煤气脱硫技术的研究进展

段桂玲

摘 要：近年来，雾霾成为国民关注的焦点。二氧化硫的排放对霾的贡献率不可忽视。在我们国家煤炭的消费群体中，火电厂使用了60%的燃煤，产生的二氧化硫占了总排量的一半[1]。随着发电机组容量的不断增大，二氧化硫的排放量迅猛增多。寻求一种高效的脱硫技术成为刻不容缓的任务。

关键词：煤气脱硫技术；研究进展；传统脱硫；煤气脱硫

环境保护法第30条指出：“新建、扩建排放二氧化硫的火电厂和其他大中型企业，超过规定的污染物排放标准或者总量控制指标的，必须建设配套脱硫、除尘装置或者采取其他控制二氧化硫排放、除尘的措施。在酸雨控制区和二氧化硫污染控制区内，属于已建企业超过规定的污染物排放标准排放大气污染物的，依照本法第四十八条的规定限期治理。国家鼓励企业采用先进的脱硫、除尘技术。企业应当对燃料燃烧过程中产生的氮氧化物采取控制措施。”

1 传统脱硫技术

目前在火电厂的煤炭处理过程中，减排二氧化硫的主要途径有：煤炭洗选、洁净煤燃烧技术、燃用低硫煤和烟气脱硫等。

1.1 煤炭燃烧前脱硫

主要为煤炭洗选脱硫，即在燃烧前对煤进行净化，去除原煤中部分硫分和灰分。分为物理法、化学法和微生物法等。我国当前的煤炭入洗率较低，大约在20%左右。并且煤炭洗选仅能去除煤中无机硫的80%，占煤中硫总含量的15%～30%，无法满足燃煤二氧化硫污染控制要求，故只能作为燃煤脱硫的一种辅助手段。

1.2 煤炭燃烧中的脱硫技术

燃烧中的脱硫技术，是在煤的燃烧过程中加入脱硫剂，使其在燃烧中与SO2反应生成硫酸盐，随炉渣排出的方法。目前，在国内外煤燃烧的脱硫技术，主要有：型煤固硫技术、循环流化床炉内燃烧脱硫技术、炉内钙固硫技术等。其缺点是：脱硫效率相对较低，仅能脱除50-60%的硫，且容易结垢，易结渣，容易造成设备的腐蚀，增大了设备维护的困难并提高了设备维护的费用。

1.3 燃烧后去硫

燃烧后去硫，又称烟道气脱硫，是一种相对成熟的脱硫技术，在发达国家和我国的发电厂广泛使用。二氧化硫的处理系统位于尾气的末端。其处理机组占用了电厂总体设备的40%，运营费用占到了发电厂总体运营成本的1/3。例如，重庆电厂采用生石膏进行脱硫，除硫效率达到95%，但是在这个过程中会产生大量的废弃硫化石膏[2]。

2 煤气脱硫

2.1 湿法煤气脱硫技术

當今国内外选择火电厂烟气脱硫设备时，石灰石/石膏强制氧化系统成为优先选择的湿法烟气脱硫工艺[3]。石灰石/石膏法的主要优点是：适用的煤种范围广、脱硫效率高（有的装置Ca/S=1时，脱硫效率大于90%）、吸收剂利用率高（可大于90%）、设备运转率高（可达90%以上）、工作的可靠性高（目前最成熟的烟气脱硫工艺）、脱硫剂-石灰石来源丰富且廉价。但是石灰石/石膏法的缺点也是比较明显的：初期投资费用太高、运行费用高、占地面积大、系统管理操作复杂、磨损腐蚀现象较为严重、副产物-石膏很难处理（由于销路问题只能堆放）、废水较难处理。

2.2 高温煤气脱硫方法及金属氧化物脱硫剂

高温煤气脱硫是指煤炭完全气化后，在中高温下，借助于可再生的脱硫剂与煤气中的硫化物反应，使硫化物分离出来的过程。

近几十年，人们对于研究一种合适的高温煤气脱硫剂这一领域表现了极大的热忱。1976年，Westmoreland[4]对于金属氧化物进行了一系列的硫化反应的热力学研究工作，结果表明，Ba，Ca，Cu，Fe，Mn，Mo，Sr，W，V，Zn的氧化物或者碳酸盐具有脱硫活性。同时，他们对四种金属氧化物的动力学做了初步探讨[5]，发现在温度区间300-800oC内初始硫化速率按照如下顺序排列：MnO>CaO=ZnO>V2O3。目前研究比较广泛的脱硫剂主要有锌，锰，铜，钙，钴，铁等过渡金属和La，Ce，Pr之类的单一或复合氧化物。

作为高温煤气脱硫剂的材料需要具备如下性能：①具备良好的移除硫的能力和快的吸附速率；②脱硫过程中副反应要少；③具备化学稳定性，即在再生过程中有效组分不会蒸发或者烧结；④具备优良的耐磨性能；⑤具备可再生性能，且其硫容能够在多次硫化再生循环后依然能够保持。

3 总结

目前我国广泛应用的为湿法煤气脱硫技术，湿法煤气脱硫技术存在二次热损失及脱硫效率不高问题，藉此，高温煤气脱硫剂的研究受到广大关注，但是高温作业下煤气脱硫剂的实际应用中的寿命问题成为了发展的瓶颈，需要解决。希望在将来，理想的高温煤气脱硫剂能得到广泛的推广，更好的为我们的环保事业做出贡献。

参考文献：

[1]Su S.， Li B.， Cui S.， Tao S.， Sulfur dioxide emissions from combustion in China： from 1990 to 2007[J].Environ. Sci. Technol，2011，45（19）：8403-8410.

[2]Srivastava R. K.， Jozewicz W.， Flue gas desulfurization： The state of the art[J].Air Waste Manage. Assoc， 2001，51（12）：1676-1688.

[3]Ordorica-Garcia G， Douglas P， Croiset E， Zheng L， Technoeconomic evaluation of IGCC power plants for CO2 avoidance[J].Energy Convers. Manage，2006，47（15-16）：2250-2259.

[4]Westmoreland P R， Harrison D P， Evaluation of candidate solids for high-temperature desulfurization of low-Btu gases[J].Environ. Sci. Technol，1976，10（7）：659-661.

[5]Westmoreland P R， Gibson J B， Harrison D P， Comparative kinetics of high-temperature reaction between hydrogen sulfide and selected metal oxides [J].Environmental Science & Technology，1977，11（5）：488-491.