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        煙氣脫硫技術(shù)的進(jìn)展、現(xiàn)狀、展望

        2021-06-23 00:37:33王春燕王廷杰王海玉
        科技視界 2021年14期
        關(guān)鍵詞:醇胺半干法脫硫劑

        王春燕 王廷杰 ,2 王海玉

        (1.鎳鈷資源綜合利用國家重點實驗室,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。 尤其酸雨對社會、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境造成了嚴(yán)重影響,會導(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),還會對建筑物材料進(jìn)行腐蝕破壞[3-4]。 SO2的排放還會加重霧霾天氣,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)化為含硫殘渣拋棄,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。 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,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。 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。 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、對各種濃度煙氣適應(yīng)性強。 以MgO 漿液為脫硫劑,MgO 與SO2反應(yīng)生成MgSO3,MgSO3結(jié)晶干燥脫水實現(xiàn)煙氣脫硫,MgSO3高溫下煅燒生成MgO 實現(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 有機醇胺脫硫技術(shù)

        有機醇胺脫硫技術(shù)的吸收劑可以是單一的醇胺或二胺,在吸附塔利用有機醇胺對煙氣中的SO2成分進(jìn)行吸收處理,實現(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, 不僅SO2去除效率仍然保持很高,而且NO 去除效率也很高會超過80%。

        對于氧化鎂法,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,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, 無法滿足越來越高的脫硫要求,因此,研究者們對傳統(tǒng)的脫硫技術(shù)進(jìn)行了升級改進(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)在很長時間仍是研究重點。 此外,目前對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,這也是一個值得研究者考慮的方向。

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