量。

（2）治理政策和現(xiàn)狀

盡管我國大力支持新能源發(fā)展利用，但很長時(shí)間內(nèi)，煤炭能源還將是工業(yè)生產(chǎn)的主要能源。 為督促節(jié)能減排，從“十一五”期間已經(jīng)全面開啟SO2減排工作，且減排成果顯著，截至2015 年年末，SO2的排放總量較 2010 年減少 10%。 到 2018 年，SO2排放降至 1 651.6 萬噸。近些年，SO2排放量在逐年遞減，但整體排放量仍很大。 因此，如何有效控制SO2排放并回收利用有重要意義。

1 煙氣脫硫技術(shù)

煙氣脫硫技術(shù)（FGD）是指利用吸收劑把冶煉煙氣中的SO2成分經(jīng)化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的固體化合物脫除，最常用的吸收劑是含有堿性的物質(zhì)，轉(zhuǎn)化途徑一般分為兩種：一將SO2氧化為SO3， 再將SO3吸收生成硫酸；二用還原劑將SO2還原為硫，再冷凝得到固體硫。 因煙氣出口溫度高，采用物理吸附效率低。

1.1 傳統(tǒng)脫硫技術(shù)

傳統(tǒng)脫硫技術(shù)中，按照產(chǎn)物是否可回收，煤炭燃燒脫硫可以分為拋棄法和回收法，前者是將SO2成分轉(zhuǎn)化為含硫殘?jiān)鼟仐?，后者是將煙氣中SO2轉(zhuǎn)化為硫酸、硫磺、化肥等化工產(chǎn)品回收利用硫。 煤炭燃燒脫硫技術(shù)按脫硫處理時(shí)間包括燃燒前、燃燒中和燃燒后脫硫技術(shù)。 本文介紹燃燒后脫硫，即煙氣脫硫，可分為干法、半干法和濕法脫硫。

1.1.1 干法脫硫技術(shù)

干法脫硫技術(shù)（DFGD）是完全干燥情況下將粉狀催化劑、吸附劑、吸收劑等與煙氣中SO2反應(yīng)除SO2，常用固體石灰石粉料做吸收劑。 由于反應(yīng)物和產(chǎn)物都是干固態(tài)粉末，這種脫硫技術(shù)中無廢水產(chǎn)生，不存在設(shè)備結(jié)垢和腐蝕設(shè)備。然而，由于氣固兩相接觸時(shí)反應(yīng)速率慢，擴(kuò)散受限，脫硫效率較低，且脫硫設(shè)備龐大，需高投資并對(duì)操作技術(shù)要求高，不適合老企業(yè)引進(jìn)。

1.1.2 半干法脫硫技術(shù)

為提高煙氣脫硫效率，將脫硫劑溶于水或以懸浮液噴入脫硫反應(yīng)器中，使得煙氣中的硫氧化物與脫硫劑反應(yīng)脫硫，被稱為半干法脫硫。 半干法脫硫需要在氣、固、液三相中進(jìn)行，因此，需增強(qiáng)各反應(yīng)物接觸面積，提高脫硫效率。 包括噴霧干燥半干法和氣體懸浮吸收煙氣脫硫技術(shù)等。 脫硫劑是脫硫效果和效率的核心因素，半干法脫硫流程簡單、投資少、反應(yīng)充分、脫硫率高。 然而，半干法未根本解決資源的可再生利用。

1.1.3 濕法脫硫技術(shù)

濕法脫硫技術(shù)（WFGD），即脫硫過程在液相中進(jìn)行。 濕法脫硫技術(shù)脫硫效率高、占地面積小、適用性強(qiáng)。 盡管WFGD 是目前使用的最為廣泛的脫硫技術(shù)，但是傳統(tǒng)WFGD 有大量廢水、能耗高、洗滌后煙氣溫度低以及腐蝕嚴(yán)重等缺點(diǎn)，需進(jìn)一步優(yōu)化。 下面簡單介紹石灰石—石膏法、氧化鎂法等幾種主要的濕法脫硫工藝及存在問題。

（1）石灰石-石膏法

石灰石-石膏法脫硫是較為成熟的脫硫技術(shù)，該工藝的主要是 CaCO3與 SO2生成 CaSO3，CaSO3進(jìn)一步與氧氣生成CaSO4。石灰石-石膏脫硫技術(shù)有脫硫率高（大于95%）、吸收劑利用率高等優(yōu)點(diǎn)。 而這種技術(shù)存在吸收塔等設(shè)備易結(jié)垢堵塞、占地面積較大、產(chǎn)生二次污染等缺點(diǎn)。 近幾年研究主要致力新型添加劑的研發(fā)和使用，提高脫硫率。

