电厂烟气脱二氧化硫新工艺的研究

[摘  要]提出了以氨水为吸收剂，EPS为氧化催化剂的电厂烟气脱硫新工艺。研究了有关工艺参数对SO₂脱除率的影响。实验结果表明：该方法对SO₂的脱硫率达100％，并且脱硫后产物为(NH₄)₂SO₄可作为化肥使用。诚工艺具有脱硫效率高、工艺过程简单、脱硫反应条件温和以及无二次污染等特点。

  [关键词]EPS催化剂；烟气脱硫；SO₂；脱除率

1概  述

目前由于电厂烟气中SO₂对环境排放已成为主要的大气污染源，同时还使大量有用资源硫流失，因此世界各国都非常重视烟气脱硫净化的研究工作，亦开发了不少先进的烟气脱硫技术。在湿法脱硫工艺中，具代表性的工艺有“石灰石—石膏法”、“海水脱硫法”、“氧化镁烟气脱硫法”和“电子束法”^[1]。这些方法均已实现了工业化运作，但还存在着不少需要克服或者较难解决的问题，比如高的运行成本，脱硫副产物造成的二次污染的再处理等。正在开发的还有膜分离法、微生物法脱硫等。针对我国电厂脱硫所面临的实际问题，目前正在研究经济实用的脱硫方法，如(1)用氨水将SO₂转化为亚硫酸盐，由于亚硫酸盐不能作为最终产品出售，因此需要进一步加工处理。(2)双碱脱硫法，以NaOH为脱硫剂，Ca(OH)₂为吸收剂，将SO₂转化为CaSO₄，脱硫率仅为80％^[2]。(3)利用还原剂将SO₂转化为单质硫的技术^[3]，如改进的Claus法，在这种方法中，选择适宜的还原剂比较困难。如使用H₂S虽然价谦，但此种物质毒性大，恶臭，来源不方便，采用碳或一氧化碳为还原剂则存在脱硫温度高(500～850℃)及操作成本高等问题。(4)硫化碱法^[4]，该法采用工业级的硫化钠为原料吸收SO₂生成硫代硫酸钠，但存在反应复杂的问题。由此可见开发高效简便经济的烟气脱硫新技术与工艺具有极其重要的现实意义。

2  实验部分

2．1  新工艺脱硫原理

利用氨水首先将烟气中的SO₂转化为亚硫酸铵，所得的亚硫酸铵在EPS催化剂作用下全部转化为(NH₄)₂SO₄。

2．2实验原料及仪器

烟气模拟气体(组成  SO₂0．5％，O₂10％，CO₂15％，N₂74．5％，大连光明气体公司)；氨水(工业品)；催化剂EPS(长春东狮科技（集团）有限责任公司（原长春东狮科贸实业有限公司）)。

脱硫实验装置(自制)，烟气分析仪，pH计。

2．3实验分析方法

(1)脱硫后的气体中SO₂含量用烟气分析仪测定。

(2)吸收液中亚硫酸盐含量采用文献[5]给出的方法测定。

(3)脱硫率按下列公式计算：

2．4实验装置及实验过程

　自行设计的实验装置流程图(见图1)。

    图1  烟气脱硫实验装置流程图

1—空气钢瓶；2—模拟烟气钢瓶；3，4—减压阀；5，6—质量流量计；7—缓冲瓶；8—吸收瓶；9—恒温水浴；10—含有催化剂EPS的吸收液

实验过程：首先将一定量已知浓度的氨水和EPS催化剂装入吸收瓶内，按设计的流量向吸收瓶中同时通入SO₂的混合气体和空气，定期检测体系中pH值，使pH在4～6之间进行反应。分别对气相和液相取样进行分析。每次实验大约需10min完成。改变吸收液氨水的浓度、催化剂EPS浓度、吸收温度和烟气流量，观察脱硫效果。

3实验结果及讨论

3．1  氨水浓度对烟气SO₂脱硫率的影响

在EPS浓度为20×10^－6，吸收温度30℃，烟气流速200ml／min，反应时间10min，改变氨水浓度，确定其对烟气中SO₂脱除率的影响，实验结果见表1。

表1 氨水浓度对烟气SO₂脱硫率的影响

由表1所得数据可知，氨水浓度对脱硫率的影响不大，利用稀氨水做吸收剂可达到比较理想的脱硫效果，因此采用4％的氨水做吸收剂即可。

3．2  催化剂EPS浓度对烟气中SO₂脱除率的影响

在吸收温度30℃，烟气流速200ml／min，氨水浓度4％，通过改变EPS浓度确定其对SO₂脱除的教果，实验结果见表2。

由试验数据可知，EPS催化剂具有极强的氧化效果，只要使用20×10^－6的浓度就可达到理想的脱硫效果。

表2  催化剂EPS浓度对烟气中SO₂脱除率的影响

3．3  吸收量度对烟气SO₂脱除率的影响

在EPS为30×10^－6，4％氨水为吸收液，烟气流量200ml/min，改变吸收温度其对SO₂脱除率的影响列于表3中。

表3  吸收温度对烟气中SO₂脱除率的影响

由表３可知在吸收温度为30～45℃范围内，温度对脱硫率无影响。

3．4烟气流量对SO₂脱除摩的影响

在吸收温度40℃，EPS浓度30× 10^－6，4％氨水为吸收剂，改变烟气流量，考察其对SO₂脱除率的影响。实验结果列于表4。

表4  烟气流量对SO₂脱除率的影响

由表4中数据可知，烟气流速对SO₂脱除率有一定的影响，当烟气流速过大时，由于气体与吸收液的接触时间过短而造成吸收不完全。可以通过调整吸收掖的加入量(气液比)来实现。

3．5  关于催化剂的重复使用及脱硫产物的回收

EPS是一种高效的催化剂，经空气活化再生可重复使用。若由于其他原因造成脱硫率下降时，吸收不完全，可通过向吸收体系中适当补加EPS来改善脱硫状况。脱硫副产物为(NH₄)₂SO₄，当在吸收体系中达到一定浓度时，可从塔中排出送到回收装置回收其中的(NH₄)₂SO₄，母液可进行重复使用。有关实验正在进行中。

4  结  论

(1)本文提出了一种烟气脱硫新工艺。以氨水为吸收剂，EPS为氧化催化剂，将烟气中的SO₂转化为(NH₄)₂SO₄，实验证明此工艺简便可行，具有SO₂脱除率高的特点。

(2)实验探讨了影响SO₂脱除率的主要因素，确定了适宜的SO₂脱除工艺条件：吸收剂为4％氨水，吸收温度30～40℃．催化剂EPS浓度为30×10^－6，烟气流速<600ml／min，在此条件下SO₂脱除率可达100％。

(3)与现有脱硫工艺相比，该工艺具有过程简单、脱硫率高、脱硫工艺条件温和及无二次污染等特点。具有较大的工业推广应用的价值。

[参考文献]

[1]孙胜奇．中国钼业，2005．29(1)

[2]刘志勇．云南环境科学．2004．23：147-149

[3]王清海．环境保护，2003．4

[4]石林．中山大学学报论丛，1997．5

[5]王祥光，小氮肥厂脱硫技术，1992．249