活性炭聯(lián)合脫硫脫氮技術(shù)研究2

1、39目 錄第一章 引言1.1我國大氣污染的現(xiàn)狀與危害1.2課題研究的背景和意義1.3 煙氣脫硫脫氮的意義1.31二氧化硫的危害1.32 氮氧化物的危害第二章 活性炭聯(lián)合脫硫脫氮技術(shù)2.1活性炭的應(yīng)用概述 2.11活性炭的概述 2.12活性炭的應(yīng)用2.2聯(lián)合脫硫脫氮技術(shù)2.21聯(lián)合脫硫脫氮技術(shù)方法2.22 聯(lián)合脫硫脫氮技術(shù)分類2.23 活性炭脫硫脫氮機理 2.231 活性炭脫硫的反應(yīng)原理 2.232 活性炭脫氮的反應(yīng)原理 2.233 活性炭脫硫脫氮機理性研究2.24 活性炭脫硫脫氮工藝2.25 活性炭脫硫脫氮工藝優(yōu)缺點第三章 活性炭同時脫硫脫氮實驗研究 3.1 SO2和CO的相互影響關(guān)系 3.2

2、 氧含量對活性炭脫硫脫氮的影響 3.3 水分對活性炭脫硫脫氮的影響第四章 國內(nèi)外電廠同時脫硫脫氮技術(shù)研究進展及綜合防治對策研究 4.1 脫硫脫氮防治方案 第五章 結(jié)束語5.1 全文總結(jié)致謝參考文獻第一章 緒論1.1我國大氣污染的現(xiàn)狀 (l)酸雨和二氧化硫污染形勢依然嚴峻我國二氧化硫排放總量居高不下，酸雨污染總體上未能得到有效控制，局部地區(qū)加重，以細顆粒物為主的區(qū)域性大氣污染和城市空氣氮氧化物污染日益突出，己成為制約我國社會經(jīng)濟發(fā)展的重要環(huán)境因素。酸雨污染不斷加重酸雨監(jiān)測結(jié)果表明，二十世紀九十年代全國降水酸度總體上保持穩(wěn)定狀態(tài)，2000年以后降水酸度呈現(xiàn)出總體升高的趨勢，到2005年，降水中的硫

3、酸根和硝酸根的平均濃度分別升高12%和40%。我國酸雨區(qū)主要分布在長江以南，青藏高原以東，包括浙江、江西、福建、湖南、貴州、重慶等省市的大部分地區(qū)，以及廣東、廣西、四川、湖北、安徽、江蘇和上海等省市的部分地區(qū)，北方部分地區(qū)也開始出現(xiàn)酸性降水。重酸雨區(qū)的面積由2002年占國土面積的4.9%增加到加05年的6.1%。硫沉降量持續(xù)增加監(jiān)測和研究結(jié)果表明，我國存在五個硫沉降強度高值區(qū):以貴州為中心的西南區(qū)、以長三角為中心的華東區(qū)、以珠三角為中心的華南區(qū)、冀魯豫地區(qū)和京津冀地區(qū)。硫沉降強度超過臨界負荷的區(qū)域占全國陸地面積的20%以上，其中重慶貴州一帶、長三角和珠三角地區(qū)的硫沉降強度嚴重超臨界負荷。以細顆

4、粒物為主的其他污染問題日益突出二氧化硫和氮氧化物不僅造成酸雨污染，而且在長距離輸送過程中經(jīng)化學轉(zhuǎn)化形成硫酸鹽和硝酸鹽粒子，從而引起區(qū)域范圍的細顆粒物污染。研究表明，目前我國部分地區(qū)可吸入顆粒物中硫酸根和硝酸根離子的貢獻達到巧微克/立方米。細顆粒物不僅對人體健康造成危害，也導致了大氣能見度降低。在一些大中型城市，大氣中的氮氧化物污染還引起了臭氧濃度升高，產(chǎn)生光化學煙霧污染，北京、廣州、深圳等城市的大氣臭氧濃度時有超標。城市二氧化硫和氮氧化物污染形勢嚴峻2005年，341個城市空氣質(zhì)量監(jiān)測結(jié)果表明，22.6%的城市空氣中二氧化硫年均濃度超過國家二級標準，6.5%的城市超過國家三級標準，約l/3的城

5、市人口生活在空氣二氧化硫濃度超標的環(huán)境中?！笆濉币詠恚?13個大氣污染防治重點城市空氣中的二氧化氮年均濃度呈現(xiàn)總體升高趨勢。北京、廣州、上海、杭州、寧波、南京、成都、武漢等大城市空氣西安建筑科技大學碩士論文中二氧化氮濃度相對較高。(2)酸雨污染控制任務(wù)艱巨“十五”以來，我國能源消費超常規(guī)增長，煤炭消費量從2000年的13.2億噸猛增到2005年的 21.67億噸，二氧化硫排放量由2000年的 1995萬噸增加至2005年的2549萬噸。從現(xiàn)在到2020年，我國將全面建設(shè)小康社會，經(jīng)濟保持高速增長，能源需求持續(xù)增加。根據(jù)能源規(guī)劃預測，我國的煤炭消費總量將持續(xù)增長，到2010年，燃煤發(fā)電機組將增

6、加到7億千瓦，發(fā)電用煤量將達到16億噸，全國燃煤產(chǎn)生的二氧化硫?qū)⑦_到3600萬噸左右，其中火電行業(yè)產(chǎn)生量將達到2600萬噸左右;從2010年到2020年，全國煤炭消費總量仍將持續(xù)增長，燃煤二氧化硫產(chǎn)生量也將隨之持續(xù)增加，其中火電行業(yè)煤炭消費量及其二氧化硫產(chǎn)生量增幅將高于全國平均增幅。氮氧化物排放尚未得到有效控制研究結(jié)果表明，近年來我國的氮氧化物排放量逐年增加，己達到2000萬噸左右，且排放增幅超過二氧化硫。監(jiān)測結(jié)果表明，雖然我國的酸雨污染仍以硫酸型為主，但是氮氧化物對酸雨的貢獻率呈逐年上升的趨勢。要解決我國的酸雨等區(qū)域大氣環(huán)境問題，巫需采取有效措施控制氮氧化物排放。1.11煙氣脫硫脫氮的意義大

7、氣環(huán)境是人類賴以生存的可貴資源，大氣環(huán)境資源的破壞是一種不可逆的過程，恢復良好的大氣環(huán)境質(zhì)量要比采取措施從根本上防治大氣污染付出更多的經(jīng)濟代價。112 二氧化硫的危害我國的能源消費以煤為主，煤炭己經(jīng)成為我國環(huán)境污染的要污染源。一切含硫燃料燃燒在燃燒過程中都產(chǎn)生二氧化硫。二氧化硫為刺激性氣體，易溶于水，幾乎全部被上呼吸道吸收，對眼、上呼吸道粘膜有強烈刺激作用，在潮濕的空氣中能與水分子結(jié)合形成亞硫酸、硫酸，使其刺激作用增強。氧化硫通過氣孔進入植物葉子，使植物倒伏，排放進入大氣候還可形成酸雨。酸雨使水質(zhì)酸化，導致水生態(tài)系統(tǒng)變化，影響魚類。酸雨危害森林，破壞土地，使農(nóng)作物減產(chǎn)，酸雨還腐蝕石刻、建筑。二

