CN101745306B

CN101745306B - 双轴对撞流烟气联合脱除二氧化硫和氮氧化物方法及装置

Info

Publication number: CN101745306B
Application number: CN2010101036144A
Authority: CN
Inventors: 熊源泉; 谢红银
Original assignee: Southeast University
Current assignee: Southeast University
Priority date: 2010-01-29
Filing date: 2010-01-29
Publication date: 2012-05-23
Anticipated expiration: 2030-01-29
Also published as: CN101745306A

Abstract

一种双轴对撞流烟气联合脱除二氧化硫和氮氧化物的方法，使污染烟气除尘降温后进入双轴对撞流预混管，在双轴对撞流预混管中，与尿素/氨水混合溶液进行气液预混合，吸收液的温度控制在30℃～80℃，在双轴预混管中，吸收液滴被烟气加速，进入对撞流反应器主体中。一种装置，由热交换器、双轴对撞流预混管、对撞流反应器主体、高效除沫器、吸收液循环泵、集液槽、阀门、离心机、分离液泵、氨水泵、氨水配液罐、尿素溶液泵、尿素溶液配液罐、空压机组成，所述的双轴对撞流预混管包括2对对撞流预混管，每对对撞流预混管包括2个相向布置的预混管，在预混管内设有吸收液雾化喷嘴，所述2对对撞流预混管相互构成同水平面正交关系。

Description

双轴对撞流烟气联合脱除二氧化硫和氮氧化物方法及装置

技术领域

本发明属于大气环境保护的技术领域。涉及一种烟气联合脱硫脱硝方法和装置，特别是涉及一种利用尿素/氨水/添加剂溶液双轴对撞流烟气联合脱硫脱硝的方法和装置。

背景技术

二氧化硫和氮氧化物是大气污染物中影响较大的气态污染物，对人体、环境和生态系统有极大危害，随着环保要求的日益严格，NO_x和SO₂排放的问题越来越受到关注。二氧化硫和氮氧化物主要源自于煤、石油等石化燃料的燃烧过程，以及矿石的焙烧、冶炼过程的烟气排放，其中各种燃烧锅炉特别是火电厂锅炉排烟具有浓度低、烟气量大、浮尘多等特点而难以治理。传统技术中，排放烟气中二氧化硫和氮氧化物净化技术通常是将脱硫和脱硝分开进行，这造成了排放烟气净化系统的复杂庞大、初始投资大、运行费用高等缺陷，严重制约了排放烟气脱硫脱硝的实际实施。烟气脱硫技术主要以石灰石-石膏湿法、旋转喷雾半干法、炉内喷钙尾部增湿活化、海水脱硫、电子束脱硫、烟气循环流化床脱硫等为主，其中湿式石灰石法是现今世界上应用最为广泛的尾部烟气脱硫技术，其主要问题在于吸收剂(石灰或石灰石)的溶解度小，利用率低，废渣量大；而选择性催化还原技术(SCR)、选择性非催化还原技术(SNCR)、电子束法、脉冲电晕法、络合物吸收法和尿素吸收法等，目前运行中较为成熟的烟气脱硝技术主要是SCR技术、SNCR技术以及SNCR/SCR组合技术，但SCR法存在初期投资费用较高，操作温度范围窄，且存在氨泄漏，会生成N₂O，以及催化剂易失活等缺点；而SNCR脱硝效率较低，且氨泄漏多，造成二次污染。近年来世界各国，尤其是工业发达国家都相继开展了同时脱硫脱硝技术的研究开发，并进行了一定的工业应用，国外目前有电子束照射法、脉冲电晕法、活性炭吸附法、NOxSO工艺和Pahlman烟气脱硫脱硝工艺等，但我国目前尚缺乏此类成熟技术或因能耗和成本过高而不适应。因此，探求一种高效、低成本、低运行费用、无二次污染的烟气净化技术，成为我国环境保护科研工作者关切的问题。

