脱硫脱硝 聊聊：吸附法烟气脱硫分类

① 活性炭纤维(ACF)吸附法烟气脱硫


　　ACF是20世纪70年代发展的一种新型高效吸附材料,是用天然纤维或人造纤维经过碳化、活化制成,主要成分为C元素。ACF具有较大比表面积、吸附脱附速度快、微孔孔径小、孔径分布窄、吸附容量大等特点,室温下可将烟气中SO2连续不断地脱除,而无碳的损失。ACF对SO2吸附量很大,ACF的内外扩散阻力比普通粒状活性炭(GAC)小4个数量级左右,故ACF对SO2表现出非常迅速的吸附-脱附特性。在相同条件下,ACF对模拟烟气中的SO2的平衡吸附量比活性炭大5—6倍,烟气中SO2的空速(当SO2的转化率>90%)比GAC(转化率>70%)大6倍[14]。较高的含氮量是ACF呈现高脱硫活性的重要因素。由油页岩制备的ACF脱硫活性明显高于煤焦油沥青ACF。聚苯烯腈活性炭纤维(PAN2ACF)可连续不断地将SO2吸附、氧化、水合为硫酸,显出较大的脱硫活性[15]。用金属硝酸盐处理和表面引入金属氧化物能使PAN2ACF含氮量增加,脱硫能力增强[16]。在900—1100℃热处理可增强PAN2ACF对SO2和O2的吸附作用,加速SO2的氧化,提高脱除烟气中SO2的能力[17]。

　　杨崇豪等[18]以420t/h电锅炉为对象,选用PAN2ACF作SO2的吸附剂,提出了烟气脱硫工艺方案。此工艺分2个阶段。(1)烟气中的SO2在活性炭(焦)纤维的微孔表面上吸附、富集,与烟气中的过剩空气发生氧化反应,生成SO3;(2)用水对吸附饱和的炭纤维淋洗,生产稀硫酸。工艺流程如图2所示。 此工艺的优点是用PAN2ACF吸附富集SO2, 对于处理含低浓度SO2的烟气,与石灰脱硫工艺相比,SO2与水保持着较高的反应几率,脱硫效率高,能处理低浓度SO2的烟道气。脱硫工艺设备布置在电除尘器的后侧,保护ACF吸收塔的运行,在三级电除尘后设了一级不锈钢筛网除尘器,降低排放烟气中悬浮的颗粒物。
0 d" s& j  Y8 s) U' Q
　　② 沸石吸附法烟气脱硫

7 k1 W( g+ b' ?6 _! H: O& H　　沸石是一种具有很高吸附性能的微孔物质,可 吸收浓度较低的物质,对侵蚀性气体(SO2、H2S、NH3和NO)等表现出良好的吸附能力。高硅类沸石在热和在酸性环境比活性炭(焦)稳定性好,在350℃下,它主要以物理法吸附烟气中的SO2,当温度高于500℃,化学吸附起主要作用[19]。沸石中以丝光和斜法的最好。但它们的比表面积并不是最大,对SO2的静吸附容量比活性炭高,可用热空气再生[20]。丝光沸石吸附SO2 的容量在开始的5— 10循环内降低30%,然后保持稳定。对天然沸石用NaCl的酸液处理或同NH+4进行离子交换等改性处 理,能提高天然沸石对酸性气体的吸附。在20世纪70年代中期,美国将天然沸石改性制得脱硫剂,在俄亥俄州利根市铜冶炼厂建立了净化装置,整个流程由吸附、解吸再生和冷却构成,在450℃下含氧气体吹洗再生脱硫剂。