8、氧化硫會導致死亡率上升，尤其是同時在高懸浮粒子含量的情況下。最易受二氧化硫影響的人士包括患有哮喘病、心血管病或慢性肺病(例如支氣管炎或肺氣腫)者，兒童及老年人。濃度較高時可引起眼結(jié)膜炎、急支氣炎極高濃度西安建筑科技大學碩士論文時可致聲門水腫、肺腫和呼吸道麻痹。1.13氮氧化物的危害自二十世紀六十年代以來，各國都特別關(guān)注燃燒過程中氮氧化合物的生成。燃燒生成的煙氣中氮氧化合物主要是一氧化氮和二氧化氮。二氧化氮在日光照射下與氧起光化學反應(yīng)而形成一種有毒的煙霧，它刺激人的眼、鼻粘膜，從而引起病變，還會引起頭痛。當人們長期處于氮氧化合物含量過高的死亡。氮氧化物可刺激肺部，使人較難抵抗感冒之類的呼吸系統(tǒng)。

9、氮氧化物主要為一氧化氮和二氧化氮。一氧化氮是一種無色無臭的氣體，在常溫下意與空氣中的氧氣化合聲成棕色、有刺激性氣味的二氧化氮。二氧化氮有毒，在含量超過150ppm以上是對人的呼吸器官就有強烈刺激作用，引起水腫，嚴重者可致肺疽，有生命危險。二氧化氮遇水便形成硝酸。為酸雨的組成部分之一。NOx是僅次于502形成酸雨和酸霧的大氣污染物，對生態(tài)環(huán)境和人體健康有著巨大危害。我國是當今世界上幾乎唯一以煤為初級能源的經(jīng)濟大國，也是以燃煤發(fā)電為主的發(fā)展中國家，與發(fā)達國家相比，經(jīng)濟發(fā)展水平還有很大差距，環(huán)保技術(shù)的發(fā)展處于落后狀態(tài)。煤炭的燃燒造成了嚴重的空氣污染，特別是燃煤煙氣中的NOx，對大氣的污染已成為一個不

10、容忽視的重要問題。隨著經(jīng)濟發(fā)展水平的提高，環(huán)境問題日顯突出，在不遠的未來，環(huán)境問題必將成為制約經(jīng)濟發(fā)展的重要因素，保護和改善環(huán)境是保證中國經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的必要條件。因此積極研究開發(fā)研究脫硫脫氮技術(shù)，以滿足環(huán)境保護的要求，具有現(xiàn)實的環(huán)境、經(jīng)濟和社會意義。研究開發(fā)并推廣應(yīng)用各類高效低投入的燃煤煙氣脫硫脫氮技術(shù)，具有十分重要的意義，也是刻不容緩的任務(wù)。1.2 本論文研究背景及目前活性炭脫硫脫氮的研究火電廠鍋爐煙氣中的硫氧化物和氮氧化物的濃度不高，但總量很大，若用兩套裝置分別脫硫脫氮，不但占地面積大，而且投資、管理、運行費用也高。近年來世界各國尤其是工業(yè)發(fā)達國家都相繼開展了同時脫硫脫氮技術(shù)的研究開發(fā)。

11、煙氣同時脫硫脫氮凈化處理技術(shù)己成為各國控制火電廠煙氣污染的研發(fā)熱點，但目前因技術(shù)不成熟制約了大規(guī)模推廣應(yīng)用。對于我國而言，主要的技術(shù)發(fā)展方向應(yīng)該是投資少、運行費用低、效率高、產(chǎn)物資源化的高新技術(shù)，因此應(yīng)加快這類技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化、經(jīng)濟化研究。第二章 活性炭聯(lián)合脫硫脫氮技術(shù)2.1活性炭的應(yīng)用概述 活性炭材料是一種重要的無定形碳素材料，為黑色多孔固體，孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達，具有巨大的比表面積，一般可高達10003000 m2/g，對氣體、溶液中的無機或有機物質(zhì)及膠體顆粒等都有很強的吸附能力。 作為一種性能優(yōu)良的吸附劑，活性炭材料具有獨特的孔隙結(jié)構(gòu)和表面活性官能團，化學性質(zhì)穩(wěn)定，機械強度高，耐酸、耐堿、耐熱，不溶

12、于水和有機溶劑，使用失效后可以再生，廣泛地應(yīng)用于環(huán)保、化工、食品加工、濕法冶金、藥物精制、軍事化學防護等各個領(lǐng)域1。2.11 活性炭材料的種類 活性炭材料主要是指活性炭和活性炭纖維。其中活性炭按外形來分有粒狀炭（常以果殼和媒等作原料，多用作催化劑載體、凈化水、回收吸附各種有機氣體）和粉狀炭（200目以下，多用于食品、藥物脫色或藥用），還有所謂氮化活性炭、炭分子篩等2；活性炭纖維按外形分有活性炭纖維布或纖維板等。2.12 活性炭材料的孔隙結(jié)構(gòu) 活性炭材料具有多種用途的最主要原因在于其多孔性結(jié)構(gòu)。活性炭材料具有各種孔隙，可以發(fā)揮不同的功能. 微孔(直徑50 nm)通過微生物及菌類在其中繁殖，就可以

13、使無機的碳材料發(fā)揮生物質(zhì)的功能。活性炭材料的結(jié)構(gòu)比較特殊，從晶體學角度看，屬于非結(jié)晶性物質(zhì)，是由微細的石墨微晶和將這些石墨微晶連接在一起的碳氫化合物組成。 活性炭質(zhì)材料的內(nèi)部是由無數(shù)具有很小孔徑的毛細管孔組成的。其90 %的表面積都在直徑 2m 微孔上,活性炭質(zhì)材料中起主要吸附作用的就是這些微孔。由于構(gòu)筑微孔的石墨微晶之間的納米級的距離,相對孔壁之間相互疊加的分子力場使微孔中形成強大的吸附勢能場5 。微孔空間內(nèi)強大的表面能使得吸附質(zhì)分子脫離其本體相進入微孔,同時,在吸附過程中微孔空間物理結(jié)構(gòu)的改變和吸附態(tài)分子性質(zhì)使得在微孔空間內(nèi)可以發(fā)生許多在常規(guī)條件下不能發(fā)生或很難發(fā)生的化學反應(yīng)。2.13 活

14、性炭材料表面官能團 活性炭材料在制備過程中由于灰分和其他雜原子的存在，使其基本結(jié)構(gòu)產(chǎn)生缺陷和不飽和價，氧和其他雜原子在活化過程中可以吸著于這些缺陷上，形成各種官能團，因而使活性炭材料產(chǎn)生了各種吸附特性. 對活性炭材料產(chǎn)生重要影響的化學官能團主要是含氧官能團和含氮官能團6-8?；钚蕴坎牧媳砻婵赡艽嬖谙旅鎺追N含氧官能團：羧基、酸酐、酚羥基、羰基、醌基、內(nèi)酯基、乳醇基、醚基，還有酰胺、酰亞胺、內(nèi)酰胺、吡咯和嘧啶等含氮官能團。 214活性炭材料吸附表面結(jié)構(gòu)改性 活性炭材料的吸附表面結(jié)構(gòu)改性就是指在活性炭材料的制備過程中通過物理或者化學的方法來增加活性炭材料的比表面積、調(diào)節(jié)孔徑及其分布，使活性炭材料的吸

