一種液相聯合吸收煙氣同時脫硫脫硝一體化工藝的製作方法

2023-10-09 14:00:54 2

本發明涉及大氣汙染控制技術領域和脫硫脫硝技術領域，具體涉及一種液相強鹼和強氧化劑聯合化學吸收煙氣同時脫硫脫硝一體化工藝。

背景技術：

現階段我國大氣汙染問題嚴重，特別是華北地區，霧霾天數增加。國家最新煙氣排放標準大幅提高。為保護人體健康和生態環境，對以燃煤為主的煙氣進行了嚴格的脫硫脫硝規定，對不達標的企業進行了限產與轉產處理，國家治理力度空前加大。

目前，在工業上的煙氣脫硫脫硝技術方面，國內外比較成熟的技術仍是石灰-石膏法脫硫和高溫催化下的氨氣還原法，這兩步法脫硫脫下技術效率低下技術落後，佔地面積大，運行成本高。工業化的同時煙氣脫硫脫硝技術主要是高耗能的電子脈衝法和超高溫非選擇性還原法，還沒有常低溫高效同時脫硫脫硝一體化裝置技術。

在開發中的同時脫硫脫硝技術中,公開號為CN102698599A的中國發明專利是以尿素為吸收劑的以沸石負載Ni-Ce為催化劑，形成漿態固液混合物，吸收後固體物質經濾布過濾後循環使用，工藝比較複雜。

公開號為CN105413399A的中國發明專利是以兩價鐵配位的絡合物為催化劑，在一個複雜的大塔中完成脫硫與脫硝過程，同時塔外配有脫硫液與脫硝吸收液的再生裝置和換熱裝置，整個吸收系統處理能力有限，脫除率不高。

公開號為CN105413399A的中國發明專利是臭氧為氣相氧化劑進行強化氧化脫硝，用弱酸和弱鹼進行脫硫脫硝。並發明了一種單塔複雜結構同時脫硫脫硝系統，但沒有給出具體的脫除效果。

公開號為CN1883768A的中國發明專利是利用小型單塔為主體，利用漂白粉為主要氧化劑，氣體過吸收液層鼓泡反應，且隨著漂白粉及助劑含量的增加脫硫率和脫硝率增加，高達95%和85%以上。

公開號為CN102580496A的中國發明專利是在100-150攝氏度和一個大氣壓下，利用氫氧化鈣或液相強氧化劑過氧化氫、次氯酸鈉以及氯化錳和氯化鐵助劑的單獨作用下，設計了單塔的兩次化學吸收結構，使煙氣的處理能力達到了5m3/h甚至更大，較好的同時脫硫率和脫硝率比上述有所提高。

技術實現要素：

本發明提供一種強鹼性物質和強氧化劑吸收及助劑的雙塔聯合煙氣同時脫硫脫硝一體化工藝，解決了現有的煙氣脫硫脫硝需要採用兩套單獨的設備分別進行脫除的問題，同時提高了脫除效率和減低了脫除成本。

本發明採用的技術方案是：利用強鹼和強氧化劑及助劑的水溶液聯合作為吸收劑，組成雙塔工藝，在常壓和常低溫下對煙氣進行同時脫硫脫硝。

所述的雙塔工藝分別指裝有強鹼的鹼液塔和裝有氧化劑的氧化塔，兩個塔的排列次序是可以鹼液塔在前氧化塔在後，也可以氧化塔在前鹼液塔在後，串聯使用，或者這其中的一個塔單獨使用，兩個塔可處於同樣的反應條件或不同條件。

