化工生產中的煙氣脫硫、脫硝及除塵技術分析

秦曉宇(晉能控股裝備制造集團華昱能源化工山西有限責任公司，山西 晉城 048017)

0 引言

在化工生產中會消耗大量的資源，同時還會產生大量的含氮含硫的氧化物，而且還會產生大量的粉塵，對大氣環境造成的破壞是非常嚴重的，這與我國所倡導的可持續發展戰略思想背道而馳。因此，化工生產的一項當務之急是加快脫硫、脫硝、除塵技術研發，消除煙氣對生態環境造成的影響，做好生態環境保護工作。

1 常用的煙氣脫硫技術

化工企業在生產過程中所排放的煙氣中含有大量的二氧化硫，這是造成大氣污染的主要成分之一，會對生物造成極大危害，目前常用的脫硫技術主要分為兩個大的方面：干法脫硫與濕法脫硫。

1.1 干法脫硫技術的應用

干法脫硫法的工藝原理是將顆粒狀的脫硫劑置于吸收塔內，利用吸收、催化等方法完成煙氣脫硫。

(1)循環流化床法。煙氣在經過空氣預熱器后溫度可以達到120～180 ℃，然后從裝置的底部經過文丘里管后進入到流化床吸收塔內，利用二氧化硫與氫氧化鈣之間的反應完成煙氣脫硫。該技術的主要特點是轉化率較高、投入成本低、便于操作、不需要占用太大的地方，多用于中小型燃煤鍋爐的煙氣脫硫[1]。

(2)爐內噴鈣增濕活化法。按技術要求使用高壓在鍋爐爐膛上部噴入流化石灰脫硫粉，此時爐膛內的煙氣溫度在900～1 200 ℃范圍內，然后在流化風機的尾部增濕活化的目的是為了提高脫硫的效率，通過在活化反應器中噴水增加爐內濕度，與煙氣中沒有充分反應的石灰粉繼續反應生成氫氧化鈣，用來吸收煙氣中的二氧化硫[2]。最后經過加熱干燥后形成粉末，利用除塵器進行回收。該工藝的優點是操作簡單、環保、成本低、占地面積小，但是石灰的利用率較低。經過改進后，使底渣與飛灰循環，可以有效提高活化器的脫硫效率。

(3)電子束煙氣法。這種方法是綜合利用了物理與化學相關知識，脫硫的過程主要包括幾個重要步驟：預除塵、煙氣冷卻、加氨、電子束照射、粉末收集。經過除塵降溫后的煙氣在冷卻塔內被汽化，按照技術要求，將適量的NH3、壓縮空氣和軟化水在反應器中與煙氣混合，在電子束發生器的照射作用下硫氧化物與氮氧化物被快速氧化，生成硫酸與硝酸兩種物質，再繼續氧化就會生成硫酸銨和硝酸銨，最后產生的廢渣與廢水可用于化肥生產，而被凈化后的煙氣經煙囪排放。該方法的脫硫、脫硝效果良好，脫硫效率超過了95%，而脫硝效率也在80%以上。電子束發生器可以實現全自動化操作，運行與維護都非常便捷。整個脫硫過程中不需要排放廢水，其副產品可用于化肥的生產。

1.2 濕法脫硫技術的應用

濕法脫硫的應用也比較普遍，其特點是將脫硫系統置于除塵器之后，在低溫狀態下完成脫硫后還需要對煙氣進行加熱后才能排出。

(1)拋棄法。煙氣經過一系列反應完成脫硫之后，會產生一定的固體廢物，這些廢物不再進行回收，而是直接拋棄掉。該工藝中生成的固體廢物主要以鈣鹽為主，并不進行回收再利用，因此這種方法的回收成本較低，省去了很多其他環節，但是并沒有完全解決環境污染問題，而將大氣中的污染物轉化成了固體污染物，如果考慮到環境污染問題，應解決固體廢棄物的回收利用問題。

(2)石膏法。該方法以價格低廉的CaCO3為主要原料用于吸收二氧化硫，經過一系列氧化反應后生成石膏(硫酸鈣)，這種方法的優點是適用范圍較廣，脫硫與回收的效果也比較好，經脫硫后生成的副產品也具有一定的利用價值，目前該工藝比較成熟。但是也存在一些不足，比如：占地面積較大、建設初期會占用大量資金，并且會產生廢水不易處理。

(3)氨法。目前該方法在世界范圍內的應用較為廣泛，既可以有效實現煙氣的脫硫、脫硝，所生成的副產品為硫酸銨，回收后可用于化肥生產。該方法應用的主要流程分為三步，即脫硫吸收、中間產品處理回收、副產品的生產加工。該方法的優點是反應速度快，吸收效率高，環保效果優，成本投入低，可大范圍推廣使用。

(4)海水法。因為海水可作為天然的吸收劑，用于煙氣脫硫，可節省大量淡水資源。該技術的脫硫效率較高，通常能夠超過90%，其反應過程不會產品廢棄物和副產品，操作簡便，不會對生態環境造成二次污染。目前海水煙氣脫硫技術被廣泛的用于沿海發達地區。