15、附表面結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，從而改變活性炭材料的物理吸附性能. 通常的活化過程包括兩個步驟:首先對原料進行炭化處理以除去其中的可揮發(fā)組分，然后用合適的氧化性氣體(H2O, CO2, O2 和空氣)對炭化物進行活化處理，通過開孔、擴孔、創(chuàng)造新孔，進而形成發(fā)達的孔系結(jié)構(gòu). 活性炭材料的吸附表面化學性質(zhì)改性就是指通過一定的方法改善活性炭材料吸附表面的官能團及其周邊氛圍的構(gòu)造，使其成為特定吸附過程中的活性點，從而可以控制其親水/疏水性能以及與金屬或金屬氧化物的結(jié)合能力?；钚蕴坎牧衔奖砻婊瘜W性質(zhì)的改性可以通過表面氧化改性、表面還原改性以及負載金屬改性等進行。2.15活性炭材料在環(huán)境治理中，水處理中，煙氣中，空

16、氣凈化中的應(yīng)用一活性炭材料作為一種極其重要的吸附劑，在環(huán)境保護領(lǐng)域被廣泛用于污水處理、大氣污染防治等方面。二。活性炭在水處理中主要用于：(1) 污水源的凈化。活性炭吸附水中有機物、顏色、臭味、油、苯酚等；(2) 有機工業(yè)廢水處理。由于活性炭對水中的有機物具有突出的去除能力，對一些難以被生物降解的有機物更有獨特的去除效果而被用于制革廢水處理、造紙染料化工廢水處理、焦化廢水處理及其他有機廢水處理中。3) 無機工業(yè)廢水處理。一活性炭對于廢水中無機重金屬離子具有一定的選擇吸附能力. 如顆粒狀活性炭對于Ag+, Pd2+, Cd2+, CrO42-等離子的吸附去除率可達85%以上. 對其他金屬離子如銻、

17、鉍、錫、汞、鈷、鉛、鎳、鐵等均具有良好的吸附能力。用ACF（活性炭纖維）處理不同濃度的含酚有機廢水不僅吸附速度快而且再生容易。(4) 飲用水及微污染水凈化領(lǐng)域。ACF對飲用水凈化有特殊功能,載銀的ACF 具有很好的抗菌活性,可用來軟化飲用水并除去水中的細菌。煤炭燃燒在我國能源構(gòu)成中占有很大的比例，而煤燃燒過程中排放出的SO2 和NOx(NO和N2O)是主要的大氣污染物，所以煙氣污染是我國亟需解決的環(huán)境問題。改性后的活性炭材料其脫硫脫硝性能遠遠好于普通的活性炭材料?；钚蕴棵摿蛎撓鯔C理：活性炭具有大的表面積、良好的孔結(jié)構(gòu)、豐富的表面基團、高效的原位脫氧能力，同時有負載性能和還原性能，所以既可作載體

18、制得高分散的催化體系，又可作還原劑參與反應(yīng)，提供一個還原環(huán)境,降低反應(yīng)溫度。 在活性炭的表面SO2 被氧化吸收形成硫酸，其反應(yīng)式: 2SO2+O2+2H2O2H2SO4 與此同時在吸收塔內(nèi)還存在以下的副反應(yīng)： NH3+H2SO4NH4HSO4 NH3+H2SO4(NH4)2SO4 吸收塔加入氨后，可脫除NO，反應(yīng)式為：4NO+O2+4NH34N2+6H2O。改性活性炭材料脫硫脫硝就是首先利用活性炭材料的吸附性能將煙氣中的污染氣體SO2和NOx活性炭材料表面，在活性炭材料表面官能團或擔載金屬的催化作用下，將SO2和NOx轉(zhuǎn)化為SO3和無污染的N2或NO2。水蒸汽存在的情況下，SO3將會與水結(jié)合生

19、成硫酸回收。 活性炭纖維應(yīng)用于煙道氣中連續(xù)脫除SO2。SO2在活性炭纖維上吸附后,在氧氣存在下被催化氧化為SO3,再與煙氣中的水蒸氣作用形成硫酸,后者被活性炭纖維上冷凝的過量水洗脫,從而空出SO2吸附部位,使SO2的吸附、氧化、水合及硫酸的解吸等循環(huán)連續(xù)不斷地進行下去,這樣既可避免炭材料由于磨損或再生導致碳的損耗及活性下降,也可避免對炭材料的頻繁再生,從而降低操作運行成本。ACF（活性炭纖維）對空氣中的其他污染物如硫化氫、氮的氧化物、揮發(fā)性有機化合物等也有很好的吸附作用。鄭經(jīng)堂等人用銅鹽浸漬活性炭纖維在惰性氣氛中高溫處理一定時間制得脫臭材料,該脫臭劑能夠有效地脫除空氣中的惡臭氣體硫化氫。 在實

20、際的工業(yè)生產(chǎn)過程中，為了改善作業(yè)環(huán)境、保護作業(yè)人員的健康等，通常采用換氣的方式凈化作業(yè)室的環(huán)境?；钚蕴坎牧弦蚱鋬?yōu)異的吸附性能被廣泛地用作空氣凈化器中的吸附劑。2.2聯(lián)合脫硫脫氮技術(shù)我國蘊藏著非常豐富的煤炭資源，也是世界上最大的煤炭生產(chǎn)國和消費國。而且在我國，84左右的煤炭被直接燃燒。大量的燃煤，造成了我國以煤煙型為主的空氣污染，產(chǎn)生了大量的煙塵、s02和N0 ,這些污染物造成的酸雨、溫室效應(yīng)和臭氧層破壞等環(huán)境污染，嚴重地影響了人類的居住環(huán)境，引起了世界各地科學工作者的廣泛關(guān)注221 煙氣脫硫方法 目前煙氣脫硫的方法很多，能夠?qū)崿F(xiàn)工業(yè)化的也有十幾種。根據(jù)不同的分類，煙氣脫硫的方法也不同，如： 按

21、照吸收劑的種類，可分為鈣法(石灰石灰石法)、堿法(鈉鹽法)；按照處理的前后，可分為燃燒前脫硫、燃燒中脫硫和燃燒后脫硫； 按照脫除產(chǎn)物的干濕形態(tài)，可分為濕法、干法和半干法。以濕法、干法和半干法為例，又可以具體分為： 濕法：石灰石石灰法、海水法、氨法、雙堿法、鎂法、 磷銨肥法和WellmanLordFGD、其他(有機酸鈉一石膏、石灰一鎂、堿式硫酸鋁、氧化鋅、氧化錳法等)； 干法：噴霧干燥法、煙道噴鈣法、循環(huán)流化床法、荷電法、催化法(干式催化氧化法、孟山都催化氧化法、托普素一阿基坦鈉催化氧化法)、其它(粉煤灰干式脫硫法、熔融鹽吸收脫硫法、堿性鋁酸鹽脫硫法、氧化銅脫硫法)。 222 煙氣脫硝方法 通常