所述的兩種吸收液分別為強鹼水溶液和強氧化劑及助劑的水溶液，其濃度都在0.001—1.00mol/L範圍。

所述的強鹼性物質包括：氫氧化鉀，氫氧化鈉，氫氧化鈣等其中的一種。

所述的強氧化性物質包括：雙氧水、次氯酸鈉、高錳酸鉀、亞氯酸鈉、重鉻酸鉀等，及其它們組合；它們的助劑包括硝酸銅、硝酸鐵、硝酸鎂、碳酸鈉等，其中的一種或兩種。

該聯合吸收反應的工藝條件為：兩個裝置的吸收溫度都可在 0--70攝氏度和常壓下進行，兩個吸收液的pH控制在4—14。

該聯合吸收反應器的氣液流動條件為：兩個裝置的氣體經過液自下向上過液層鼓泡吸收，吸收液可由泵循環自下向上循環並噴淋，尾氣從後塔上端排除。

在該工藝的鹼液塔中以脫除二氧化硫為主，以脫除氮氧化物為輔，發生氧化與中和反應；在氧化塔中以脫除一氧化氮為主，以脫除二氧化硫為輔，並同時發生氧化還原與中和反應。兩個塔中的反應產物以硫酸鹽、亞硫酸鹽、硝酸鹽、亞硝酸鹽為主，可回收利用。

本發明提供的溼法雙塔聯合同時脫硫脫硝工藝的設備製造簡單、原料易得，投資和運營成本比傳統工藝下降很多，佔地面積小，效能高，可達到75-98%的氮氧化物去除效率和90-99%以上的脫硫效率。

附圖說明

附圖1為發明所述同時脫硫脫硝的結構示意圖；

附圖中標記為：1-鹼液吸收塔、2-氧化劑吸收塔、3-鹼液貯槽、4-氧化劑及助劑貯槽、5-鹼液循環泵、6-氧化液循環泵、7-煙氣出口、8-煙氣出口、9、鹼液排出口、10-氧化液排出口、11、12-分別為鹼液和氧化液及助劑加入口。

具體實施方式

按附圖1所示的溼法雙塔聯合同時脫硫脫硝工藝，煙氣從鹼液吸收塔的底部進入，從鹼液吸收塔頂部排放直接進入氧化吸收塔底部，從氧化塔頂部排放，在兩個吸收塔中煙氣與吸收液充分接觸，煙氣中的氮氧化物和二氧化硫被吸收淨化後排放，鹼液與氧化吸收液分別貯存於新鮮的鹼液和氧化吸收液貯槽中，用泵進行循環使用，並對部分循環的吸收液和生成的固體沉降物定期排放，進入後處理槽進行回收處理。按照需要定期從新鮮的鹼液儲槽和氧化劑儲槽從循環儲槽上部補入。

實施例1

在400ml水溶液中，配製濃度為0.04mol/L的高錳酸鉀溶液，混合煙氣流量為600mL/min,氧氣含量為0.3-0.6%，二氧化碳18.1%，二氧化氮99.4ppm，二氧化硫初始濃度為1193ppm,一氧化氮初始濃度為1968ppm，在室溫15攝氏度和常壓下，氣體從反應器底部鼓泡通過液層，從反應器頂部流出排放。用M9000氣體分析儀測得出口處二氧化硫的濃度為0，一氧化氮的濃度為370ppm，二氧化氮的濃度為18.5ppm，其二氧化硫和氮氧化物的轉化率分別為100%和80.3%。

實施例2

在實施例1的實驗條件中，其它條件基本不變，只向0.04mol/L高錳酸鉀鉀吸收液中又補加20mL的次氯酸鈉，測得煙氣中二氧化硫進入反應器和流出反應器的濃度分別為1305ppm和0ppm，一氧化氮和二氧化氮流入和流出反應器的濃度分別為1964 ppm、99.3ppm和141ppm、7.6ppm，其二氧化硫和氮氧化物的轉化率分別為100%和88%。

實施例3

在400ml水溶液中，配製濃度為0.04mol/L的亞氯酸鈉溶液，混合煙氣流量為600mL/min,氧氣含量為0.3-1.0%，二氧化碳17.5-18.2%，二氧化氮97.3ppm，二氧化硫初始濃度為1351ppm,一氧化氮初始濃度為1924ppm，在室溫15攝氏度和常壓下實驗時間為2小時，氣體從反應器底部鼓泡通過液層，從反應器頂部流出排放。測得出口處二氧化硫的濃度均為0，一氧化氮的平均濃度為9ppm，二氧化氮的平均濃度為0.3ppm，其二氧化硫和氮氧化物的轉化率分別為100%和99.7%。

