固相吸收/再生同时脱硫脱硝一体化技术

王 林 杨 松 燕 子

(咸阳陶瓷研究设计院 陕西 咸阳 712000)



固相吸收/再生同时脱硫脱硝一体化技术

王 林 杨 松 燕 子

(咸阳陶瓷研究设计院 陕西 咸阳 712000)

笔者就当今国内外所采用的固相吸收/再生同时脱硫脱硝一体化技术进行分析研究，指出各种工艺的基本原理和在应用中存在的问题，对脱硫脱硝一体化设备的研发具有一定参考价值。

烟气 脱硫脱硝 吸附 一体化

近年来，烟气脱硫脱硝一体化技术因其在同一系统内实现同时脱硫与脱硝，具有设备占地面积小、投资、运行管理方便等优点，已成为大气污染控制领域中前沿性少研究方向。按照脱硫剂及反应产物的状态可分为湿法、干法和半干法3大类。

当前国内外广泛使用的脱硫脱硝一体化技术主要有湿式烟气脱硫和选择性催化还原(SCR)或选择性非催化还原(SNCR)技术脱硝组合。

湿法烟气脱硫的工艺流程、形式和机理大同小异，该方法主要以石灰石(CaCO3)、石灰(CaO)或碳酸钠(NaCO3)等浆液作为洗涤剂，在反应塔中对烟气进行洗涤，除去烟气中的SO2，这项技术经过不断地完善，目前已经比较成熟，其优点是：脱硫效率大于90%，煤种的适应性强，运行费用较低，副产品容易回收等。其缺点是：工程较大，投资和运行费用较高，且容易形成二次污染。

选择性催化还原脱硝(SCR)反应温度为250～450 ℃，脱硝率可达70%～90%。该工艺设备投资大，需预热处理烟气，催化剂昂贵且使用寿命短，同时存在氨泄漏、设备易腐蚀等问题。选择性非催化还原(SNCR)温度区域为870～1 200 ℃，脱硝率小于50%，该工艺设备投资大，烟气需预热处理，设备易腐蚀等。

干法烟气脱硫脱硝一体化技术包括4个方面：固相吸收/再生法、气/固催化同时脱硫脱硝技术、吸收剂喷射法以及高能电子活化氧化法。

1 固相吸收/再生同时脱硫脱硝技术

1.1 碳质材料吸附法

活性炭指表面积大于500 m2/g、含碳量大于95%的碳基物质。它是许多具有较高吸附性能的碳基物质的总称。活性炭是一种孔隙结构丰富、比表面积大、吸附性能好的吸附材料，其优点是吸附容量大，耐酸碱化学稳定性好，解吸容易；其缺点是它的可燃性。

其工艺由吸附、解吸和硫回收3部分组成。吸收塔分为两部分，烟气由下部往上部流，活性炭在重力作用下从上部降至下部，与烟气进行逆流接触。烟气从空气预热中出来，120～160 ℃为最佳温度，能达到最高脱除率。烟气先经过吸收塔下部，这一段SO2被脱除。烟气进入上面部分，喷入氨与NOx反应脱硝。

活性炭同时脱硫脱硝工艺具有以下优点：

1)活性炭材料本身具有非极性、疏水性、较高的化学和热稳定性，可进行活化和改进性。其催化能力、负载和还原性能以及独特的孔隙结构和化学表面特性，决定了它可成为一种具有先天优势的脱硫脱硝剂。

2)可实现联合脱除SO2、NOx和粉尘的一体化。SO2脱除率可达到98%以上，NOx的脱除率可超过80%，同时吸收塔出口烟气粉尘含量20 mg/m3。

3)能除去湿法难以除去的SO3，且脱除率高。

4)能除去废气中的HF、HCl、砷、汞等污染物，是深度处理技术。

5)能产生可出售的副产品，可实现硫的资源化。

6)无需对工艺水和废水进行处理。

7)处理后的烟气排放前不需要加热。

活性炭纤维脱硫脱硝技术，是将活性炭制成直径20 μm左右的纤维状，极大地增大了吸附面积，提高了吸附和催化能力。经过发展，目前该技术脱硫脱硝率可达90%，但是也会受水蒸气和氧含量等因素的影响，活性炭因自身的性能，使其在烟气脱硫脱硝方面有着广阔的应用前景。