22、，電站鍋爐采用的NO 控制方法可以分為以下三大類：煙氣脫硝技術(shù)、改進燃燒方法和改善運行條件等新型低污染燃燒技術(shù)。煙氣脫硝技術(shù)可分為：干法(包括氨選擇性催化還原法和無催化還原法)和濕法(包括氧化吸收法和直接吸收法)。目前，干法脫硝占主流地位。其原因是：N0 與s02相比，缺乏化學活性，難以被水溶液吸收；NO 經(jīng)還原后成為無毒的N2和02，脫硝的副產(chǎn)品便于處理；NH3對煙氣中 的NO可選擇性吸收，是良好的還原劑。濕法與干法相比， 主要缺點是裝置復雜且龐大；排水要處理，內(nèi)襯材料腐蝕， 副產(chǎn)品處理較難，電耗大(特別是臭氧法)。 2.3聯(lián)合同時脫硫脫硝方法 2.31 聯(lián)合脫硫脫硝技術(shù)的出現(xiàn) 進入2O世紀

23、8O年代，人們逐漸認識到單獨使用脫硫脫 硝技術(shù)，設(shè)備復雜，占地面積大，投資和運行費用高，而使用脫硫脫硝一體化工藝則結(jié)構(gòu)緊湊，投資和運行費用低，為了降低煙氣凈化的費用，適應(yīng)電廠的需要，開發(fā)聯(lián)合脫硫脫硝的新技術(shù)、新設(shè)備已成為煙氣凈化的趨勢。從8O年代開始，國外對聯(lián)合脫硫脫硝的研究工作很活躍，據(jù)美國電力研究所(EPRI)統(tǒng)計的聯(lián)合脫硫脫硝的技術(shù)至少有60種，這些技術(shù)中有的已經(jīng)實現(xiàn)工業(yè)化運行，有的還處于中間試驗或小試階段。 232聯(lián)合脫硫脫硝技術(shù)的分類 對聯(lián)合脫硫脫硝技術(shù)的分類很多，目前較通用的分類方法是按照處理的過程，可分為兩大類：一是爐內(nèi)燃燒過程中同時脫硫脫硝技術(shù)。這類方法共同的特點是通過控制燃燒

24、溫度來減少NO 的生成，同時利用鈣吸收劑來吸收燃燒過程中產(chǎn)生的s02，來控制NO 和SO2的排放。如-循環(huán)流化床燃燒法、鈉質(zhì)吸收劑噴射法等；另一類是燃燒后煙氣聯(lián)合脫硫脫硝技術(shù)。這類方法是在煙氣脫硫法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來 的。如下方法被認為具有實際應(yīng)用價值：活性炭法、SNOX (WSASNOX 、SNRB (SOXNOXROX-BOX)工藝、NOXSO工藝、電子束法等。 2.4活性炭脫硫脫氮技術(shù)研究我國大部分火電廠面臨著加強控制SO2 和NOX排放問題。目前限制推廣脫硫脫氮技術(shù)的主要因素是初投資大、運行費用高、治污產(chǎn)物利用難、存在一定程度的二次污染?；钚蕴课椒摿蛎摰夹g(shù)具有能夠?qū)崿F(xiàn)治污產(chǎn)物資源化

25、利用,脫硫脫氮效率高等優(yōu)點,被認為是一種有發(fā)展前景的脫硫脫氮技術(shù)。在各種煙氣治理方法中,活性炭吸附法是唯一一種能脫除煙氣中每一種雜質(zhì)的方法,其中包括SO2、氮氧化物、煙塵粒子、汞、二惡英、呋喃、重金屬、揮發(fā)分有機物及其他微量元素 1 。發(fā)展此類煙氣脫硫脫氮技術(shù),有效控制我國燃煤SO2 和NOX 排放,對于國民經(jīng)濟的可持續(xù)性發(fā)展意義重大2.41 活性炭脫硫脫氮機理 活性炭具有大的表面積、良好的孔結(jié)構(gòu)、豐富的表面基團、高效的原位脫氧能力，同時有負載性能和還原性能，所以既可作載體制得高分散的催化體系，又可作還原劑參與反應(yīng)，提供一個還原環(huán)境，降低反應(yīng)溫度。在活性炭的表面SO 被氧化吸收形成硫酸，其反應(yīng)

26、式： 2SO2+O2+2H202H2SO4 與此同時在吸收塔內(nèi)還存在以下的副反應(yīng)： NH3+H2SO4一NH4HSO4 NH3+H2SO4(NH4)2SO4 吸收塔加入氨后，可脫除NO，反應(yīng)式為：4NO+O2+4NH34N2+6H20。 2.42 活性炭脫硫原理活性炭對SO2 的吸附包括物理吸附和化學吸附。當煙氣中無水蒸汽和氧氣存在時,主要發(fā)生物理吸附,吸附量較小。當煙氣中含有足量水蒸汽和氧,活性炭法煙氣脫硫除塵器是一個化學吸附和物理吸附同時存在的過程,首先發(fā)生的是物理吸附,然后在有水和氧氣存在的條件下將吸附到活性炭表面的SO2 催化氧化為H2SO4 ,二氧化硫的吸附量增大。2.43 活性炭脫

27、氮原理利用活性炭脫氮的技術(shù)可以分為吸附法、NH3 選擇性催化還原法和熾熱炭還原法。吸附法是利用活性炭的微孔結(jié)構(gòu)和官能團吸附NOx,并將反應(yīng)活性較低的NO氧化為反應(yīng)活性較高的NO2。關(guān)于活性炭吸附NOx 的機理,研究人員還存在較大的分歧。NH3 選擇性催化還原法是利用活性炭吸附NOx ,降低NOx與NH3 的反應(yīng)活化能,提高NH3 的利用率。熾熱炭還原法是在高溫下利用炭與NOx反應(yīng)生成CO2 和N3。其優(yōu)點是不需要催化劑,固體炭質(zhì)價格便宜,來源廣,反應(yīng)生成的熱量可以回收利用。然而動力學研究表明,O2與炭的反應(yīng)先于NOx與炭的反應(yīng),故煙氣中O2 的存在使炭的消耗量增大。2.44機理性研究有H2O

28、存在時的活性炭脫硫反應(yīng)過程活性炭法煙氣脫硫不同于其他的煙氣脫硫技術(shù),是以傳統(tǒng)的微孔吸附原理為理論基礎(chǔ)的一門技術(shù)。然而,這種吸附作用與常用的工業(yè)吸附凈化水的技術(shù)有著很大的區(qū)別,由于涉及到多組分物質(zhì)的吸附傳質(zhì),使其吸附作用十分復雜。在有水存在的條件下,在活性炭表面附近、表面上、中孔大孔內(nèi)以及微孔內(nèi),均可能形成水、水蒸汽、SO2、SO32- 、SO42-等多種組分的復雜混合體,這些分子或離子的存在和數(shù)量,或可促進吸附性能的提高,也有可能制約活性炭的吸附能力。H2O的參與從根本上改變了SO2在炭表面的反應(yīng)機理,有關(guān)具體反應(yīng)過程的假說眾說紛紜。 L izzio、Mochida、Cazorla - Amo

