烟气脱硫技术的应用及发展趋势

孙磊

身份证号码：13010219830126****

摘要：大气污染物烟尘是造成雾霾的原因，SO2，SO3，NO2等是造成酸雨的主要原因，因此脱硫脱硝是控制大气污染的必要措施。从膜材料和吸收剂两个方面阐述了膜吸收法烟气脱硫的研究进展，膜法烟气脱硫具有广阔的工业化应用前景。

关键词：烟气脱硫：膜吸收：膜接触器：新型技术

当今主流技术的核心均为钙基化合物与SO2生成石膏。该工艺成熟，但不能完全利用石膏从而造成二次污染，脱硫后温度低不利于排烟，不能同时脱出其他污染物，且耗水量大。近年来，随着工业化和城市化的发展，对电的需求量增加，导致燃煤消耗显著增加。原煤的硫含量高达0．1%～10%，煤燃烧释放出大量的SO2，导致大气污染，对人体和生态环镜危害极大。控制SO2的途径可归纳为三种：燃烧前、燃烧过程中和燃烧后（即烟气脱硫）：目前，烟气脱硫技术被认定为是控制SO2的有效途径。

一、新型脱硫技术应用

近年来，环境问题引起了国家的重视，新型脱硫技术不断提出。如微生物脱硫技术、铁碱溶液催化（DDS）脱硫技术和膜吸收脱硫技术。这些脱硫技术弥补了传统脱硫技术面积大、投资成本高等缺点。微生物脱硫技术（Bio－FGD）基于生物硫循环理论，烟气中的SO2被水或吸收塔溶解并转化为亚硫酸盐或硫酸盐，随后使用硫酸盐还原菌，在厌氧条件和外部碳源下将亚硫酸盐和硫酸盐还原为硫化物，利用好氧反应器中硫细菌的作用将硫化物转化为硫。相比于传统的脱硫方法，Bio－FGD无需高温，高压和催化剂便可运行，且成本低，设备简单，无二次污染等优点。因此，Bio－FGD是一种很有前途的脱硫技术。DDS法是铁碱溶液催化气体脱碳、脱硫和氰化物脱除技术的简称。这是北京大学魏雄慧博士发明的一项专利技术，该方法综合效率高，能耗低，脱硫率高，是一种新型良好的脱硫方法。DDS脱硫技术以其独特的技术特点和突出的脱硫能力正逐渐被广大企业所认可，并呈现出良好的市场前景。

二、膜吸收法脱硫技术应用

近年来使用膜接触器从烟道气或沼气中捕集SO2引起了人们的关注。在膜接触器中，气流和吸收液通常在膜的两侧逆向流动。当含有SO2的气流通过微孔膜基质传输并被吸收液吸收时，实现SO2捕获。在这里，微孔膜为非选择性屏障以提供气相和液相之间的界面。此外，质量传递基于浓度梯度而不是压力差作为驱动力[1]。因此，膜接触器几乎能在大气压下操作，促进了系统的低成本操作。与传统的气－液接触设备相比，气－液膜接触器（膜吸收）有以下几个优点：具有明确且稳定的相界面，较小的体积具备较大的界面面积，尺寸及重量小，相间无分散，无液泛、夹带、泡沫、无聚集现象产生，且无需利用不同密度的流体。

膜吸收法脱硫技术最早开始于上世纪80年代，具有传统吸收法和膜分离技术的共同优点，目前多数处于实验室研究阶段。在80年代中期，Qi和Cussler是引入膜吸收法脱除酸性气体的先驱者，后来引发了对该项目的广泛研究。Qgundiran等人采用中空纤维多孔疏水性膜脱除烟道气中SO2，发现该技术是用于烟道气脱硫极具前景的吸收装置。Sun等人提出，与传统填料塔相比，膜接触器与海水吸收相结合是海滨地区SO2去除的更有前途的技术。Park等人进行了一系列实验，研究各种操作参数对PVDF中空纤维膜脱除SO2效率的影响，结果显示，SO2脱除效率较高，考虑到诸多投产条件表示其将成为未来竞争的替代方案。陈颖采用自制聚丙烯中空纤维管式膜接触器作为吸收单元，以海水为吸收剂，进行膜吸收法烟气脱硫过程模拟试验，研究膜结构、膜的孔隙率、气液相工艺流程及流动速率、烟气SO2浓度及温度等因素对脱硫效率的影响，为工程化应用试验奠定基础。1993年，荷兰应用科学研究组织对膜吸收装置进行了优化，并简单实现线性放大，提高了处理能力。2003年，Klaassen以碱液为吸收剂，采用膜吸收法进行规模为100m3/h的锅炉烟气脱硫中试，连续运行500h，试验结果证明，脱硫率大于95%。国内海水淡化研究所的陈颖等科研人员开展膜吸收法烟气脱硫技术研究，在天津大港发电厂进行了1000m3/h（标态下）烟气脱硫中试，脱硫率大于90%，工业化应用前景十分广阔。最近，陈颖团队进行了膜气体吸收与传统氨法脱硫技术相结合的烟气脱硫研究，采用自行设计的膜吸收塔进行煤化工废气脱硫实验研究，以氨水作为吸收剂，考察该项技术对煤化工废气中SO2的脱除效率、尾气中的氨逃逸量以及脱硫后吸收液的成分和纯度[2]。实验证实了膜气体吸收－氨法脱硫技术对煤化工烟气处理的优异效果，并控制了传统氨法脱硫中存在的氨逃逸现象，对传统氨法脱硫技术的升级与改进提供了有效方案，具备工业化应用的潜力。

三、发展趋势

传统的烟气脱硫技术存在占地面积大，投资成本高，副产物利用率低，易造成二次污染等缺点，膜吸收法烟气脱硫将吸收过程与膜结合在一起，弥补了传统技术在脱硫过程中产生的沟流、雾沫夹带、泛液等缺陷，是一种新型的烟气脱硫技术，对酸性气体的吸收意义重大。然而，大规模实际应用的优化膜接触器技术还未成熟。在实际操作中，从经济角度来看，膜体系的长期稳定性是至关重要的。在烟气中，其温度高得多，可能超过100℃，需要具有高耐热性的膜。在当前的实验室规模研究中较少考虑这些现实和恶劣的条件，应该解决这些问题并完善实验室研究条件与工业应用相一致[3]。因此，需要在以下几个方面开展系统的研究工作：第一，开发具有优异抗湿润性，耐化学性和耐热性的新型微孔膜：第二，利用新型有效吸收剂，再生成本低，与所用膜具有良好的相容性：第三，开发新型膜组件，可增强气相和液相的传质。

总之，发展烟气脱硫技术的主要目的是考虑到我国目前的空气环境污染严重，环境因素将制约未来的发展空间。因此，着力发展烟气脱硫技术，探究更为高效和低成本的技术，为我国的环境保护建设做出贡献。

参考文献：

[1]王文.石油催化裂化烟气脱硫废水处理技术的应用与探讨[J].中国资源综合利用，2018，36（03）：64-65+68.

[2]彭国峰，王瑞，黄富，张杨.烟气脱硫、脱氮技术在催化裂化装置中的应用分析[J].石油炼制与化工，2015，46（03）：52-56.

[3]贺鹏，张先明.中国燃煤发电厂烟气脱硫技术及应用[J].电力科技与环保，2014，30（01）：8-11.