随着工业的发展和人们生活水平的提高,对能源的消耗也在不断增加,燃煤锅炉优质烟气中的SO2已经成为大气污染的主要原因。减少SO2污染已成为当今大气环境治理的当务之急。不少锅炉烟气脱硫工艺已经在工业生产中得到了广泛应用,其对各类锅炉和焚烧炉尾气的治理也具有重要的现实意义。锅炉烟气羟基脱硫剂脱硫剂是工业行业大规模应用的、有效的羟基脱硫剂脱硫剂。按照硫化物吸收剂及副产品的形态,脱硫技术可分为干法、半干法和湿法三种。优质干法烟气脱硫工艺主要是利用固体吸收剂去除烟气中的SO2,一般把石灰石细粉喷入炉膛中,使其受热分解成CaO,吸收烟气中的SO2,生成CaSO3,与飞灰一起在除尘器收集或经烟囱排出。优质湿法烟气脱硫是采用液体吸收剂在离子条件下的气液反应,进而去除烟气中的SO2,系统所用设备简单,运行稳定可靠,脱硫效率高。干法脱硫的大优点是治理中无废水、废酸的排出,减少了二次污染;缺点是脱硫效率低,设备庞大。湿法脱硫采用液体吸收剂洗涤烟气以除去SO2,所用设备比较简单,操作容易,脱硫效率高;但脱硫后烟气温度较低,设备的腐蚀较干法严重。
优质常温羟基脱硫剂氧化铁脱硫原理是用水合氧化铁常温氧化铁脱硫原理是用水合氧化铁(Fe₂O₃・H₂O)脱除H₂S,其反应为:脱硫反应::Fe₂O₃・H₂O+3H2S→Fe₂S3・H₂O+3H₂OFe₂O₃・H₂O+3H₂S→2FeS+S+4H₂O再生反应:Fe₂S3・H₂O+3/2O₂→Fe₂O3・H₂O+3S₂FeS+3/2O₂+H₂O→Fe₂O₃・H₂O+2S反应机理为硫化氢首先溶解于脱硫剂表面的水膜中并离解为HS-、S2-离子,然后HS-、S2-离子同氧化铁相互作用生成硫化铁和硫化亚铁。同时,脱硫反应自身是放热反应,Fe₂O₃・H₂O在与H2S反应的同时生产水,被反应放出的热量带走,水合氧化铁常温氧化铁的水缺失,羟基脱硫剂脱硫剂表面的水膜不能完整形成,对H2S的溶解及离解能力变弱,脱硫效果降低。随着羟基脱硫剂脱硫剂中水的流失,脱硫剂颗粒状物资越来越干燥,在气流的冲击及带动作用下颗粒间摩擦产生的细小粉尘随着气流逐渐被带至后段工序。综上所述,脱硫剂粉尘含量增大、脱硫效果下降均与脱硫剂中水分在反应过程中被反应放出的热量所带走有一定关系,而进入脱硫箱的经过粗净化脱水煤气中机械水含量较小,不能弥补反应过程损失的水分。
从20世纪中期至今,关于羟基脱硫剂脱硫剂的制备工作已经有世界范围内的众多科研机构和学者进行了不计其数的试验和研究。如今被用在中羟基脱硫剂高温煤气脱硫剂中的活性组分主要可以为两类:单一金属氧化物和复合金属氧化物。虽然羟基脱硫剂煤气高温脱硫剂的研制已经取得了一定的成果,但是与工业要求还有一定的差距。本文针对目前高温羟基脱硫剂脱硫剂存在的优缺点进行了系统的总结,并对今后脱硫剂的研究进行了分析。
1 单一金属氧化物脱硫剂作为目前世界范围内研究和工业化最广泛的中高温羟基脱硫剂煤气脱硫剂,氧化铁脱硫剂具有活性组分Fe2O3储量丰富、价格合理以及热力学性能优良、硫容大和反应活性高等优点。Lin等在脱硫剂制备过程中,以铁元素含量为考察因素,发现通过增加脱硫剂中的铁含量可以显著提高脱硫剂的性能,且羟基脱硫剂氧化铁脱硫剂的高反应活性归因于纳米铁颗粒在脱硫剂孔隙结构中的高度分散。Mi等通过使用紫砂土作为载体制备氧化铁脱硫剂并进行了多次硫化-再生循环测试,结果表明在第一次硫化-再生循环之后,脱硫剂的硫容下降了约10%,但是在循环2次之后,硫容维持在一个固定数值不再降低,Mi等也因此认为该脱硫剂具有可被用于高温煤气脱硫的能力。Fan等采用胶晶模板法制得三维有序大孔羟基脱硫剂氧化铁脱硫剂(图1),并且在固定床反应器上对其进行了穿透动态评价实验。表征及实验结果证实,该脱硫剂大孔结构整齐有序,三维空间相互贯通,活性组分高度分散在载体上。对比传统方法制备的脱硫剂具有比表面积大和穿透硫容高的优点。
煤炭的清洁、高效利用既会对我国的能源战略产生重要影响,也是我国经济、资源、生态可持续发展的关键手段。本文对以单一金属氧化物和复合金属氧化物为活性组分的高温羟基脱硫剂煤气脱硫剂的研究进展进行了综述,同时,对多样化的复合金属羟基脱硫剂脱硫剂制备、硫化及再生等方面的研究状况进行了综述。目前,我国雾霾频发,大气污染状况严重,而燃煤排放被当作造成雾霾的罪魁祸首,大量的低阶煤由于热值太低得不到充分利用。基于这一国情,有限煤炭等化石能源的高效转化与清洁利用成为我国亟待解决的重要问题。