煙氣脫硫技術的進展、現狀、展望

王春燕 王廷杰 ，2 王海玉

（1.鎳鈷資源綜合利用國家重點實驗室，甘肅 金昌 737100；2.甘肅省金昌市金川區市場監督管理局，甘肅 金昌 737100）

0 引言

（1）SO2的產生及危害

SO2氣體是造成大氣污染的主要因素之一， 主要來源為含硫燃料的燃燒、 含硫礦石的冶煉及化工、硫酸廠電廠等工業生產中排放的廢氣。 工業生產中燃煤排放煙氣中SO2含量約為93%[1]， 煤燃燒釋放至大氣中的煙氣是SO2主要來源[2]。

由SO2產生的二次污染物硫酸鹽、有機酸鹽和酸雨等嚴重危害自然環境和人類健康。 尤其酸雨對社會、經濟和環境造成了嚴重影響，會導致區域水系統、土壤森林系統的酸化，嚴重破壞生態系統，還會對建筑物材料進行腐蝕破壞[3-4]。 SO2的排放還會加重霧霾天氣，嚴重影響人們的生活質量。

（2）治理政策和現狀

盡管我國大力支持新能源發展利用，但很長時間內，煤炭能源還將是工業生產的主要能源。 為督促節能減排，從“十一五”期間已經全面開啟SO2減排工作，且減排成果顯著，截至2015 年年末，SO2的排放總量較 2010 年減少 10%。 到 2018 年，SO2排放降至 1 651.6 萬噸。近些年，SO2排放量在逐年遞減，但整體排放量仍很大。 因此，如何有效控制SO2排放并回收利用有重要意義。

1 煙氣脫硫技術

煙氣脫硫技術（FGD）是指利用吸收劑把冶煉煙氣中的SO2成分經化學反應轉化為穩定的固體化合物脫除，最常用的吸收劑是含有堿性的物質，轉化途徑一般分為兩種：一將SO2氧化為SO3， 再將SO3吸收生成硫酸；二用還原劑將SO2還原為硫，再冷凝得到固體硫。 因煙氣出口溫度高，采用物理吸附效率低。

1.1 傳統脫硫技術

傳統脫硫技術中，按照產物是否可回收，煤炭燃燒脫硫可以分為拋棄法和回收法，前者是將SO2成分轉化為含硫殘渣拋棄，后者是將煙氣中SO2轉化為硫酸、硫磺、化肥等化工產品回收利用硫。 煤炭燃燒脫硫技術按脫硫處理時間包括燃燒前、燃燒中和燃燒后脫硫技術。 本文介紹燃燒后脫硫，即煙氣脫硫，可分為干法、半干法和濕法脫硫。

1.1.1 干法脫硫技術

干法脫硫技術（DFGD）是完全干燥情況下將粉狀催化劑、吸附劑、吸收劑等與煙氣中SO2反應除SO2，常用固體石灰石粉料做吸收劑。 由于反應物和產物都是干固態粉末，這種脫硫技術中無廢水產生，不存在設備結垢和腐蝕設備。然而，由于氣固兩相接觸時反應速率慢，擴散受限，脫硫效率較低，且脫硫設備龐大，需高投資并對操作技術要求高，不適合老企業引進。

1.1.2 半干法脫硫技術

為提高煙氣脫硫效率，將脫硫劑溶于水或以懸浮液噴入脫硫反應器中，使得煙氣中的硫氧化物與脫硫劑反應脫硫，被稱為半干法脫硫。 半干法脫硫需要在氣、固、液三相中進行，因此，需增強各反應物接觸面積，提高脫硫效率。 包括噴霧干燥半干法和氣體懸浮吸收煙氣脫硫技術等。 脫硫劑是脫硫效果和效率的核心因素，半干法脫硫流程簡單、投資少、反應充分、脫硫率高。 然而，半干法未根本解決資源的可再生利用。

