可資源化煙氣脫硫技術(shù)研究概況

孫志國,謝洪勇,梁尚云,周育琦,王紫琪

(上海第二工業(yè)大學(xué)城市建設(shè)與環(huán)境工程學(xué)院,上海201209)

可資源化煙氣脫硫技術(shù)研究概況

孫志國,謝洪勇,梁尚云,周育琦,王紫琪

(上海第二工業(yè)大學(xué)城市建設(shè)與環(huán)境工程學(xué)院,上海201209)

煙氣脫硫是治理燃煤煙氣中SO2的有效方法。現(xiàn)行的脫硫工藝所產(chǎn)生的大量廢棄物,容易造成二次污染。可資源化的煙氣脫硫技術(shù)能回收煙氣中的SO2使之變?yōu)楹蚋碑a(chǎn)品,有望解決脫硫副產(chǎn)品的處理難題。綜述了目前國內(nèi)外開發(fā)的可資源化煙氣脫硫技術(shù),闡述了各自的脫硫機(jī)理、工藝流程和主要優(yōu)缺點(diǎn)。最后結(jié)合我國國情,對可資源化脫硫技術(shù)進(jìn)行了展望。

煙氣脫硫;可資源化技術(shù);二氧化硫

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展,近年來燃煤煙氣中二氧化硫(SO2)的排放量劇增(如圖1),污染大氣、形成酸雨、危害生態(tài)環(huán)境和人類健康,其占大氣污染所造成的總GDP損失的55%左右[1-2]。所以,如何經(jīng)濟(jì)有效地治理煙氣中的SO2,已成為科學(xué)研究的前沿[3-4]。

圖1 中國近年SO2的總排放量[5]Fig.1 Total SO2emission in china

目前的SO2控制技術(shù)歸納起來可分為三大類:(1)燃燒前脫硫,如選煤等[6-7];(2)燃燒中脫(固)硫,如工業(yè)型煤固硫、動(dòng)力配煤加固硫劑固硫、爐內(nèi)噴鈣、循環(huán)流化床鍋爐燃燒等;(3)燃燒后脫硫,即煙氣脫硫(FGD)。煙氣脫硫是目前控制燃煤電廠SO2氣體排放最有效的技術(shù),是目前世界上唯一大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用的脫硫技術(shù)。美國、德國、日本從20世紀(jì)20年代開始對各種煙氣脫硫進(jìn)行了研究,尤其是60年代后期以來,煙氣脫硫技術(shù)發(fā)展迅速。迄今為止世界已發(fā)展和建立的脫硫方法已達(dá)200多種。按照脫硫劑以及脫硫反應(yīng)產(chǎn)物的狀態(tài),煙氣脫硫可分為濕法、干法及半干法三大類[8-13],其各自的特點(diǎn)如表1。

表1 三類煙氣脫硫技術(shù)的主要特點(diǎn)[11]Tab.1 Characteristic of three FGD technologies

在我國電廠已投運(yùn)的脫硫裝置中,絕大部分采用的是濕式石灰石/石灰-石膏法工藝,因此每年產(chǎn)生了大量的脫硫石膏,由于脫硫石膏的運(yùn)輸、干燥、改性、應(yīng)用等技術(shù)性難題,部分石膏采用了填埋或堆放等處理方式,浪費(fèi)了大量寶貴的硫資源,并有可能產(chǎn)生“二次污染”。而我國進(jìn)口硫(硫磺)已超過全國硫資源使用量的50%,消耗了大量外匯,不符合我國“加快建設(shè)資源節(jié)約型社會(huì)、推動(dòng)循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展”的要求[13]。

各種硫資源都要通過不同的途徑將其大部分轉(zhuǎn)化成硫酸后才能被廣泛地應(yīng)用。目前,我國已取代美國成為世界上最大的硫酸消費(fèi)國,每年均以10%以上的速度遞增。到2010年,硫酸年表觀消費(fèi)量達(dá)5 500萬噸。為彌補(bǔ)硫資源的不足,我國每年都要進(jìn)口大量的硫磺和硫酸,不但花費(fèi)了大量外匯,而且資源結(jié)構(gòu)勢必會(huì)降低硫酸行業(yè)抵御市場風(fēng)險(xiǎn)的能力,進(jìn)而影響整個(gè)硫酸產(chǎn)業(yè)及其相關(guān)行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。2003年,全國廢氣中SO2排放總量為2 158.7萬噸,這與全國生產(chǎn)硫酸所消耗總的硫資源量基本持平。將煤炭燃燒中視為廢物、每年向大氣排放約2 000萬噸的SO2回收,進(jìn)行資源綜合利用,并轉(zhuǎn)變?yōu)樯唐?轉(zhuǎn)化為不同種類的化工產(chǎn)品,這樣的SO2綜合治理方法是符合我國缺少硫資源國情的最佳方法[12,14-15]。

