活性炭联合脱硫脱硝技术综述.pdf

第 20 卷第 6 期电站 系统 工 程Vol 20No 6 2004 年 11 月PowerSystemEngineeringNov 2004 文章编号 1005 006X 2004 06 0041 02 活性炭联合脱硫脱硝技术综述 哈尔滨电站工程有限责任公司 王耀昕 摘要 概述了活性炭联合脱硫脱硝技术 详细介绍了活性炭的结构 活性炭联合脱硫脱硝技术的机理 工艺 优缺点 发展方向 最后指出了活性炭脱硫脱硝工艺具有可以实现同时脱除 SO2 NOx 和粉尘 脱除效率高 投资小等很多优点 比较适合我国国情 关键词 脱硫 脱硝 活性炭 中图分类号 X701 文献标识码 B Summary of Activated Carbon based Combined Desulfuration and Denitration Technology WANG Yao xin Abstract Activated carbon based combined desulfuration and denitration technology is summarized The structure of activated carbon and the mechanism techniques advantages disadvantages and the development direction of this technology is detailed At the last it is pointed out that the technology has a lot of virtues such as removing NOx SO2 and particulate at the same time high efficiency low investment so it relatively suits situations in China Key words desulfuration denitration activated carbon 我国蕴藏着非常丰富的煤炭资源 也是世界上最大的 煤炭生产国和消费国 而且在我国 84 左右的煤炭被直接 燃烧 大量的燃煤 造成了我国以煤烟型为主的空气污染 产生了大量的烟尘 SO2 和 NOx 这些污染物造成的酸雨 温室效应和臭氧层破坏等环境污染 严重地影响了人类的居 住环境 引起了世界各地科学工作者的广泛关注 在这样的 背景下 出现了多种脱除 SO2 NOx 的方法 1 烟气脱硫 脱硝 氮 方法 1 1烟气脱硫方法 目前烟气脱硫的方法很多 能够实现工业化的也有十 几 种 根据不同的分类 烟气脱硫的方法也不同 如 按照吸收剂的种类 可分为钙法 石灰 石灰石法 碱 法 钠盐法 按照处理的前后 可分为燃烧前脱硫 燃烧中脱硫和 燃 烧后脱硫 按照脱除产物的干湿形态 可分为湿法 干法和半干法 以湿法 干法和半干法为例 又可以具体分为 湿法 石灰石 石灰法 海水法 氨法 双碱法 镁法 磷铵肥法和 Wellman Lord FGD 其他 有机酸钠 石膏 石 灰 镁 碱式硫酸铝 氧化锌 氧化锰法等 干法 喷雾干燥法 烟道喷钙法 循环流化床法 荷电 法 催化法 干式催化氧化法 孟山都催化氧化法 托普素 阿基坦钠催化氧化法 其它 粉煤灰干式脱硫法 熔融盐 吸收脱硫法 碱性铝酸盐脱硫法 氧化铜脱硫法 1 2烟气脱硝方法 通常 电站锅炉采用的 NOx 控制方法可以分为以下三 大类 烟气脱硝技术 改进燃烧方法和改善运行条件等新型 收稿日期 2004 07 11 王耀昕 1971 男 工程师 150040 低污染燃烧技术 烟气脱硝技术可分为 干法 包括氨选 择 性催化还原法和无催化还原法 和湿法 包括氧化吸收法 和 直接吸收法 目前 干法脱硝占主流地位 其原因是 NOx 与 SO2 相比 缺乏化学活性 难以被水溶液吸收 NOx 经还原后成 为无毒的 N2 和 O2 脱硝的副产品便于处理 NH3 对烟气中 的 NO 可选择性吸收 是良好的还原剂 湿法与干法相比 主要缺点是装置复杂且庞大 排水要处理 内衬材料腐蚀 副产品处理较难 电耗大 特别是臭氧法 2 联合 同时脱硫脱硝方法 2 1联合脱硫脱硝技术的出现 进入 20 世纪 80 年代 人们逐渐认识到单独使用脱硫脱 硝技术 设备复杂 占地面积大 投资和运行费用高 而使 用脱硫脱硝一体化工艺则结构紧凑 投资和运行费用低 为 了降低烟气净化的费用 适应电厂的需要 开发联合脱硫脱 硝的新技术 新设备已成为烟气净化的趋势 从 80 年代开始 国外对联合脱硫脱硝的研究工作很活 跃 据美国电力研究所 EPRI 统计的联合脱硫脱硝的技 术 至少有 60 种 这些技术中有的已经实现工业化运行 有的 还处于中间试验或小试阶段 