CN101274208B - 一种同时脱除废气中二氧化硫和氮氧化物的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种同时脱除废气中二氧化硫和氮氧化物的湿法氧化方法。在常规的反应器中，采用氯酸盐和脱硫剂的水溶液与含有氮氧化物和SO2的烟气进行反应，脱除废气中二氧化硫和氮氧化物。本发明的方法简单，经济合理，大大降低湿法脱硫脱硝的治理成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种同时脱硫脱硝的方法，尤其是涉及电厂烟气中NO和SO2的同时脱除的方法。
背景技术
酸雨的污染及其造成的危害已成为世界各国关注的环境问题之一。SO2和NOx是排放量最多、危害性最大的两种污染气体，也是形成酸雨的主要物质。在以煤为主要能源的国家，煤燃烧产生1000～4000ppm SO2和300～800ppm NOx，是工业废气污染和酸雨危害的主要根源。
NOx是氮氧化物的统称，包括N2O、NO、N2O3、NO2、N2O5等。NOx的危害性不仅在于它是酸雨性气体，而且NO与氟氯烃一样可显著破坏臭氧层，NO和N2O同时也是温室气体，NO能和烃在阳光下反应造成光化学污染，对人体有致毒作用。
NOx的去除相当困难，主要原因是烟道气中NOx的主要成分是浓度为ppm级的NO，而NO相对来说比较稳定，并且烟道气中还含有浓度高于NO的水蒸气、CO2和SO2。经过多年的研究，国内外研究开发了各种各样的脱硝方法，如催化还原法、催化分解法、吸收法、吸附法、电子射线照射法、碱吸收法、酸吸收法、生成络盐吸收法、氧化吸收法、液相还原法等(见文献：Nature，1990，343：151-153.Nature，1994，369：139-141.Chem.Eng.Sci.，1977，33：315-318.Chem.Eng.Sci.，1996，51：2649-2654.Ind.Eng.Chem.Res.1993，32：2580-2594.Environ.Progress，1998，17：80-85.Chem.Eng.Prog.，1994，1：39-45.)。研究的方法虽然很多，然而只有选择性催化还原法(Selective Catalytic Reduction)是目前唯一能在高含氧气氛下脱除NO的实用方法，在火力发电厂得到应用。但SCR法的主要缺点是催化剂易中毒、氨泄漏以及投资费用和操作费用过高(见文献：Heck，H.M.，Farrauto，R.J.Catalytic Air PollutionControl：Commercial Technology；Van Nostrand Reinhold：New York，1995.)。因此国内外仍在努力研究探索新的脱硝技术。
世界各国现有的烟气脱硫装置中，喷雾干燥脱硫工艺约占8.4％，吸收剂再生脱硫工艺约占3.4％，炉内喷吸收剂脱硫工艺约占1.9％，而大量的是湿法脱硫工艺，约占85％，其中石灰石一石膏法为36.7％，其它湿法为48.3％。由于目前广泛运用的成熟脱硫方法是湿法，因此对已有的湿法脱硫工艺加以改进，使脱硫脱硝同时进行，是国内外广泛关注并进行研究的一个热点，能否开发出高效、经济的湿法脱硝技术是这一工艺能否工业应用的关键。NOx脱除的主要困难在于NO的惰性，NOx脱除的立足点是强化NO的吸收。
NO的湿法脱除有两个途经可考虑，一个是与溶液中的络盐络合，将NO从废气中脱除掉；另一个就是采用液相氧化剂进行氧化，把NO氧化为易溶于水的NO2。亚氯酸钠溶液氧化吸收NO的方法，因其氧化速度快，而得到普遍重视，但由于其价格昂贵和不稳定性限制了其广泛应用。
亚氯酸钠氧化NO反应机理是亚氯酸钠在酸性溶液中产生ClO2(反应式1)，ClO2再将NO氧化成硝酸(反应式2)，
5NaClO2+4HCl→4ClO2+5NaCl+2H2O (1)
5NO+3ClO2+4H2O→5HNO3+3HCl (2)
总的反应式：
4NO+3NaClO2+2H2O→4HNO3+3NaCl (3)
实际上亚氯酸钠的生产是先由氯酸钠在酸性溶液中还原产生ClO2，再以NaOH和H2O2还原ClO2制取的，因此亚氯酸钠的成本远远高于氯酸钠。
发明内容
本发明的目的是提出一种同时脱除废气中二氧化硫和氮氧化物的方法，进一步说是一种NO的氯酸钠湿法氧化方法，使NO的氧化和吸收同时进行，同时使SO2的氧化和吸收也同时进行，大大降低湿法脱硫脱硝的治理成本，提高湿法脱硫脱硝技术的市场竞争力。
本发明的构思是这样的：
以二氧化硫还原NaClO3制取ClO2气体(反应式4)，SO2被氧化成硫酸根，而NaClO3还原生成的ClO2将NO氧化硝酸(反应式5)，这样就实现了NO和SO2的氧化和吸收同时进行，总反应见式6。
5NO+3ClO2+4H2O→5HNO3+3HCl (5)
总的反应式：
实现本发明目的的技术方案：
将氯酸盐和脱硫剂溶解在水溶液中用作吸收液，和含有NO和SO2的废气通入常规的反应器，二氧化硫还原NaClO3制取ClO2气体(式4)，SO2被氧化成硫酸根，而NaClO3还原生成的ClO2将NO氧化成硝酸，这样就实现了NO和SO2的氧化和吸收同时进行。所述的脱硫剂是二价金属氧化物、氢氧化合物或碳酸盐等，可以是氧化钙(石灰)、氢氧化钙、氧化镁、Mg(OH)2或碳酸钙(石灰石)等。