目前符合這一要求的脫硫技術(shù)主要有石灰石/石灰法、氨肥法、雙堿法、磷銨肥法、鎂法脫硫聯(lián)產(chǎn)硫酸鎂肥法、檸檬酸鈉吸附解析法、再生胺吸附解析法、生物法等。此類技術(shù)是以后煙氣脫硫技術(shù)的一個(gè)發(fā)展趨勢[12]。以下將對這些可回收硫資源的煙氣脫硫技術(shù)進(jìn)行闡述。

1 可資源化煙氣脫硫技術(shù)研究現(xiàn)狀

1.1 石灰石/石灰-石膏法

該技術(shù)采用石灰石-石灰漿液作為洗滌劑,在反應(yīng)塔(吸收塔)中對煙氣進(jìn)行洗滌,從而除去煙氣中的SO2。主要工藝流程見圖2:煙氣經(jīng)除塵器除去粉塵后進(jìn)入吸收塔,從塔底向上流動(dòng),石灰石或石灰漿液從塔頂向下噴淋,煙氣中的SO2與吸收劑充分接觸反應(yīng),生成亞硫酸鈣和硫酸鈣沉淀物,落入沉淀池。潔凈煙氣通過換熱器加熱后經(jīng)煙囪排向大氣。循環(huán)氧化槽中鼓入空氣,使亞硫酸鈣充分氧化生成石膏,氧化率高達(dá)99%。這樣,脫硫副產(chǎn)品是石膏,可以回收利用。這種工藝技術(shù)成熟,脫硫效率高(90%～98%),應(yīng)用機(jī)組容量大,煤種適應(yīng)性強(qiáng),性能可靠,吸收劑資源豐富、價(jià)格低廉,副產(chǎn)品易回收;但初投資和運(yùn)行費(fèi)用較高,耗水量大,占地面積比其它工藝的要大,現(xiàn)有電廠在沒有預(yù)留脫硫場地的情況下采用這種工藝有一定的難度。這種工藝在美國、日本和德國應(yīng)用較多,是目前世界上應(yīng)用最多、技術(shù)最為成熟的一種脫硫工藝,世界市場份額約占90%。我國重慶珞璜電廠從日本三菱重工引進(jìn)的兩套石灰石-石膏法煙氣脫硫設(shè)備,配備兩臺(tái)容量為360 MW發(fā)電機(jī)組,脫硫效率為95%,年副產(chǎn)品石膏約40萬噸;重慶電廠2×200 MW、半山電廠2×125 MW等脫硫工程,均采用的是石灰石-石膏濕法脫硫工藝[16-20]。

石灰石/石灰-石膏法產(chǎn)生了大量的煙氣脫硫副產(chǎn)物——脫硫石膏。此副產(chǎn)物主要是CaSO4和CaSO3的混合物,性質(zhì)與天然石膏相似,并含有豐富的Ca、S、B、Mo、Si等植物所必需或有益的礦質(zhì)營養(yǎng)[21]。若這些副產(chǎn)物處置不當(dāng),不僅浪費(fèi)了大量可利用的礦物質(zhì)營養(yǎng)資源,而且也易引起二次污染和土地占用問題。因此,應(yīng)尋求煙氣脫硫石膏的綜合利用途徑,實(shí)現(xiàn)廢物的資源化利用。目前,脫硫石膏的工業(yè)利用途徑主要是在建筑材料業(yè)中生產(chǎn)建筑石膏、粉刷石膏、水泥緩凝劑、自流平石膏砂漿、路基回填材料、石膏砌塊和充填尾砂膠結(jié)劑等。日本、德國是世界上脫硫石膏的主要生產(chǎn)國和利用國,脫硫石膏利用率高達(dá)80%～90%[22]。另外,S是排在N、P、K之后的第四種植物營養(yǎng)元素,脫硫石膏在農(nóng)業(yè)上可用作土壤的肥料;含S肥料除提供作物養(yǎng)分之外,還可以調(diào)整土壤的堿性和鹽性(土壤含過多的NaCl和碳酸鹽),促進(jìn)農(nóng)業(yè)增產(chǎn)。

