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活性炭材料在火电厂烟气脱硫脱硝中的应用

发表时间：2021/5/6 来源：《中国科技信息》2021年6月作者：李苍

[导读] 火力发电厂在运行过程中排放大量废气，给大气环境造成一定压力。为了减少烟气对大气和环境的污染，有必要严格控制烟气中的硫和硝酸盐含量，充分利用活性炭材料实现烟气吸附脱硫。因此，本文分析了活性炭材料在火力发电厂烟气脱硫脱硝方面的应用情况。

阿拉尔市中泰纺织科技有限公司李苍

摘要：火力发电厂在运行过程中排放大量废气，给大气环境造成一定压力。为了减少烟气对大气和环境的污染，有必要严格控制烟气中的硫和硝酸盐含量，充分利用活性炭材料实现烟气吸附脱硫。因此，本文分析了活性炭材料在火力发电厂烟气脱硫脱硝方面的应用情况。
关键词：火电厂；烟气脱硫脱硝；活性炭方法；措施分析；
        前言
        随着中国经济的快速发展、工业化进程的深化和能源消费的逐步增加，出现了一系列环境污染问题，空气污染最为严重。工业生产的排放物通常含有大量污染物，如SO2和NO2，这加剧了酸雨、温室效应和臭氧层破坏等空气污染问题。在这种情况下，必须采取合理的技术措施。有效控制工厂废气中的硫和硝酸盐等有毒物质的浓度，严格控制工厂废气的排放，可以解决空气污染问题，减少人员和物质损失。目前广泛使用的活性炭材料吸附能力强，脱硫效果好，技术应用效果好。
        一、活性炭材料对烟气脱硫脱硝的主要影响因素
        1.活性炭材料的结构
        活性炭材料主要由石墨微球组成，孔径分布广，孔结构复杂。有肉眼看不到的非常小的微洞，也有不同形状的可见的大孔普通活性炭表面可达300-2500 m / g。活性炭看起来像黑色粉末或非晶颗粒，其中微孔吸附力强，中孔和大孔可吸收分子，迅速在孔道中扩散。
        2.速率的影响因素
        活性炭材料对脱硫率有重要影响，特别是在空气速度的影响下。当火力发电厂烟气在脱硫脱硝过程中速度过高时，活性炭的活性受到抑制，导致循环速度明显下降。例如，当空气速度提高时，活性炭不能与NOx和SO2充分接触，因此在烟气净化过程中，大量含有硝酸盐和硫的危险物质可能与活性炭残留在一起。此外，由于空气速度过快和化学反应条件不足，脱硫率和压力增加，进一步影响了活性炭材料的有效应用。
        3.温度影响因素
        温度对活性炭的脱硫脱硝有直接影响。通常，活性炭上吸附的烟气温度升高然后降低。当火力发电厂使用活性炭进行脱硫时，最佳温度应保持在50至80℃之间，以提高活性炭的吸附和净化能力。当烟气脱硫处于低温状态时，SO2上活性炭的吸附率相应提高，活性炭的化学吸附能力明显高于物理吸附能力。随着温度的升高，活性炭的物理吸附能力有限，活性炭的化学吸附也相应受到影响。尽管仍能满足吸附需求，但严重影响活性炭的脱硫效率，因此有效的温度调节可以提高活性炭的脱硫效率。
        4.含氧的影响
        烟气含氧量可直接影响活性炭的脱硫脱硝效果。当烟气含氧量低于3%时，活性炭的化学反应显著减少，当烟气含氧量超过50%时，活性炭吸附化学反应的效率显著提高。
        二、活性炭材料在火电厂烟气脱硫脱氮中的应用
        1.活性炭脱硫原理
        SO2上活性炭的吸附包括物理吸附和化学吸附。当烟气中没有水蒸气或氧气时，物理吸附主要发生，吸附量低。当烟气含有足够的水蒸气和氧气时，活性烟气脱硫是化学吸附和物理吸附的同时过程。物理吸附首先发生，然后在有水和氧气存在的条件下将吸附到活性炭表面的SO2催化氧化为H2SO4，有H2O存在时的活性炭脱硫反应过程。活性炭烟气脱硫不同于其他烟气脱硫技术，因为它基于传统的微孔吸附原理。然而，这种吸附与工业吸附常用的净化技术有很大不同，因为它涉及吸附和传递多种成分，从而使吸附过程复杂化。当存在水时，活性煤的表面、中间孔隙、孔隙和微颗粒附近可能形成水、蒸汽、SO2、SO3、SO4和其他成分的复杂混合物。这些分子或离子的存在和数量可能有助于提高吸附能力或限制活性炭的吸附能力。H2O的参与从根本上改变了SO2对炭表面的反应机制，对反应过程有不同的假设。

