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西方之星(北京)科技有限公司

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脱硫脱硝技术篇-活性焦干法

活性焦干法脱硫脱硝技术

活性焦干法脱硫脱硝技术是干法烟气净化技术。能够有效脱除烟气中的SO2、NOx及汞等重金属,适用范围广、烟气处理量大,适用于低、中、高电站锅炉烟气治理,工业炉窑以及化工、冶金等行业焙烧、烧结产生的各种废气处理。

Catalon技术优势

1、活性焦作用

活性焦是以煤为原料制造而成的一种新型炭材料,属于一种特殊的活性炭。目前工业适用的活性焦为直径9mm的圆柱活性焦。

活性焦是一种优良的吸附剂,可在工业锅炉烟气排放窗口温度内(120℃-180℃)将SO2、SO3吸附脱除,而不需对烟气进行加热;同时,活性焦也是一种优良的催化剂,它可在加入还原剂NH3的条件下将NO催化还原成N2和H2O;此外,活性焦还可以吸附脱除烟气中的汞等重金属。因此,活性焦是活性焦烟气脱硫技术的核心部分,其性能水平直接影响烟气净化效果。

今年来日、德、美等国和我国的煤炭科学研究总院相继开发出了综合强度高、比表面积较大的活性焦,取得了较好的效果。

2、活性焦烟气净化技术的原理

(1)活性焦烟气净化原理

根据活性焦的吸附特性和催化特性,烟气中SO2、O2及水蒸气分别吸附在活性焦表面,经过表面反应生成H2SO4吸附在活性焦的微孔中,从而达到烟气脱硫的效果。

2SO2+O2+2H20-2H2SO4

活性焦脱硝主要利用活性焦的催化性能进行选择性催化还原(SCR)反应,在还原剂(NH3)的作用下将NO还原为N2。

4NO+4NH3+O2-4N2+6H20

2NO2+4NH3+O2-3N2+6H2O

活性焦脱除汞等重金属则主要是利用活性焦的吸附性能吸附脱除。

(2)活性焦再生机理

将吸附SO2饱和的活性焦加热到400℃-500℃,蓄积在活性焦中的硫酸或硫酸盐分解脱附,产生的主要分解物是SO2、N2、CO2、H2O,其物理形态为高浓度SO2的气体。主要反应是硫酸与活性焦反应:

2H2SO4+C-2SO4+CO2+2H2O

再生反应能够恢复活性焦的活性,国内外的应用实践已经证实了这一点。活性焦经过再生循环使用后,其吸附和催化能力不但不会降低,还会得到提高。

(3)副产物转化的途径

活性焦再生所产生的高浓度SO2气体,其SO2体积浓度达到20%-30%,高于现有硫酸生产中采用硫磺、硫铁矿燃烧所产生的SO2气体浓度,可以用来产生浓硫酸、稀硫酸(70%)、硫磺、液态二氧化硫、亚硫酸铵、亚硫酸钠、食用糖精等等,这些产品的生产工艺在化工系统已经有多年的成功运行经验,可以直接进行工业应用。我国硫资源缺乏,据统计2009年我国进口硫磺1213.7万吨,而国内生产产量仅为165万吨,活性焦干法脱硫技术不但可以解决脱硫抛弃法所存在的二次污染问题,也可以改善我国硫磺矿藏贫乏需要大量进口硫磺的局面。

3、活性焦烟气净化技术的工艺

活性焦联合脱硫脱硝工艺主要由吸附、再生(解吸)和硫回收三部分组成,由于其中硫回收部分由于已经发展非常成熟,因此关于活性焦联合脱硫脱硝工艺的介绍一般的只考虑吸附,再生两部分。

目前占主流的工艺流程图见图1,该工艺采用移动床吸附加热再生法。移动床由上下两段组成,反应温度为120-180℃。活性焦在重力的作用下,由移动床上段至下段移动,烟气由下而上流过,在扭向移动中烟气中的SO2先由活性焦吸附脱除。烟气流经上段时向塔内注入NH3,NH3与NOX在活性焦催化还原作用下生成N2。吸附饱和的活性焦由吸收塔的地步送入再生反应器进行再生。再生反应器也为移动床反应器,用蒸汽或热风炉尾气以间接加热的形式把吸附过SO2的活性焦加热到300℃-500℃,使活性焦得到再生。再生反应器内的活性焦从上往下移动,停留一段时间后排出反应器,再经筛分送回活性焦脱硫反应器循环使用;再生产生的高浓度SO2气体用高温离心机抽出,用于生产硫酸或其他化工产品。此套装置在一定的工艺条件下,脱硫效率可达95%以上,脱硝效率可达70%以上,硫回收率可达90%。

2001年,煤炭科学研究总院与国内其他单位联合承担国家863项目,研制出高性能、低生产成本的活性炭焦产品,并于2005年在贵州建成了20万Nm3/h的工业示范装置,采用错流式移动床工艺,脱硫效率达到了95%以上。依托课题成果,煤科总院在我国实现了活性焦干法脱硫技术及脱硫专用活性焦生产的产业化。目前已开发的工业脱硫装置最大烟气处理能力为45万Nm3/h,并在贵州、江西等地建成工业装置10套(详见表1)。在国内所有已建、在建的活性焦干法烟气脱硫工业装置中,仅1套采用日本技术,其余均采用煤科总院技术。

与湿法烟气脱硫工艺相比,活性焦干法脱硫工艺具有多方面的特点:

  • 具有优异的环保性能,脱硫效率可达95%以上,脱硫效率可达70%以上,附带除尘效率达70%以上。
  • 脱离过程基本不消耗水,适用于水资源缺乏地区。
  • 装置一体化布置,模块化设计,占地面积小,改造系数低,满足各种规模工程组合要求。
  • 烟气脱硫反应在120℃-160℃进行,脱硫后烟气排放温度120℃以上,不需增加烟气再热系统。
  • 脱硫剂活性焦来源广泛,资源回收,副产品便于综合利用。
  • 无废水、废渣、废气等二次污染产生。
  • 工况适应性强,能适应锅炉负荷和煤种的变化。
  • 低运行费用,维护方便,系统能耗低,用电量占发电量的比例<1%。
 

 

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