圖2 石灰石-石膏濕法煙氣脫硫裝置流程圖[16]Fig.2 Schematic diagram of limestone/gypsum WFGD process

1.2 氨肥法

用氨作SO2的吸收劑,與其它堿類相比,主要優(yōu)點(diǎn)是脫硫劑利用率高和脫硫效率高,且吸收劑可以留在成品內(nèi),以氮肥的形式使用。但是氨易揮發(fā),使吸收劑的消耗量增加。在氨吸收法中,因吸收液再生方法的不同而形成不同的脫硫方法,其中以氨-酸法、氨-亞硫酸銨法和氨-硫銨法比較成熟。氨-酸法是將吸收SO2后的吸收液用硫酸分解,可副產(chǎn)高濃度SO2氣體和硫酸銨化肥。氨-亞硫酸銨法是將脫硫后的吸收液直接加工為亞硫酸銨產(chǎn)品;氨-硫氨法(如圖3)則是將氨吸收SO2后的母液直接用空氣氧化,制得副產(chǎn)品硫酸銨[23]。氨法脫硫的優(yōu)點(diǎn)是:氨利用充分,脫硫效率高;脫硫劑用量小,無廢渣廢水;氨法工藝的熱利用率高;能實(shí)現(xiàn)同時(shí)脫硫脫硝;其脫硫副產(chǎn)物硫酸銨在某些特定的地區(qū)是一種農(nóng)用肥料。其缺點(diǎn)是,氨的價(jià)格高,而且易揮發(fā),產(chǎn)生腐蝕問題等[12,20,24-25]。

1.3 雙堿法

雙堿法是為了克服石灰石-石膏法中結(jié)垢的缺點(diǎn)而發(fā)展起來的脫硫技術(shù),其工藝流程如圖4。煙氣在塔中與溶解的堿(亞硫酸鈉或氫氧化鈉)溶液相接觸,煙氣中的SO2被吸收掉。因此,避免了在塔內(nèi)結(jié)垢;脫硫廢液再與第二堿(通常為石灰石或石灰)反應(yīng),使溶液得到再生,再生后的吸收液可循環(huán)利用,同時(shí)產(chǎn)生亞硫酸鈣(或硫酸鈣)不溶性沉淀。根據(jù)脫硫過程中所使用不同的第一堿(吸收用)和第二堿(再生用),雙堿法有多種組合。最常用的是鈣鈉雙堿法:首先利用鈉堿溶液吸收SO2,然后將吸收下來的SO2沉淀為不溶性的亞硫酸鈣,并使溶液得到再生,循環(huán)使用。在雙堿法系統(tǒng)中存在兩種物質(zhì)會(huì)引起結(jié)垢,一種是與溶解的Ca2+產(chǎn)生石膏的結(jié)垢,另一種為碳酸鹽結(jié)垢。雙堿法除了結(jié)垢問題外,還存在會(huì)生成不易沉淀固體的問題,當(dāng)溶液中的可溶性硫酸鹽濃度過高時(shí),固體的沉淀性質(zhì)明顯惡化[23,26-27]。

圖3 氨法煙氣脫硫工藝流程圖[16]Fig.3 Schematic diagram of ammonia FGD process

圖4 雙堿法煙氣脫硫工藝流程[16]Fig.4 Schematic diagram of dual alkali FGD process

1.4 磷銨肥法

磷銨肥法(CPAFP)是我國自行開發(fā)的一項(xiàng)新型脫硫技術(shù),利用天然磷礦石和氨為原料,是一種在煙氣脫硫過程中可以直接生產(chǎn)磷銨復(fù)合肥料的回收脫硫技術(shù)。其方法主要是用活性炭吸附SO2,之后用水洗滌活性炭形成硫酸,并使活性炭再生。生成的稀硫酸與磷礦石發(fā)生反應(yīng),萃取過濾后獲得磷酸,磷酸與氨中和生成有良好脫硫能力的磷酸氫二銨進(jìn)行進(jìn)一步的脫硫。經(jīng)脫硫后的磷銨脫硫液進(jìn)行氧化處理后,通過蒸發(fā)濃縮干燥,即制得固體磷酸銨化肥[28-29]。

