新型催化法概況
煙氣脫硫技術(shù)是目前被公認(rèn)最有效的控制二氧化硫污染的技術(shù)。國(guó)外煙氣脫硫起步于19世紀(jì)，經(jīng)過(guò)一百多年的發(fā)展，已開發(fā)了上百種煙氣脫硫技術(shù)。其中比較有代表性的技術(shù)有鈣法、鈉法、鎂法等技術(shù)。這些煙氣脫硫技術(shù)為發(fā)達(dá)國(guó)家二氧化硫污染的控制起到了重大作用，但仍是以高開采、高污染、高消耗、低效益為特征的傳統(tǒng)污染治理模式。
目前，全球煙氣凈化技術(shù)正呈現(xiàn)多樣化、綜合化、綠色化的發(fā)展趨勢(shì)。適應(yīng)這種發(fā)展趨勢(shì)，煙氣凈化技術(shù)正由單純的污染治理向循環(huán)經(jīng)濟(jì)型轉(zhuǎn)變?？少Y源化的具有同時(shí)脫硫、脫銷、脫碳等綜合化功能的污染控制技術(shù)是21世紀(jì)煙氣凈化技術(shù)的發(fā)展方向。
煙氣脫硫技術(shù)的關(guān)鍵是脫硫劑與產(chǎn)品出路問(wèn)題。目前普遍使用的煙氣脫硫技術(shù)主要是吸收法，吸收劑采用鈣、鈉、鎂、銨等各類堿性化合物。在脫硫過(guò)程中脫硫劑大量消耗，生成的脫硫副產(chǎn)品與脫硫劑相比，附加價(jià)值不高，市場(chǎng)空間小，易造成二次污染。尋找可再生、價(jià)廉、來(lái)源豐富的原料，開發(fā)采用可循環(huán)使用的脫硫劑并回收利用硫資源生產(chǎn)附加價(jià)值高的脫硫副產(chǎn)品的煙氣脫硫技術(shù)是實(shí)現(xiàn)煙氣脫硫由傳統(tǒng)污染治理模式向低消耗、低污染、高效益的循環(huán)經(jīng)濟(jì)型模式轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵。而催化法在煙氣脫硫過(guò)程中催化劑不消耗，脫硫效率高，工藝簡(jiǎn)單，流程短，適應(yīng)性強(qiáng)，副產(chǎn)物容易資源化回收利用。
在國(guó)家多項(xiàng)科技項(xiàng)目支持下，通過(guò)長(zhǎng)期 研究 ，采用特殊工藝技術(shù)，開發(fā)出低溫高催化活性的煙氣脫硫新型催化劑及脫硫工藝與設(shè)備，集成為新型催化法煙氣脫硫成套技術(shù)。該方法脫硫效率高，脫硫劑一次投入后可長(zhǎng)期使用、消耗量少，工藝簡(jiǎn)單，流程短，適應(yīng)性強(qiáng)，副產(chǎn)物可以硫酸、硫酸鹽等產(chǎn)品資源化綜合利用?？杀苊忖}法、氨法、鎂法等脫硫技術(shù)需要隨時(shí)加入脫硫劑，脫硫劑消耗量大，二次污染嚴(yán)重等問(wèn)題。
我國(guó)目前采用的煙氣脫硫技術(shù)與設(shè)備基本上依賴于引進(jìn)，引進(jìn)技術(shù)不僅要為知識(shí)產(chǎn)權(quán)繳納高昂的入門費(fèi)、技術(shù)使用費(fèi)和引進(jìn)設(shè)備費(fèi)，而且僅靠引進(jìn)技術(shù)也難以適應(yīng)我國(guó)國(guó)情。開發(fā)的新型催化法煙氣脫硫技術(shù)為改變我國(guó)煙氣脫硫環(huán)保產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀提供了獨(dú)創(chuàng)的、具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù)。相關(guān)專利成果有[ZL97107745.2]，[ZL200520034638.3]，[200710049204.4]，[200510021388.4]等。
新型催化法原理：
新型催化法采用炭材料為載體，負(fù)載活性催化成分，制備成催化劑，利用煙氣中的水分、氧氣、SO2和熱量，生產(chǎn)一定濃度的硫酸。新型催化法不同于傳統(tǒng)的炭法煙氣脫硫技術(shù)。傳統(tǒng)的炭法煙氣脫硫是利用活性炭孔隙的吸附作用將煙氣中的SO2吸附富集，飽和后加熱再生，解析出高濃度的SO2氣體，再經(jīng)過(guò)硫酸生產(chǎn)工藝制備硫酸或進(jìn)一步生產(chǎn)液態(tài)SO2。新型催化法技術(shù)既具有活性炭的吸附功能，又具有催化劑的催化功能。煙氣中的SO2、H2O、O2被吸附在催化劑的孔隙中，在活性組分的催化作用下變?yōu)榫哂谢钚缘姆肿?，同時(shí)反應(yīng)生成H2SO4。催化反應(yīng)生成的硫酸富集在炭基孔隙內(nèi)，當(dāng)脫硫一段時(shí)間孔隙能硫酸達(dá)到飽和后再生，釋放出催化劑的活性位，催化劑的脫硫能力得到恢復(fù)。與傳統(tǒng)炭法比較，新型催化法脫硫能耗少、脫硫劑損耗小且不必再建一套硫酸生產(chǎn)裝置，使工藝流程變短，運(yùn)行更穩(wěn)定可靠。
