鍋爐煙氣同時脫硫脫硝技術的研究進展

2020-11-23 北極星環保網

北極星大氣網訊:本文綜述了近年來幾種常見的聯合脫硫脫硝技術，包括傳統的Wet-FGD+SCR組合技術，以及氯酸氧化（TriNOX-NOXSorb）同時脫硫脫硝技術，乳化黃磷法脫硫脫硝工藝，溼式FGD+金屬絡合物法同時脫硫脫硝技術，液膜法同時脫硫脫硝技術，鈣基吸收劑催化氧化煙氣同時脫硫脫硝；幹法包括活性焦煙氣聯合脫硫脫硝技術，等離子法同時脫硫脫硝技術，CuO/γ－Al2O3催化吸收法，光催化氧化還原法。並在此基礎上對脫硫脫硝技術進行了總結展望。

近些年來工業飛速發展，燃煤產生大量SO2、NOx使我國部分區域的酸雨影響越來越嚴重，造成嚴重的經濟社會損失。當前我國的酸雨汙染型為硫酸型，但隨著氮氧化物的排放上升，有向硫酸/硝酸型轉變的趨勢。環境保護部對各省、自治區、直轄市和新疆生產建設兵團以及八家中央企業2011年主要汙染物排放量情況認真進行了核查核算，結果顯示：二氧化硫排放總量2217.9萬噸，比2010年下降2.21%;氮氧化物排放總量2404.3萬噸，比2010年上升5.74%。該組數據表明，SO2的排放初步得到控制，而NOX的排放卻日趨嚴重。目前，國內外研究的煙氣脫硝技術主要分為溼法和幹法，廣泛應用的幹法包括選擇性催化還原法(SCR)、選擇性非催化還原法(SNCR)、吸附法、等離子法等。單獨脫硫或脫硝存在設備複雜投資成本高的缺點，聯合脫硫脫硝成為研究的一個熱點。我國關於煙氣同時脫硫脫硝的研究起步較晚，技術體系並不完善，但「十二五」規劃明確將煙氣脫硝提上日程，關於同時脫硫脫硝的研究已刻不容緩。

本文主要介紹近年來幾種常見的聯合脫硫脫硝技術，包括溼法和幹法。溼法包括傳統的Wet-FGD+SCR組合技術，以及氯酸氧化(Tri NOX-NOXSorb)同時脫硫脫硝技術，乳化黃磷法脫硫脫硝工藝，溼式FGD+金屬絡合物法同時脫硫脫硝技術，液膜法同時脫硫脫硝技術，鈣基吸收劑催化氧化煙氣同時脫硫脫硝，;幹法包括活性焦煙氣聯合脫硫脫硝技術，等離子法同時脫硫脫硝技術，CuO/γ - Al2O3催化吸收法，光催化氧化還原法。

1.溼法同時脫硫脫硝

1.1Wet-FGD+SCR組合技術

當前國內外廣泛應用的脫硫脫硝一體化技術主要是Wet-FGD+SCR法，即溼式煙氣脫硫和選擇性催化還原脫硝的結合。傳統的溼式煙氣脫硫技術通常採用石灰或石灰石的鈣法，脫除SO2的效率可達90%以上。SCR法採用尿素或NH3作為催化劑，最佳反應溫度在250°C~427°C之間，脫硝率達80%~90%。該技術優越性體現在：(1)除消耗氨氣外，不消耗其他化學藥品，無廢水、廢棄物等二次汙染;(2)具有很高的脫硝率( 可達95%以上) 和可靠性，運行和維護要求較低。但是該技術存在設備投資大，需預熱處理煙氣，催化劑昂貴且使用壽命短，同時存在氨洩漏、設備易腐蝕，易造成二次汙染等問題。

對於以上問題，對Wet-FGD+SCR技術記性改進，改良重點是HC-SCR及低溫SCR工藝。HC-SCR即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技術的氨洩漏、設備腐蝕等不足，並可減少副產物CO的生成。低溫SCR工藝就是控制反應溫度為150～250℃，克服了常規 SCR工藝中需預熱處理煙氣的缺點，降低了運行費用。目前開發的CuO/活性炭催化劑在125～250℃時脫硝率可達90%，V2O5/活性炭催化劑在150～250℃時脫硝率可達92%，且抗SO2中毒能力強，在1.4中會詳細介紹

1.2氯酸氧化(Tri NOx-NOxSorb)同時脫硫脫硝技術

氯酸氧化是一種溼式處理工藝，採用氧化吸收塔和鹼式吸收塔兩段進行處理。氧化吸收塔是用氧化劑HClO3來氧化SO2、NO和有毒金屬;鹼式吸收塔作為後續處理工藝，採用Na2S及NaOH作為吸收劑，吸收殘餘氣體。該工藝實現了在同一套設備中同時脫硫脫硝的目的，脫除率可達到95%以上，並且不存在催化劑失活、催化能力下降等問題。其反應機理[1]可以表示為：

3NO + 6HClO + 5H2O→6HCl + 3NO2 + 10HNO3 (1)

6SO2 + 2HClO3 + 6H2O→6H2SO4 + 2HCl (2)

本工藝的的優越性體現在：(1)採用HClO3能很好地吸收NO;(2)脫除率較高，是因為HClO3與NO、SO2發生反應生成了ClO2，而ClO2作為反應中間體起到了極大的作用;(3)HClO3氧化法對入口煙氣負荷的適應能力強;(4) 操作溫度低，可以在常溫下進行;( 5) 對NOX、SO2和有毒金屬有較高的脫除率。但同時存在著：氯酸不僅具有強氧化性，還具有強腐蝕性，會對設備造成腐蝕，儲運不便的缺點。

1.3乳化黃磷法脫硫脫硝工藝

美國勞倫斯伯克利國家實驗室開發提出：含有鹼的黃磷乳濁液能夠同時去除煙氣中的NOx 和SO2，因此命名該脫硫脫硝工藝為PhoSNOx 法。

含鹼的黃磷乳濁液噴射到含NOX 和SO2的煙氣中，然後與其逆流接觸，黃磷與煙氣中的氧氣反應產生臭氧(O3)和氧原子(O)，O3和O迅速將NO氧化成NO2，NO2溶解在溶液中並且轉化成NO2-和NO3-;SO2被轉化為HSO3-/ SO32-，其中一些與NO2反應產生HSO3˙/ SO3˙自由基，該自由基與煙氣中O2反應生成SO42- ，另一些HSO3-/ SO32- 與NO2反應形成N2S中間產物，這類中間產物水解最終產生(NH4) 2SO4和石膏。在鹼性物存在的條件下(如CaCO3 )，可以生成NO2- 和NO3-。[2]

乳化黃磷法脫硫脫硝工藝與氨催化還原法相比，具有流程簡單，投資少，操作費用低等優點，具有工業化的前景;該工藝可應用於火力發電廠煙道氣、硝酸廠尾氣、冶金工業廢氣以及其他含NOx 和SO2廢氣的控制，在原有煙道氣脫硫系統中，應用該技術無需增添其他設備，可同時去除NOx ;其最終產物為硝酸鹽、硫酸鹽和磷酸鹽，它們是有用的肥料，可以對其進行回收利用;控制吸收後溶液的pH值，可回收消耗的黃磷。

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