磷氨肥法的脫硫過程不需提供外部添加的吸收劑,所產(chǎn)生的副產(chǎn)品可作為肥料應(yīng)用,具有一定的經(jīng)濟(jì)效益。但該技術(shù)存在投資大、流程長、設(shè)備繁多、操作復(fù)雜等缺點(diǎn)[12-13,30]。

1.5 鎂法脫硫聯(lián)產(chǎn)硫酸鎂肥法

該法是用氫氧化鎂做脫硫劑,吸收中和煙氣中的SO2;經(jīng)充氣將亞硫酸鎂氧化成硫酸鎂;生成的硫酸鎂在冷卻結(jié)晶器中制得七水硫酸鎂;脫水干燥制得一水硫酸鎂用作肥料[31]。

鎂法脫硫聯(lián)產(chǎn)硫酸鎂肥料是波蘭Krysiak研究的一項(xiàng)脫硫技術(shù),可在脫硫系統(tǒng)得到高達(dá)300 g/L的硫酸鎂溶液。首批工業(yè)裝置采用了華沙工業(yè)大學(xué)提供的技術(shù)并在波蘭建成。Urbanek等[32]認(rèn)為,濕式鎂法脫硫是一項(xiàng)頗具經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢和環(huán)境優(yōu)勢的工藝。1990～2000年在波蘭安裝了10套裝置,電廠機(jī)組能力分別為5～92 MW,2000年以后又有近10套裝置投入運(yùn)行。運(yùn)行實(shí)踐表明,鎂法脫硫提供了較好的技術(shù)參數(shù),并副產(chǎn)高質(zhì)量的硫酸鎂肥料。

李臻等[33]在利用鎂法煙氣脫硫廢液制取硫酸鎂的過程中,嚴(yán)格控制不同的蒸發(fā)濃度和排料條件,可分別生產(chǎn)一水鹽和七水鹽。該過程蒸發(fā)量小,能耗低,回收率高,一水鹽w(MgO)＞27%、w(S)＞20%,為農(nóng)用級產(chǎn)品,七水鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)可達(dá)97%以上。能耗和質(zhì)量指標(biāo)均優(yōu)于其他工藝。

山東濱化集團(tuán)有限公司氧化鎂脫硫工程是我國第一個(gè)鎂法脫硫項(xiàng)目,于2006年投入運(yùn)行。裝置采用了韓國首爾夏普公司提供的氧化鎂濕法脫硫工藝,是濱化2×25 MW熱電聯(lián)產(chǎn)裝置的配套工程,包括2臺(tái)鍋爐煙氣脫硫裝置及配套的氧化鎂料漿液制備系統(tǒng)、煙氣系統(tǒng)、SO2吸收系統(tǒng)、硫酸鎂濃縮系統(tǒng)。工程總投資4 000萬元,設(shè)計(jì)煙氣處理量為2×30萬m3/h,脫硫效率可達(dá)97%,每年可減少SO2排放量21 919噸。也可將鎂法與氨法相結(jié)合完成脫硫作業(yè),所得副產(chǎn)物為硫酸鎂和硫酸銨的混合物,作為氮-硫-鎂肥的應(yīng)用[31,34-36]。

1.6 檸檬酸鈉吸附解析法

檸檬酸鈉法煙氣脫硫技術(shù)是20世紀(jì)70年代挪威和瑞典科學(xué)家提出來的一項(xiàng)脫硫技術(shù),并在美國田納西的一個(gè)小型燃煤電廠進(jìn)行過應(yīng)用。檸檬酸鈉法煙氣脫硫技術(shù)具有很好的SO2吸收能力。檸檬酸根離子的存在使溶液具有強(qiáng)大的緩沖能力,溶液吸收SO2的容量為清水的50～60倍,且與煙氣中的其它組分基本不發(fā)生反應(yīng)。它能脫除煙氣中90%以上的SO2,飽和吸收液通過蒸汽熱解再生,可產(chǎn)生濃度為25%～90%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的SO2,用于生產(chǎn)硫酸或用Claus法生產(chǎn)硫磺粉。

