活性炭在廢氣脫硫脫硝中的作用

　　提起活性炭，很多人腦海里浮現(xiàn)的是那個(gè)黑乎乎的小顆粒，新裝修的房間里放幾包，冰箱里塞一袋，凈水器里裝一截。但你不知道的是，同樣黑乎乎的一堆顆粒，放在工業(yè)煙道里能干的事可比除甲醛復(fù)雜得多。

　　活性炭的原料來(lái)源非常廣泛。把木材、果殼、煤炭、石油焦等含碳原料在高溫下隔絕空氣進(jìn)行炭化，再通入水蒸氣或二氧化碳進(jìn)行活化處理，就能得到活性炭。這個(gè)過(guò)程會(huì)在碳材料內(nèi)部“挖”出密密麻麻的微孔——1克活性炭的比表面積可以高達(dá)500到3000平方米。形象點(diǎn)說(shuō)，一小把活性炭顆粒內(nèi)部的孔隙面積，攤開了能鋪滿好幾個(gè)籃球場(chǎng)。

　　根據(jù)原料不同，活性炭可分為木質(zhì)活性炭、煤質(zhì)活性炭、果殼類活性炭、石油焦活性炭等;按外觀形狀又可分為粉狀、顆粒狀、蜂窩狀，還有活性炭纖維、活性炭布等形態(tài)。專門用于煙氣治理的脫硫脫硝活性炭，通常選用優(yōu)質(zhì)無(wú)煙煤為主要原料，經(jīng)過(guò)特殊工藝精制而成，具有機(jī)械強(qiáng)度高、灰分低、孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)等特點(diǎn)。

　　正是這種發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)和巨大的比表面積，讓活性炭成了廢氣治理領(lǐng)域的“多面手”。

　　脫硫吸附與催化雙管齊下

　　活性炭脫硫，不是簡(jiǎn)單的“把二氧化硫吸進(jìn)去就完事”。這是一個(gè)物理吸附與化學(xué)催化協(xié)同作用的過(guò)程。

　　煙道氣中的二氧化硫首先被活性炭發(fā)達(dá)的微孔結(jié)構(gòu)物理吸附到表面。但這只是第一步�；钚蕴勘砻婧�有豐富的官能團(tuán)，在這些官能團(tuán)的催化作用下，二氧化硫與煙氣中的氧氣反應(yīng)生成三氧化硫，三氧化硫再與水蒸氣結(jié)合變成硫酸，吸附在活性炭的微孔內(nèi)。整個(gè)過(guò)程中，活性炭既是吸附劑，又是催化劑。

　　這種雙重身份帶來(lái)了一個(gè)關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)：活性炭脫硫不是簡(jiǎn)單的“轉(zhuǎn)移”——把氣體污染物變成固體廢棄物堆在那里。而是通過(guò)催化轉(zhuǎn)化，把二氧化硫變成了可以回收利用的硫酸。通過(guò)加熱再生活性炭，可以釋放出高濃度的二氧化硫氣體，用于生產(chǎn)濃硫酸、液體二氧化硫或硫磺。也就是說(shuō)，活性炭把廢氣中的“污染物”變成了“資源”。

　　從效率上看，活性炭脫硫的表現(xiàn)相當(dāng)出色。工業(yè)應(yīng)用中二氧化硫的脫除率可以達(dá)到98%以上。在分段設(shè)計(jì)的凈化裝置中，脫硫段出口二氧化硫濃度甚至可以降到5毫克每立方米以下。

　　脫硝低溫下的高效催化

　　脫硝是另一套機(jī)制�；钚蕴吭谶@里扮演的是催化劑的角色——向煙氣中噴入氨氣，在活性炭表面，氮氧化物和氨發(fā)生選擇性催化還原反應(yīng)，生成無(wú)害的氮?dú)夂退��?/p>

　　活性炭脫硝最突出的優(yōu)勢(shì)在于“低溫活性”。傳統(tǒng)的選擇性催化還原脫硝技術(shù)通常需要將煙氣加熱到300攝氏度以上才能有效工作，這意味著巨大的能源消耗。而活性炭在100到200攝氏度的溫度區(qū)間就能高效催化還原氮氧化物。中國(guó)科學(xué)院的研究團(tuán)隊(duì)更進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，在110到150攝氏度這個(gè)溫度范圍，活性炭就能把氮氧化物催化還原成氮?dú)夂退��?/p>

　　這意味著什么?很多工業(yè)窯爐排出的煙氣溫度正好落在這個(gè)范圍，不需要額外消耗能源去升溫。僅此一項(xiàng)，就能節(jié)省可觀的運(yùn)行成本。

　　在效率方面，活性炭脫硝同樣可圈可點(diǎn)。通過(guò)合理的工藝設(shè)計(jì)和活性炭改性，脫硝效率可以達(dá)到80%以上，部分先進(jìn)裝置甚至能達(dá)到85%以上。分段設(shè)計(jì)的凈化系統(tǒng)將脫硫和脫硝分開在不同功能區(qū)進(jìn)行，避免了副反應(yīng)的發(fā)生，進(jìn)一步提升了脫硝效率。

　　一箭多雕協(xié)同治理多種污染物

　　活性炭在廢氣治理中最吸引人的地方，不是它能單獨(dú)做好脫硫或者脫硝，而是它能同時(shí)做好很多事情。

　　一套活性炭?jī)艋�裝置，可以同步脫除煙氣中的二氧化硫、氮氧化物、粉塵、汞、砷、二噁英、氟化物、氯化氫等多種有害物質(zhì)�；钚蕴课�附層本身就像一層高效的顆粒物過(guò)濾器，煙氣中的粉塵在慣性碰撞和攔截效應(yīng)的作用下被大孔吸附截留。重金屬和二噁英等微量污染物也能被活性炭一并捕獲。

