[发明专利]一种烟气中低浓度二氧化硫及细微粉尘的吸附脱除方法

说明书

本发明为烟气中低浓度二氧化硫及粉尘的吸附脱除方法，涉及利用大孔弱酸型阳离子交换树脂经转型为弱碱性树脂后再吸附脱除二氧化硫，具体步骤为：烟气经水洗降温与增湿后，通入装填有大孔弱酸型阳离子交换树脂的吸附柱内，树脂采用捆扎包或散堆填料包的形式装填，或用此二者组合形式的混合装填。吸附过程中，树脂颗粒缓慢收缩并排出亚硫酸氢盐溶液，可做副产或经氧化后无害排放。此外，树脂层还可以拦截和捕获烟气中的小颗粒粉尘，达到除尘效果。树脂只需通过碱液淋洗即可完成再生。本发明工艺过程简单，脱硫和除尘效率高，设备投资小，且具有通用性，适用于多个工业领域的脱硫需求，特别适用于中小型排放源产生的低浓度SO₂的捕获与脱除过程。

技术领域

本发明涉及一种烟气中低浓度二氧化硫及粉尘的吸附脱除方法，涉及工业尾气处理、环境保护、和节能减排等领域。

背景技术

我国的能源结构以煤、石油等化石类能源为主，燃烧过程中排放的大量二氧化硫是酸雨形成的主要原因。大规模的酸雨，已对生态环境、人类健康和经济可持续性发展等带来严重的危害。因此，采取切实有效的措施控制和治理工业烟气中的二氧化硫已成为大气污染防治亟待解决的问题。

目前，我国烟气脱硫普遍采用石灰石-石膏法脱硫工艺，该工艺虽然很成熟，但也存在技术硬伤，如过程的建设费用高、电耗大、运行费用也不低；石灰石的有效利用率低，石灰石矿产资源消耗严重；产出的副产品石膏品质差，很难有效利用，往往只能做填埋处理；对中小型点排放源产生的废气处理成本太高，工艺适用性差；等等。总之，石灰石-石膏法脱硫工艺是一条高消耗、高成本的技术路线，并不符合当前节能减排的发展思路和趋势。

除石灰石-石膏法外，工业上还发展了海水法、双碱法、氨水法、有机胺法、柠檬酸盐法、镁法、磷铵肥法、生石灰循环流化床法、炉内喷钙法、荷电法、脉冲电晕法等湿法、半干法、干法脱硫技术，林林总总不下几十种。这些技术一般都侧重解决脱硫过程的某个方面，与石灰石-石膏法等存在技术竞争，但由于装置投资、运行成本、资源消耗率、技术的适用性等不同方面的限制，也都存在这样那样的技术难点。总的说来，所有以上方法在工业上已有或多或少的应用，但都离节能减排的时代要求仍有一定的距离。

在此背景下，各种新型的脱硫技术仍在被不断开发中。其中，利用离子交换树脂作为脱硫材料的研究为我们提供了新的解决思路。Cole等首次报道了利用干态的强碱性阴离子交换树脂(Amberlite IRA-400)进行SO₂吸附，吸附量达280mg SO₂/g树脂，再生采用100℃干燥空气吹扫，可以恢复68％的吸附量(Ind.Eng.Chem.Res.，1960,52,p850)。但是由于树脂为凝胶型，没有足够的比表面积和孔隙率，因此达到吸附平衡往往需要数小时，缺乏实际应用价值。此后，采用大孔型离子交换树脂的研究陆续开展。直到本世纪初，已对多种大孔型离子交换树脂进行过研究尝试，部分取得了较好的结果。例如：Chen等采用Dowex MWA-1大孔型阴离子交换树脂进行固定床吸附研究，结果显示：对于高硫煤(4wt％硫含量)的燃烧尾气，Dowex MWA-1的气体处理量可达1500树脂床层体积。此外，Dowex MWA-1对SO₂表现出非常好的选择性吸附，SO₂/CO₂的分离因子可达到1000。但尾气温度略微升高则会导致树脂处理量大幅下降(Reactive Polymers,1991,14.p151)。专利CN108452777A公开了一种氨基功能化的季铵盐型大孔树脂吸附SO₂，这类树脂的热稳定性较差(低于80℃)，且制备过程较为繁琐。这些研究成果都为本发明的技术开发奠定了重要的前期基础。

发明内容

本发明的目的是为了克服石灰石-石膏法等传统脱硫方法的不足，提供一种以大孔弱酸型阳离子交换树脂经碱中和转型为弱碱性吸附剂，吸附分离尾气中的二氧化硫，并转换产出具有附加值副产品的治理方法。与此同时，由于树脂材料细小，填充密度大，还具有丰富的微孔结构，使得树脂床层能够有效截留烟气中的微尘颗粒(特别是PM2.5 颗粒)，达到进一步过滤除尘的效果。