檸檬酸鹽法處理SO2煙氣的工藝過程可分為三個(gè)步驟:a.吸收;b.脫吸;c.氣體壓縮。含SO2的煙氣經(jīng)過一個(gè)預(yù)洗滌塔,煙氣在塔中用水洗滌,除去灰塵和氯化合物,然后進(jìn)入吸收塔的底部,煙氣在塔內(nèi)與檸檬酸鹽吸收劑逆流接觸,SO2在大氣壓下、37.8～54.4°時(shí)被吸收,凈化后的煙氣經(jīng)由煙囪排出。含有大量SO2的吸收液進(jìn)入脫吸塔再生之前,先在板式換熱器內(nèi)用來自脫吸塔的再生液加熱。富含SO2的吸收液從塔頂進(jìn)入,與低壓蒸汽逆流接觸,逆向自檸檬酸鹽溶液中脫除SO2,再生后的吸收液流經(jīng)板式換熱器后進(jìn)入吸收塔,離開脫吸塔的蒸汽-SO2混合氣體,經(jīng)冷凝器后蒸汽在此被冷凝,同時(shí)放出熱量。SO2送至壓縮機(jī)壓縮成液體。

檸檬酸鹽法吸收SO2煙氣技術(shù)在高濃度SO2煙氣中已有應(yīng)用。1982年10月,在原華東化工學(xué)院的配合下,常州第二化工廠建成了國內(nèi)第l套利用此法年產(chǎn)SO2500噸的工業(yè)裝置,吸收硫酸車間凈化后的含SO2約7%的爐氣,吸收率達(dá)99%以上。另外,該廠還對SO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%～12%的煙氣進(jìn)行了工業(yè)試驗(yàn),均取得了滿意的效果。其后,杭州市富春江冶煉廠、武漢市硫酸廠和蘇州精細(xì)化工集團(tuán)有限公司等多個(gè)工礦企業(yè)也使用過這種方法。檸檬酸鈉吸收液具有蒸汽壓低、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、無毒無味,對SO2的吸收效率高和脫硫產(chǎn)物可實(shí)現(xiàn)資源化等優(yōu)點(diǎn),避免了石灰(石)-石膏法脫硫過程中產(chǎn)生的大量廢渣和對環(huán)境可能帶來的二次污染,但因其吸附液存在易氧化、易結(jié)晶等問題,在很大程度上限制了該種技術(shù)的推廣使用[12,30,37]。

1.7 再生胺吸附解析法

有機(jī)溶劑再生脫硫法是新興的脫硫技術(shù),屬于濕法回收工藝,利用有機(jī)溶劑的堿性吸收煙氣中的酸性氣體SO2,并利用解吸裝置使SO2從胺液中脫離出來,得到高純度的飽和SO2和再生胺液進(jìn)行循環(huán)使用[38]。

加拿大聯(lián)合碳化公司于1988年首次進(jìn)行Cansolv系統(tǒng)脫硫的技術(shù)開發(fā)并用,于硫酸廠尾氣吸收處理吸收。該工藝采用二元胺溶液作為吸收劑,回收的SO2可以作為產(chǎn)品或加工成硫酸。Leo Hakka在Cansolv工藝流程的化學(xué)反應(yīng)原理及工藝參數(shù)的專利中[40],闡述了SO2吸收中采用的適宜濃度、吸收劑溫度,提出了增大pH值與胺電離平衡常數(shù)有利于SO2的吸收,以及在最佳解吸溫度條件下每摩爾胺中SO2的解吸量及蒸汽能耗。Cansolv技術(shù)已進(jìn)入中國并有見商業(yè)化應(yīng)用[41],如今其已用于有色冶煉、化工、電力等行業(yè),處理各種濃度的含SO2煙氣,系統(tǒng)脫硫效率高達(dá)99%以上,裝置最終排放尾氣濃度可低于50 mg/m3。

有機(jī)胺煙氣脫硫工藝由預(yù)分離器、吸收裝置、解吸裝置和凈化系統(tǒng)組成。煙氣在水噴淋預(yù)洗滌器中冷卻飽和,同時(shí)去除粉塵,貧胺與SO2逆流接觸反應(yīng),凈化后的煙道氣加壓放空。吸收后的富液經(jīng)泵加壓進(jìn)入換熱器,從再生塔上部通入,由塔內(nèi)蒸汽汽提,并經(jīng)再沸器加熱再生為熱貧液。熱貧液經(jīng)換熱后返回吸收塔循環(huán)利用。

