《大气污染控制工程》教案-第八章

第八章硫氧化物的污染控制 第一节硫循环及硫排放（自学） 第二节燃烧前燃料脱硫 一、煤炭的固态加工 按国外用于发电、冶金、动力的煤质标准，原煤必须经过分选，以除去煤中的 矿物质。目前世界各国广泛采用的选煤工艺仍然是重力分选法。分选后原煤含硫量 降低40-90o硫的净化效率取决于煤中黄铁矿的硫颗粒大小及无机硫含量。 正在研究的新脱硫方法有浮选法、氧化脱硫法、化学浸出法、化学破碎法、细 菌脱硫、微波脱硫、磁力脱硫及溶剂精炼等多种方法，但至今在工业上实际应用的 方法为数很少。煤型固硫是另一条控制二氧化硫污染的经济有效途径。选用不同煤 种，以无粘结剂法或以沥青等为粘结剂，用廉价的钙系固硫剂，经干馅成型或直接 压制成型，制得多种煤型。 二、煤炭的转化 1. 煤的气化 煤的气化是指以煤炭为原料，采用空气、氧气、二氧化碳和水蒸气为气化剂， 在气化炉内进行煤的气化反应，可以生产出不同组分、不同热值的煤气。煤气化技 术总的方向是，气化压力由常压向中高压发展；气化温度向高温发展；气化原料向 多样化发展，固态排渣向液态排渣发展。 随着煤气化技术的发展，目前已形成了不同的汽化方法。按煤在气化炉中的流 体力学行为，可分为移动床、流化床、气流床三种方法，均已工业化或已建示范装 置。 2. 煤的液化 煤炭液化是把固体的煤炭通过化学加工过程，使其转化为液体产品（液态炷类 燃料，如汽油、柴油等产品或化工原料）的技术。根据不同的加工路线，煤炭液化 可分为直接液化和间接液化两大类。直接液化是对煤进行高温高压加氢直接得到液 体产品的技术，间接液化是先把煤气化转化为合成气，然后再在催化剂作用下合成 液体燃料和其他化工产品的技术。煤炭通过液化将其中的硫等有害元素以及矿物质 脱除，产品为洁净燃料。 直接液化比较著名的工艺有溶剂精炼煤法、供氢溶剂法、氢煤法、德国新工 艺、英国的溶剂萃取法和日本的溶剂分解法等。 间接液化的典型工艺是弗一托合成法，又称一氧化碳加氢法。其主要反应是合 成烷炷的反应以及少量合成烯炷的反应。 三、重油脱硫 重油脱硫的困难在于要彻底加工燃料，破坏原来的组织，并产生新的产物固 态、液态和气态物质。 目前，重油脱硫的常用方法是在钥、钻和税等金属氧化物催化剂作用下，通过 高压加氢反应，切断碳与硫的化合健，以氢置换出碳，同时氢与硫作用形成硫化氢, 从重油中分离出来，用吸收法除去。 直接脱硫是选用抗中毒性能好的催化剂，将重油直接引入装有催化剂的反应塔 加氢脱硫，同时采取适当的防护措施，如有的工艺在反应塔前加防护塔，填充其他 廉价的催化剂，尽可能除去不纯物和金属成分。 间接脱硫过程是先把重油减压蒸馅，分成馅出油和残油。 第三节硫化床燃烧脱硫 一、流化床燃烧技术 煤的硫化床燃烧是继层然燃烧和悬浮燃烧之后，发展起来的一种较新的燃烧方 式。流化燃烧的床层温度一般控制在850950C之间。床层温度过低时，煤中析出 的某些挥发分和燃烧中产生的一氧化碳来不及燃尽就从床层溢出，从而降低燃烧效 率。 按流态的不同，习惯上把流化床锅炉分为鼓泡流化床锅炉和循环流化床锅炉两 类。根据运行压力不同，流化床锅炉又可分为常压流化床锅炉和增压流化床锅炉。 二、流化床燃烧脱硫的化学过程 在流化床锅炉中，固硫剂可与煤粒混合一起加入锅炉，也可单独加入锅炉。流 化床燃烧方式为炉内脱硫提供了理想的环境。其原因是床内流化使脱硫剂和二氧化 硫能充分混合接触；燃烧温度适宜，不易使脱硫剂烧结而损失化学反应表面；脱硫 剂在炉内的停留时间长，利用率高。 