　　③ 氧化铝吸附法烟气脱硫
+ W: B# Y( o* b5 W+ G6 L  O
  X+ v% \5 a2 `9 y　　在氧化铝表面负载Cu、Ru和Re作吸附剂能脱除烟气中SO2和NOx。在粒状氧化铝表面负载CuO能脱除烟气中95%—98%的SO2。如将其制成溶胶能增大比表面积、机械强度,其脱硫能力能提高2—3倍,在400—500℃温度下,用H2和CH4再生后能反复使用
' z/ j+ }! O/ K; X" r
4 C" }2 h  [7 L& C+ ^2 }　　④ 吸附树脂吸附法烟气脱硫
: J: s- Z. v! X7 Q1 P4 {8 ?8 U
　　大孔弱碱性树脂对烟气中SO2具有一定的吸附能力,具有物理吸附的特征,孔扩散为速度控制步骤,随温度的升高对SO2的吸附量迅速下降。大孔弱碱性树脂脱除烟气中SO2时,吸附速度慢,如 AmberlystA221吸附50%—60%饱和吸附量的SO2 需1个多小时,达到完全吸附平衡需1个多星期。DowexMWA21能吸附烟气中的SO2、NOx和CO2,在固定床吸附过程中对烟气起浓缩作用,在相同条件下,对SO2的吸附量只有活性炭的5%,但再生能耗低,在变温吸附过程中使用,排出气温度低。因再生过程中产生的废气需进一步处理,限制了其在工业上的应用[23]。聚合苯乙烯树脂XUS243436有较大的比表面积(1400m2/g)、发达的孔结构,在26℃下,2min左右吸附SO2达饱和,吸附容量为55mg/g,用NO处理XUS243436树脂,能增强其对SO2的吸附能力
2 E6 S$ W- P3 k+ W# s' k; ~
　　⑤变压吸附(PSA)法烟气脱硫

/ l" q* v) b$ {& _　　PSA过程于1958年开发,其既有固定床吸附 的优点,又是一种循环过程,已广泛应用于气体分离工业。Kikkinides等[25]用等温和绝热模型分析并论证了PSA过程去除烟气中SO2、NOx及在解吸气中浓缩SO2的可行性。用两塔Skarstrom循环吸附模拟烟气中的SO2,以聚合树脂XUS240323作吸附剂,解吸气中SO2的浓度达7%,采用多塔5步循环,SO2的解吸浓度达9%,脱硫效率在90%以上。如只需脱硫,采用两塔Skarstrom循环就能达到目的。PSA脱硫过程中,吹扫量与进料量之比(P/F)是影响脱硫效率的关键因素,脱硫效率随P/F值的增大而增大,当达到一定值后趋于稳定,不随P/F值而变化,而解吸气中SO2的浓度存在一个最大值。循环数次数越多,脱硫效果越好,但床层利用率低,一般采用4循环即可达到脱硫目的。此外,高低压力比也影响脱硫效率。日本专利[26]报道:用变压吸附塔以ZSM25沸石作吸附剂能去除硫酸厂、燃料 厂等烟气中SO2,吸附温度为130—150℃,压力为1atm,此法能降低能耗和设备费用。除此以外,一些新型的脱硫吸附剂不断被开发。曹爱丽等[27]研制了一种新型的聚合吸附剂。以丙烯腈、苯乙烯为共聚单体,二乙烯基苯为交联剂制得高分子吸附剂,机械强度是活性炭的7倍,能很好地 吸附SO2气体。陈银飞等[28]在实验室合成了一种层状微孔结构的粘土材料(layereddoublehydrox2 ides,LDH)。在500—750℃温度范围内,LDH对SO2具有很好的选择性。在930℃高温下再生,此吸附剂仍保持较高的吸附速率和吸附容量。

　　目前,我国烟气脱硫方法主要采用湿法脱硫,多数净化设备脱硫效率低,副产品难于利用,易造成水质和土壤二次污染。未来我国烟气脱硫的方向是,从经济、环境和技术的角度综合考虑。在吸附法烟气脱硫中,虽然活性炭吸附法烟气脱硫技术成熟,但价格较高,限制了其推广使用。其他吸附剂烟气脱硫大多数停留在实验室研究阶段,离工业化还有一段距离,有待于深入的研究。如果能合成一种理想的脱硫吸附剂,同时大量吸附烟气中的SO2、氮氧化物、二氧化碳等酸性气体,吸附剂易于再生,产品以 高浓度SO2形式回收烟气中低浓度SO2,不失为解 决烟气脱硫这一难题的有效途径。