第五届全国大学生环保科技创新设计大赛银奖作品.doc

空气自净法治理烟气二氧化硫 湖南科技大学蓝盾科技创新团队 411201 摘要 以煤为主的能源消费结构造成了潜在的大气环境污染，其中二氧化硫是大气污染的主要物质，不但威胁着生态环境，严重制约了国民经济和社会的和谐发展,而且造成硫产品的浪费。目前我国脱硫系统主要设备还依赖进口，造成了大量的资金外流和硫的难以回收,因此加快开发和研制出适合我国国情的高效低耗、资源化的具有自主知识产权的烟气脱硫方法迫在眉睫，因此要求在相关应用基础理论研究方面需有所突破。本作品在已有研究成果基础上，研究开发高效、资源化的烟气脱硫方法——反应控制相转移催化空气自净脱硫法。用铁、锰、铜等金属盐或其复合物作催化剂，水吸收，用空气氧化二氧化硫为硫酸。研究成果为对于二氧化硫资源化处理及减轻大气污染有着重要的理论与现实意义。本作品技术广泛应用于燃煤烟气脱硫，硫酸厂尾气处理，尤其是大型金属冶炼厂的烧结脱硫、煤制油厂、煤化工厂、大型钢铁厂及化工医药废气脱硫等方面。 关键词 空气自净法；反应控制相转移；催化；废气；脱硫 一、选题依据 1 研究背景及意义 随着国民经济的快速发展，能源消耗大幅度增长，目前国内以煤为主的一次能源消费结构造成了潜在的大气环境污染。其中SO2是大气污染的主要物质，它们能引起人体中毒、植物损害、酸雨酸雾，甚至造成臭氧层的破坏，不但威胁着生态环境、严重制约了国民经济和社会的可持续性和谐发展，而且造成硫产品和资源的大量浪费[ 1, 2 ]。时下，脱硫系统主要设备还依赖进口，造成了大量的资金外流和硫品的难以回收利用。因此，加快研究和开发适合我国国情的低能耗、高效率、占地小、无二次污染、资源化的具有自主知识产权的低浓度烟气脱硫方法及相关基础理论迫在眉睫[ 3 ]。 2 国内外脱硫技术进展及学科前沿 烟气脱硫技术的发展可分为以下几个阶段[4, 5]：第一阶段：20世纪60年代末至70年代末。主要包括：石灰石湿法、石灰湿法、MgO湿法、双碱法、钠基洗涤、碱性飞灰洗涤、Wellman-lord工艺等。第二阶段：20世纪80年代初至80年代末。第二代烟气脱硫以干法、半干法为代表，主要有喷雾干燥、炉内喷钙增湿活化法、循环流化床、管道喷射法等。第三阶段：20世纪90年代初至90年代末。第三代烟气脱硫包括脱硫率≥95%的石灰石/石灰湿法、等离子体法、海水脱硫工艺以及一些结构简化、性能较好的烟气脱硫工艺等。第四阶段：二十一世纪开始到现在。采用投资小、运行费用低、效率高的资源化烟气脱硫技术成为发展趋势。日本是世界上最早大规模应用烟气脱硫装置的国家，美国70年代初开始应用烟气脱硫装置，欧洲的烟气脱硫技术是在引进日、美先进技术的同时，各自立足于本国国情进行技术开发，其中德国起步虽晚，但起点高。我国早在20世纪70年代，就开始了烟气治理技术的研究工作，但与发达国家相比，虽然起步早，进展却迟缓。目前国内几种典型的烟气脱硫技术有石灰/石灰石—石膏法、液柱喷射烟气脱硫法、旋转喷雾法、电子束法[6]，近期在国家环保部的直接倡导下，正在大力推广氨法。高效化、经济化、资源化、综合化、多元化是烟气脱硫技术发展的重要方向，也是采用高技术取代与改造传统烟气脱硫技术的必然选择。 目前，燃煤烟气中SO2的控制主要采用了湿式石灰石/石膏法、烟气循环流化床法、海水脱硫法等方法。其中石灰石-石膏湿法脱硫是目前世界上技术最成熟、应用最广、运行最可靠的方法，已成为世界FGD的主导。当前循环流化床烟气脱硫技术在国外已基本成熟，国内一些科研机构也积极开展了对该技术的研究。东南大学热能工程研究所吴颖海等在变速循环流化床反应器实验台上进行了烟气脱硫实验。国家电站燃烧工程中心利用引进的排烟循环流化床实验台进行了混煤燃烧的脱硫实验。王晓芳等在清华大学实验电厂开 展了常温半干法循环流化床烟气脱硫技术的工程示范研究，示范装置的设计处理烟气量为20,000 Nm3/h。总之,CFB-FGD技术在我国呈现出强劲的发展势头[7]。湖南大学魏先勋等的改性粉煤灰脱除二氧化硫的实验研究[8]；中南大学李立清等旋流格栅式新型烟气脱硫装置的研究[9]；赵毅、蔡伟建等液相催化氧化法用于烟气脱硫的研究[10,11]，也都具有良好的发展前景。湖南碧绿环保产业发展有限公司开发FS-04规流填料塔脱硫核心技术达国际先进水平[12, 13]并首次出口[14]，其方法也是采用湿法石灰/碳酸钠法，目前采用的是氨水法。二十世纪90年代以来，出现了许多性能较好的脱硫FGD工艺，其中有实际应用价值的主要有下列几种：EBA法[15] 、粉粒流化床技术[16, 17]、碱性废水技术[18]、CuO/Al2O3吸收法[19]、活性(焦)炭法[20]、尿素法[21]和湿式络合吸收法[22]。另外，炉内有机钙喷射工艺简单经济，也是一种非常有前途的炉内燃烧中脱硫工艺