29、ros等認為SO2 和O2 存在競爭活性位的現(xiàn)象,在可能存在的3種氧化反應(yīng)中,只有下式可以順利進行 : C - SO2 + O2 +C C - SO3 + C - O,即只有氣態(tài)的氧才可以與吸附態(tài)的SO2反應(yīng)。Tamura則認為H2O、SO2 和O2 分子可被活性炭吸附,只要它們之間滿足足夠近的距離和一定的空間構(gòu)型,彼此之間就可直接反應(yīng),并最終生成H2 SO4 。在這種理論模型中,氧化反應(yīng)式為: C - SO2 + C - O C - SO3 + C上式為反應(yīng)的控制步驟,而其余步驟的反應(yīng)都依賴于該反應(yīng)的順利進行。 Zawadzki等認為H2 O 的參與改變了SO2 在炭表面的反應(yīng)機理,在無H2

30、O的條件下,氧化反應(yīng)不能進行 。在有水存在的條件下,活性炭表面的吡喃酮官能團和離域電子均會與H2 O分子反應(yīng)生成H2 O2 , 而H2 O2 可以將SO2 溶于水后形成的H2 SO2 氧化成為H2 SO4 。劉義等經(jīng)過多年深入細致的理論分析和實驗研究 ,認為在有水存在的條件下,有效吸附位的數(shù)量并非是由微孔容積和微孔數(shù)量決定的,微孔填充理論并不適用于水洗脫附條件下的活性炭脫硫, Tamura機理和Lizzio理論均不適用于此種技術(shù), Zawadzi的理論分析是一種較為合理的解釋,活性炭表面應(yīng)遵循以下反應(yīng)式:SO2 H2 O +H2O2 2H+ SO2-4 +H2O2.45活性炭選擇性吸附SO2

31、和NOx對活性炭脫硫脫氮性能和機理以及SO2和NOx 在活性炭上競爭吸附的機理進行了深入的研究。以高純度的SO2、空氣和水蒸汽的混合氣體來模擬實際工業(yè)煙氣,研究表明,活性炭對SO2的吸附主要是化學吸附,活性炭具有較高的脫硫效率,脫硫效率大于96%。以高純度的NOx 、空氣和水蒸汽的混合氣體來模擬實際工業(yè)煙氣,研究表明,活性炭對NOx 的吸附包括物理吸附和化學吸附,在氣流中無SO2 氣體存在的條件下,活性炭具有較高的脫氮效率,活性炭達到動態(tài)吸附平衡時,脫氮效率大于75%。 以高純度的SO2、NOx 、空氣和水蒸汽的混合氣體來模擬實際工業(yè)煙氣,研究表明,氣流中同時存在SO2 和NOx 時,活性炭吸

32、附SO2 的容量和吸附飽和時間增加,而脫硫效率、吸附速度和吸附帶長度變化很小。由于物理吸附的NOX 被SO2 置換解析,活性炭吸附NOx 的容量和動態(tài)吸附平衡時間急劇下降,脫氮效率很低,NOx 的吸附帶長度增加,吸附速度下降。SO2 和NOx 都不會單獨占據(jù)活性吸附中心,而是共同存在于活性吸附中心?；钚蕴績?yōu)先選擇性吸附SO2 ,物理吸附的NOx 被SO2 置換解析?；瘜W吸附的NOx 能夠促進活性炭對SO2 的吸附。SO2 也能夠促進活性炭對NOx 的吸附25 活性炭脫硫脫硝工藝 活性炭可單獨用來脫硫或脫氮(借助于氨)，或用來聯(lián)合脫硫脫氮，近年來已經(jīng)開始應(yīng)用于火電廠的煙氣凈化。在活性炭法聯(lián)合脫硫

33、、脫氮工藝中，SO2的脫除率可以達到98%左右，NOx的脫除率在80%左右。 活性炭聯(lián)合脫硫、脫氮工藝主要由吸附、解吸與硫回收三部分組成。由于活性炭可以直接吸收煙氣中的SO2，而脫除煙氣中的NOx則需要噴氨，氨對SO2同樣也有脫除作用，因此，SO2脫除反應(yīng)需在噴氨脫除NOx之前，以減少氨的消耗。321 吸收劑 活性炭幾乎可以用任何含炭材料來制造，如木材、鋸末、煤、炭類、活性炭聯(lián)合脫硫、脫氮的工藝原理 果殼、果核、蔗渣、石油廢料、廢舊塑料、廢舊革、廢輪胎、造紙廢料、城市垃圾等。 2521 工藝 代表性的工藝包括吸收、解析和硫回收。當進入吸收塔的煙氣溫度在120160之間時具有最高的脫除效率。 2

34、52 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。再生法有加熱法和洗滌法等。其中，加熱法的原理如下：反應(yīng)后的活性炭被送至解析塔，在溫度約400進行加熱再生。這樣，微孔中的硫酸與炭反應(yīng)，從而得到富SO 氣體用來生產(chǎn)液體SO 或生產(chǎn)硫酸或還原生產(chǎn)單質(zhì)硫；再生過的活性炭直接空氣冷卻后再循環(huán)至吸收塔。 3 活性炭脫硫脫硝研究方法的優(yōu)缺點、發(fā)展方向 31 活性炭脫硫脫硝方法的優(yōu)缺點 311 優(yōu)點 (1) 活性炭材料本身具有非極性、疏水性、較高的化學穩(wěn)定性和熱

35、穩(wěn)定性，可進行活化和改進性，加上它的催化能力、負載性能和還原性能以及獨特的孔隙結(jié)構(gòu)和表面化學特性，這就決定了活性炭作為一種脫硫脫硝劑具有非常好的先天條件。 (2) 可以實現(xiàn)聯(lián)合脫除SO2、NO 和粉塵的一體化。SO2脫除率可達到98以上，NO 的脫除率可超過80，同時吸收塔出121煙氣粉塵含量20 mgm 。 (3) 能除去濕法難以除去的SO3，SO3的脫除率很高。 (4) 能除去廢氣中的碳氫化合物，如二惡英，金屬如水銀及其它有毒物質(zhì)，是一種深度處理技術(shù)。 (5) 產(chǎn)生可出售的副產(chǎn)品：可以有效地實現(xiàn)硫的資源化，對我國這樣的貧硫國家和農(nóng)業(yè)大國，在治理污染的同時充分回收利用硫資源(濃硫酸、硫酸、硫

36、磺)，有著重要的意義。 (6) 吸附劑來源廣泛。 (7) 處理的煙氣排放前不需要加熱。 (8) 與傳統(tǒng)煙氣治理NO 及SO 的工藝相比，具有投資省、工藝簡單、占地面積小等特點。 (9) 我國活性炭工業(yè)發(fā)展迅速，平均年增長率15， 出口量已超過美國和日本，居世界首位。 312 缺點 (1) 活性炭價格目前相對較高；強度低，在吸附、再生、往返使用中損耗大；揮發(fā)分較低，不利于脫硝。 (2) 吸附法脫硫必然存在脫硫容量低、脫硫速率慢、再生頻繁等缺點，阻礙了其工業(yè)推廣應(yīng)用。 (3) 水洗再生耗水量大、易造成二次污染，對我國這樣一個水資源匱乏的國家不適合推廣應(yīng)用；而加熱再生時活性炭易損耗。 (4) 噴射氨

