化石燃料煤、石油、天然氣的燃燒煙氣中都會包含一定量的硫化物、氮化物,這類化合物屬于酸性氧化物,對植物、建筑物、汽車等都有危害,因此,煙氣脫硫脫硝成為環保的重要課題,特別是燃煤后煙氣的脫硫問題,同時從安全角度看不同的脫硫方法安全系數不同,不同的脫硫方式成本也不盡相同,可以對當前常用的脫硫方法進行綜合比較,為企業選擇合適的脫硫方式提供參考。縱觀當前比較常用的脫硫工藝主要有氨法、石灰—石膏法及鍋爐CFB(鈣法)、鎂法等。
1.氨法脫硫工藝
采用氨水作為吸收劑除去煙氣中的SO2的工藝。氨是一種良好的堿性吸收劑,氨吸收煙氣中SO2是氣-液或氣-氣反應,反應速度快、反應完全、吸收劑利用率高,氨法具有系統簡單、設備體積小、能耗低。另外,脫硫副產品硫酸銨是一種常用的化學肥料,能夠實現循環經濟,綠色發展的目的。
NH3+H2O===NH3˙H2O
NH3˙H2O===NH4++OHˉ
SO2+2NH3˙H2O===(NH4)2SO3+H2O
(NH4)2SO3+SO2+H2O===2NH4HSO3
電離常數:K=1.8×10-5(25℃)
業主及環保界人士還認為,明晟環保公司的氨法脫硫技術主要特點是:吸收塔為集吸收、氧化、結晶為一體的組合塔;利用進口煙氣熱量濃縮結晶,節約能源;低濃度溶液氧化,高濃度溶液結晶,氧化效率高;多點加氨,針對不同部位的要求進行控制;可直接使用液氨;回收的(NH4)2SO4有較好的經濟效益等。
2.石灰(石灰石)—石膏法煙氣脫硫工藝
主要是采用廉價易得的石灰石或石灰作為脫硫吸收劑。石灰石經破碎磨細成粉狀與水混合攪拌制成吸收漿液,當采用石灰作為吸收劑時,石灰粉經消化處理后加水攪拌制成吸收漿液。煙氣中的SO2與漿液以及鼓入的氧化空氣進行化學反應被吸收脫除,最終產物為石膏,脫硫渣石膏可以綜合利用。
3.循環流化床鍋爐(鍋爐CFB)脫硫工藝
近年來迅速發展起來的一種新型燃煤燃燒脫硫技術。其原理是燃料和作為吸收劑的石灰石粉送入燃燒室中部送入,氣流使燃料顆粒、石灰石粉和灰一起在循環流化床強烈擾動并充滿燃燒室,石灰石粉在燃燒室內裂解成氧化鈣,氧化鈣和SO2結合成CaSO3,鍋爐燃燒室溫度控制在850℃左右,以實現反應。
SO2+Ca(OH)2==CaSO3+H2O
2CaSO3+O2==2CaSO4
CaSO4+2H2O==CaSO4.2H2O
以上兩種方法統稱為鈣法,前者可以稱為濕法脫硫,后者則為干法脫硫,考慮到反應的熱力學條件,后者應當優于前者。
4.氧化鎂(鎂法)脫硫
氧化鎂(鎂法)的脫硫機理是堿性氧化鎂與水反應生成氫氧化鎂,再與SO2溶于水生成的溶液進行酸堿中和反應,氧化鎂/氫氧化鎂反應生成的MgSO3和MgSO4,MgSO3氧化后生成MgSO4。
脫硫工程中發生的主要化學反應:
MgO+H2O→Mg(OH)2
Mg(OH)2+SO2→MgSO3+H2O
MgSO3+H2O+SO2→Mg(HSO3)2
MgSO3+1/2O2→MgSO4
MgSO4+7H2O→MgSO4•7H2O
鎂法脫硫具有效率高(次于氨法),不易結垢,設備緊湊,脫硫液對設備腐蝕性低、安全系數高等優點,脫硫產物是優質的鎂鹽,用途廣泛,該方法近年來得到廣泛推廣。
對于企業來說,由于煙氣的來源和產生方式不同,環保標準也有所差異,應當結合當地的實際要求來選擇合適的脫硫方法,其中除了脫硫效率,也會關注成本。
綜合比較而言,考慮環保效果及經濟效益可以選擇氨法,鈣法脫硫因為爐膛結垢或反應條件不理想應用較少,各企業依據自身的特點進行選擇,也可以選擇雙聯脫硫工藝。