SO2(g)→SO2
O2(g)→O2
H2O(g)→H2O
SO2*+O2*→SO3*
SO3*+H2O→H2SO4
脫硫劑
新型催化法煙氣脫硫技術(shù)的核心是脫硫劑，脫硫劑生產(chǎn)技術(shù)是脫硫中心的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。該脫硫劑不同于傳統(tǒng)脫硫活性焦、活性炭，它是以炭材料為載體，負(fù)載一定活性組分，使其對(duì)SO2氧化制酸過(guò)程具有催化性。因此，該脫硫劑既有吸附功能，對(duì)硫酸有一定儲(chǔ)存能力，更重要的是具有催化功能，將脫硫過(guò)程變?yōu)榱蛩嵘a(chǎn)過(guò)程。脫硫劑使用壽命較長(zhǎng)，不需持續(xù)添加，每年維護(hù)即可。
主要特點(diǎn)
新型催化法主要有以下技術(shù)特點(diǎn)：
1、新型催化法煙氣脫硫技術(shù)是在傳統(tǒng)炭法煙氣脫硫技術(shù)基礎(chǔ)上的升級(jí)。采用本技術(shù)的項(xiàng)目建成投產(chǎn)后，煙氣脫硫效率達(dá)到95%以上，工程實(shí)踐中甚至達(dá)到了100%的脫硫效果，完全滿足國(guó)家和地方相關(guān)排放標(biāo)準(zhǔn)要求；
2、滿足促進(jìn)企業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)廢物綜合利用的原則；
(1)變傳統(tǒng)的高開采、高污染、高消耗、低效益的煙氣二氧化硫污染治理模式為低消耗、高效益的循環(huán)經(jīng)濟(jì)型模式
以石灰石—石膏法為代表的傳統(tǒng)煙氣脫硫技術(shù)以石灰石為脫硫劑原料，脫硫的同時(shí)需要開采大量石灰石，脫硫副產(chǎn)物石膏以拋棄處理為主(美國(guó)脫硫石膏利用率僅7.4%)。按減排1000萬(wàn)噸二氧化硫計(jì)，采用石灰石—石膏法，需消耗石灰石約2300萬(wàn)噸，產(chǎn)生脫硫石膏3000萬(wàn)噸以上。而采用新型催化法煙氣脫硫技術(shù)，與石灰石-石膏法煙氣脫硫技術(shù)相比，脫硫劑消耗量?jī)H為20萬(wàn)噸，脫硫成本可降低約60億元，同時(shí)可減少二氧化碳排放約700萬(wàn)噸，回收硫資源生產(chǎn)硫酸1500萬(wàn)噸。
(2)變不可再生脫硫劑為可再生、可長(zhǎng)期使用的脫硫劑，充分實(shí)現(xiàn)廢物綜合利用，促進(jìn)企業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。
利用豐富的可再生的酒糟、秸稈、食用菌菌渣等替代一次性不可再生的諸如煤、焦油以及珍貴的木材等資源制備脫硫催化劑。催化劑一次投入后可長(zhǎng)期使用，可避免鈣法、氨法、鎂法等脫硫技術(shù)需要隨時(shí)加入脫硫劑，脫硫劑消耗量大的問(wèn)題。
(3)變高溫催化為低溫、濃度波動(dòng)范圍大的催化氧化。
目前國(guó)內(nèi)外開發(fā)的催化法脫硫技術(shù)僅適合反應(yīng)溫度高、氣體前處理凈化程度高、二氧化硫濃度高的煙氣凈化。因而催化法煙氣脫硫技術(shù)難以在煙氣脫硫工程中廣泛推廣應(yīng)用。我們自主開發(fā)的新型新型催化法通過(guò)特殊的工藝，開發(fā)出抗毒性強(qiáng)、壽命長(zhǎng)、低溫高催化活性的煙氣脫硫催化劑，適應(yīng)煙氣成分復(fù)雜，二氧化硫濃度在0.05%～2%波動(dòng)、煙氣溫度在60～200℃間的工況條件。
(4)變低附加價(jià)值脫硫副產(chǎn)物為高附加值的脫硫副產(chǎn)物。
石灰石石膏法脫硫副產(chǎn)物脫硫石膏在我國(guó)市場(chǎng)空間小，利用價(jià)值低，主要以拋棄處理為主，進(jìn)入環(huán)境成為二次污染物。而硫是一種寶貴的戰(zhàn)略資源，我國(guó)每年需進(jìn)口硫磺約1000萬(wàn)噸。新型催化法脫硫技術(shù)脫硫副產(chǎn)物可為硫酸或硫酸鹽產(chǎn)品。通過(guò)現(xiàn)有的成熟化工工藝，可生產(chǎn)幾乎所有的含硫化工產(chǎn)品及磷銨、磷酸氫鈣等磷酸鹽、磷復(fù)肥產(chǎn)品。量大的產(chǎn)品有硫酸、液體二氧化硫、亞硫酸銨、硫酸銨和元素硫等。如果用戶周圍有除上述硫產(chǎn)品以外的市場(chǎng)需求，還可以將其進(jìn)行深加工，生產(chǎn)更高經(jīng)濟(jì)附加值的精細(xì)化工產(chǎn)品，如：亞硫酸鈉、焦亞硫酸鈉、硫代硫酸鈉、硫酸鉀、氨基磺酸、保險(xiǎn)粉等；以每年減排1000萬(wàn)噸二氧化硫計(jì)，可回收硫資源生產(chǎn)硫酸(按100%硫酸計(jì))1500萬(wàn)噸。