1.1.3 濕法脫硫技術

濕法脫硫技術（WFGD），即脫硫過程在液相中進行。 濕法脫硫技術脫硫效率高、占地面積小、適用性強。 盡管WFGD 是目前使用的最為廣泛的脫硫技術，但是傳統WFGD 有大量廢水、能耗高、洗滌后煙氣溫度低以及腐蝕嚴重等缺點，需進一步優化。 下面簡單介紹石灰石—石膏法、氧化鎂法等幾種主要的濕法脫硫工藝及存在問題。

（1）石灰石-石膏法

石灰石-石膏法脫硫是較為成熟的脫硫技術，該工藝的主要是 CaCO3與 SO2生成 CaSO3，CaSO3進一步與氧氣生成CaSO4。石灰石-石膏脫硫技術有脫硫率高（大于95%）、吸收劑利用率高等優點。 而這種技術存在吸收塔等設備易結垢堵塞、占地面積較大、產生二次污染等缺點。 近幾年研究主要致力新型添加劑的研發和使用，提高脫硫率。

（2）氧化鎂法

氧化鎂法脫硫效率高、設備占地面積小、對各種濃度煙氣適應性強。 以MgO 漿液為脫硫劑，MgO 與SO2反應生成MgSO3，MgSO3結晶干燥脫水實現煙氣脫硫，MgSO3高溫下煅燒生成MgO 實現脫硫劑MgO循環利用。 pH 在6.0～6.5 以內，設備腐蝕有一定的緩解。但若氧化速率低生成過量MgSO3，會分解為SO2并耗盡廢水中的溶解氧。

1.2 其他脫硫技術

伴隨著人們的生活水平不斷提高，人們對生態環境的要求也原來越高。 近年來，研究者們又陸續提出了很多新的煙氣脫硫技術，主要包括微生物脫硫及有機醇胺脫硫技術等。

1.2.1 微生物煙氣脫硫技術

生物法煙氣脫硫是利用微生物對氧化態的污染物還原成單質硫或氧化成H2SO4過程，從而脫除SO2。微生物細胞的表面含有大量的有機官能團 （如羧基、氨基、羰基、烴基等），這些官能團可通過絡合、靜電吸附、氧化還原等各種作用吸附污染物。 生物脫硫技術是目前研究較為廣泛的一種脫硫新方法。

1.2.2 有機醇胺脫硫技術

有機醇胺脫硫技術的吸收劑可以是單一的醇胺或二胺，在吸附塔利用有機醇胺對煙氣中的SO2成分進行吸收處理，實現煙氣脫硫，為一種新型的煙氣脫硫技術。

2 近年來F G D 技術的改進與創新

2.1 對傳統工藝的改進

研究者采用噴霧干燥器吸收 （SDA） 法結合NaClO2，實現了一種同步脫硫脫氮的方法。 結果表明，當煙氣中有SO2和NO 共存時， 不僅SO2去除效率仍然保持很高，而且NO 去除效率也很高會超過80%。

對于氧化鎂法，為了盡可能使反應完全，研究者們開發催化劑來加快氧化速率。有人開發了一種短程有序的Co（OH）2/TiO2催化劑，該催化劑與光照具有協同作用， 有光照時，MgSO3的氧化速率一下提高了6.1 倍，在光照下達 11.3 倍。

2.2 新工藝的開發

利用磷礦漿脫除中小型燃煤鍋爐特別是磷化工企業產生的SO2是一種有前途的脫硫技術。 這一特殊路線不僅使SO2的排放最小化，而且還原位制造硫酸來分解磷礦。

此外，除了材料的開發，工藝過程設計也十分重要。 有人通過調整不同的工藝方法來研究乙二胺-磷酸可再生胺法的最佳解吸條件，發現半連續工藝的解吸效果最好。

3 總結與展望

為了盡可能減少大氣環境中SO2成分的排放，最主要是研究開發高效煙氣脫硫技術。 傳統脫硫技術都存在著各種缺點， 無法滿足越來越高的脫硫要求，因此，研究者們對傳統的脫硫技術進行了升級改進并且開發新脫硫技術。SO2排放量逐年降低，但仍不能達到期望值，因此，開發合適的煙氣脫硫技術在很長時間仍是研究重點。 此外，目前對硫資源回收利用和脫硫產物有效利用的研究還不夠深入，這也是一個值得研究者考慮的方向。