固相吸附/再生法同时脱硫脱硝技术

发表时间:2020/12/15   来源:《电力设备》2020年第29期   作者:王峰 陈辰 杨竹涛
[导读] 固相吸附/再生烟气脱硫脱硝工艺是采用固体吸附剂或催化剂,将烟气中的SO2和NOx吸附或反应,然后在再生器中将硫或氮从吸附剂中释放出来,吸附剂可重新循环使用,回收的硫可进一步处理得到元素硫或硫酸等副产物。
        (中南电力项目管理咨询(湖北)有限公司  湖北武汉  430071)
        固相吸附/再生烟气脱硫脱硝工艺是采用固体吸附剂或催化剂,将烟气中的SO2和NOx吸附或反应,然后在再生器中将硫或氮从吸附剂中释放出来,吸附剂可重新循环使用,回收的硫可进一步处理得到元素硫或硫酸等副产物。氮组分通过喷射氨或再循环至锅炉分解为N2或H2O。所用的吸附设备床层为固定床和移动床,其吸附流程根据吸附剂再生方式和目的不同而多种多样,应用较多的有CuO吸附/再生工艺、NOXSO和SNAP同时脱硫脱硝工艺。
        1工艺原理和化学过程
        1.1 CuO同时脱硫脱硝工艺
        CuO同时脱硫脱硝工艺一般采用负载型的CuO作为吸附剂,以有活性的Al2O3为载体(铝基铜工艺)。CuO含量通常占4%~6%,在300~450℃的温度范围内,与烟气中SO2发生反应,形成CuSO4。CuSO4及CuO对还原NOx有很高的催化活性,再有氨存在的条件下可以将NOx还原,达到脱硝的目的。吸附饱和的CuSO4被送去再生,再生过程一般用H2或CH4气体对CuSO4进行还原,释放的SO2可制酸,还原得到的金属铜或CuS再用烟气或空气氧化,生产的CuO又重新用于吸附还原过程,该工艺的SO2、NOx的脱除效率分别高于95%和90%。在吸附剂的再生过程中,可得到富SO2混合气,便于硫的回收,不产生干的或湿的废渣,没有二次污染。
        1.2 NOXSO同时脱硫脱硝工艺
        NOXSO工艺也是一种干式吸附再生工艺,采用Na2CO3浸渍过的γ- Al2O3圆球做吸附剂,可同时去除烟气中的SO2和NOx,可以适用于中高硫煤火电机组。NOXSO工艺处理的过程主要包括吸附、再生等过程。具体过程是:通过蒸发直接喷入烟道的水雾来冷却烟气,冷却后的烟气进入流化床吸附塔进行吸收,采用负载于γ- Al2O3的Na2CO3作为吸附剂,烟气中的NOx (NO和NO2)和SO2与吸附剂发生反应, SO2和NOx被吸附剂脱除,净化后的烟气通过烟囱排放。吸附饱和的吸收剂被送入加热器,在温度600℃左右,NOx被解吸并部分分解,含有解吸NOx的热空气循环送回锅炉燃烧室,吸收剂可以在移动床再生器中回收硫。采用NOXSO工艺,SO2的去除率可达90%,NOx的去除率可达70%~90%。


        1.3 SNAP同时脱硫脱硝工艺
        SNAP(SO2, NOx Adsorption Process)工艺是一种改进的NOXSO工艺,其工艺过程与NOXSO工艺相仿,如图5.1-1所示。采用的吸收剂仍然为Na2CO3浸渍后的Al2O3,与NOXSO工艺有所不同的采用了气体悬浮式吸附器,脱硫脱硝反应主要发生在通过一些复杂反应产生的Na2O与SO2和NOx之间。吸附剂在吸附器中脱除烟气中的SO2和NOx。SNAP工艺唯一的副产物是氮气和硫。在吸附剂中,γ-Al2O3提供耐磨损的结构强度,Na2CO3增加吸附能力。
        2国内外研究现状及进展
        CuO同时脱硫脱硝工艺在世界上和国内目前尚处于实验室阶段,制约着铝基铜工艺发展的最为主要因素是成本问题,由于吸收/催化剂部分的成本对整个工艺成本影响巨大,加上比较高的脱硫反应温度使其运行成本居高不下,因此要求对吸收/催化剂性能进行改善,才能有大规模商业应用的价值。
        NOXSO工艺为美国能源部“洁净用煤计划”的第三期(CCT-3)项目之一,但是目前NOXSO工艺的工程实例尚不多见,比较典型的是应用在美国Ohio Edison’s Niles电站的第一台108MW旋风炉上的NOXSO处理工艺以及在印第安纳州Warrick电站(144MW)的示范性工艺。对SO2的脱除率可以达到97%,对NOx的脱除率可以达到70%。截止2007年在德国和美国建成17套,共 4.7GW的再生工艺, SO2、NOx联合脱除工艺有18套,共3.0GW。
        SNAP自从1995年开始就开始在规模为10MW的燃煤电厂进行论证试验,在Denmark建设的一座规模为400MW的新电厂应用该工艺,并应用了上述论证试验的工艺评价和论证数据,但目前应用业绩不多。
        3 技术特点和存在问题
        CuO吸附法能同时去除烟气中90%以上的SO2和NOx,不会产生新的废弃物 ,没有二次污染,除尘率可以达到99.9%,但是该法吸附剂的制备成本较高,如果能解决该工艺在实际运行中存在的问题,以铜铝基催化剂为核心技术的同时脱硫脱硝工艺技术具有十分广阔的应用前景。
        NOXSO能同时去除SO2和NOx,并可副产商业等级的硫或者硫酸,对SO2的脱除率可达95%,对NOx的脱除率可到80%以上。但在该工艺过程中,由于反应后的吸附剂要加热或化学反应后才能重复使用,因此造成了成本高、工艺复杂等缺点。国外已经实现了工业化应用,国内的相关研究工作尚处于起步阶段,距离实际应用尚有较大距离。
        SNAP工艺是一种改进的NOXSO工艺,只是吸附器由NOXSO工艺中的流化床吸附塔改为气体悬浮式吸附器。相比NOXSO工艺,SNAP工艺的适应性更强。对SO2的脱除率可达90%,对NOx的脱除率可到70-90%。但成本比较高、工艺也比较复杂等,使其应用受到了限制。
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