2023年活性炭联合脱硫脱氮技术研究2.doc

目 录 第一章 引言 1.1我国大气污染的现状与危害 1.2课题研究的背景和意义 1.3 烟气脱硫脱氮的意义 1.31二氧化硫的危害 1.32 氮氧化物的危害 第二章 活性炭联合脱硫脱氮技术 2.1活性炭的应用概述 2.11活性炭的概述 2.12活性炭的应用 2.2联合脱硫脱氮技术 2.21联合脱硫脱氮技术方法 2.22 联合脱硫脱氮技术分类 2.23 活性炭脱硫脱氮机理 2.231 活性炭脱硫的反响原理 2.232 活性炭脱氮的反响原理 2.233 活性炭脱硫脱氮机理性研究 2.24 活性炭脱硫脱氮工艺 2.25 活性炭脱硫脱氮工艺优缺点 第三章 活性炭同时脱硫脱氮实验研究 3.1 SO2和CO的相互影响关系 3.2 氧含量对活性炭脱硫脱氮的影响 3.3 水分对活性炭脱硫脱氮的影响 第四章 国内外电厂同时脱硫脱氮技术研究进展及综合防治对策研究 4.1 脱硫脱氮防治方案 第五章 结束语 5.1 全文总结 致谢 参考文献 第一章 绪论 1.1我国大气污染的现状 (l)酸雨和二氧化硫污染形势依然严峻 我国二氧化硫排放总量居高不下，酸雨污染总体上未能得到有效控制，局部地区加重，以细颗粒物为主的区域性大气污染和城市空气氮氧化物污染日益突出，己成为制约我国社会经济开展的重要环境因素。 ①酸雨污染不断加重 酸雨监测结果说明，二十世纪九十年代全国降水酸度总体上保持稳定状态，2023年以后降水酸度呈现出总体升高的趋势，到2023年，降水中的硫酸根和硝酸根的平均浓度分别升高12%和40%。我国酸雨区主要分布在长江以南，青藏高原以东，包括浙江、江西、福建、湖南、贵州、重庆等省市的大局部地区，以及广东、广西、四川、湖北、安徽、江苏和上海等省市的局部地区，北方局部地区也开始出现酸性降水。重酸雨区的面积由2023年占国土面积的4.9%增加到加05年的6.1%。 ②硫沉降量持续增加 监测和研究结果说明，我国存在五个硫沉降强度高值区:以贵州为中心的西南区、以长三角为中心的华东区、以珠三角为中心的华南区、冀鲁豫地区和京津冀地区。硫沉降强度超过临界负荷的区域占全国陆地面积的20%以上，其中重庆贵州一带、长三角和珠三角地区的硫沉降强度严重超临界负荷。 ③以细颗粒物为主的其他污染问题日益突出 二氧化硫和氮氧化物不仅造成酸雨污染，而且在长距离输送过程中经化学转化形成硫酸盐和硝酸盐粒子，从而引起区域范围的细颗粒物污染。研究说明，目前我国局部地区可吸入颗粒物中硫酸根和硝酸根离子的奉献到达巧微克/立方 米。细颗粒物不仅对人体健康造成危害，也导致了大气能见度降低。在一些大中型城市，大气中的氮氧化物污染还引起了臭氧浓度升高，产生光化学烟雾污染，北京、广州、深圳等城市的大气臭氧浓度时有超标。 ④城市二氧化硫和氮氧化物污染形势严峻 2023年，341个城市空气质量监测结果说明，22.6%的城市空气中二氧化硫年均浓度超过国家二级标准，6.5%的城市超过国家三级标准，约l/3的城市人口生活在空气二氧化硫浓度超标的环境中。“十五〞以来，113个大气污染防治重点城市空气中的二氧化氮年均浓度呈现总体升高趋势。北京、广州、上海、杭州、宁波、南京、成都、武汉等大城市空气西安建筑科技大学硕士论文中二氧化氮浓度相对较高。 (2)酸雨污染控制任务艰巨 ①“十五〞以来，我国能源消费超常规增长，煤炭消费量从2023年的13.2亿吨猛增到2023年的 21.67亿吨，二氧化硫排放量由2023年的 1995万吨增加至2023年的2549万吨。从现在到2023年，我国将全面建设小康社会，经济保 持高速增长，能源需求持续增加。根据能源规划预测，我国的煤炭消费总量将持续增长，到2023年，燃煤发电机组将增加到7亿千瓦，发电用煤量将到达16亿吨，全国燃煤产生的二氧化硫将到达3600万吨左右，其中火电行业产生量将到达2600万吨左右;从2023年到2023年，全国煤炭消费总量仍将持续增长，燃煤二氧化硫产生量也将随之持续增加，其中火电行业煤炭消费量及其二氧化硫产生量增幅将高于全国平均增幅。 ②氮氧化物排放尚未得到有效控制 研究结果说明，近年来我国的氮氧化物排放量逐年增加，己到达2023万吨左右，且排放增幅超过二氧化硫。监测结果说明，虽然我国的酸雨污染仍以硫酸型为主，但是氮氧化物对酸雨的奉献率呈逐年上升的趋势。要解决我国的酸雨等 区域大气环境问题，巫需采取有效措施控制氮氧化物排放。 1.11烟气脱硫脱氮的意义 大气环境是人类赖以生存的可贵资源，大气环境资源的破坏是一种不可逆的过程，恢复良好的大气环境质量要比采取措施从根本上防治大气污染付出更多的经济代价。 1．12 二氧化硫的危害 我国的能源消费以煤为主，煤炭己经成为我国环境污染的要污染源。一切含硫燃料燃烧在燃烧过程中都产生二氧化硫。二氧化硫为刺激性气体，易溶于水，几乎全部被上呼吸道吸收，对眼、上呼吸道粘膜有强烈刺激作用，在潮湿的空气中能与水分子结合形成亚硫酸、硫酸，使其刺激作用增强。氧化硫通过气孔进入植物叶子，使植物倒伏，排放进入大气候还可形成酸雨。酸雨使水质酸化，导致水生态系统变化，影响鱼类。酸雨危害森林，破坏土地，使农作物减产，酸雨还腐蚀石刻、建筑。二氧化硫会导致死亡率上升，尤其是同时在高悬浮粒子含量的情况下。最易受二氧化硫影响的人士包括患有哮喘病、心血管病或慢性肺病(例如支气管炎或肺气肿)者，儿童及老年人。浓度较高时可引起眼结膜炎、急支气炎极高浓度西安建筑科技大学硕士论文时可致声门水肿、肺肿和呼吸道麻痹。 1.13氮氧化物的危害 自二十世纪六十年代以来，各国都特别关注燃烧过程中氮氧化合物的生成。燃烧生成的烟气中氮氧化合物主要是一氧化氮和二氧化氮。二氧化氮在日光照射下与氧起光化学反响而形成一种有毒的烟雾，它刺激人的眼、鼻粘膜，从而引起病变，还会引起头痛。当人们长期处于氮氧化合物含量过高的 死亡。氮氧化物可刺激肺部，使人较难抵抗感冒之类的呼吸系统。氮氧化物主要为一氧化氮和二氧化氮。一氧化氮是一种无色无臭的气体，在常温下意与空气中的氧气化合声成棕色、有刺激性气味的二氧化氮。二氧化氮有毒，在含量超过150ppm以上是对人的呼吸器官就有强烈刺激作用，引起水肿，严重者可致肺疽，有生命危险。二氧化氮遇水便形成硝酸。为酸雨的组成局部之一。NOx是仅次于502形成酸雨和酸雾的大气污染物，对生态环境和人体健康有着巨大危害。我国是当今世界上几乎唯一以煤为初级能源的经济大国，也是以燃煤发电为主的开展中国家，与兴旺国家相比，经济开展水平还有很大差距，环保技术的开展处于落后状态。煤炭的燃烧造成了严重的空气污染，特别是燃煤烟气中的NOx，对大气的污染已成为一个不容无视的重要问题。随着经济开展水平的提高，环境问题日显突出，在不远的未来，环境问题必将成为制约经济开展的重要因素，保护和改善环境是保证中国经济可持续开展的必要条件。因此积极研究开发研究脱硫脱氮技术，以满足环境保护的要求，具有现实的环境、经济和社会意义。研究开发并推广应用各类高效低投入的燃煤烟气脱硫脱氮技术，具有十分重要的意义， 也是刻不容缓的任务。 1.2 本论文研究背景及目前活性炭脱硫脱氮的研究 火电厂锅炉烟气中的硫氧化物和氮氧化物的浓度不高，但总量很大，假设用两套装置分别脱硫脱氮，不但占地面积大，而且投资、管理、运行费用也高。近年来世界各国尤其是工业兴旺国家都相继开展了同时脱硫脱氮技术的研究开发。烟气同时脱硫脱氮净化处理技术己成为各国控制火电厂烟气污染的研发热点，但目前因技术不成熟制约了大规模推广应用。对于我国而言，主要的技术开展方向应该是投资少、运行费用低、效率高、产物资源化的高新技术，因此应加快这类技术的产业化、经济化研究。 