探究烟气脱硫脱硝的进展

【摘 要】《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011）排放标准实施后，电厂的烟气排放基本都需要脱硫脱硝。现在多采用钙基化合物与SO2生成石膏处理烟气，该工艺不能充分利用产物和同时脱硫脱硝；脱硝采用SCR工艺。本文讲述炭基材料、金属氧化物和稀土元素作为催化剂在脱硫脱硝中的应用。

【关键词】脱硫脱硝；炭基材料；金属氧化物；稀土催化剂

大气污染物烟尘造成雾霾等，SO2，SO3 ，NO2等是造成酸雨的主要原因，因此脱硫脱硝是控制大气污染的必要措施。从除尘到脱硫脱硝体现了人们不断的重视污染物的问题。不同国家对煤气污染物的控制水平不同。发达国家在20世纪六七十年代开始开发并将脱硫技术应用在燃煤电厂锅炉。当今主流技术的核心均为钙基化合物与SO2生成石膏。该工艺成熟，但不能完全利用石膏从而造成二次污染，脱硫后温度低不利于排烟，不能同时脱出其它污染物，且耗水量大。烟气脱硝应用较多的选择性催化还原法（SCR），而选择性非催化还原法（SNCR）脱硝效率并不高，难以满足现行排放标准。SCR达到90%以上的效率，是发达国家目前采用的主要方法。各国随着烟气脱硫脱硝的技术的发展，都展开了研究工作用高性能石灰石/石灰烟气脱硫系统（FGD）脱SO2和用SCR脱NOX，这个工业化SO2/NOX联合脱出工艺可脱除90%以上SO2和80%以上的NOX。SCR为干式工艺，FGD是湿式工艺。

1 炭基材料在脱硫脱硝上的应用

国内外许多实验证明炭基材料（活性炭，性焦，碳纤维）是最有潜力的低温干法脱硫吸附催化剂。活性炭的吸附性质是应用在脱硫脱硝中的首要性质。由于活性炭含有像石墨晶粒却无规则地排列的微晶。微晶被活化之后会产生大小形状都不一样的微孔。这些微孔的体积虽然只有0.25～0.90mL/g，但是微孔的个数达到1020个/g，足以大大扩大它的表面积，这些微孔的表面积大致是500～1500m2/g，BET法测出来的也有3500～5000 m2/g的。微孔中包含了活性炭几乎95%以上的表面积，因此，除了有些大分子进不了外，活性炭吸附性能的高低主要取决于微孔。

1.1活性炭脱硫原理

活性炭对SO2的吸附有物理和化学吸附，吸附量较小的物理吸附在烟气中无水蒸气和氧气存在时发生。在烟气中存在足量水蒸汽和O2的条件下，活性炭法烟气脱硫中化学吸附和物理吸附是同时存在的，先发生了物理吸附后，再在有水和O2存在时将吸附到活性炭表面的SO2催化氧化为H2SO4，所以吸附SO2的量增大。一直以来，人们应用化学反应式：

SO2+1/2O2+H2OH2SO4

将化学反应的全部过程描述出来。

如下的反应：

NO+NO2+2NH32N2+3H2O

是用活性炭吸附NOX的NH3选择性催化还原法。由此反应是可以看出它的原理是降低NOX与NH3的反应活化能，从而使NH3的利用效率有所提高。在高温下利用炭与NOX反应生成CO2和N2是炽热炭还原法。该工艺不用催化剂，固体炭质廉价，来源广泛，反应生成的热量可以回收利用的优点。吸附剂使用量较多而导致占用了吸附器很多的体积，这是因为活性炭法烟气脱硫技术的问题就是活性炭的吸附容量并不是无限的。减小占地面积不但会使气流速度过高，并且需要增加床层厚度又会产生过大的流动阻力。通过数据分析可以得出，活性炭用浓H2SO4处理比用硝酸改性后，在表面产生了更多的酸性含氧基团，-OH和苯环上的羟基同时也增加了。具有活性的活性炭表面会因其作用的增强而增加。浓H2SO4能使与其微孔内壁发生反应，对活性炭起到了扩大孔洞的作用。这会比原来的孔大出许多。

1.2在烟气脱硫脱硝中对活性焦的应用

活性焦具有耐压大、耐磨损强、耐冲击大，比表面积发达和孔的结构丰富的优点。活性焦比活性炭具有更高的机械强度和燃点，更有利于应用在移动床工艺。它的脱硫脱硝的方法跟活性炭相似，活性焦脱硫是在SO2在焦表面的 催化氧化和吸附的基础上的。在有O2和H2O时，SO2吸附及氧化的活性中心是活性焦表面的某些含氧络合物基团，而其大小形状多样的孔结构和强大的比表能提高分子传递效率。更重要的是为反应产生所需的质子，与能激发SO2的还原性。采用加热再生可以吸附饱和的活性焦，高温条件下，活性焦与其表面的稀H2SO4发生下列化学反应，释放出SO2。

2金属氧化物/载体催化剂应用于烟气脱硫脱硝

现在的脱硫脱硝技术不会仅仅只是用碳基材料，因为经过许多实验发现经过改性后可以提高脱硫脱硝的效率。以金属氧化物作为催化剂在烟气的脱硫脱硝中的应用能取得显著效果。

2.1钒的氧化物用于脱硫脱硝

V2O5可以催化氧化SO2并且吸附氧化NH3，从而使得中间产物更快地生成，所以在碳基材料的催化剂上添加一定量的V2O5可以提高活性焦的硫活性。另外，这种催化剂有很大的比表面积，比较高的温度下加入V2O5可以使它的催化效率大大提高。所以钒的氧化物应用在脱硫脱硝当中可以取得较好的效果。

2.2铜的氧化物用于脱硫脱硝

在脱除烟气中SOX和NO的时候，CEO可以提高它的活性。CEO联合脱硫脱氮法，它的脱硫原理是用在γ-Al2O载体3上负载的CEO与SO2和O2反应生成CuSO4。当有NH3和O2的时候，CEO、CuSO4又可以催化剂的形式存在将NOX还原为N2。当吸收剂对SO2的吸收量达到最大时，可用CH4、H2等还原使其再生获得浓度较高的SO2和Cu，SO2经回收变成H2SO4、硫磺和液体SO2等，Cu与游离的O2会生成CEO循环使用。CEO可以在300～500℃时吸附SO2生成CuSO4能达到很好的效果，同时CEO和CuSO4都可以作为催化剂应用在SCR反应的，因此CEO能够被用在脱硫脱氮一体化技术。此项工艺无废弃物产生，不会造成二次污染。因此，可以说CEO同时去除SO2/NOX法体现了烟气污染的治理趋势，是一种很有前景的技术。

3烟气脱硫脱硝的未来发展

我们发展烟气脱硫脱硝技术的主要目的是考虑到我国目前的空气环境污染严重，环境因素将制约未来的发展空间。因此，着力发展烟气脱硫脱硝技术，探究更为高效和低成本的技术，为我国的环境保护建设作出贡献。

参考文献：

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