电化学三相界面脱硫脱硝技术简介

背景：

电化学脱硫脱硝技术是由中科大化学材料学院吴守国教授研发的。本技术主要针对发电、冶炼、玻璃、水泥、陶瓷、生物质气化及化工等工业产生的二氧化硫、氮氧化物及烟尘等大气环境污染物进行处理。

工艺简介

烟气经过省煤器后进入加压风机，经加压风机加压至约3KPa后进入脱硫脱硝装置。烟气首先进入进出料换热器并与出脱硝塔的净化烟道气换热，出进出料换热器热端的烟气被冷却到100℃左右，保证在露点温度以上，以免结露腐蚀管道。冷却后的烟气从脱硫塔下部进入，在脱硫塔内，约5%的碱液从上部淋洗下来，与烟气逆流直接接触，烟道气在降温，除尘的同时，气体中的SO

2

被碱液吸收下来转变成亚硫酸钠，亚硫酸钠在电流的作用下被氧化成硫酸钠。出脱硫塔的烟气硫含量小于35mg/m

3

。

浓碱液，冷却水等直接补入循环槽。

出脱硫氧化塔的气体在脱硫氧化塔顶部经过除雾，进入脱硝塔，在脱硝塔中，烟气和脱硝液逆流直接接触，在催化剂的作用下，烟气中的一氧化氮被还原成氮气，烟气得到进一步的进化，出脱硝塔的烟气温度约50-80℃。

出脱硝塔的净化烟道气进入进出料换热器的冷侧，与出废锅的烟道气换热后进入烟囱。

技术原理

二氧化硫与一氧化氮的电解反应机理：在选定的电极材料和电解质体系, 二氧化硫与一氧化氮的氧化还原机理如下:

二氧化硫的阳极氧化：

酸性介质中：      SO

2

+ H

2

O = H

2

SO

3

                        (1)

H

2

SO

3

+ H

2

O= H

2

SO

4

+ 2H

+

+ 2e

–

          (2)

中性或碱性介质中：SO

2

+ OH

–

= HSO

3

–

                        (3)

HSO

3

–

+ 2OH

–

= HSO

4

–

+ H

2

O + 2e

–

         (4)

一氧化氮的阴极还原：

酸性介质中：       NO + A = NO-A                           (5)

2NO-A + 2H

+

+ 2e

–

= N

2

O + H

2

O+ A          (6)

2NO-A + 4H

+

+4e

–

= N

2

+ 2H

2

O+ A           (7)

2NO-A + 6H

+

+6e

–

= 2NH

2

OH +A              (8)

2NO-A +10H

+

+ 10e

–

=2NH

3

+ 2H

2

O + A     (9)

中性或碱性介质中： 2NO-A + H

2

O + 2e

–

= N

2

O + 2OH

–

+A         (10)

2NO-A + 2H

2

O+4e

–

= N

2

+ 4OH

–

+A         (11)

2NO-A + 6H

2

O+6e

–

= 2NH

2

OH +6OH

–

+ A      (12)

2NO-A + 8H

2

O+ 10e

–

= 2NH

3

+10OH

–

+ A     (13)

上述电极反应中, (2)、(4)、(7)和(11)式为主反应，其余为副反应。吴守国教授通过对电极材料的优化和对电极表面的活化催化修饰，成功地实现了将二氧化硫和一氧化氮分别转化为硫酸盐和氮气的目标。利用上述方法，二氧化硫和氮氧化物的转化率分别达到98%和95%。

技术对比

脱硫技术特点：

1.脱硫效率高，脱硫后烟气中二氧化硫含量可以控制在10mg/m

3

左右，并有进一步提升的空间。

2.与氨法，石灰石-石膏法相比，不需要鼓入空气氧化亚硫酸盐，按6%标准氧含量计算的出口烟气的污染物数值更容易达标。

3.投资成本低，投资成本约为氨法，石灰石-石膏法的50%-80%。

4.运行成本中等水平，与氨法脱硫运行成本相当，比石灰石-石膏法高，主要体现在原料成本相对石灰石-石膏法高出许多，比氨法稍高；但电耗比氨法，石灰石-石膏法低很多，大约是上述两种方法的30%。

5.该技术在碱性条件下操作，设备腐蚀轻，比氨法好。

6.运行稳定可靠。

7.对烟气湿度要求不高，适合生物质气化等高湿度烟气。

8.不存在氨逃逸问题。

脱硝技术特点

1.真正实现了低温脱硝。电化学脱硝技术操作温度在100℃以下，而传统的SCR操作温度在300℃以上，SNCR的温度窗口在850℃以上。由于SCR，SNCR脱硝采用氨水或者尿素溶液，氨水和尿素溶液在锅炉中需要气化之后才具有还原作用，而气化需要热量。在电化学脱硝技术中，氨水或尿液气化需要的能量可以用来多产蒸汽。以340吨/h燃煤锅炉计算，需要喷入20%的氨水250公斤/h左右。而采用电化学脱硝技术可以每小时多产0.25吨蒸汽，每年相当于多生产200吨蒸汽/年。

（实际运行中为保证脱硝效果，SCR或SNCR喷入的氨水往往比设计值高，玻璃行业，陶瓷窑炉行业此类问题尤其突出）

只计算燃煤电厂，相当于发电效率提升约千分之一，以2016年实际火电厂发电量6.0万亿千瓦时计算，同样的煤可以多发电60亿千瓦时，以每度电0.32元发电成本计算，相当于节约成本近20亿元。以每度电340g煤计算，相当于每年减少205万吨标煤。以每吨标煤二氧化碳排放量2.66吨计算，相当于减排二氧化碳540万吨/年。

2.运行费用低。电化学脱硫脱硝技术仅为电耗，不用加入SNCR和SCR还原所需要的氨水或尿素，以340吨/小时锅炉计算，需要喷入20%的氨水250公斤/小时左右。每年消耗氨水约200吨，以900元/吨市场价计算，节约费用约18万元。

3.适用范围广。不存在SCR发生的催化剂中毒问题，钢铁，玻璃行业，陶瓷行业尤其严重。

4.投资低，建设周期短。现有的脱硝一般采用SNCR和SCR结合的技术才能达到脱硝指标，以340吨燃煤锅炉为例，投资大约在1000万左右，而采用电化学脱硝技术投资费用在800万以下。

5.环保效益好，不存在氨逃逸问题

         6. 脱硝效率高,可以达到超低排放标准.