姚永存 晋常兵
河北省煤化工工程技术研究中心 河北邢台 054001
摘要：世界经济的高速发展，人口的迅速膨胀带来的是对环境的破坏越来越严重。二十一世纪发展的是科技，消耗的是大量的化石能源，人类经济的发展是以牺牲环境为代价，但化石能源大量的消耗却带来了温室气体、酸雨、雾霾等。人类目前的能源结构以化石能源为主，经过几次大的大气污染的教训，人们逐渐重视大气污染。本文着重介绍了现在对排放气体进行脱硫脱硝的技术，我国能源以煤为主，发展适合我国的烟气脱硫脱硝技术具有重要意义。
关键词：炭基材料，脱硫脱硝，大气污染
1烟气脱硫脱硝技术的意义
S02是世界上量大面广的主要大气污染物之一，我国是世界上S02排放最多的国家之一。SO2的大量排放，造成我国大气污染及酸雨问题日益严重，目前我国酸雨区面积己占国土面积的30%，成为世界上继欧洲、北美之后的第三大酸雨区。酸雨和S02污染的危害是多方面的，它使河湖水呈酸性，结果导致土壤酸化，生态环境遭破坏，建筑物损坏，人体健康受危害，尤其是近几年钢铁行业是国家重要的基础产业，又是高能耗、高排放、增加环境负荷源头的行业。据统计资料显示：在电力行业二氧化硫排放量持续下降的情况下，钢铁炼焦行业作为工业二氧化硫排放大户，面临的减排压力日益突出。
2炭基材料在脱硫脱硝上的应用
国内外许多实验证明炭基材料（活性炭，性焦，碳纤维）是最有潜力的低温干法脱硫吸附催化剂。活性炭的吸附性质是应用在脱硫脱硝中的首要性质。由于活性炭含有像石墨晶粒却无规则地排列的微晶。微晶被活化之后会产生大小形状都不一样的微孔。这些微孔的体积虽然只有0.25～0.90mL/g，但是微孔的个数达到1020个/g，足以大大扩大它的表面积，这些微孔的表面积大致是500～1500m2/g，BET法测出来的也有3500～5000m2/g的。微孔中包含了活性炭几乎95%以上的表面积，因此，除了有些大分子进不了外，活性炭吸附性能的高低主要取决于微孔。
2.1活性炭脱硫脱硝原理
活性炭对SO2的吸附有物理和化学吸附，吸附量较小的物理吸附在烟气中无水蒸气和氧气存在时发生。在烟气中存在足量水蒸汽和O2的条件下，活性炭法烟气脱硫中化学吸附和物理吸附是同时存在的，先发生了物理吸附后，再在有水和O2存在时将吸附到活性炭表面的SO2催化氧化为H2SO4，所以吸附SO2的量增大。一直以来，人们应用化学反应式：
SO2+1/2O2+H2O→H2SO4
将化学反应的全部过程描述出来。
如下的反应：
NO+NO2+2NH3→2N2+3H2O
是用活性炭吸附NOX的NH3选择性催化还原法。由此反应是可以看出它的原理是降低NOX与NH3的反应活化能，从而使NH3的利用效率有所提高。在高温下利用炭与NOX反应生成CO2和N2是炽热炭还原法。该工艺不用催化剂，固体炭质廉价，来源广泛，反应生成的热量可以回收利用的优点。吸附剂使用量较多而导致占用了吸附器很多的体积，这是因为活性炭法烟气脱硫技术的问题就是活性炭的吸附容量并不是无限的。减小占地面积不但会使气流速度过高，并且需要增加床层厚度又会产生过大的流动阻力。通过数据分析可以得出，活性炭用浓H2SO4处理比用硝酸改性后，在表面产生了更多的酸性含氧基团，-OH和苯环上的羟基同时也增加了。具有活性的活性炭表面会因其作用的增强而增加。浓H2SO4能使与其微孔内壁发生反应，对活性炭起到了扩大孔洞的作用。这会比原来的孔大出许多。
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2.2在烟气脱硫脱硝中对活性焦的应用
