碱性废水脱硫脱硝一体化技术浅析
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摘要：大气中的二氧化硫及氮氧化物对人类健康和生态环境造成了极大的危害,燃煤烟气是大气中二氧化硫及氮氧化物主要来源,我国是燃煤大国,因此燃煤烟气脱硫脱硝是控制二氧化硫和氮氧化物污染的重要途径之一。对于脱硫脱硝,国际上已经开发出一系列相应的技术,一部分已实现工业化应用,如一些高能电子活化氧化技术、DESONOX工艺、SNAP工艺以及活性炭工艺。但是目前采用的烟气脱硫脱硝技术都存在投资及运行费用高,占地面积大等问题严重制约脱硫脱硝措施的实施。随着环境保护要求的提高,发新的高效经济同时脱硫脱硝的新技术迫在眉目走。
中图分类号：C35文献标识码： A
一、我国对燃煤烟气的控制
1991年颁布的《燃煤电厂大气污染物排放标准》(GB13223-1991),是我国将燃煤电厂的大气污染物排放单独作为国家排故标准的开始,此后,排放标准根据当时的环境保护要环保技术及经济承载能力分别于1996年、2003年进行了两次修订。由于二氧化硫排放量远大于氮氧化物,长期以来,忽.略了对氮氧化.物的控制,电厂只进行脱硫处理,但随着经济的发展,能源消耗急剧增加,使“氮氧化物的排放量超过二氧化硫的排放量,再加上环境保护要求的提高,国家对S02和NO,、排放控制标准也在不断提高。因此2004年1月1日起我国颁布了《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223―2003),此标准的实施表明我国对NOx的控制已提升到了与S02控制同样重要的地位。
新颁布的《火电厂大气污染物排放标准》(GBn223 ―2011)对氮氧化合物排放浓度限值提出更为严格的要求,将氮氧化合物排放浓度限值由当前执行450mg/m3降到l00mg/m3，且自2014年7月1日起现有火力发电锅炉及燃气轮机组必须执行该排放标泄。因此,有必要开发新的烟气NOx脱除技术,使得烟气排放满足国家排放标准。
2.1氧化塔和碱式吸收塔两段工艺
火电厂应用广泛是湿法工艺,具有技术成熟、去除率高等优点,发展潜力很大。电厂烟气NOx中约90%的是NO气体,NO很难被碱液吸收,需要利用烟气中含有的氧,在催化剂或者其他外界因素下,将烟气中部分NO氧化为NO2,NO的氧化度达到50%-60%,最后用碱液同时吸收烟气中的SO2和NOx,从而实现同步脱硫脱硝。此氧化过程可以通过很多方式实现,低温等离子体、光催化氧化、臭氧注射等。由于NO催化氧化技术具有较高的经济价值,所以受到了研究学者的关注,选择性催化氧化工艺也在广泛应用中,所以寻找高性能的催化剂成为了研究的重点。当前SCO工艺中所用的催化剂主要有:γ-Al203等负载过渡金属氧化物、负载型贵金属催化剂、活性炭、分子筛等。
(1)过渡金属氧化物
过渡金属氧化物负载型的催化剂主要是利用其氧化性、热稳定性及对氮氧化物的吸附性,通过氧化方法使NO转变为N02?过渡金属氧化物有比较低的成本,用一定的技术也可以将两种以上的过渡金属氧化物复合成复杂氧化物,通过这种方法可以提高催化剂的稳定性,同时能够提高它的耐高温和抗腐蚀性。
(2)负载型贵金属催化剂
实验研究表明贵金属Pt的氧化性很强,也具有耐高温,耐腐蚀,抗氧化的优良性能,因此应用很广泛,此外“姥”也因为其显着优点得到研究。
(3)活性炭
活性炭的价格低廉,耐酸碱腐蚀,有很大的比表面积和很好的孔隙结构,所以在环境治理方面有很好的应用。工业尾气净化和空气净化中的应用很多。
(4)分子筛催化剂