其他有機(jī)胺也正在不斷地開發(fā)中。法國科學(xué)家M.H.H.Van Dam等[42]用多種方法分析研究了SO2溶解在N-甲基二乙醇胺(MDEA)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、N,N-二甲基丙烯基脲(DMPU)等有機(jī)胺溶劑中的參數(shù),通過對不同分壓的SO2溶解在幾種有機(jī)胺溶劑中的參數(shù)進(jìn)行分析比較發(fā)現(xiàn):NMP、DMPU對SO2的吸收具有相當(dāng)高的選擇性,而且吸收劑可以再生,是一個(gè)完全可逆的過程。其中空間位阻胺NMP還因其易降解、可再生、低毒性的特點(diǎn)被認(rèn)為是中空纖維濾膜脫硫的首選[38,43]。

煙氣脫硫中,有機(jī)胺吸收劑需要對SO2有較高的選擇性以保證足夠吸收容量,否則將憑空增加吸收劑的負(fù)荷與損耗。通常的有機(jī)胺吸收劑對SO2和CO2的選擇性吸收性能差異并不明顯,因此在煙氣脫硫過程中尋找對SO2選擇吸收性能高的溶劑相當(dāng)重要。有機(jī)胺煙氣脫硫具有效率高,系統(tǒng)腐蝕小,無二次污染等優(yōu)點(diǎn)。但是有機(jī)胺再生法也因其一次投資較大、再生蒸汽消耗量較大、能耗成本較高等原因遲遲不能實(shí)現(xiàn)工業(yè)化[44-46]。

1.8 生物法

微生物煙氣脫硫技術(shù)是利用化能自養(yǎng)微生物對SOx的代謝過程,將煙氣中的硫氧化物脫除。在生物脫硫過程中,氧化態(tài)的污染物如SOx、硫酸鹽、亞硫酸鹽及硫代硫酸鹽經(jīng)微生物還原作用生成單質(zhì)硫。目前研究認(rèn)為微生物對無機(jī)硫化物的還原作用有兩種方式:一種是同化型硫酸鹽還原作用,利用微生物把硫酸鹽還原成還原態(tài)的硫化物,然后再固定到蛋白質(zhì)中;另一種是異型硫酸鹽還原作用,是在厭氧條件下將硫酸鹽還原成硫化氫的過程。典型的脫硫細(xì)菌有脫硫弧菌、紫色硫細(xì)菌、綠色硫細(xì)菌、排硫硫桿菌、氧化亞鐵硫桿菌、脫硫菌屬等。脫氮硫桿菌和排硫硫桿菌,利用腺苷酰硫酸鹽還原酶、亞硫酸鹽還原酶,催化可逆反應(yīng),將無機(jī)物轉(zhuǎn)化為單質(zhì)硫和硫酸鹽[47]。

微生物脫硫工藝可分為直接法、間接法以及兩步法等。直接法是在生物反應(yīng)器中,硫弧菌利用SO2作為電子受體,將SO2轉(zhuǎn)化為H2S,直接法微生物脫硫工藝只適用于低濃度SO2的脫除。間接法是在廢氣處理的濕法及礦冶資源微生物技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的脫硫工藝。該法是通過氧化亞鐵硫桿菌將亞鐵離子轉(zhuǎn)化為三價(jià)鐵離子。在足夠濃度的硫酸鐵的條件下,發(fā)生鐵液相催化反應(yīng),其反應(yīng)方程式為

產(chǎn)生的硫酸亞鐵鹽在氧化亞鐵硫桿狀菌的作用下,將硫酸亞鐵氧化為硫酸鐵。

該反應(yīng)在較低的pH(2.0)下發(fā)生,且反應(yīng)過程不產(chǎn)生其他污染物。間接法微生物脫硫工藝具有相對經(jīng)濟(jì)方便、運(yùn)行成本低等特點(diǎn),比較適合中國國情。兩步法脫硫工藝是利用無氧呼吸作用和硫酸鹽還原菌光合作用的產(chǎn)硫菌,將硫酸鹽/硫化物轉(zhuǎn)化為單質(zhì)硫。第一步,在嚴(yán)格厭氧條件下,通過利用乙酸硫酸鹽還原菌使硫酸根轉(zhuǎn)化為H2S;第二步,H2S通過嚴(yán)格厭氧光能自養(yǎng)微生物-泥生綠菌轉(zhuǎn)化為單質(zhì)硫。利用反硝化菌在厭氧攪拌反應(yīng)器中的H2S去除率可高達(dá)97%。生物法是新開發(fā)的煙氣脫硫技術(shù),具有其他方法不可比擬的優(yōu)點(diǎn),它可以在常溫常壓下操作,投資少、能耗低。微生物脫硫技術(shù)可與廣泛使用的濕法脫硫相結(jié)合,具有良好的發(fā)展前景[12,38,48-49]。