37、增加了活性炭的粘附力，造成吸收塔內(nèi)氣流分布的不均勻性，同時，由于氨的存在而產(chǎn)生對管道的堵塞、腐蝕及二次污染等問題。 (5) 由于吸收塔與解吸塔間長距離的氣力輸送，容易造成活性炭的損壞。 32 活性炭脫硫脫硝方法的發(fā)展方向 活性炭工藝總的趨勢是降低凈化裝置的基本建設(shè)投資及運行操作費用，加強新材料、新設(shè)備、新工藝研究，特別是機理研究。 (1) 加強對炭材料的研究：廉價的活性炭制造技術(shù)：對活性炭表面和孔結(jié)構(gòu)的研究；活化和改進方法的研究；加快新型炭材料和新功能的研制(活性炭纖維ACF)；把炭材料作為一種催化劑，變吸附法脫除技術(shù)為催化脫除技術(shù)。 (2) 簡化現(xiàn)有工藝流程，采用多功能設(shè)備；改進工藝條件，在

38、吸收劑中加入添加劑等。 (3) 真正大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用的關(guān)鍵是解決副產(chǎn)物應(yīng)用市場和提高其脫硫性能：在一個裝置同時進行吸附再生，并且提高副產(chǎn)硫酸的濃度。 (4) 如果能就地用來源廣泛、價格低廉、含硫量高的劣質(zhì)煤將其還原為易于存儲運輸且銷量較好的單質(zhì)硫，則會帶來較好的社會效益和經(jīng)濟效益。 5 結(jié)束語 活性炭聯(lián)合脫硫脫硝工藝是眾多的煙氣處理方法中比較有效的一種，具有可以實現(xiàn)聯(lián)合脫除SO2、NO 和粉塵、脫除效率高、投資小等很多優(yōu)點。但是我國關(guān)于活性炭聯(lián)合脫硫脫硝工藝的研究和開發(fā)大多處于實驗室階段，今后應(yīng)加強對這方面的投入，開發(fā)出適合我國國情的活性炭聯(lián)合脫硫脫硝工藝。第三章 煙氣脫硫脫氮技術(shù)工藝及其特點3

39、1電廠燃煤鍋爐集中典型的脫硫脫氮技術(shù)工藝3.11排煙循環(huán)流化床排煙循環(huán)流化床（FGD-CFB）是80年代初由德國Lurgi公司開發(fā)的，該公司也是世界上第一臺燃燒煤的循環(huán)流化床鍋爐的開發(fā)者，后來又把循環(huán)流化床技術(shù)引入脫硫領(lǐng)域，取得了良好的效果。該技術(shù)在德國有三家公司進行開發(fā)研究，丹麥的FLS正在做。該法脫硫脫氮屬于燃燒中處理，脫硫采用循環(huán)流化床，脫氮采用低氮燃燒3.12組合法（FGC）這種方法是用石灰石石膏法濕式脫SO2：（FGD）和選擇性催化還原法（SCR）脫NOx組合的技術(shù)2。據(jù)資料介紹，德國、日本、美國等國家多數(shù)采用這種方法。該組合技術(shù)中濕法脫硫效率高（90%98%），吸收塔自身緊湊，但該

40、法的問題是耗水量大，而且必須進行排水的深度處理，生成的大量副產(chǎn)品石膏應(yīng)用也有限，煙氣在進入煙囪前需要加熱提高溫度。該組合技術(shù)中氨選擇性催化劑還原法的缺點是，脫氮的催化劑壽命維護比較麻煩，工藝中生成的胺化合物有堵塞系統(tǒng)的弊病等，因此使該組合法的推廣應(yīng)用受到影響。3.13電子束法（EBA）為了克服以上方法的缺點，國際上開發(fā)了許多同時脫硫脫氮的技術(shù)，電子束法既是屬于同時脫硫脫氮的典型方法之一。電子束法是利用電子加速器產(chǎn)生的高能粒子照射煙氣，使其SO2和NOx氧化生成硫酸和硝酸，再與添加的氨反應(yīng)生成硫酸氨和硝酸氨。該技術(shù)首先是日本茬原制作所1970年著手研究，又經(jīng)過與原子能研究所合作研究，1974年進

41、行了1000/Nm3h-1、1萬/Nm3h-1規(guī)模不同的氣體試驗，從而肯定了這種干法技術(shù)。受美國能源部委托，在椹薩斯洲又進行了1.4萬/Nm3h-1的改進試驗，在西德進行了2.0萬/Nm3h-1規(guī)模的試驗，都取得了很好的結(jié)果。其它有些國家也在研究。我國2000年由中國工程物理研究院在四川綿羊投資2000萬元建造一套電子束輻射煙氣脫硫脫氮工業(yè)試驗裝置，煙氣處理量300012000/Nm3h-1，脫硫率90%，脫氮率70%電子束法處理煙氣的優(yōu)點：用一個過程能同時脫硫脫氮，且去除效率高。3.14 活性焦吸附法該法是用活性焦進行煙氣的同時脫硫和脫氮。SO2是通過活性焦的微孔催化吸附作用，生成硫酸儲存于

42、焦碳微孔內(nèi)，通過熱再生，生成總量雖少，但含SO2濃度很高氣體，根據(jù)需要再去轉(zhuǎn)換成各種有價值的副產(chǎn)品，如高純硫磺、液態(tài)SO2、濃硫酸、化肥等。NOx是在加氨的條件下，經(jīng)活性焦的催化作用生成水和氮氣再排入大氣。該工程的主要設(shè)備是脫硫脫氮塔，活性焦在塔內(nèi)由上往下移動，煙氣橫向交叉通過活性焦炭層，因此煙氣中的塵也被除掉?；钚越购突钚蕴渴遣煌膬煞N炭質(zhì)吸附材料?；钚蕴康木C合強度（耐壓、耐磨損、耐沖擊）低，而且表面積大，若用移動床，因吸附、再生往返使用損耗大，存在著經(jīng)濟性問題，因此人們研究出比活性炭比表面積小，但強度高的成型活性焦炭，具有更好的脫硫、脫氮性能，用于煙氣的同時脫硫脫氮。3.2國內(nèi)外電廠燃煤鍋

43、爐煙氣同時脫硫脫硝技術(shù)的研究進展1 典型的煙氣同時脫硫脫硝技術(shù)當前國內(nèi)外廣泛使用的同時脫硫脫硝技術(shù)是 Wet-FGD+SCR 組合技術(shù)，就是濕式煙氣脫硫（Wet-FGD）和 NH3選擇性催化還原(SCR)技術(shù)脫硝的組合。濕式煙氣脫硫是利用堿性漿液或溶液作吸收劑，與 SO2反應(yīng)生成硫酸鹽產(chǎn)物以除去 SOx。其中以石灰石或石灰為吸收劑的強制氧化濕式脫硫方式是目前使用最廣泛的脫硫技術(shù)，其工藝特點是脫硫效率高于 90%，吸收劑利用率可超過90%。其缺點也是很明顯的：工程龐大，初投資和運行費用高，易形成二次污染。NH3選擇性催化還原脫硝是在含氧氣氛中利用催化劑將煙氣中 NOx經(jīng)氨還原為 N2和水。在反應(yīng)