2 煙氣脫硫脫硝除塵一體化技術的應用

2.1 氨肥法

(1)氣體吸收。該技術是建立在雙模理論模型的基礎上的，吸收的本質是溶質由氣相主體傳遞到液相主體的過程，在一定的溫度與壓力條件下，煙氣與液態氨之間完成吸收質與吸收劑的質量傳遞，保持氣相與液相之間的動態平衡。

(2)脫硫脫硝。脫硫是指吸收煙氣中所含的二氧化硫氣體，吸收的過程是在脫硫塔中完成的。用來吸收二氧化硫的溶液一般是NH4HSO3和(NH4)2SO3這兩種溶液，其中氨分子與水分子極易結合，生成易溶于水的氨的水化物。在實際運用中(NH4)2SO3對于二氧化硫氣體的吸收效果更好一些，為了提高溶液的吸收能力，應持續向溶液中補充氨水，使NH4HSO3不斷轉化為(NH4)2SO3，從而完成脫硫。由于煙氣中的NO占氮氧化合物的90%以上，因此脫硝過程主要是吸收煙氣中的大部分NO。經過一系列復雜的反應之后，反應器中剩余的(NH4)2SO3最終被氧化，得到(NH4)2SO4，最后經過程結晶、脫水、干燥等步驟后回收，用于化肥的生產[3]。

(3)除塵。煙氣中所含的粉塵會在反應器的濃縮段進行濃縮，經過一系列的物理變化后由原來的氣包圍界面轉化為液—固界面，不斷的吸附與凝聚，粉塵的粒徑會逐步增大，更易接觸到水分而增加其濕度與浸潤性，粉塵與粉塵之間更易吸附，最終形成液滴，達到除塵的目的。

2.2 催化法

(1)催化煙氣脫硫。這是一種新型的有機脫硫催化技術，以具有吸附能力的炭材料為載體，并搭載催化成分，既完成了對二氧化硫的吸附，又具備了催化劑的催化作用。煙氣中含有的二氧化硫氣體、水分和氧氣被吸附在催化劑的孔隙當中，經過催化后轉變為活性分子，生成具有強氧化性的硫酸，這些反應生成的硫酸會聚焦在孔隙內，隨著硫酸數量的持續增長逐漸進行飽和狀態，然后就會釋放出具有催化作用的活性分子，這樣催化劑的催化能力得到了恢復。這種新型技術可以大大減少能量的消耗，減少材料的使用，并且不會對環境造成二次污染。

(2)催化還原脫硝。在專用反應器中加入氨或尿素等具有還原性質的物料，當煙氣經過反應器時其中所含的NOx將會發生還原反應，被還原為N2和水，目前這種方法的應用比較廣泛，而且脫硝效率非常高，能夠達到90%以上。

(3)靜電煙氣除塵。利用勵磁驅動產生高壓靜電場，當含塵煙氣經過時就會被電離，粉塵顆粒就會與負離子結合而帶上負電荷，趨向正極運動被吸附收集。該方法除塵凈化效果好，可以在250 ℃高溫環境下運行，甚至有些類型可以達到350～400 ℃，并且自動化水平較高，應用范圍廣泛。

3 化工企業脫硫脫硝除塵環保措施

隨著我國工業化的發展，大量含硫、含氮有害氣體及煙塵被排放到大氣當中，生態環境遭到嚴重破壞，因而國家越來越重視化工企業脫硫脫硝除塵技術的應用，在全國范圍內開展對煙塵的控制[4]。

3.1 環保部門做好行業綜合評估

國家環保部門及相關的監督管理部門應組織并號召相關研究單位對大氣污染物排放情況進行深入的調研工作，根據排放情況做好系統性的評估，制定嚴格的排放標準。調研與評估內容主要涉及到超低總量排放的整體環境效益、社會效益、經濟效益等等，以及對化工生產技術的影響、對安全生產與資源使用等方面的影響。例如化工生產企業為了達到除塵效果在煙囪上安裝除塵脫硫脫硝裝置，但是卻增加了煙氣排放的阻力，對于化工企業的安全生產造成一定的影響，為了解決這一問題，再加裝鼓風機等設備，這又會造成企業生產成本的上漲。這些實際問題都是影響環保技術推廣的重要阻力，各地政府部門應采取積極措施進行有效的解決。

3.2 推廣脫硫脫硝除塵一體化技術的工作思路

化工企業管理人員要更新觀念，統一認識，明確企業生產的目的是為了滿足社會發展所需，企業產品與服務應對社會發展起到積極的作用，應積極解決脫硫脫硝除塵技術給企業生產造成的各種困擾，通過不斷的創新、改進完成技術改造，使煙氣排放達到環保標準要求。同時還要做好廢棄物的回收利用，提高脫硫脫硝除塵設備的經濟效益，可用來抵消化工企業的部分投入，降低成本投入。

4 結語

隨著我國工業化進程的逐步加快，大氣中含硫含氮等有害氣體的排放情況越來越嚴峻，已經嚴重影響到了生態平衡，霧霾、沙塵暴、水土流失等問題頻發。因此，化工企業在生產中應積極推廣脫硫脫硝除塵技術，對工業排放廢氣、廢水進行有效的治理與回收利用，這也是推動化工行業可持續發展的必由之路。