活性炭干法脱硫资料总结

活性焦干法烟气净化技术的进展与应用 活性焦烟气净化技术是一种资源化的脱硫 脱氮 脱重金属和脱二嗯英等功能的烟气净化技术 近年来的应用不断增多 其主要技术优势是 1 污 染控制减排 脱硫效率高 可 达 9 可 同时进行脱氮 脱氮率达 70 以上 脱除汞 二嗯英 卤化氢和粉尘 实现集成净化 也可分别进行脱硫或脱氮 2 节水 在烟气净化操作温度宽 08 一108 C 不需工 艺水 省去废水处理设施 不需要烟气再热 设备腐蚀轻 同时还可 节约我国宝贵的水资源 3 资 源 回 收 脱硫副产物是富含5 02气体 便于生产硫酸 89 硫磺等化工产品 利用价值大 实现资源利用 1 1 0 4 环 保性 能优异 无二次污染 脱硫副产物生产化工产品 脱硫废水排放 脱硫破碎活性焦 可做燃料或作为炭材料用其他污染控制 同时脱硫剂原料为煤 我国资源丰富 活性焦烟气净化技术 目前存在的主要问题是 高效多污染物联合脱除活性焦性能需提高 活性焦成本偏高 硫氮双脱吸附反 应塔结构开 发与工 程放大需加强 再生装备能耗偏高 产业化推广工作滞后 活性焦净化过程反应慢 净化反应器体积大 初次装填活性焦 床层阻力大等 同时活性焦硫容 相对较低 活性焦 的循环再生量大 增加了再生 过程的机械磨损 同时使加热 的能量热能耗大 因此造成 活性焦净化技术 目前的成本较高 目前进行国产化研究重点是降低联合净化装置 的建设投资及运行费用 活性焦的研究主要是通过原料配煤和生产工艺的改进研制廉价高性能的活性焦 净化装置方面 优化工艺 采开发多功能设备 减少运 行过程活性焦的消耗和能耗 以进一步提高系统经 济性 典型工艺的运 行 费用 和投 资 由装 备费 活性 焦费 和 运 行 费等组 成 初 次填 装活性 焦 时初 次投 资较 大 如06 o MW 机组 初次填装活性焦需要80 0 吨左右 市场价近50 0 0 万左右 运 行消耗活性焦中整个运 行费用的5 0一07 目前活性焦净化装置单位投资 05 0 元 kw 但副产物的价值高 硫酸价值在 050元 吨 新 的研发方向主要集中在 活性焦脱硫脱硝与多污染集成净化 的专用活性焦 工 艺条件 动力学 新工 艺流程 新装备等方面 通过研发 提高联合脱除效率 降低能耗与成本 优化流程与装备流体力学性能 实现工程装备的大型化 从而开 发成套技术与装备 为实现活性焦烟气净化的技术创新和进一步产业化推广提供新的技术支持 活性焦孔结构及表面性质对脱除烟气中 SO2的影响 吸附性能 活性焦的脱硫性能与其表面积的大小无关 而与其微孔结构存在一定的关系 但表现不明显 活性焦表面碱性的强弱直接关系着脱硫性能 而表面碱性的强弱与表面官能团的种类和浓度密切相关 较高浓度的羧基官能团会抑制 SO2的吸附 羰基官能团与醚基官能团可通过重排构成具有碱性行为的吡喃酮或类吡喃酮结构从而表现出脱硫活性 因此 这两种官能团含量的多少在一定程度上决定了活性焦的脱硫性能 吸附系统是活性炭 焦脱硫工艺的核心 吸附塔是活性炭 焦脱硫工艺的核心设备 活性焦脱硫吸附塔内装有一定量的活性焦 经过除尘器之后的烟气进入吸附塔 烟气中的SO2被活性炭 焦吸附 净化后的烟气从烟囱排入大气 吸附SO2至饱和的活性焦送入脱附塔再生后 连同补充的新鲜活性焦一起输送回吸附塔 吸附设备有固定床吸附塔和移动床吸附塔两种形式 固定床活性 炭 焦 吸附烟 道气中 5 0 由于存在 着 诸多缺 陷 该方 法 只适 用 于小 规 模 低 浓度5 0 烟气 处 理 固定床 优点 磨损消耗量小 设备结构较简单 投资和运行费用均较低 缺点 间断工作 易发生局部过热 处理气体量较小 移动床吸附加 热 再生法 由于设备简 单 操作容易 连 续性 好 二次污染少 及 适应 能力 强 适于推 广 应用 但是 由于运 行时 活性炭 焦 的磨 损及 加 热 再 生 时 的 损 耗 需 要 定 期 补 给 活 性炭 焦 使用机 械强度 较低 且 价格 较贵 的 活性炭会造 成工 艺成本 的提高 而 活性焦则 由于 其价 格低 廉 机 械强度 高及脱硫性 能 较好 比 较 适用 于该 法脱硫 因此 活 性 焦移 动床吸 附加 热再生法 是较 适合我 国 国情 的脱 硫工艺 移动床 