氨法烟气脱硫技术始于上世纪70年代初，日本与意大利等国首先研究氨法脱硫工艺，并相继获得成功。由于一般燃煤烟气中，氮氧化物的氧化度为5％-10％，且NH₄HSO₃对(NH₄)₂SO₃吸收NO_x具有抑制作用，单一的氨水吸收法的脱硝功能很小，而单一氨法脱硫又存在氨的气溶胶和氨排放等问题。因此，通过尿素与氨水的合理匹配，不仅可以大大降低单一尿素同时脱硫脱硝工艺的运行成本，还可有效防止单一氨法脱硫工艺存在的氨的气溶胶和氨排放等问题，同时还可以利用氨吸收二氧化硫产生的中间产物(NH₄)₂SO₃再吸收NO_x，并利用尿素对亚硝酸分解的抑制功能来降低吸收反应过程中的中间产物的再分解生成NO的几率。试验研究发现：通过价格低廉的氨水或工业废氨水与尿素溶液的联合使用，不仅可以极大降低吸收剂的成本，同时可以保证较高的硫氧化物和氮氧化物的联合脱除效果。

研究分析发现，烟气中SO₂在尿素/氨水溶液中的吸收是液相中伴有快速不可逆化学反应的气体吸收，而烟气中NO_x在尿素/氨水溶液中的吸收是液相中伴有慢速化学反应的气体吸收。为了保证能同时高效地脱除烟气中SO₂和NO_x，烟气与吸收溶液的接触反应必须控制一定的时间。然而，反应时间的延长势必造成同时脱硫脱硝反应器容积的大大增加，这将大大增加设备投资费用，是现实所不能接受的。显然，NO₂具有易溶于水、易吸收的特性；影响烟气中NO_X在尿素/氨水溶液中慢速化学反应的气体吸收的最主要因素是NO在水中极低的溶解度，而燃煤烟气中NO又占NO_x总量的90％以上。因此，如何进一步提高烟气中氮氧化物的氧化度(折合NO₂占烟气中NO_x的比例)是影响烟气中NO_x在吸收液中吸收反应速率和效率的关键性科学问题。研究发现，通过适宜的添加剂来实现液相催化氧化NO，提高烟气中氮氧化物的氧化度，并促进中间产物对烟气中污染物的协同吸收作用，将极大提高后续吸收溶液对NO_X的吸收速率和效率，是解决NO_x在尿素/氨水溶液中的慢速吸收化学反应过程的根本性有效可行的方法和途径。

此外，烟气同时脱硫脱硝效率的高低和运行的稳定性与吸收反应器有着极大的关联，传统的湿法脱硫工艺的主体设备为吸收塔，它有板式塔、填料塔和喷淋塔等几种形式。在吸收塔气液两相传质中，由于单位体积内有效接触面积小、由液膜控制的传质过程的体积传质系数低，故这类设备体积庞大、空间利用率和设备生产强度低、设备投资大。对撞流技术是强化传递过程尤其是外扩散控制的传递过程最有效的方法之一，传递系数比一般方法高数倍到十几倍。研究发现：对撞流吸收器与传统的塔器相比有比相界面积大、传质系数高、脱硫脱硝效果好、能量损耗低、体积小、结构简单的优点。有鉴于此，综合考虑投资、运行稳定性、能耗、结构等各种因素，以双轴对撞流技术来设计吸收反应器更为高效、合理、可行，可实现提高烟气净化效率，降低整体系统设备投资和运行成本。

中国发明专利(申请号：91105599.1)提出了以氨水、硫铵或其酸性水溶液、尿素及其化合物粉或其水溶液在炉内不同温度段进行同时脱硫脱硝。中国发明专利(申请号：91105599.1)用于炉内高温段，势必带来高的能量损耗，以及炉内腐蚀等问题。本发明是在本人先前提出的发明专利(混合溶液联合脱除二氧化硫和氮氧化物方法及其装置，申请号：200710020999.6)的基础上，引入溴离子或氯离子或过硫酸铵等作NOx的吸收催化剂，使NO的慢速吸收反应过程转化为快速吸收反应过程；同时采用对撞流技术大大强化气液之间的混合和传质过程，促进吸收化学反应，提高反应器比相界面积，降低反应器体积，并简化反应器结构，降低能耗。目前，国内仅有一实用新型专利(ZL 200820042363.1)采用撞击流技术应用于碱液脱硫过程，国内外尚无双轴对撞流技术应用于脱硝和联合脱硫脱硝过程，而将尿素/氨水溶液通过液相催化并结合双轴对撞流技术实现的高效联合烟气脱硫脱硝过程更是绝无先例。