2 展望

理想的煙氣脫硫技術(shù)應(yīng)能使脫硫劑可以再生循環(huán)利用,無二次污染,能回收高質(zhì)量、有廣闊應(yīng)用市場的脫硫副產(chǎn)品。同時(shí),開發(fā)煙氣脫硫技術(shù)也應(yīng)該結(jié)合我國的實(shí)際國情?；谝陨峡紤],建議重視以下幾方面的研究。

(1)副產(chǎn)物的綜合利用研究。避免煙氣處理技術(shù)副產(chǎn)物的二次污染或者考慮副產(chǎn)物的綜合利用是提高脫硫競爭力的重要方面。建議加強(qiáng)副產(chǎn)物的研究,確保開發(fā)的脫硫技術(shù)能實(shí)現(xiàn)資源的循環(huán)利用,提高技術(shù)的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

(2)開發(fā)副產(chǎn)品為單質(zhì)硫的脫硫技術(shù)研究。單質(zhì)硫、液態(tài)SO2和硫酸是采用硫回收的煙氣脫硫技術(shù)常用的回收產(chǎn)品形式。由于液態(tài)SO2和硫酸的儲(chǔ)存和運(yùn)輸不如單質(zhì)硫方便簡單,因此,副產(chǎn)品為硫的工藝更具優(yōu)勢。

(3)開展同時(shí)脫硫脫硝一體化技術(shù)的研究,與脫硝工藝結(jié)合,提高脫硫效率。國內(nèi)的研究趨勢是開發(fā)廉價(jià)、高效的能夠同時(shí)脫硫脫硝的新技術(shù)、新設(shè)備,使其具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和環(huán)境效益。脫硫脫硝一體化的工藝技術(shù)不僅能減少單獨(dú)脫硫和脫硝裝置的數(shù)量及設(shè)備成本,還可以減少廢物的產(chǎn)生和節(jié)省操作運(yùn)行費(fèi)用。煙氣脫硫脫硝一體化技術(shù)與可資源化煙氣脫硫技術(shù)是目前人們十分關(guān)注的課題,也是未來煙氣凈化技術(shù)主要的發(fā)展方向。

(4)開展CO2捕集與脫硫脫硝技術(shù)的耦合研究。低碳技術(shù)在近幾年發(fā)展迅速,如果能引入CO2捕集等低碳技術(shù)與脫硫脫硝技術(shù)耦合,將會(huì)對大氣污染的控制產(chǎn)生根本性的轉(zhuǎn)變。

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Review on the Resourceable Technology of Flue Gas Desulphurization

SUN Zhi-guo,XIE Hong-yong,LIAN Shang-yun, ZHOU Yu-qi,WANG Zi-qi
(School of Urban Development and Environmental Engineering,Shanghai Second Polytechnic University,Shanghai 201209,P.R.China)

Flue gas desulfurization(FGD)is one of the most ef f ective techniques to control the emission of SO2from the combustion of coal.The current FGD processes produce a lot of waste which may cause second pollution.The technology of FGD changes SO2from f l ue gas to a sulfur-containing by-product,and it is possible to solve the problem of desulfurization by-product treatment.The current resourceable technologies of FGD at home and abroad are reviewed, and their desulfurization mechanisms,technological processes,and advantages and disadvantages are introduced.The prospect of resourceable technology of FGD is also presented combined national situations.

f l ue gas desulfurization;resourceable technology;sulphur dioxide

X701.3

A

1001-4543(2013)02-0077-09

2012-12-08;

2013-06-13

孫志國(1977–),男,河南人,講師,博士,主要研究方向?yàn)楣I(yè)廢氣的污染治理及可資源化利用,電子郵箱zgsun@eed.sspu.cn。

上海市教育委員會(huì)科研創(chuàng)新資助項(xiàng)目(No.13YZ130),上海市教育委員會(huì)重點(diǎn)學(xué)科建設(shè)資助項(xiàng)目(No.J51803);上海高校青年教師培養(yǎng)資助計(jì)劃(No.egd12027);2011年度校級科研基金資助項(xiàng)目(No.A20XK11X009)。