活性炭烟气脱硫技术及工程应用

捕要：活性炭烟气脱硫技术是以减少二氧化硫排放，净化大气环境，回收硫资源为目标而开发的活性炭吸附脱硫技术。利用活性炭的吸附催化能力将烟气中的二氧化硫吸收并制成硫酸，在消除二氧化硫污染的同时。回收了宝贵的硫资源。目前已成功的开发出了利用脱硫稀酸直接生产磷铵复合肥料的工艺技术及生产硫酸亚铁的工艺技术。理论上讲，利用脱硫稀酸还可生产许多硫酸盐制品，因此该技术具有广泛灵活的实用性。

一、概述

1.1 活性炭烟气脱硫的工艺原理

活性炭烟气脱硫技术是利用活性炭催化氧化制酸的机理，将烟气中的SO₂吸附脱除制成H₂SO₄，通过与之配套的综合利用工艺，可生产出磷铵复合肥料或硫酸亚铁等综合利用产品。活性炭烟气脱硫技术是由烟气脱硫和脱硫副产物的综合利用二部分组合而成。其工艺原理是烟气中的SO₂在通过活性炭时被吸附，吸附在活性炭表面的SO₂被催化氧化成SO₃，与烟气中H₂O接触，以硫酸的形态吸附在活性炭内，当活性炭吸附饱和后进行洗涤再生，以稀硫酸的产品形式产出。本项技术因在活性炭的选择和洗涤方式上具有独特强化的工艺，可以使回收的SO₂生产出浓度为30%左右的稀疏酸。

活性炭脱硫制酸的反应机理可用下式表述：

SO₂催化剂/(活性炭)SO₂

O₂催化剂/(活性炭)O₂

2SO₂+O₂→2SO₃

SO₂+H₂O→H₂SO₄

在活性炭烟气脱硫技木中，脱硫副六品的综合利用是一项可因地制宜进行开发制取硫酸盆系列广品的回收工艺，目前已开发出用稀硫酸生产（N十P₂O₅)品位≥35%的磷铵复合肥料工艺，以及生产纯度达96%以上的硫酸亚铁（FeSO₄7H₂O）产品工艺。在工业性试验中，脱硫副产品是硫酸亚铁，即利用电厂锅炉所排的液态炉渣中富含铁颗粒并将铁颗粒选出与脱硫副产的稀硫酸按比例计量送入专用反应槽中进行加热反应，反应生成物经过浓缩、冷却、结晶、分离，可获得纯度为94%以上的硫酸亚铁（FeSO₄·7H₂O）产品。此外，近期采用稀硫酸和铁为原料，已成功生产出附加值更高的铁红产品。

Fe+H₂SO₄+7H₂O=FeSO₄·7H₂O+H₂

在活性炭烟气脱硫技术中脱硫副产品的综合利用，是一项可因地制宜进行开发制取硫酸盐系列产品的回收工艺，今后也可采取稀酸直接浓缩为成品酸，从而使活性炭脱硫技术在完成烟气脱硫的过程中对脱除的硫，作为资源通过综合利用途径，取得环境效益和直接经济收益。

1.2 活性炭烟气脱硫工艺技术开发过程

活性炭烟气脱硫技术是我国自行探索开发的一项新工艺技术，到目前以完成了建设示范装与工程应用的全部技术准备。此项技术在“七五”期间被列为国家重点科技攻关项目，完成了处理为5000Nm³/h的电厂烟气脱硫的中间试验，1991年通过了国家组织的鉴定和验收，1994年该项目列为四川省重点工业性试验项目，在四川豆坝电厂建成了处理量为10×10⁴Nm³/h的工业性试验装置，并于1998年7月通过了四川省科委主持的技术鉴定。国家发展计划委员会和国家科学技术部在制定的1999年度“优先发展的高技术产业化重点领域指南”中，已将活性炭烟气脱硫技术列入逐步实现成套化、大型化的目标。

二、活性炭烟气脱硫工艺技术特点

2.1 活性炭烟气脱硫技术的特点

活性炭烟气脱硫技术的开发，主要是为了解决大中型燃煤锅炉二氧化硫圬染问题。活性炭烟气脱硫技术既解决SO₂污染保护大气环境，又通过回收硫资源并加以综合利用，使之在工程投资和运行成本、技术先进性方面优于传统的烟气脱硫技术，其特点如下：

a、采用活性炭吸附氧化脱硫技术，不需随时投加石灰石、石灰和氨等脱硫吸收剂、没有脱硫剂原料的现场制备和运输，没有脱硫废渣，无二次污染影响。运行管理甚为简便，并可快速启动。

b、开发的脱硫专用活性炭，其表面天然存在的酚型羟基和醌型羰基等活性基团能起到增加氧分子传递速率的作用，其吸附催化氧化过程比常规活性炭具有更大的吸附容量。该活性炭表面具有的活性基团不是依靠补充的碘、氨等添加剂来改性获得，没有流失问题，因而具有长效催化氧化的作用，活性炭装置的脱硫活性炭催化剂一次性投入可使用四年以上。

c、研究开发的分步推进强化洗涤再生技术，在保证脱硫效率的前提下可提高产酸浓度，使得活性炭技术具有较高的脱硫率和较高的产酸浓度。试验表明，活性炭技术在保证产酸浓度>30%的情况下，脱硫率可稳定在≥85%。在要求产酸浓度不高时（<15%），脱硫率可达95%以上。

d、开发的稀硫酸综合利用技术，使得脱硫后产出的硫酸可直接利用来生产副产品，在脱除SO₂的同时，有效的回收利用了硫资源。其脱硫副产品可使烟气脱硫具有一定的经济效益。

e、吸附催化反应脱硫塔是活性炭烟气脱硫的关键设备，集除尘脱硫于一体，可适用于高尘、高温、大流量烟气的脱硫。脱硫塔使活性炭脱硫系统在烟气含尘量>400mg/m²时仍可连续可靠的工作。在保证较高脱硫效率的条件下，可获取≥30%浓度的稀硫酸。

2.2 主要技术性能指标与国内、国外同类技术的比较

活性炭技术是针对燃煤电厂烟气而开发的活性炭脱硫技术，既可消除二氧化磁的污染，又可回收硫资源。以往国内外的活性炭脱硫技术产生的硫酸浓度太低，一般仅有5~15%，对于这样的稀酸只能加热浓缩或加石灰中和生成石膏，不能直接加以利用，因此影响了该技术的发展，而活性炭烟气脱硫技术可将脱硫酸浓度提高到30%左右，这为脱硫稀酸的直接利用提供了可能。同时活性炭脱硫技术可适应高含尘量（~400mg/m³）和大范围的SO₂浓度（500~3500ppm）。活性炭脱硫技术与国外采用活性炭脱硫制酸的日本日立公司、德国鲁奇公司技术的比较见表一。