1.2 CuO吸附法

CuO吸附脱硫脱硝工艺法采用CuO/Al2O3或CuO/SiO2作吸附剂(CuO含量通常在4%～6%)进行脱硫脱硝，反应分为如下两步：

1)吸附器中：在300～450 ℃时，吸附剂与二氧化硫反应，生成CuSO4；由于CuO和生成的CuSO4对NH3还原氮氧化物有很高的催化活性，结合SCR法进行脱硝。

2)再生器中：吸附剂吸收饱和后生成的CuSO4被送到再生器中再生，再生过程一般利用H2或CH4对CuSO4进行还原，产生的二氧化硫可通过CLAUS装置进行回收制酸;还原得到的金属铜或Cu2S在吸附剂处理器中用烟气或空气氧化成CuO，生成的CuO又重新用于吸收还原过程。该工艺二氧化硫脱除率可达到90%以上，氮氧化物脱除率可达到75%～80%。

CuO吸附法反应温度要求高，需加热装置，并且吸附剂的制各成本较高。近年来随着研究的进展，出现了将活性焦/炭(AC)与CuO结合的方法。二者结合后可制做出活性温度适宜的催化吸收剂，克服了AC使用温度偏低和CuO/Al2O3活性温度偏高的缺点。国内有学者研究了用CuO/AC低温脱除烟气中的SO2和NOx，新型CuO/AC催化剂在烟气温度120～250 ℃下，具有较高的脱硫和脱硝活性，明显高于同温下AC和CuO/Al2O3的脱除活性。

1.3 NOXSO工艺

它是一种干式吸附再生工艺，采用Na2CO3浸渍过的γ-Al2O3圆球做吸收剂，可同时除去烟气中的SO2和NOx。通过蒸发直接喷入烟道的水雾来冷却烟气，冷却后的烟气进入流化床吸收塔进行吸收，在此过程中SO2和NOx被吸收剂吸收脱除，净化后的烟气通过烟囱排放。吸收饱和的吸收剂被送入加热器，在温度600 ℃左右，NOx被解吸并部分分解，含有解吸NOx的热空气循环送回锅炉燃烧室，再燃烧室的NOx浓度达到一个稳定状态，可抑制燃烧产生NOx而只能产生N2。采用NOXSO工艺，二氧化硫的去除率可达到90%，NOx的去除率可达到70%～90%。

NOXSO工艺的优点：净化效率更高，同时由于这是一种干式的可再生技术，没有废水和淤泥排放问题。可用于旧厂改造。但是由于其成本高、工艺复杂等缺点，影响了该技术的推广应用。

1.4 SNAP工艺

它是一种改进的NOXSO工艺，其工艺过程与NOXSO工艺相似，采用的吸收剂仍然为Na2CO3浸渍过后的Al2O3，与NOXSO工艺有所不同的采用了气体悬浮式吸收器，脱硫脱硝反应主要发生在通过一些复杂反应产生的Na2O与SO2和NOx之间。

与NOXSO工艺相比，SNAP工艺采用气体悬浮式吸收器，能够接受速度为3～6 m/s的高速烟气，气-固接触时间达2～3 s，气相阻力较低(200～300 mmH2O)。SNAP工艺脱硫脱硝效率更高。但因其成本较高，工艺复杂等因素，应用受到了极大限制。

2 结语

脱硫脱硝一体化工艺已经成为各国控制烟气污染的研发热点，目前固相吸收/再生法脱硫脱硝一体化工艺仅停留在研发阶段，尽管已经有少量示范工程应用，但由于运行费用较高制约了其大规模推广应用。开发适合我国国情，投资少、运行费用低、效率高、副产品资源化的脱硫脱硝一体化技术成为未来发展的重点。

1 韩慧,白敏冬,白希尧.脱硫脱硝技术展望[J].环境科学研究,2002(1):55～59

2 郝吉明,马广大.大气污染控制工程[M].北京:高等教育出版社,2004

3 杨柳.燃煤烟气脱硫脱氮一体化工艺及技术研究[D]：[博士学位论文].南京：东南大学，2006

王林(1988-)，大专，助理工程师；主要从事陶瓷机械设计工作。

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