第二章 活性炭联合脱硫脱氮技术 2.1活性炭的应用概述     活性炭材料是一种重要的无定形碳素材料，为黑色多孔固体，孔隙结构兴旺，具有巨大的比外表积，一般可高达1000～3000 m2/g，对气体、溶液中的无机或有机物质及胶体颗粒等都有很强的吸附能力。 作为一种性能优良的吸附剂，活性炭材料具有独特的孔隙结构和外表活性官能团，化学性质稳定，机械强度高，耐酸、耐碱、耐热，不溶于水和有机溶剂，使用失效后可以再生，广泛地应用于环保、化工、食品加工、湿法冶金、药物精制、军事化学防护等各个领域[1]。 2.11 活性炭材料的种类     活性炭材料主要是指活性炭和活性炭纤维。其中活性炭按外形来分有粒状炭〔常以果壳和媒等作原料，多用作催化剂载体、净化水、回收吸附各种有机气体〕和粉状炭〔200目以下，多用于食品、药物脱色或药用〕，还有所谓氮化活性炭、炭分子筛等[2]；活性炭纤维按外形分有活性炭纤维布或纤维板等。  2.12 活性炭材料的孔隙结构    活性炭材料具有多种用途的最主要原因在于其多孔性结构。活性炭材料具有各种孔隙，可以发挥不同的功能. 微孔(直径<2 nm)拥有很大的比外表积，呈现出很强的吸附作用；中孔(直径2~50 nm)，又叫中间孔，能用于添载触媒及化学药品脱臭；大孔(直径>50 nm)通过微生物及菌类在其中繁殖，就可以使无机的碳材料发挥生物质的功能。活性炭材料的结构比拟特殊，从晶体学角度看，属于非结晶性物质，是由微细的石墨微晶和将这些石墨微晶连接在一起的碳氢化合物组成。 活性炭质材料的内部是由无数具有很小孔径的毛细管孔组成的。其90 %的外表积都在直径< 2μm 微孔上,活性炭质材料中起主要吸附作用的就是这些微孔。由于构筑微孔的石墨微晶之间的纳米级的距离,相对孔壁之间相互叠加的分子力场使微孔中形成强大的吸附势能场[5] 。微孔空间内强大的外表能使得吸附质分子脱离其本体相进入微孔,同时,在吸附过程中微孔空间物理结构的改变和吸附态分子性质使得在微孔空间内可以发生许多在常规条件下不能发生或很难发生的化学反响。  2.13 活性炭材料外表官能团    活性炭材料在制备过程中由于灰分和其他杂原子的存在，使其根本结构产生缺陷和不饱和价，氧和其他杂原子在活化过程中可以吸着于这些缺陷上，形成各种官能团，因而使活性炭材料产生了各种吸附特性. 对活性炭材料产生重要影响的化学官能团主要是含氧官能团和含氮官能团[6-8]。活性炭材料外表可能存在下面几种含氧官能团：羧基、酸酐、酚羟基、羰基、醌基、内酯基、乳醇基、醚基，还有酰胺、酰亚胺、内酰胺、吡咯和嘧啶等含氮官能团。   2．14活性炭材料吸附外表结构改性    活性炭材料的吸附外表结构改性就是指在活性炭材料的制备过程中通过物理或者化学的方法来增加活性炭材料的比外表积、调节孔径及其分布，使活性炭材 料的吸附外表结构发生改变，从而改变活性炭材料的物理吸附性能.    通常的活化过程包括两个步骤:首先对原料进行炭化处理以除去其中的可挥发组分，然后用适宜的氧化性气体(H2O, CO2, O2 和空气)对炭化物进行活化处理，通过开孔、扩孔、创造新孔，进而形成兴旺的孔系结构.    活性炭材料的吸附外表化学性质改性就是指通过一定的方法改善活性炭材料吸附外表的官能团及其周边气氛的构造，使其成为特定吸附过程中的活性点，从而可以控制其亲水/疏水性能以及与金属或金属氧化物的结合能力。活性炭材料吸附外表化学性质的改性可以通过外表氧化改性、外表复原改性以及负载金属改性等进行。 2.15活性炭材料在环境治理中，水处理中，烟气中，空气净化中的应用 一．活性炭材料作为一种极其重要的吸附剂，在环境保护领域被广泛用于污水处理、大气污染防治等方面。二。活性炭在水处理中主要用于：(1) 污水源的净化。活性炭吸附水中有机物、颜色、臭味、油、苯酚等；(2) 有机工业废水处理。由于活性炭对水中的有机物具有突出的去除能力，对一些难以被生物降解的有机物更有独特的去除效果而被用于制革废水处理、造纸染料