新型催化法煙氣脫硫技術(shù)是在國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家科技攻關(guān)等項(xiàng)目基礎(chǔ)上完成，集成了新型催化脫硫劑、新型脫硫反應(yīng)器、新型脫硫工藝的具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新型煙氣凈化技術(shù)。已獲國(guó)家發(fā)明專利，并列入國(guó)家“當(dāng)前優(yōu)先發(fā)展的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化重點(diǎn)領(lǐng)域”項(xiàng)目，是國(guó)家循環(huán)經(jīng)濟(jì)關(guān)鍵支撐技術(shù)之一。
3、脫硫劑一次投入后可長(zhǎng)期使用，消耗量少。避免鈣法、氨法、鎂法、鈉法等技術(shù)需隨時(shí)加入脫硫劑，脫硫劑消耗量大的問(wèn)題；
4、可用于氣量、濃度波動(dòng)大的煙氣處理，操作彈性大，完全能夠適應(yīng)機(jī)組大范圍的負(fù)荷波動(dòng)；
5、工藝流程短，設(shè)備少。由于無(wú)需脫硫原料的制備、運(yùn)入、輸送系統(tǒng)，因而裝置相對(duì)簡(jiǎn)單，占地相對(duì)較小，在扣除脫硫劑費(fèi)用后的工程建設(shè)一次性投資少，考慮脫硫劑的長(zhǎng)期使用后，平攤至工程建設(shè)后投資更低；
6、由于工藝簡(jiǎn)單，能耗低，裝置建設(shè)和運(yùn)費(fèi)用較低。而脫硫副產(chǎn)物形成產(chǎn)品后的銷售收入超過(guò)了裝置運(yùn)行費(fèi)用，根據(jù)估算，在4-5年間可以通過(guò)裝置的運(yùn)營(yíng)收回工程建設(shè)投資。如果計(jì)算上每年少交的排污費(fèi)，當(dāng)年就可收回工程建設(shè)投資，經(jīng)濟(jì)效益相當(dāng)可觀；
7、脫硫的最終產(chǎn)物為硫酸，沒(méi)有其他不可再利用的副產(chǎn)物。用戶可以根據(jù)需要以硫酸、硫酸鹽等形式實(shí)現(xiàn)資源化利用，因此不會(huì)對(duì)環(huán)境造成二次污染。
吸收劑采用鈣、鈉、鎂、銨等各類堿性化合物。在脫硫過(guò)程中脫硫劑大量消耗，生成的脫硫副產(chǎn)品與脫硫劑相比，附加價(jià)值不高，市場(chǎng)空間小，易造成二次污染。尋找可再生、價(jià)廉、來(lái)源豐富的原料，開發(fā)采用可循環(huán)使用的脫硫劑并回收利用硫資源生產(chǎn)附加價(jià)值高的脫硫副產(chǎn)品的煙氣脫硫技術(shù)是實(shí)現(xiàn)煙氣脫硫由傳統(tǒng)污染治理模式向低消耗、低污染、高效益的循環(huán)經(jīng)濟(jì)型模式轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵。而催化法在煙氣脫硫過(guò)程中催化劑不消耗，脫硫效率高，工藝簡(jiǎn)單，流程短，適應(yīng)性強(qiáng)，副產(chǎn)物容易資源化回收利用。
在國(guó)家多項(xiàng)科技項(xiàng)目支持下，通過(guò)長(zhǎng)期 研究 ，采用特殊工藝技術(shù)，開發(fā)出低溫高催化活性的煙氣脫硫新型催化劑及脫硫工藝與設(shè)備，集成為新型催化法煙氣脫硫成套技術(shù)。該方法脫硫效率高，脫硫劑一次投入后可長(zhǎng)期使用、消耗量少，工藝簡(jiǎn)單，流程短，適應(yīng)性強(qiáng)，副產(chǎn)物可以硫酸、硫酸鹽等產(chǎn)品資源化綜合利用?？杀苊忖}法、氨法、鎂法等脫硫技術(shù)需要隨時(shí)加入脫硫劑，脫硫劑消耗量大，二次污染嚴(yán)重等問(wèn)題。
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