优点 连续工作 不易发生局部过热 处理气体量大 缺点 磨损消耗量大 设备结构较复杂 投资和运行费用均较高 分为错流 顺溜和逆流10W吨文献里面16页有具体优缺点讨论 水 洗再生法 水 耗量 大 且易造 成 二次 污染 对我 国这样 的水 资源 匾乏且环境 污染 较严 重 的 国家不适 合推广 应用 移 动床吸附加 热 再生法 由于设备简 单 操作容易 连 续性 好二次污染少 及 适应 能力 强 适于推 广 应用 但是 由于运 行时 活性炭 焦 的磨 损及 加 热 再 生 时 的 损 耗 需 要 定 期 补 给 活 性炭 焦 使用机 械强度 较低 且 价格 较贵 的 活性炭会造 成工 艺成本 的提高 而 活性焦则 由于 其价 格低 廉 机 械强度 高及脱硫性 能 较好 比 较 适用 于该 法脱硫 因此 活 性 焦移 动床吸 附加 热再生法 是较 适合我 国 国情 的脱 硫工艺 活性焦烟气脱硫脱硝的静态实验和工艺参数选择 活性焦的比表面积 微孔孔容与其脱硫脱硝能力有相同的趋势 即比表面积 微孔体积越大 所能吸附的 SO2 NO 越多 2 温度越高越不利于活性焦对 SO2的吸附 空速过大或过小都对活性焦的吸附性能有不利的影响 空速太大 会导致气体在活性焦表面的停留时间过短 空速太小 不能消除外扩散阻力 氧气和水蒸气是提高活性焦脱硫性能的关键因素 而活性 焦脱硝的温度高于 SO2的最佳吸附温度 氧气和NO 浓度对脱硝性能没有较大的影响 氨氮体积比是决定活性焦脱硝性能的重要参数 3 通过静态实验得到的较优脱硫工艺参数 温度 T 120e 空速为 1 000 h USO2 2 L m3 O2质量分数为 6 H2O 质量分数为 6 脱硫效率高达 98 脱硝工艺参数 温度为 T 130 e 空速为1 000 h O2质量分数为 6 UN O 500 m L m3 UNH3 UN O 1 0 脱硝效率为 70 活性焦脱硫脱硝一体化技术及其错流式反应器脱硫的数值模拟 德国和日本从 20 世纪80 年代初 1 可以达到很高的脱硫效率和脱氮率 2 具有除尘功能 3 能除去废气中的 HCI HF 砷 硒 汞 二恶英等 还能除去用湿法难以除去的 SO3 是一种深度处理技术 4 不存在常规脱硝催化剂容易出现的碱 盐类物质的中毒问题 5 活性焦可以在长时间内循环使用 废弃的活性焦可以作燃料 无二次污染 6 节能 烟气在排放前不需再加热提高浮力 节水 干法工艺 无需废水处理装置 7 可以回收生产多种副产品 如高纯硫磺 硫酸 高纯液态 SO2或化肥 8 活性焦在运行中有磨损消耗 是成本的主要部分 9 反应床为填料床 运行阻力较大 10 活性焦的解吸附和添加增加了系统的复杂性和操作难度 具有很高的脱硫率可达98 以上 脱硝率80 以上 是深度处理的技术 除了DeSOX DeNOX之外 还能去除多种污染物 如 粉尘 湿法难以除去的SO3 重金属和有毒有机物 HCl HF 砷 硒 汞 二恶英 呋喃等 脱硝不需要烟气升温装置 在100 左右就能得到高的脱硝率 基本不用水 无需废水处理装置 碱 盐类对活性焦炭没有影响 不存在吸附剂中毒问题 副产品利用价值高 如 高纯硫磺 99 95 或浓硫酸 98 或高纯液态SO2 没有二次污染问题 美国政府调查报告中认为 该技术是最先进的烟气脱硫脱硝技术 主要问题 固态的热吸收剂循环使用 机械方式输运 操作较复杂 吸附剂在运行中的磨损和化学消耗 是成本的主要部分 吸附床运行条件需要严格控制 否则易形成较大的压力降 或出现自燃着火 甚至存在爆炸的危险 由于是模块结构 易出现烟气分布不均 影响效率 吸附剂和副产品的运输需要有合理的距离 现在已经付诸商业应用的且能够满足严格的排放要求的烟气脱硫 脱硝一体化工艺主要有电子束法和活性焦法 表 1 是这2 种方法以及石灰石 石膏湿法脱硫 SCR 脱硝 简称 组合法0 的经济技术主要指标的分析结果对比 工艺方法 脱硫效率 已应用范围 副产品利用 是否同时脱硝 烟气循环流化床 90 300MW 降低粉煤灰的品质 否 电子束辐照法 95 10MW 肥料 是 活性炭 焦法 98 600MW 硫酸 单质硫 肥料 是 流化床锅炉加石灰石燃烧 90 300MW 降低粉煤灰的品质 否 