（2）氧化鎂法

氧化鎂法脫硫效率高、設(shè)備占地面積小、對(duì)各種濃度煙氣適應(yīng)性強(qiáng)。 以MgO 漿液為脫硫劑，MgO 與SO2反應(yīng)生成MgSO3，MgSO3結(jié)晶干燥脫水實(shí)現(xiàn)煙氣脫硫，MgSO3高溫下煅燒生成MgO 實(shí)現(xiàn)脫硫劑MgO循環(huán)利用。 pH 在6.0～6.5 以內(nèi)，設(shè)備腐蝕有一定的緩解。但若氧化速率低生成過量MgSO3，會(huì)分解為SO2并耗盡廢水中的溶解氧。

1.2 其他脫硫技術(shù)

伴隨著人們的生活水平不斷提高，人們對(duì)生態(tài)環(huán)境的要求也原來越高。 近年來，研究者們又陸續(xù)提出了很多新的煙氣脫硫技術(shù)，主要包括微生物脫硫及有機(jī)醇胺脫硫技術(shù)等。

1.2.1 微生物煙氣脫硫技術(shù)

生物法煙氣脫硫是利用微生物對(duì)氧化態(tài)的污染物還原成單質(zhì)硫或氧化成H2SO4過程，從而脫除SO2。微生物細(xì)胞的表面含有大量的有機(jī)官能團(tuán) （如羧基、氨基、羰基、烴基等），這些官能團(tuán)可通過絡(luò)合、靜電吸附、氧化還原等各種作用吸附污染物。 生物脫硫技術(shù)是目前研究較為廣泛的一種脫硫新方法。

1.2.2 有機(jī)醇胺脫硫技術(shù)

有機(jī)醇胺脫硫技術(shù)的吸收劑可以是單一的醇胺或二胺，在吸附塔利用有機(jī)醇胺對(duì)煙氣中的SO2成分進(jìn)行吸收處理，實(shí)現(xiàn)煙氣脫硫，為一種新型的煙氣脫硫技術(shù)。

2 近年來F G D 技術(shù)的改進(jìn)與創(chuàng)新

2.1 對(duì)傳統(tǒng)工藝的改進(jìn)

研究者采用噴霧干燥器吸收 （SDA） 法結(jié)合NaClO2，實(shí)現(xiàn)了一種同步脫硫脫氮的方法。 結(jié)果表明，當(dāng)煙氣中有SO2和NO 共存時(shí)， 不僅SO2去除效率仍然保持很高，而且NO 去除效率也很高會(huì)超過80%。

對(duì)于氧化鎂法，為了盡可能使反應(yīng)完全，研究者們開發(fā)催化劑來加快氧化速率。有人開發(fā)了一種短程有序的Co（OH）2/TiO2催化劑，該催化劑與光照具有協(xié)同作用， 有光照時(shí)，MgSO3的氧化速率一下提高了6.1 倍，在光照下達(dá) 11.3 倍。

2.2 新工藝的開發(fā)

利用磷礦漿脫除中小型燃煤鍋爐特別是磷化工企業(yè)產(chǎn)生的SO2是一種有前途的脫硫技術(shù)。 這一特殊路線不僅使SO2的排放最小化，而且還原位制造硫酸來分解磷礦。

此外，除了材料的開發(fā)，工藝過程設(shè)計(jì)也十分重要。 有人通過調(diào)整不同的工藝方法來研究乙二胺-磷酸可再生胺法的最佳解吸條件，發(fā)現(xiàn)半連續(xù)工藝的解吸效果最好。

3 總結(jié)與展望

為了盡可能減少大氣環(huán)境中SO2成分的排放，最主要是研究開發(fā)高效煙氣脫硫技術(shù)。 傳統(tǒng)脫硫技術(shù)都存在著各種缺點(diǎn)， 無法滿足越來越高的脫硫要求，因此，研究者們對(duì)傳統(tǒng)的脫硫技術(shù)進(jìn)行了升級(jí)改進(jìn)并且開發(fā)新脫硫技術(shù)。SO2排放量逐年降低，但仍不能達(dá)到期望值，因此，開發(fā)合適的煙氣脫硫技術(shù)在很長時(shí)間仍是研究重點(diǎn)。 此外，目前對(duì)硫資源回收利用和脫硫產(chǎn)物有效利用的研究還不夠深入，這也是一個(gè)值得研究者考慮的方向。