1 應用范圍
適用于“石灰石-石膏法”和“石灰-石膏法”煙氣脫硫,向脫硫系統內添加復合脫硫催化劑,可以通過催化作用提高脫硫效率,減少脫硫劑用量,顯著降低脫硫系統能耗。
2 技術背景
以“石灰石-石膏法”煙氣脫硫工藝為例,該脫硫方法技術成熟、脫硫效率高,吸收劑來源豐富、價格低廉,是使用最廣泛的煙氣脫硫方法。該法以石灰石為脫硫吸收劑,將石灰石塊破碎磨成細粉狀與水混合制成漿液,石灰石漿液經過漿液循環泵被打入吸收塔與煙氣充分接觸、混合,使得煙氣中的SO2與漿液中的CaCO3以及鼓入的強制氧化空氣發生化學發應,最終生成石膏,達到脫除SO2的目的。具體的化學反應過程如圖1所示。
圖1 濕法脫硫反應過程
如圖1所示,“石灰石-石膏法”煙氣脫硫的反應過程包括SO2的溶解與吸收、CaCO3的溶解與電離、酸堿中和反應、HSO3-的氧化、沉淀的產生等步驟。而該方法脫硫反應的速率控制步驟,主要受限于兩個過程(圖1中帶紅星號的過程):
(1)SO2在氣液相界面上傳質與溶解,并轉入液相的過程。
(2)CaCO3的溶解、電離與擴散的過程。
這兩個反應的反應速度都比較慢。首先關于SO2,雙膜理論認為氣相和液相之間存在著穩定的相界面,界面兩側各有一個很薄的停滯膜,即氣膜和液膜,而氣體在氣膜和液膜的擴散速度較慢。為了促進SO2氣體的溶解,往往需要很大的液氣比(約為15L/m3或更高),以增大吸收表面積,但這也帶來了電耗高和運行費高的問題。另外,CaCO3溶解度小,其液相傳質能力也比較低,這就直接造成了脫硫反應速率和脫硫率的瓶頸。
3 脫硫催化/增效原理
針對“石灰石—石膏法”煙氣脫硫工藝的缺點和瓶頸,廣州綠華環保科技有限公司研發了復合脫硫催化劑,用于優化脫硫過程,提升脫硫效率,降低運行成本。復合脫硫催化劑的主要成分和作用機理如圖2所示。
圖2 復合脫硫催化劑成分及作用
復合脫硫催化劑主要由無機鹽、金屬氧化物、表面活性劑、有機胺羧絡合物或有機酸(鹽)中的一種或一種以上化合物組成,可以根據煙氣脫硫系統的需要,進行組合復配,已達到最優的脫硫效率和性價比。無機鹽可以促進石灰石的溶解;微量金屬氧化物作為催化劑加快氧化反應速率;表面活性劑可以降低氣液兩相之間表面張力,減小體系自由能,進而提高吉布斯吸附能力,加快SO2吸收速率;有機胺羧絡合物或有機酸鹽可以調節pH值,為液體環境提供緩沖作用,既可加快SO2在氣膜和液膜之間的傳質速率,也可加快CaCO3的溶解速率。
圖3 有機添加劑作用機理圖
有機胺羧絡合物或有機酸鹽促進SO2和CaCO3溶解的具體機理如圖3所示。SO2溶解于水電離出H+,所以氣液兩相界面處是低pH值;CaCO3溶解于水電離出CO32-,CO32-會與溶液中的H+反應生成HCO3-,所以固液兩相界面處是高pH值。pH值介于碳酸和亞硫酸之間的有機添加劑可以作為緩沖劑,一方面是AHn-1-可以與H+反應生成HnA,這個反應消耗H+,所以促使SO2溶解電離的反應平衡向右進行,即促進了SO2的溶解;另一方面HnA和H+可與C反應,同樣促進了CaCO3的溶解。而且將pH值控制在5~6,還可以有效防止塔內設備結垢。
4 產品優勢
(1)提高脫硫效率,無需進行設備擴容改造,輕松達到超低排放要求;
(2)減少漿液循環強度,降低液氣比,顯著降低系統能耗;
(3)增強CaCO3的反應活性,提高吸收劑的利用率,進而減少石灰石用量;
(4)防止漿液結垢和堵塞,提高系統可靠性和穩定性;
(5)既適用于各種燃煤鍋爐和工業窯爐煙氣脫硫,也適用于燃煤氣、燃油、燃生物質等其他燃料鍋爐和窯爐煙氣脫硫,應用范圍廣泛。
5 技術指標
型號 | DSC-I | DSC-II |
外觀 | 灰白色粉粒狀 | 白色粉狀 |
pH值(1%水溶液) | 4.5-7.5 | 5.5-8.5 |
密度(g/cm3) | 1.2-1.5 | 1.0-1.4 |
水不溶物(%) | <2.0 | <0.5 |
氯離子(%) | <0.1 | <0.1 |
6 使用方法
首先,可在漿液循環回路的任意位置加入,根據燃煤電廠實際情況提出具體方案。推薦:首次加入系統從漿液返回管處直接加入吸收塔內,后期補充時投加到脫硫循環液中。
其次,首次用量建議的添加量為0.1%~0.5%(以DSC-I型為例)或0.5~1.0‰(以DSC-II型為例),需根據煙氣脫硫實際情況,調整所需添加量。本產品的原理是催化增效,在脫硫反應中并不消耗,但由于漿液水分流失或排放,會造成脫硫催化劑損耗,后續需要酌量補充。
7 注意事項
具有水溶性,性能穩定、無腐蝕的特點,需存放于陰涼、干燥、通風的庫房內,遠離熱源。