2 2 联合脱硫脱硝技术的分类 对联合脱硫脱硝技术的分类很多 目前较通用的分类方 法是按照处理的过程 可分为两大类 一是炉内燃烧过程中 同时脱硫脱硝技术 这类方法共同的特点是通过控制燃烧温 度来减少 NOx 的生成 同时利用钙吸收剂来吸收燃烧过程 中产生的 SO2 来控制 NOx 和 SO2 的排放 如 循环流化床 燃烧法 钠质吸收剂喷射法等 另一类是燃烧后烟气联合脱 硫脱硝技术 这类方法是在烟气脱硫法的基础上发展起来 的 如下方法被认为具有实际应用价值 活性炭法 SNOX 42电 站 系 统 工 程2004 年第 20 卷 WSA SNOX SNRB SOX NOX ROX BOX 工艺 NOXSO 工艺 电子束法等 3 活性炭脱硫脱硝方法 3 1 活性炭脱硫脱硝机理 活性炭具有大的表面积 良好的孔结构 丰富的表面 基 团 高效的原位脱氧能力 同时有负载性能和还原性能 所 以既可作载体制得高分散的催化体系 又可作还原剂参与 反 应 提供一个还原环境 降低反应温度 在活性炭的表面 SO2 被氧化吸收形成硫酸 其反应式 2SO2 O2 2H2O 2H2SO4 与此同时在吸收塔内还存在以下的副反应 NH3 H2SO4 NH4HSO4 NH3 H2SO4 NH4 2SO4 吸收塔加入氨后 可脱除 NO 反应式为 4NO O2 4NH3 4N2 6H2O 3 2活性炭脱硫脱硝工艺 3 2 1吸收剂 活性炭几乎可以用任何含炭材料来制造 如木材 锯末 煤 炭类 果壳 果核 蔗渣 石油废料 废旧塑料 废旧 革 废轮胎 造纸废料 城市垃圾等 3 2 2 工艺 代表性的工艺包括吸收 解析和硫回收 当进入吸收 塔 的烟气温度在 120 160 之间时具有最高的脱除效率 3 2 3活性炭的再生 活性炭吸收 SO2 和 NOx 后 生成的 H2SO4 NH4HSO4 和 NH4 2SO4 存在于活性炭表面的微孔中 降低了活性炭的 吸附能力 因此需把存在于微孔中的生成物取出 使活性炭 再生 再生法有加热法和洗涤法等 其中 加热法的原理如 下 反应后的活性炭被送至解析塔 在温度约 400 进行加 热再生 这样 微孔中的硫酸与炭反应 从而得到富 SO2 气体用来生产液体 SO2 或生产硫酸或还原生产单质硫 再生 过的活性炭直接空气冷却后再循环至吸收塔 化 对我国这样的贫硫国家和农业大国 在治理污染的同 时 充分回收利用硫资源 浓硫酸 硫酸 硫磺 有着重要 的 意义 6 吸附剂来源广泛 7 处理的烟气排放前不需要加热 8 与传统烟气治理 NOx 及 SOx 的工艺相比 具有投 资省 工艺简单 占地面积小等特点 9 我国活性炭工业发展迅速 平均年增长率 15 出口量已超过美国和日本 居世界首位 4 1 2缺点 1 活性炭价格目前相对较高 强度低 在吸附 再 生 往返使用中损耗大 挥发分较低 不利于脱硝 2 吸附法脱硫必然存在脱硫容量低 脱硫速率慢 再 生频繁等缺点 阻碍了其工业推广应用 3 水洗再生耗水量大 易造成二次污染 对我国这 样 一个水资源匮乏的国家不适合推广应用 而加热再生时活 性 炭易损耗 4 喷射氨增加了活性炭的粘附力 造成吸收塔内气 流 分布的不均匀性 同时 由于氨的存在而产生对管道的堵塞 腐蚀及二次污染等问题 5 由于吸收塔与解吸塔间长距离的气力输送 容易 造 成活性炭的损坏 4 2 活性炭脱硫脱硝方法的发展方向 活性炭工艺总的趋势是降低净化装置的基本建设投资 及运行操作费用 加强新材料 新设备 新工艺研究 特 别 是机理研究 1 加强对炭材料的研究 廉价的活性炭制造技术 对 活性炭表面和孔结构的研究 活化和改进方法的研究 加快 新型炭材料和新功能的研制 活性炭纤维 ACF 把炭材料 作为一种催化剂 变吸附法脱除技术为催化脱除技术 2 简化现有工艺流程 采用多功能设备 改进工艺 条 件 在吸收剂中加入添加剂等 3 真正大规模工业应用的关键是解决副产物应用市 场和提高其脱硫性能 在一个装置同时进行吸附再生 并且 4活性炭脱硫脱硝研究方法的优缺点 发展方向提高副产硫酸的浓度 4 如果能就地用来源广泛 价格低廉 含硫量高的劣 4 1活性炭脱硫脱硝方法的优缺点 质煤将其还原为易于存储运输且销量较好的单质硫 则会带 4 1 1 优点 来较好的社会效益和经济效益 1 活性炭材料本身具有非极性 疏水性 较高的化学 稳定性和热稳定性 可进行活化和改进性 加上它的催化能5 结束语 力 负载性能和还原性能以及独特的孔隙结构和表面化学特 活性炭联合脱硫脱硝工艺是众多的烟气处理方法中比 性 这就决定了活性炭作为一种脱硫脱硝剂具有非常好的先 天条件 较有效的一种 具有可以实现联合脱除 SO2 NOx 和粉尘 2 可以实现联合脱除 SO2 NOx 和粉尘的一体化 SO2 脱除效率高 投资小等很多优点 但是我国关于活性炭联合 脱硫脱硝工艺的