固體吸附劑對煙氣的治理方案分析(doc 6頁).doc

固體吸附劑對煙氣的治理岑永健 024424430(華南師范大學(xué) 化學(xué)與環(huán)境學(xué)院 廣東廣州 510000)摘要：由于我國工業(yè)能源的主要原料是煤炭，因此無可避免的會被燃煤煙氣中的各種污染物質(zhì)所困擾。本文從幾個方面淺析了幾種利用固體吸附劑來治理煙氣的方法。關(guān)鍵詞：固體吸附劑；煙氣；痕量重金屬；脫硝；脫硫1.前言煤炭是重要的燃料和化工原料，即使在石油占據(jù)了能源主導(dǎo)地位的年代，煤炭的作用仍不能忽視。美國每年產(chǎn)煤1000Mt，用于發(fā)電的就占了約800Mt，煤炭在美國電力工業(yè)所用的各種燃料中所占的比例也最大。煤炭在我國電力工業(yè)和化學(xué)工業(yè)中也扮演了突出的角色。我國1994 年發(fā)電0. 911012kWh，其中火力發(fā)電占80%，煤炭約400Mt；2000年發(fā)電量達到1.51012kWh，耗煤量將從產(chǎn)煤量的40%增加到70%以上1,2 。這些都說明煤炭在電力工業(yè)中所起的重要作用是其他燃料無法替代的。大量的排放物灰塵、SO2、Nox所引起的溫室效應(yīng)、酸雨和臭氧層破壞等環(huán)境污染已成為國內(nèi)外一致關(guān)切的、影響人類生存環(huán)境的嚴(yán)重問題。近年來燃煤鍋爐產(chǎn)生的有毒痕量元素對環(huán)境的危害亦越來越被人們所關(guān)注。3各種治理大氣污染的技術(shù)已成為各國環(huán)保工作者最緊迫的使命。2.脫硝除硫由于煤炭的廣泛應(yīng)用,造成了空氣中大量存在著SOx 和NOx 氣體。SO2 排放量中90%來源于燃煤煙氣;NOx 排放量中60%來源于燃煤煙氣。硫氧化物(SOx ,一般98%99%為SO2,其余為SO3) 和氮氧化物(NOx 一般90 %99. 5 %為NO ,其余為NO2) 的排放是形成酸雨的主要原因,它們對人類健康和自然界的生態(tài)平衡造成極大的危害。4.52.1 炭質(zhì)材料吸附法如圖1所示,給出活性炭聯(lián)合脫硫硝工藝的全過程,它主要由吸收、解吸和硫回收三部分組成6 。進入吸收塔的煙氣溫度在120160之間時具有最高的脫除效率。如圖2所示,SO2的脫除率可達到98%左右,NOx的脫除率在80%左右710。吸收塔內(nèi)由上下兩段組成?；钚蕴吭谥亓Φ淖饔孟拢瑥牡诙蔚捻敳肯陆抵恋谝欢蔚牡撞?。煙氣由下而上流過,流經(jīng)吸收塔的第一段時SO2被脫除,流經(jīng)第二段時,噴入氨除去NOx。圖1 活性炭工藝聯(lián)合脫除SO2/ NOx 裝置系統(tǒng)示意圖炭質(zhì)吸附材料主要是活性炭和活性焦,目前日本最新煙道氣脫硫脫硝技術(shù)就是用活性炭纖維(ACF) 來處理11,這種脫硫脫硝法在常溫下進行,副產(chǎn)物硫酸、硫酸鹽及硝酸、硝酸鹽可以回收利用。2.2氧化銅吸附法二十世紀(jì)70年代由美國PETC(Pittsburgh Energy Technology Center)以CuO/-Al2O3作為吸附劑對同時脫除煙道氣中NOx和SO2進行了研究,考察了吸附溫度、流化床床層溫度等各種因素的影響12.13。在我國,中國科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所煤轉(zhuǎn)化國家重點實驗室也對此方法進行了研究,但其所采用的載體為活性炭14。CuO/-Al2O3吸附- 催化脫除SO2、NOx過程的機理如下:CuO + SO2 + 1/ 2O2 CuSO44NO + 4NH3 + O2 4N2 + 6H2O2NO2 + 4NH3 + O2 3N2 + 6H2OCuSO4 + 1/ 2CH4 Cu + SO2 + 1/ 2CO2 + H2OCu + 1/ 2O2 CuO在眾多煙氣除硫技術(shù)當(dāng)中，活性炭法是比較成熟的，在國內(nèi)外都有商業(yè)化運行的裝置。3. 痕量重金屬 目前國內(nèi)外電站廣泛使用分級燃燒這種燃燒方式以降低氮氧化物的排放,但是分級燃燒對重金屬影響以及分級燃燒時固體吸附劑對重金屬元素排放的影響國內(nèi)外還鮮見報道。煤中的痕量元素，在煤燃燒過程中，隨著溫度的升高，痕量元素如Hg、Pb、Cr、Cd等會揮發(fā)出來并附著在亞細微米顆粒上，隨之排入大氣中，對生態(tài)環(huán)境和人體造成危害。