加入脱硫剂，可提高SO2的脱除率，实现高效率地同时脱除NO和SO2，并可得到硫酸钙或硫酸镁等作副产物。
本发明的NO浓度范围为：100～1000ppm；SO2的浓度范围为500～3000ppm。
操作压力为常压，温度范围为：10～90℃，最佳值为：30～60℃。
pH范围为：1～11，最佳值为：4～7，O2的浓度为0～20％。
氯酸盐的浓度范围为：0.005～0.2mol l-1，优选为0.05～0.1mol l-1。
脱硫剂的浓度为0～0.3mol l-1。优选为0.005～0.3mol l-1。例如氧化钙的浓度范围为：0.005～0.3mol l-1，推荐为0.01～0.1mol l-1；氧化镁的浓度范围为：0.005～0.3mol l-1，推荐为0.01～0.1mol l-1；碳酸钙的浓度范围为：0.005～0.3mol l-1，推荐为0.01～0.1mol l-1。
通常气液比为10～300∶1，推荐通常气液比为200∶1，所述的比例是体积流量比。
氯酸盐可从常用的氯酸钠、氯酸钾中任选一种，优选氯酸钠。
本发明对反应器没有特别要求，NOx和SO2的脱除可在常见的气液反应器如填料塔、板式塔或鼓泡塔等中进行。
本发明的方法简单，能够在使NO和SO2同时进行氧化和吸收，经济合理，大大降低湿法脱硫脱硝的治理成本。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步阐述，但不能限制本发明的内容。
实施例1
在直径2cm，高90cm的鼓泡反应器中进行，反应器液体加入量为200ml，其中：氯酸钠浓度为0.04mol l-1，pH值为6；
气体流量为200ml/minute，温度为50℃；
气体进口组成为NO：480ppm，SO2：1500ppm，O2：5.2％，其余为氮气。
气体出口浓度由红外光谱仪进行在线分析，每两分钟自动取样一次，在180min内，气体出口浓度为NO：30ppm，SO2：200ppm。
实施例2
在直径2cm、高100cm的填料塔中进行，气液两相逆流，空塔气速为0.1m/s，液体喷淋密度为5m3/m2.hr，500ml吸收液循环使用。
其中：氯酸钠浓度为0.04mol l-1，氧化钙浓度为0.03mol l-1，pH值为6，
气体流量为200ml/minute，温度为50℃；
气体进口组成为NO：480ppm，SO2：1500ppm，O2：5.2％，其余为氮气。
吸收液循环使用，气体出口浓度由红外光谱仪进行在线分析，每两分钟自动取样一次，在300min内，气体出口浓度为NO：15ppm，SO2：50ppm。
实施例3
反应器和操作条件同实施例2，仅将0.03mol l-1的氧化钙改成0.03mol l-1的氧化镁，在300min内，气体出口浓度为NO：15ppm，SO2：30ppm。
实施例4
反应器和操作条件同实施例2，仅将0.03mol l-1的氧化钙改成0.03mol l-1的石灰石，在300min内，气体出口浓度为NO：15ppm，SO2：30ppm。
对比例1
反应器和操作条件同实施例1，吸收剂为H2O2，浓度为10％；气体出口浓度由红外光谱仪进行在线分析，每两分钟自动取样一次，在180min内，气体出口浓度为NO：240ppm。
对比例2
反应器和操作条件同实施例1，吸收剂为Fe-EDTA，浓度为0.01M；气体出口浓度由红外光谱仪进行在线分析，每两分钟自动取样一次，在180min内气体出口浓度为NO：210ppm。
Claims (9)
1.一种同时脱除废气中二氧化硫和氮氧化物的方法，其特征在于该方法通过下述二步骤：
(1)，用常规方法配制含氯酸盐和脱硫剂的水溶液；
其中：氯酸盐浓度为0.005～0.2mol l-1；所述的脱硫剂是二价金属氧化物、氢氧化合物或碳酸盐，浓度为0～0.3mol l-1；溶液的pH值在1～9；
(2)，将上述(1)的溶液在常规的反应器中与含有氮氧化物和SO2的烟气进行反应；
其中：反应温度为10～80℃；烟气NO浓度为100～2000ppm；SO2浓度为500～5000ppm；氧的浓度0～20％；气液体积流量比为10～300∶1。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于氯酸盐浓度为0.01～0.1molL-1，溶液的pH值在4～7，反应温度为30～60℃。
3.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述的二价金属氧化物、氢氧化合物或碳酸盐的浓度为0.005～0.3mol l-1；所述的二价金属氧化物、氢氧化合物或碳酸盐是氧化钙、氧化镁、氢氧化钙、氢氧化镁或碳酸钙。
4.按照权利要求3所述的方法，其特征在于所述的氧化钙浓度为0.01～0.1mol l-1。
5.按照权利要求3所述的方法，其特征在于所述的氧化镁浓度为0.01～0.1mol l-1。
6.按照权利要求3所述的方法，其特征在于所述的氢氧化钙浓度为0.01～0.1mol l-1。
7.按照权利要求1所述的方法，其特征在于所述的氯酸盐是氯酸钠或氯酸钾。
8.按照权利要求1所述的方法，其特征在于所述的氮氧化物是NO、N2O3、NO2或N2O
9.按照权利要求1所述的方法，其特征在于所述的反应器是气液反应器。
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