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        2.活性炭脱氮原理
        活性炭脱氮技术可分为吸附法、NH3选择性催化还原法和炭热还原法。吸附方法是利用多孔结构和活性炭功能组吸附NOx，使低反应性NOx氧化为高反应性NOx。关于活性炭上氮氧化物的吸附机制，研究人员仍存在很大分歧。选择性催化还原NH3包括利用活性炭吸附NOx，减少NOx和NH3反应的动能，以及提高NH3的利用率。利用炭在高温下生产CO2和N2O，以响应氮氧化物。其优点是不需要催化剂，固体炭价格低廉，来源广泛，反应产生的热量可以回收。然而，动力学研究表明，NOx与炭之间的反应大于NOx与炭之间的反应，烟气中的CO2含量增加。
        3.活性炭纤维
        与传统活性炭相比，活性炭纤维具有明显的物理化学优势。由于孔隙是纳米表面微孔，因此其丰富有序，不仅可以降低吸附过程中的气体扩散阻力，而且活性炭纤维在溶解过程中也可以很容易地再生。极低浓度的SO2是由于活性炭纤维表面的纳米粒浓度造成的，目前最有效的湿法脱硫工艺无法做到这一点。它不仅可用于发电厂烟气脱硫脱硝，而且可用于改善被占十字路口和公园的环境。此外，脱硝过程不需要添加其他试剂，从而实现硫和汞的同时脱硝。由于这种方法的优点，例如工艺简单、没有二次污染和可再生资源，已成为全世界环境研究的热点。尽管活性炭纤维的价格大约是普通活性炭的10倍，但其性能的显著提高可以大大降低炭消耗和运营成本。此外，由于各部门广泛使用活性炭纤维，大规模生产必然导致价格持续下降。
        氮氧化物也是空气污染的主要污染物之一。NH3选择性催化还原去除烟气中的氮氧化物已得到广泛应用。常用的催化剂包括金属氧化物、沸石和活性炭。为确保NOx的高脱盐率，应使用180℃至330 ℃的金属氧化物催化剂和沸石催化剂，在温度过高时对NH3进行氧化；如果温度过低，催化剂活性不高。可控硅技术的缺点之一是有时需要再次加热烟气。沥青活性炭纤维由硫酸活化，可用于烟气中氮氧化物的选择性催化还原。当气体氧含量低于10%时，选择性催化还原氮氧化物的活性得到了显著提高。一个研究系统研究了一系列沥青活性炭纤维的催化性质，发现活性炭纤维可以减少烟气中NO的含量同时，研究还发现活性炭纤维在高温热处理后更活跃。
        三、活性炭纤维在脱硫脱硝中的应用
        1.活性炭纤维的脱硫脱硝
        活性炭纤维结构高，能满足火力发电厂烟气脱硫脱硝的所有条件，能转化为各种形式，能促进吸附反应接触面积的增加，满足脱硫脱硝的积极要求。活性炭的脱硫率可高达传统活性炭的100倍，这不仅提高了脱硫的吸附能力，而且提高了净化标准网络。火力发电厂烟气中SO2和NOx浓度较高，吸附净化目标通过活性炭纤维实现。活性炭纤维采用纳米结构，防止有害气体在烟气中扩散。活性炭可在脱硫过程中再生，有助于提高活性炭纤维的使用效率。
        2.活性炭纤维的优势
        活性炭纤维是一种活性炭材料，但其最明显的优点是它能为火力发电厂烟气的脱硫和脱硝提供有效的服务。分析活性炭纤维的优点，如:表面积大，由于活性炭纤维的结构特点，活性炭纤维与SO2和NOx的接触面积显著增加，有利于吸附固定，显示出较强的接触效果；通过快速检测烟气中的硫和硝酸盐以及纳米纤维形式的活性炭纤维材料，提高吸附效率；吸附性能高，活性炭纤维具有再生改进特性，烟气吸附应用性能高，保证了活性炭纤维的应用性能。
        结束语
        综上所述，利用活性炭进行发电厂脱硫脱硝具有工艺简单、无二次污染的优点，能够回收活性炭资源，具有良好的应用前景。因此，SO2和NOx的排放可以得到有效控制，并有助于国民经济的可持续发展。但是，活性炭的目前使用尚未广泛应用，其吸附反应机制和脱硫条件受到某些因素的限制，需要相关研究人员进一步研究。
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