亞細微米顆粒在大氣中主要以氣溶膠形式存在，不易沉降，其化合物不易被微生物降解，可以在人體內(nèi)沉積，并可以轉(zhuǎn)化為毒性很大的有機化合物15。國內(nèi)外研究表明固體吸附劑對煙氣中的重金屬蒸氣的清除非常有效. 吸附過程是一個包含有吸附、凝結(jié)、擴散和化學(xué)反應(yīng)的復(fù)雜過程1619 .比較成熟的做法是在煤燃燒中添加固體吸附劑來捕獲重金屬。美國的T.C.Ho等20曾在流化床燃燒器中進行了固體吸附劑的相關(guān)實驗，指出流化床中痕量元素的吸附效率在一定的條件下可以達到95%，而且對Cd和Pb的吸附效果石灰石要好于沙子和氧化鋁。M.V.Scotto等21研究了固體吸附劑對Cd和Pb的吸附機理，實驗表明選用的兩種吸附劑（高嶺土和鋁土礦）對Pb的吸附效果很好，而對Cd而言，鋁土礦的吸附效果好于高嶺土。華中科技大學(xué)煤燃燒國家重點實驗室22的實驗選用高嶺土、CaCO3和Al2O3作為吸附劑。（高嶺土的主要成份是SiO2、Al2O3 和少量的Fe2O3），煤則選用了河南平頂山煙煤和焦作無煙煤及貴州六盤水貧煤。其實驗結(jié)果見表2。表2 灰中痕量元素的含量(g/g)Tab. 2 The content of trace elements in ash (g/g)從表2可以看出氧化鋁、石灰石和高嶺土對Cr 有很好的吸附效果，在煙煤中尤為明顯。而對Cd 的吸附效果不明顯，Cd大部分隨煙氣逸散入大氣中。高嶺土對Pb 有很好的吸附作用，在煙煤中添加高嶺土有90.16%的Pb 留在了灰中，而未添加吸附劑時這一比例為21.38%。Hg最易揮發(fā)，幾乎全部隨煙氣排出，在飛灰和底灰中幾乎沒有。4.二氧化碳以色列Solmecs有限公司已開發(fā)出一種從氣流(如粉體工廠煙道氣)中萃取二氧化碳的新工藝。被稱為CTSA的工藝是以Solmecs開發(fā)出來的合適的固體吸附劑為基礎(chǔ)的。這種高空隙率化合物在4565溫度下,通過化學(xué)吸附可從氣流中脫除CO2。在100125的溫度下可以通過活性中心的再生解吸CO2 。該工藝的總投資大約為600 美元/(t(CO2/ h),而傳統(tǒng)胺解吸工藝則需要900美元。與使用胺類的3540美元/t相比較,萃取成本大約低于20美元/t CO2。成本降低的原因主要是設(shè)備簡單,動力能耗低。Solmecs已經(jīng)在實驗室規(guī)模上試驗了該工藝,并計劃于今年建成150m3/h的中試工廠。235.結(jié)論 固體吸附劑在對燃煤煙氣的治理方面起到了很大的作用，當(dāng)中既有能應(yīng)用于商業(yè)運作的成熟技術(shù)，也有剛剛投產(chǎn)的新型技術(shù)。中國作為燃煤大國，在這方面有著廣闊的前景和發(fā)展空間。目前生態(tài)環(huán)境日益惡化，人們對保護地球，綠色產(chǎn)品與綠色技術(shù)的呼聲日益高漲，固體吸附劑在環(huán)保領(lǐng)域中的應(yīng)用將會進一步發(fā)展。參考文獻1王漢臣.大氣保護與能源利用M.北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社,1992.2繆應(yīng)祺.全球大氣污染與工業(yè)防毒技術(shù)J.江蘇工學(xué)院學(xué)報,1992,13(4):92-96.3張振桴,樊金串,晉菊芳等.煤中砷,鉛,鈹,鉻等元素的存在狀態(tài).燃料化學(xué)學(xué)報,1992,20 (2) :206211.4 化工部造紙化學(xué)信息站.造紙化學(xué)品.1994,(4):175劉程.表面活性劑應(yīng)用手冊.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1995,4434616 ITOY,FUJIMOTOT.Nagaoka O.Mitsui2BF simultaneous SOx and NOxremoval systemA.Proceedings of the ninth symposium on flue gas desulphurisationC.Palo Alto , CA , USA , Electric Power Research Institute,1986.8.31-8.43.7 ANDO J .Flue gas cleaning technology of