活性焦具有耐压大、耐磨损强、耐冲击大，比表面积发达和孔的结构丰富的优点。活性焦比活性炭具有更高的机械强度和燃点，更有利于应用在移动床工艺。它的脱硫脱硝的方法跟活性炭相似，活性焦脱硫是在SO2在焦表面的催化氧化和吸附的基础上的。在有O2和H2O时，SO2吸附及氧化的活性中心是活性焦表面的某些含氧络合物基团，而其大小形状多样的孔结构和强大的比表能提高分子传递效率。更重要的是为反应产生所需的质子，与能激发SO2的还原性。采用加热再生可以吸附饱和的活性焦，高温条件下，活性焦与其表面的稀H2SO4发生下列化学反应，释放出SO2。
3烟气脱硝脱硫技术
3.1联合脱硝脱硫技术
这种技术在烟气脱硝脱硫技术中应用最为广泛。它既可以去除烟气中的SO，也可以去除烟气中的NOx。其主要特点是通过石灰石一石膏烟气脱硫系统来去除SO，用SCR去除NOx。但是，这项技术虽然可以达到90%以上的脱硫率和80%以上的脱硝率，但在使用过程中，容易形成表面结垢，阻塞和腐蚀正在运行的设备，大大降低了脱硝脱硫的效率。
3.2同时脱硫脱硝技术
烟气同时脱硫脱硝技术又可分为两大类：炉内燃烧过程的同时脱除技术和燃烧后烟气中的同时脱除技术。这项技术虽然受到了重大关注，但遗憾的是并没有得到有效的利用，只尚处于研究阶段，但不管如何，这项技术取得了重大成就，其中包括电子束照射法和脉冲电晕等离子法。电子柬照射法利用电子加速器产生的高能等离子体氧化烟气中的SOx和NOx等气态污染物，在极短时间内进行强烈氧化反应，从而大大提高了脱硝脱硫效率。不仅如此，它还有将其产生的副产品和氨气转化为化肥，从而加大了其脱硫脱硝的优势。脉冲电晕等离子体法能在同一过程中，同时脱除SO和NOx，高能电子由电晕放电产生，在实施过程中，费用较低，也可以摆脱辐射屏的影响，更重要的是可望实现集脱硫脱硝和收集飞灰等功能于一体。
4烟气脱硫脱硝的未来发展
随着工业时代的到来，能源的需求量必然会上升，从而使得能源的消耗量也急剧增长。能源时代带动了我国经济的发展，但是，从另一方面来说，也带来了环境的污染，严重威胁到了人们的健康。21世纪的今天，环境污染是全世界共同面临的问题，也是大家齐心协力，一致共同努力的方向。因此，脱硝脱硫技术必然会成为人们关注的焦点，它的前途不可限量，这不仅是因为它顺应了时代的潮流，更重要的是它迎合了目前人们亟需解决环境污染的需要。那么，它究竟会朝着什么方面发展，在哪方面取得重大突破呢？毫无疑问，其理论研究将会更加深入，因为理论是技术发展的前提和基础。因此，在完善的理论面前，烟气脱硝脱硫在技术上将会取得重大的突破。其次，烟气脱硝脱硫技术在设备上将更加完善，在节约成本，保障安全，增加效益方面也取得更大的成就。最后，烟气脱硝脱硫技术将很快被投人市场，在中小锅炉上发挥其不可忽视的作用，并实现其高效、低耗和便利的特点。
结束语：
通过对我国在烟气脱硫、脱硝技术领域现状的分析，针对我国烟气脱硫、脱硝技术开发过程中遭遇的难以突破的瓶颈，提出了在突发的社会需求、国外技术抢占市场的条件下，开发出一种在较少资金投入、较短时间内开发出技术成熟度高、满足市场要求的烟气脱硫、脱硝技术的共性开发设计平台。希望通过在烟气脱硫、脱硝共性开发设计技术领域的探索能够为我国烟气脱硫、脱硝工程技术的发展提供参考，同时希望我国积极支持环保开发设计技术的共性化和平台化创新，为我国环保工程技术的发展提供可靠技术保证。
参考文献：
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[2]胡国生．攀钢烧结烟气脱硫技术研究[J]．工业安全与环保．2013（8）．
[3]汤静芳，黄新发.烧结厂大气污染控制技术的应用及发展[J]，武钢技术，2012（5）．
论文作者:姚永存,晋常兵
论文发表刊物:《防护工程》2018年第18期
论文发表时间:2018/11/5
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