44、溫度為 300450時，脫硝率可達 70%90%。該技術(shù)成熟可靠，目前在全球范圍尤其是發(fā)達國家應(yīng)用廣泛，但該工藝設(shè)備投資大，需預熱處理煙氣，催化劑昂貴且使用壽命短，同時存在氨泄漏、設(shè)備易腐蝕等問題。HC-SCR 及低溫 SCR 工藝是該技術(shù)改良的重點。HC-SCR 脫硝技術(shù)是以有機化合物如甲烷、丙烯、丙烷及辛烷等代替氨作為還原劑，克服了 NH3-SCR 技術(shù)的氨泄漏、設(shè)備腐蝕等不足，并可減少副產(chǎn)物 CO 的生成。低溫 SCR 工藝的反應(yīng)溫度為 150250 ，克服了常規(guī) SCR工藝中需預熱處理煙氣的缺點，降低了運行費用。目前開發(fā)的 CuO/活性炭催化劑在 125250 時脫硝率可達 90%，V

45、2O5/活性炭催化劑在 150250 時脫硝率可達 92%，且抗 SO2中毒能力強。2. 新興的煙氣同時脫硫脫硝技術(shù)主要包括高能輻射化學法、固體吸附/再生法、電化學法和液膜法。2.1 高能輻射化學法又稱煙道氣照射法，目前主要有電子束照射法和脈沖電暈等離子體法。2.1.1 電子束照射法（EBA）利用陰極發(fā)射并經(jīng)電場加速形成 500800 keV 高能電子束，這些電子束輻照煙氣時產(chǎn)生輻射化學反應(yīng)，生成 OH、O 和 HO2等自由基，再和 SOx和 NOx反應(yīng)生成硫酸和硝酸，在通入氨氣（NH3）的情況下，產(chǎn)生(NH4)2SO4和 NH4NO3氨鹽等副產(chǎn)品。主要反應(yīng)過程如下：生成自由基：N2，O2，H

46、2O+e-OH3，O3，HO23，N3氧化：SO2 3OSO3 HO2H2SO4SO3 3OHHSO33 3OHH2SO4NO 3ONO2 3OHHNO NO32HONO2+ OH3 3OH HNO3酸與氨反應(yīng)：H2SO4+2 NH3(NH4)2SO4HNO3+ NH3NH4NO3該方法為干法處理過程，由日木荏原公司在 20 世紀 70年代初首先提出，經(jīng)過 20 多年的研究開發(fā)，己從小試、中試和工業(yè)示范逐步走向工業(yè)化。其優(yōu)點是不產(chǎn)生廢水廢渣，能同時脫硫脫硝，脫硫率 90%以上，脫硝率 80%以上。系統(tǒng)簡單，操作方便，過程易控制，對于含硫量的變化有較好的適應(yīng)性和負荷跟蹤性，脫硫成本低于常規(guī)方法。

47、缺點是耗電量大（約占廠用電的 2%），運行費用高。2.1.2 脈沖電暈等離子體法（PPCP）基本原理與 EBA 法相似，差異在于高能電子的來源不同。EBA 法是通過陰極電子發(fā)射和外電場加速而獲得，而PPCP 法則是電暈放電自身產(chǎn)生的，它利用上升前沿陡、窄脈沖的高壓電源與電源負載電暈電極系統(tǒng)（電暈反應(yīng)器）組合，在電暈與電暈反應(yīng)器電極的氣隙間產(chǎn)生流光電暈等離子體，從而對 SO2和 NOx進行氧化去除。PPCP 法的優(yōu)勢在于可同時除塵。研究表明，煙氣中的粉塵有利于 PPCP 法脫硫脫硝效率的提高。因此，PPCP 法集 3 種污染物脫除于一體，且能耗和成本比 EBA 法低，從而成為最具吸引力的煙氣治理

48、方法。2.2 固體吸附/再生法主要有炭質(zhì)材料吸附法、NOSO 法、CuO 吸附法和Pahlman 法。2.2.1 炭質(zhì)材料吸附法根據(jù)吸附材料的不同又可分為活性炭吸附法和活性焦吸附法兩種，其脫硫脫硝原理基本相同。整個脫硫脫硝工藝流程分兩部分：吸附塔和再生塔。當煙氣通過吸附塔中的吸附劑時，SO2經(jīng)過吸附劑內(nèi)的大量微孔吸附催化作用，生成硫酸或硫酸鹽貯存于炭質(zhì)吸附材料的微孔內(nèi)，然后這些生成的硫酸或硫酸鹽再通過再生塔，在塔內(nèi)加熱再生，生成量少但含 SO2濃度的氣體，再轉(zhuǎn)化成各種有價值的副產(chǎn)品，例如單體硫磺、液態(tài) SO2、濃硫酸等。NOx是在加 NH3的條件下，在炭質(zhì)吸附材料的催化作用下生成水和氮氣排入大

49、氣，在這個過程中煙氣中的塵也被除掉。吸附劑在還原器中被還原，可重復使用。不同的是，活性炭吸附法有兩個吸附塔，一個脫硫一個脫硝，而活性焦吸附法只有一個吸附塔，塔分兩層，上層脫硝，下層脫硫，活性焦在塔內(nèi)上下移動，煙氣橫向流過塔。在吸附塔內(nèi)，在 120180 的主要化學反應(yīng)有：SO2+O2+H2OH2SO44 NO2+O2+4 NH34N2+6H2O在再生塔內(nèi)，在 400 左右，主要反應(yīng)有：H2SO4SO3+H2O2 SO3+C2 SO2+CO2該方法的主要優(yōu)點有：具有很高的脫硫率（98%）和低溫（100200 ）條件下較高的脫硝率（80%）；處理后的煙氣排放前不需加熱；不使用水，沒有二次污染；吸附

50、劑來源廣泛，不存在中毒問題，只需補充消耗掉的部分；能去除濕法難去除的 SO2；能去除廢氣中的 HF、HCl、砷、汞等污染物，是深度處理技術(shù)；具有除塵功能，出口排塵濃度小于 10 mg/m3；可以回收副產(chǎn)品，如：高純硫磺、濃硫酸、液態(tài) SO2、化學肥料等；建設(shè)費用低，運轉(zhuǎn)費用經(jīng)濟，占地面積小。但是炭質(zhì)吸附法反應(yīng)速度慢，為了克服這個缺點，20世紀 90 年代末日本的 I. Mochida 提出了一種新的活性炭纖維脫硫脫硝技術(shù)。該技術(shù)是將活性炭制成直徑 20m 左右的纖維狀，極大地增大了吸附面積，提高了吸附和催化能力。經(jīng)過發(fā)展，現(xiàn)在該技術(shù)脫硫脫硝率可達 90%4近年來有人將活性炭吸附和微波技術(shù)結(jié)合起