发明内容

本发明旨在于提供一种结构简单、综合效率高、投资成本低、运行费用小、无二次污染的双轴对撞流烟气联合脱除二氧化硫和氮氧化物方法及装置，本发明能够提高脱硫脱硝效率，尤其是能够提高脱硝效率。

本发明采用如下技术方案：

本发明所采用技术方案之一是：

一种双轴对撞流烟气联合脱除二氧化硫和氮氧化物的方法，

使含有二氧化硫和氮氧化物的污染烟气除尘后进入热交换器降温至100℃～110℃，

再使除尘、降温后的烟气进入双轴对撞流预混管，在双轴对撞流预混管中，烟气首先与掺混了具有催化作用的添加剂的被雾化的尿素/氨水混合溶液进行气液预混合，吸收液的温度控制在30℃～80℃，其中，液气比为1.5～6L/m³，氨水溶液质量浓度为2％～10％，尿素溶液质量浓度为2％～6％，吸收溶液的PH值维持在4.8～9，所述具有催化作用的添加剂为溴化钾、溴化铵、氯化钾、氯化铵、过硫酸铵、三乙醇胺或乙二胺，溴化钾、溴化铵、氯化钾、氯化铵或过硫酸铵的加入量为尿素/氨水溶液质量的0.5％～10％，三乙醇胺或乙二胺加入的质量百分比为尿素/氨水溶液的0.005％～0.025％，

所述双轴对撞流预混管包括2对对撞流预混管，每对对撞流预混管包括2个相向布置的预混管，在预混管内设有吸收液雾化喷嘴，所述2对对撞流预混管相互构成同水平面正交关系，

在双轴预混管中，雾化的吸收液滴被烟气加速，然后进入对撞流反应器主体(4)中，相向的气液混合流在此相互撞击，气液高度湍流、混合，使得气液间混合、传质速率加快，烟气中的SO₂和NO_x在此被同时吸收脱除；同时液滴在对撞区内发生了强烈的阻尼振荡，大液滴在重力作用下沉降进入集液槽，烟气中夹带的液滴经高效除沫器分离后进入集液槽，净化后的烟气再经热交换器升温至75℃～90℃排入大气，对撞流反应器主体中的结晶硫酸铵经离心机固液分离后，获得副产品硫酸铵，分离后的吸收液经分离液泵返回对撞流反应器主体中。

本发明所采用的技术方案之二是：

一种用于实施上述双轴对撞流烟气联合脱除二氧化硫和氮氧化物的方法的装置，由热交换器、双轴对撞流预混管、对撞流反应器主体、高效除沫器、吸收液循环泵、集液槽、阀门、离心机、分离液泵、氨水泵、氨水配液罐、尿素溶液泵、尿素溶液配液罐、空压机组成，热交换器的污染烟气出口分别与双轴对撞流预混管的烟气入口连接，在所述集液槽内储存有吸收溶液且集液槽连接于对撞流反应器主体的下端，所述的双轴对撞流预混管设在对撞流反应器主体上且位于集液槽，所述的双轴对撞流预混管包括2对对撞流预混管，每对对撞流预混管包括2个相向布置的预混管，在预混管内设有吸收液雾化喷嘴，所述2对对撞流预混管相互构成同水平面正交关系，所述集液槽通过吸收液循环泵与吸收液雾化喷嘴的入口连接，集液槽的出液口通过阀门与离心机的进口连通，离心机的出口通过分离液泵与集液槽连通，所述氨水配液罐通过氨水泵与集液槽连通，所述尿素溶液配液罐通过尿素溶液泵与集液槽连通，所述空压机的出口与集液槽连通，所述高效除沫器设在对撞流反应器主体的上端，高效除沫器的出口与热交换器的净化烟气入口连接。