實施例4

用兩個1L的容器，進行串聯組合，分別裝入氫氧化鈉2g和高錳酸鉀2.53g，混合煙氣流量為65L/h,氧氣含量為0.2-0.4%，在常壓25攝氏度下，二氧化碳17.8-18.3%，二氧化氮97.3ppm，二氧化硫初始濃度為1351ppm,一氧化氮初始濃度為1924ppm，在室溫15攝氏度和常壓下實驗時間為2小時，氣體從反應器底部鼓泡通過液層，從反應器頂部流出排放。測得出口處二氧化硫的濃度均為0，一氧化氮的平均濃度為9ppm，二氧化氮的平均濃度為0.3ppm，其二氧化硫和氮氧化物的轉化率分別為100%和99.7%。

實施例5

用兩個1L的容器串聯組合，分別裝400mL水，再加入氫氧化鈉2g和亞氯酸鈉0.9g，混合煙氣流量為100L/h,氧氣含量為0.4-1.2%，在常壓18攝氏度下，二氧化碳17.6-18.1%，二氧化氮210ppm，二氧化硫初始濃度為3538ppm,一氧化氮初始濃度為4200ppm，在室溫15攝氏度和常壓下，氣體從反應器底部鼓泡通過液層，從反應器頂部流出排放。測得出口處二氧化硫的濃度均為0，一氧化氮的平均濃度為605ppm，二氧化氮的平均濃度為29.6ppm，其二氧化硫和氮氧化物的轉化率分別為100%和84.5%。

實施例6

在直徑0.12m、高1m的兩個完全相同的圓柱塔中，進行串聯組合，第一個塔裝有塔釜循環液槽，體積19L,加入202g氫氧化鈉，在另個氧化吸收塔中的塔釜裝有氧化液循環槽89L,加入高錳酸鉀濃度為0.4mol/L,鹼液與氧化液由泵循環到塔的頂部進行向下噴淋吸收，循環流量維持在8-18L/min，煙氣的流量為1.0m3/h.當入口的二氧化硫和氮氧化物總濃度分別為1400ppm和1064ppm時，測得出口處煙氣中平均的二氧化硫和氮氧化物總濃度分別為0ppm和140ppm，其二氧化硫和氮氧化物的平均去除率分別為100%和86.8%。

實施例7

在實施例6中的圓柱塔雙塔串聯組合工藝中，分別加入亞氯酸鈉和硝酸銅，濃度為0.01mol/L和0.001mol/L,在第二個塔中裝有氫氧化鉀0.02mol/LpH=14，鹼液與氧化液由泵循環向下噴淋吸收，煙氣的流量為1.8 m3/h.當入口的二氧化硫和氮氧化物總濃度分別為2643ppm和1718ppm時，測得出口處煙氣中平均的二氧化硫和氮氧化物總濃度分別為120ppm和210ppm，其二氧化硫和氮氧化物的平均去除率分別為95.5%和87.7%。

實施例8

在同樣的實施例6中的圓柱塔雙塔串聯組合工藝中，分別向水中加入高錳酸鉀590g，碳酸鈉助劑20g和氫氧化鈉650g，分別為8.5和 pH=14。煙氣從塔釜的兩個吸收液先通過液層向上鼓泡進入塔內，再經由循環泵向下噴淋吸收，吸收後的尾氣從後面的上部排除。煙氣的流量為3.0 m3/h，連續運行3小時.當入口的二氧化硫和氮氧化物總濃度分別為1800-2200ppm和770-880ppm時，測得出口處煙氣中平均的二氧化硫和氮氧化物總濃度分別為60-110ppm和80-120ppm，其二氧化硫和氮氧化物的平均去除率分別為95-97%和86-90%。