51、來，提出了微波誘導催化還原脫硫脫硝技術(shù)。該技術(shù)用活性炭作為氮氧化物載體，在向活性炭床施加微波能的條件下，利用微波能誘導催化使 SO2被還原為單質(zhì)硫，NO 被還原為氮氣，效率96%以上。2.2.2 NOSO 法美國的 NOSO 公司在 1982 年開始進行活性氧化鋁吸附法脫硫脫硝技術(shù)的研究。該法的吸附劑是以 r-氧化鋁為載體，用堿或堿成分鹽的溶液，如碳酸鈉溶液噴涂載體，然后將浸泡過的吸附劑加熱、干燥，去除殘余水分而制成。SO2和 NOx接觸含有堿或堿土金屬成分的吸附劑，使吸附劑最大限度地吸附 SO2和 NOx。吸附劑吸附飽和后可以再生再生過程是將吸附飽和的吸附劑送入加熱器，在溫度 600 左右加

52、熱使得 NOx被釋放，然后將 NOx循環(huán)送回鍋爐的燃燒器中，在燃燒器中 NOx的濃度達到一個穩(wěn)定狀態(tài)，且形成一個化學平衡，這樣就不會再生成 NOx而只能是 N2，從而抑制 NOx生成。在再生器中加入還原氣體，例如甲烷，就會產(chǎn)生高濃度的 SO2、H2S 混合氣體，利用克勞斯法可以進行硫磺的回收6。2.2.3 CuO 吸附法該法采用 CuO/Al2O3或 CuO/SiO2作吸附劑（CuO 含量通常在 4%6%）進行脫硫脫硝，整個反應(yīng)分兩步：在吸附器中：脫硫時，溫度在 300450 內(nèi)時，吸附劑與 SO2反應(yīng)，生成 CuSO4；脫硝時，由于 CuO 和生成的 CuSO4對NH3還原 NOx有很高的催

53、化活性，結(jié)合 SCR 法進行脫硝。在再生器中：吸附劑吸收 CuSO4飽和后用 H2或 CH4還原，還原后的 Cu 或 Cu2O 在吸附劑處理器中用煙氣或空氣氧化成 CuO 又可重復使用。CuO 吸附法的特點是在吸附溫度為 750 左右時脫硫脫硝率在 90%以上，不產(chǎn)生新的廢棄物，沒有二次污染，除塵率可達 99.9%。但反應(yīng)溫度要求高，需加熱裝置，并且吸附劑的制備成本較高。近年來隨著研究的進展，出現(xiàn)了將活性焦/炭（AC）與 CuO 結(jié)合的方法。二者結(jié)合后可制備出活性溫度適宜的催化吸收劑，克服了 AC 使用溫度偏低和CuO/AL2O3活性溫度偏高的點。劉守軍等人研究了用CuO/AC 低溫脫除煙氣中

54、的 SO2和 NOx，新型 CuO/AC 催化劑在煙氣溫度120250 下，具有較高的脫硫和脫硝活性，明顯高于同溫下 AC 和 CuO/Al2O3的脫除活性。2.2.4 Pahlman 法最近，美國明尼阿波利斯的 EnviroScrub Technologies公司開發(fā)了一種新工藝Pahlman 工藝，它采用一步法干第 4 期 王旭偉等：國內(nèi)外電廠燃煤鍋爐煙氣同時脫硫脫硝技術(shù)的研究進展 7式洗滌，可脫除煙氣中 99%以上的硫氧化物，并可選擇性地或同時除去 99%的氮氧化物，排放尾氣完全符合環(huán)境標準。由于它采用無機化合物作吸收劑，而不是傳統(tǒng)工藝中的氨，因此其副產(chǎn)物是可回收的硝酸鹽和硫酸鹽，而不是

55、需要堆埋的污染環(huán)境的石膏副產(chǎn)物。該工藝適用于以天然氣或煤為燃料的發(fā)電廠，目前仍在實驗階段，未見諸工業(yè)應(yīng)用。2.3 電化學法采用電化學法同時脫硫脫硝有兩種模式：一種是內(nèi)電池模式（直接法），煙氣中的組分直接在電池液中被吸收及在電極反應(yīng)中被轉(zhuǎn)化；另一種是外電池模式（間接法），煙氣中的組分在與電池分設(shè)的吸收器中用氧化還原中介劑吸收并轉(zhuǎn)化，吸收液在電池中進行電化學再生，工業(yè)應(yīng)用一般是兩種模式的組合。二氧化鉛-二連亞硫酸鹽工藝是德國化學設(shè)備協(xié)會開發(fā)的典型電化學法脫硫脫硝工藝2.4 液膜法液膜法凈化煙氣是由美國能源部 Pittsburgh 能源技術(shù)中心（PFTC）首先開發(fā)的。液膜為含水液體，置于兩組多微孔憎

56、水的中空纖維管之間，構(gòu)成滲透器，這種結(jié)構(gòu)可消除操作中時干時濕的不穩(wěn)定性，延長了設(shè)備的壽命。液膜的選取在原則上來說對 SO2和 NOx有選擇性吸收的任何液體均可作為液膜，但還須經(jīng)試驗測定證明氣體在其中滲透性良好才能應(yīng)用。試驗證明，25 的純水滲透性最好，其次是 NaHSO4，NaHSO3的水溶液，后者對含 0.05% SO2的氣體的脫率可達 95%。用 Fe2+及 Fe3+的 EDTA 水溶液作液膜，可從含 NO 0.05%的煙氣中除去 85%的 NO。若用含0.01 mol/L Fe2+的 EDTA 溶液作液膜，可同時去除煙氣中的SO2和NOx，其去除率可分別達 90%和 60%。煙氣中的 O

57、2對含F(xiàn)e2+的 EDTA 溶液有影響，但對含 Fe3+的 EDTA 溶液無影響。但用含 Fe3+的 EDTA 溶液作液膜時，需在較高溫度下操作。國內(nèi)外許多科研機構(gòu)對液膜法進行了大量的研究。多年來，美國 Steven 技術(shù)研究所一直進行液膜法同時脫除 SO2和 NOx的研究。他們對能夠固定在微孔聚丙烯膜上的液膜，進行選擇性和滲透性試驗，比較其吹掃及抽空效果，試驗在2470 及常壓下進行。結(jié)果表明，用水、NaHSO3和Na2SO3水溶液、含 Fe2+和 Fe3+的 EDTA 水溶液、丁砜或環(huán)丁烯砜等做液膜，可除去模擬煙氣中 70%90%的 SO2，50%70%的 NO。若煙氣中只有 SO2時，則用水或 Na2SO3、NaHSO3的水溶液作液膜就可以收到很好的效果。加拿大 Calgary 大學用聚乙二醇及乙二醇胺為固定化液膜來進行煙氣凈化試驗，SO2的分離系數(shù)為 140。當使用非反應(yīng)性聚乙二醇-400 液膜時，其分離系數(shù)主要取決于膜兩側(cè)的 SO2分壓差