广泛采用的脱硫及主要有石灰石和白云石，它们大量存在于自然界。 三、流化床燃烧脱硫的主要影响因素 1. 钙硫比 钙硫比（脱硫剂所含钙与煤中硫之摩尔比）是表示脱硫剂用量的一个指标。从 脱除二氧化硫的角度考虑，所有性能参数中，钙硫比的影响最大。在一定条件下， 它是调节二氧化硫脱除效率的唯一因素。 2. 燃烧温度 最佳的脱硫温度范围，约在800850C „出现这种现象的原因与脱硫剂的孔隙 结构变化有关。温度较低时，脱硫剂嘏烧产生的孔隙量少，孔径小，反应几乎完全 被限制在颗粒外表面。随着温度增加，嘏烧反应速率增大，伴随着二氧化碳气体的 大量释放，孔隙迅速扩展膨胀。 3. 脱硫剂的颗粒尺寸和孔隙结构 由于脱硫剂颗粒形状、孔径分布不一，又存在床内颗粒磨损、爆裂和扬析等影 响，脱硫率与颗粒尺寸的关系十分复杂。 4. 脱硫剂种类 目前普遍采用天然石灰石和白云石做脱硫剂，他们的含钙量大，燃烧分解温度、 孔隙尺寸分布、爆裂和磨损等特性互不相同。与石灰石相比，白云石的孔径分布和 低温嘏烧性能好，即使在增压运行条件下，部分嘏烧也能顺利进行。但运行压力低 时，更易于爆裂成细粉末，在吸收更多的硫之前遭到扬析。 四、脱硫剂的再生 脱硫剂在省油以及再生法和二级再生法。一级再生法易于实现再生回收，因而 目前正在开展多方面的研究。 第四节高浓度二氧化硫尾气的回收与净化（自 学） 第五节低浓度二氧化硫烟气脱硫 一、烟气脱硫方法概述 煤炭和石油燃烧排放的烟气通常含有较低浓度的二氧化硫。由于燃料硫含量的 不同，燃烧设施直接排放的烟气中二氧化硫浓度范围大约为10-4103数量级。由于 二氧化硫浓度低，烟气流量大，烟气脱硫通常是十分昂贵的。 烟气脱硫方法可分为两大类抛弃法和再生法。 抛弃法纪在脱硫过程中形成的固体产物被废弃，必须连续不断地加入新鲜的化 学吸收剂。回收法，顾名思义，与二氧化硫反应后的吸收剂可连续的在一个闭环系 统中再生，再生后的脱硫剂和由于损耗需补充的新鲜吸收剂再回到脱硫系统循环使 用。抛弃法脱硫系统也常同时用于除尘，只要系统可有效的捕集飞灰并有足够的容 量。再生法脱硫系统通常需要在脱硫前配套高效的除尘系统，因为飞灰的存在影响 回收过程的操作。 烟气脱硫也可按脱硫剂是否以溶液状态进行脱硫而分为湿法或干法脱硫。湿法 系统指利用碱性吸收液或含触媒粒子的溶液，吸收烟气中的二氧化硫。干法系指利 用固体吸收剂和催化剂在不降低烟气温度和不增加湿度的条件下除去烟气中的二氧 化硫。喷雾干燥法工艺采用雾化的脱硫剂浆液进行脱硫，但在脱硫过程中雾滴被蒸 发干燥，最后的脱硫产物也呈干态，因此常称为湿干法或半干法。 二、主要的烟气脱硫工艺 （一）石灰石/石灰法洗涤 石灰石/石灰湿法脱硫最早由英国皇家化学工业公司在20世纪30年代提出，目 前是应用最广泛的脱硫技术。在现代的烟气脱硫工艺中，烟气用含亚硫酸钙和硫酸 钙的石灰石/石灰浆液洗涤，二氧化硫与浆液中物质发生化学反应生成亚硫酸盐和硫 酸盐，新鲜石灰石或石灰浆液不断加入脱硫液的循环回路。浆液中的固体（包括燃 煤飞灰）连续的从浆液中分离出来并排往沉淀池。见图8-12。 影响二氧化硫吸收的因素有pH,液/气比、钙/硫比、气流速度、浆液的固体 含量、气体中二氧化硫的浓度以及吸收塔结构等。 吸收塔是烟气脱硫系统的核心装置，要求有持液量大、气液相间的相对速度高、 气液接触面积大、内部构件少、压力降小等特点。目前较常用的吸收塔主要有喷 淋塔、填料塔、喷射鼓泡塔和道尔顿型塔四类。其中喷淋塔是湿法脱硫工艺的主流 塔型。