用分子筛催化剂对氮氧化物进行处理的方法正处于前期的研究中,尚未达到成熟。分子筛在高温的情况下会对氮氧化物表现出很好的吸附性及抗硫性。由于排放的烟气中含有二氧化硫,所以具有很好的抗硫性能丝光沸石是很好的分子筛载体。
2.2电子束工艺
电子束烟气处理也是可行的烟气处理技术,它能够处理混合污染气体,同时去除NOx和S02。20世纪70年展起了电子束照射法,电子的能量极高达800keV-lMeV,该方法是利用高能量电子束照射烟气,使烟气中的SOz、NOx转化为(NHOjSCXt、NH4N03从而达到烟气净化的目的。电子束工艺对烟气的适应性比较好,且副产物硫酸铵和硝酸铵可以用作化肥,无二次污染。电子束法可以降低烟气净化过程中氧化反应所需的能量,研究表明该过程中NOx和S02的去除率很高,分别是95%和85%.九十年代我国建立了第一套动态处理模拟电厂排烟的电子束脱硫脱硝装置,该装置具有四袋圆筒型布袋收集器用来收集副产物,收集器置于70X:恒温箱中,能够保证烟气中的水分温度下降凝结。
2.3生物法
生物处理系统已经成功应用于处理腥臭气味和挥发性有机物(VOC),将污染气体通过生物活性材料进行处理,生物活性材料可以是土壤或堆肥,净化工程依赖于反硝化生物体的活性。有调查表明:用土壤细菌过滤去除氮氧化物效果很明显,NO的去除率可以达到约90%。采用轻质陶粒生物滴滤塔处理燃煤烟气中的S02和NOx生物法具有效率高,脱硫脱硝一体化设备简单,易操作,运行费用低等优点。
2.4脉冲电晕法
脉冲电晕技术成本较低,并且没有二次污染,十九世纪八十年代脉冲电晕首先应用于研究烟气中SO2的脱除^继而国内学者研究了正脉冲电晕对SO2和NOx的脱除。脉冲电晕法的原理是利用两极板上的高电压使电极附近气体介质被周部击穿产生放电,进而获得非热平衡等离子体,然后利用这些等离子体内存在的大量高能活性离子促使难以进行的化学反应进行。
2.5亚氯酸钠溶液
NaC1O2/NaOH溶液最初被外国学者应用于NO的脱除试验,经过近四十多年的发展,己经在脱硫脱硝一体化工艺中收到关注。九十年代外国学者利用填料柱在温度25'C,压力l0lKpa下,做了脱除SO2和NOx的试验,NO的脱出率可以达80%。随着研究深入化,华北电力大学赵毅[15^NaC102/Na0H溶液反应的热力学做了试验研究,推导出了反应的化学方程式为:2SO2 (g)+NaC1O2 (aq)+2H2O (l)―2H2SO4 (aq)+NaCl(aq) ; 4NO (g)+3NaClO2 (aq)+2H2O (1)->4HNO3 (aq)+3NaCl (aq)并利用热力学原理计算了NaCl02/NaOH溶液脱除SO2和NOx的化学反应平衡常数,证明了同时脱硫脱硝反应的可行性,从理论上计算出反应可以百分之百脱除。
2.6其他方法
美国能源部清洁煤示范项目湿式洗涤并脱硝工艺中,烟气先经过SCR反应器,NOx催化还原为N2,然后烟气进入改质器中S02被催化氧化为SO3,再经过进一步的凝结等步骤,可以得到市面上的浓硫酸。尿素和和添加剂使用能同时去SO2和NOx,此工艺要求PH5-9,对设备腐蚀小,吸收液经过处理后能的到硫酸铵作化肥使用。
结束语
目前,脱硫技术比较成熟,应用也比较广泛。随着“十二五”节能减排综合性工作方案的提出,电厂按照要求开始增设脱硝工程,由于起步晚,脱技术尚未成熟,还处于推广阶段。按照环保要求大气污染控制越来越严格,因此必须加强电厂脱硫脱销工艺的研究开发,发展脱硫脱硝一体化工艺。在国内脱硫脱硝一体化工艺尚未完善,存在诸多问题,如成本、能耗、二次污染等。但是脱硫脱销一体化技术仍然是烟气净化方面发展趋势和学者研究的热点。
参考文献
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