the world R.Tokyo ,Japan : Coal Mining Research Institute , 1990.8 ANDO J.Coal utilization and environmental protection recent developments in JapanR . Tokyo,Japan:Center for Coal Utilisation,1991.9ANDO J,KAPLANN.Recent developments in SO2 and NOx abatement technology in Japan and China A . Proceedings of the firstcombined flue gas desulfurization and dry SO2 control symposium C . Palo Alto,CA,USA,Electric Power Research Institute,1989.1.95-1.112.10ANDO J,SEDMAN C B. Status of acid rain and SO2 and NOx abatement technology in JapanA . Proceedings of the tenth syposium on flue gas desulphurisationC.Palo Alto,CA,USA,Electric Power Research Institute,1987.2.45-2.66.11 秦夢華.紙漿中樹脂及其障礙控制.北京:中國輕工業(yè)出版社,1998,208220 12張光華.表面活性劑在造紙中的應(yīng)用技術(shù).北京:中國輕工業(yè)出版社,200113陸偉.造紙化學(xué)品,1999,(2):212614 姚獻乎,鄭麗萍.淀粉衍生物及基在造紙由的應(yīng)用技術(shù).北京:中國輕工業(yè)出版社,1999,14516615 黃文輝，楊起(Huang Wenhui, Yang Qi).燃煤過程中有害元素轉(zhuǎn)化機理研究進展(Novel development of study on the transformation mechanisms of hazard elements during coal combustion)J.地質(zhì)科技情報(Geological Science and Technology Information),1999，18(1)：71-74.16 Punjak W A,Uberoi M,Shadman F.High temperature and sorption of alkali vapors on solid sorbents. AIChE.Journal,1989,35:11861194.Wu B.Multi functional sorbents for the removal of sulfur and metallic contaminants from high temperature gases.Environ.Sci. Technol.1995,29(6):16601665.18Jyh2Cherng Chen , Ming2Yen Wey , Zhen2Shu Liu. Adsorp tion mechanism of heavy metals on sorbents during incinera tion. Journal of Environmental Engineering , 2001 , (1) : 6369.19Wend J O L , Linak W P. Environmental control of toxic metal air emissions from the combustion of coal and wastes.Proceedings of symposium on energy engineering in the 21st century(SEE 2000) , 913 January , Hong Kong : 16861690.20 Ho T C,Lee H T,Chu H W,et al.Metal capture by absorbents during fluidized-bed combustion J.Fuel Processing Technology. 1