　　這種“一箭多雕”的能力帶來(lái)的直接好處是：企業(yè)不需要為每一種污染物單獨(dú)建設(shè)一套治理設(shè)施。脫硫塔、脫硝反應(yīng)器、除塵器、除二噁英裝置……這些原本需要串聯(lián)建設(shè)的設(shè)備，現(xiàn)在可以集成到一套活性炭系統(tǒng)中。設(shè)備占地小了，投資省了，維護(hù)也簡(jiǎn)單了。

　　活性炭聯(lián)合脫硫脫硝技術(shù)正是憑借這種“同時(shí)脫除多種污染物、脫除效率高、投資小”的綜合優(yōu)勢(shì)，被認(rèn)為比較適合我國(guó)的國(guó)情。

　　干法工藝沒(méi)有二次污染

　　與傳統(tǒng)的濕法脫硫工藝不同，活性炭法屬于干法煙氣凈化技術(shù)。

　　濕法脫硫需要大量的水來(lái)制成漿液或溶液，處理過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生廢水、廢渣等二次污染物，后續(xù)處理成本不低�；钚蕴糠ㄔ谡麄�(gè)脫硫脫硝過(guò)程中基本不消耗水——沒(méi)有廢水需要處理，沒(méi)有廢渣需要填埋。

　　沒(méi)有二次污染，意味著不需要再為“治理污染的污染”花錢。這對(duì)于環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)越來(lái)越嚴(yán)格、排污成本越來(lái)越高的工業(yè)企業(yè)來(lái)說(shuō)，是一個(gè)實(shí)實(shí)在在的優(yōu)勢(shì)。

　　此外，活性炭本身具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性和疏水性。它不溶于水和有機(jī)溶劑，耐酸堿、耐熱。在復(fù)雜的工業(yè)煙氣環(huán)境中，這些特性保證了活性炭能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。吸附飽和后的活性炭可以通過(guò)加熱再生循環(huán)使用——不是一次性消耗品，而是可以反復(fù)利用的治理工具。

　　活性炭產(chǎn)品長(zhǎng)什么樣

　　說(shuō)了這么多活性炭能干的事，你可能想知道專門用于脫硫脫硝的活性炭產(chǎn)品到底長(zhǎng)什么樣、性能怎么樣。

　　市面上主流的脫硫脫硝活性炭通常是黑色柱狀顆粒。以煤質(zhì)柱狀活性炭為例，其主要性能指標(biāo)包括：水分含量一般不高于3%，耐磨強(qiáng)度在97%以上，耐壓強(qiáng)度不低于40daN。脫硫值通常在20mg/g以上，部分優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品可以達(dá)到22mg/g甚至更高;脫硝率要求不低于40%到50%。碘吸附值反映了活性炭的微孔發(fā)達(dá)程度，脫硫脫硝用活性炭的碘值通常在600mg/g以上。堆積密度一般在550到700kg/m³之間。

　　這些參數(shù)背后對(duì)應(yīng)的是實(shí)際使用中的表現(xiàn)——強(qiáng)度高意味著在裝置中反復(fù)移動(dòng)和再生時(shí)不易破碎粉化;脫硫值和脫硝率直接決定了治理效果;碘值高說(shuō)明孔隙發(fā)達(dá)、吸附能力強(qiáng)。

　　不同廠家、不同原料制備的活性炭產(chǎn)品在具體指標(biāo)上會(huì)有所差異，但總體上都圍繞“高吸附性能、高機(jī)械強(qiáng)度、長(zhǎng)使用壽命”這三個(gè)方向優(yōu)化。

　　為什么活性炭值得關(guān)注

　　回過(guò)頭來(lái)看，活性炭在廢氣脫硫脫硝中的作用可以總結(jié)為幾個(gè)關(guān)鍵詞：高效、協(xié)同、資源化、無(wú)二次污染。

　　它用一個(gè)材料、一套設(shè)備，同時(shí)對(duì)付好幾種污染物;它在低溫下就能工作，不需要額外加熱;它把二氧化硫變成了硫酸，把氮氧化物變成了氮?dú)夂退?它不消耗水、不產(chǎn)生廢水和廢渣;它可以再生、可以循環(huán)使用。

　　在“雙碳”目標(biāo)和超低排放標(biāo)準(zhǔn)不斷加碼的大背景下，工業(yè)企業(yè)面臨的環(huán)保壓力只會(huì)越來(lái)越大�；钚蕴糠ㄌ峁┝艘粭l既能達(dá)標(biāo)排放、又能回收資源、還能控制綜合成本的治理路徑。這不是什么花哨的新技術(shù)，活性炭脫硫法從20世紀(jì)70年代就開始發(fā)展，經(jīng)過(guò)半個(gè)多世紀(jì)的迭代和完善，已經(jīng)是一套成熟可靠的工藝。

　　從原料到產(chǎn)品，從吸附到催化，從脫硫到脫硝，從治理到資源化，活性炭在廢氣治理中的角色，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止是“一包黑炭”那么簡(jiǎn)單。

本文鏈接：http://www.bendmachinery.com/hangye/hy1376.html

查看更多分類請(qǐng)點(diǎn)擊：公司資訊    行業(yè)新聞    媒體報(bào)導(dǎo)    百科知識(shí)