活性焦干法脱硫系统的运行费用主要受活性焦消耗和副产品价格的影响 当活性焦消耗量低且便宜易得 副产品价值较高的情况下 运行费用可大大降低 活性焦脱硫脱硝的机理研究 原焦的性质特点 图 1 为活性焦放大 5 000 倍的扫描电镜 由图 1可见 活性焦表面凸凹不平 呈现比较杂乱的状态 且具有明显的尖角和缺陷 其中还夹杂着一些狭缝 表1 为活性焦的孔容参数 可以看出 活性焦的微孔孔容较小 中孔孔容更低 表 2 为活性焦的表面元素组成 可以看出 活性焦表面还含有一定数量的各种官能团 活性焦自身的这种特性将影响其对污染物的脱除性能 特别有利于对极性污染物的吸附和催化反应 SO2和 NO 之间存在着竞争吸附的问题 并且活性焦选择性地优先吸附SO2 活性焦对 SO2的吸附包括物理吸附和化学吸附 气流中同时存在 SO2和 NO 时 由于活性焦的结构特点和表面极性 容易吸附具有一定极性的气体分子 SO2分子由极性键组建成V型结构 有比较强的极性 且活性焦的表面结构决定了活性焦对极性吸附质的吸附量大于对弱极性 无极性吸附质NO Hg的吸附量 烟气中 CO2 O2或 H2O 的单独存在对脱硫脱硝均不会有明显的影响 只有烟气中同时存在O2和 H2O 时 活性焦的脱硫脱硝效果才会大为改善 活性焦脱除电厂烟气中 SO2 行为探讨在没有水的情况下 活性炭质材料不能将SO2氧化为 SO3 并且通过实验的证实 他们认为在无水的条件下 活性炭表面并不具备对氧化反应的催化能力 而且 SO2在有水存在时方能表现出还原性 其与氧在完全干燥的状态下是难以起反应的 H2O 在活性焦脱硫过程中并不单单地起着水合 SO3和稀释硫酸的作用 更重要的是其提 供了反应历程所需的质子 同时又赋予 SO2还原性 可资源化活性焦烟气脱硫技术与应用 活性焦性质对V 2O5 AC催化剂还原NO 的影响 V 2O5是有效的SO2氧化催化剂 在反应过程中 由于有H2O的形成 SO2 在催化剂表面被氧气氧化成SO4 2 离子 增加了催化剂表面的酸性 使表面吸附的NH3增加 所以V 2O5 AC催化剂SCR活性增大 复杂烟气条件下太西活性焦脱除Hg0的实验研究 SO2 初期表现为对脱汞性能的促进 后期则表现为抑制作用 NO 较低浓度的NO对单质汞的吸附性能有抑制作用 而高浓度值的NO则减弱了抑制作用 促进单质汞的吸附 10万吨锌冶炼工程废气脱硫方案 目前工业中使用的活性焦为9MM和5mm的圆柱状活性焦 与常规活性炭不同 活性焦是一种综合强度 耐压 耐磨损 耐冲击 比活性炭高比表面积比活性炭小的吸附材料 与活性炭相比 活性焦具有更好的脱硫脱硝性能 价格比较便宜 被广泛用于工业废气的净化 且使用过程中 加热再生相对于活性焦进行再次活化 因此 脱硫脱硝性能还会增加 技术原理 活性焦烟气脱硫是一种可资源化的干法烟气净化技术 该技术利用具有独特吸附性能的活性焦对烟气中的SO2J进行选择性吸附 吸附态的SO2在烟气中氧气和水蒸气的存在的条件下被氧化为H2SO4并被储存在活性焦空隙内 同时活性焦吸附层相当于高效颗粒过滤器 在惯性碰撞和拦截效应下 烟气中的大部分粉尘颗粒在床层内部不同部位被捕集 但活性焦在移动过程中 活性焦相互之间以及活性焦与反应器壁之间的摩擦会产生 少量活性焦粉 其中体积足够小的焦粉会被烟气带出吸附反应器 对净化后的烟气造成一定程度的污染 完成烟气脱硫除尘净化 吸附 SO2的 活性焦 在加热情况下 其所吸附的H2SO4与活性焦反应被还原为SO2 同时活性焦恢复吸附性能 循环使用 活性焦的加热再生相当于 对活性焦再次活化 吸附和催化活性不但不会降低 还会有一定程度的提高 在脱硝过程中 活性炭 焦仅起催化剂的作用 其主要反应式为 4NO 4NH3 O2 4N2 6H2O 6NO 4NH3 5N2 6H2O 6NO2 8NH3 7N2 12H2O 2NO2 4NH3 O2 3N2 6H2O 适宜温度 80 180 工艺流程 活性焦吸附脱硫装置 活性焦解吸再生系统 活性焦循环输送系统和副产品加工处理系统 SO2的含量可达20 40 送至硫回收系统 根据当地条件 资源状况 交通状况 市场状况 和需要生产含硫化工产品 硫酸 单质硫 液体SO2等 同时脱硫脱硝特点 具有很高的脱硫率可达