与现有技术相比，本发明的尿素/氨水溶液加液相催化的双轴对撞流烟气联合脱除二氧化硫和氮氧化物的方法具有以下特色和优点：

1.适用范围广，该工艺方法和设备可用于各类含SO₂和NO_x的尾气和烟气的脱除，包括生活锅炉、工业锅炉、工业窑炉、电站锅炉、冶金尾气、化工尾气；对高、低浓度的SO₂和NO_x烟气均可有效去除。

2.采用尿素/氨水溶液加液相催化的双轴对撞流烟气联合脱除二氧化硫和氮氧化物的方法，其综合效率高，SO₂总脱除效率为95％～98％，NO_x总脱除效率为75％～90％(单轴对撞流和双轴对撞流联合脱硫脱硝比较见表1)，其脱除性能可与目前流行的湿式石灰石法脱硫和SCR法脱硝组合相媲美，同时回收了副产品硫酸铵。

表1单轴对撞与双轴对撞联合脱硫脱硝综合效率的比较

3.本尿素/氨水溶液加加液相催化的双轴对撞流烟气联合脱除二氧化硫和氮氧化物的方法，采用烟气与雾化的尿素/氨水液滴首先在预混管内进行预混合，提高了气液混合的均匀性，且在此阶段液滴被烟气携带加速，有利于提高后期对撞流中液滴的穿透深度。

4.本尿素/氨水溶液加加液相催化的双轴对撞流烟气联合脱除二氧化硫和氮氧化物的方法，采用双轴气液混合流在对撞流反应器内相向撞击(双轴呈正交对称同水平面布置)，双轴对撞使得气液不仅在纵向对撞方向上进行强烈地撞击混合外，而且在纵向对撞后气液混合物必然会向横向流动，由于采用了双轴正交对称同水平面布置，横向流动的气液混合物必然会受到来自正交方向上另一对撞流的冲击作用，对撞流引起的横向流动的气液混合物被再次推向对撞核心区域，这使得气液在对撞核心区的停留时间延长，横向间的混合得到加强，气液湍动更加强烈，混合更加均匀，对整个对撞流反应区内气液间传质和化学反应速率的提高更为有利，提高了污染物脱除效率和速率。但当采用更多对的对撞流布置时，由于无法实现同水平面正交布置，对撞流间的相互干扰较大，污染物脱除效率和速率提高不明显，然而对撞流数越多，设备费用和能耗也会有所提高，整体综合性价比下降，因此双轴对撞更为合理。气液对撞时也可以采用向下倾斜对撞(向下倾角α不大于10°，例如：α＝10°)，这使得气液撞击后偏向反应器内液面方向运动(与气体出流方向相反)，延长了气液在反应器内的反应时间，有利于污染物脱除反应充分完成。

5.本尿素/氨水溶液加加液相催化的双轴对撞流烟气联合脱除二氧化硫和氮氧化物的方法，由于采用双轴对撞流技术，氨和尿素混合溶液在吸收反应器内高度湍动与混合，极大提高了吸收化学反应的传质速率，从而加快了NOx的吸收速率；同时，吸收液通过雾化喷嘴雾化成细小液滴后在双轴预混管内被烟气携带加速运动，进入对撞流区域，被加速的液滴在惯性作用下向相向对撞的另一射流区内部运动，由于受到相向对撞流的气流阻力作用，液滴运动逐渐减速，之后在相向气流的作用下反向运动；如此往复，这样液滴在相向射流的作用下便形成往回的阻尼振荡，延长了液滴与烟气的接触时间，使得吸收液的有效利用率提高。因此，不仅有利于提高烟气净化速率和效率，还有利于降低吸收反应器的容积。

6.采用尿素/氨水溶液加液相催化的双轴对撞流烟气联合脱除二氧化硫和氮氧化物的方法，其生成物在水中溶解度高，且反应器内无任何内构件，不易结垢，运行安全稳定，维护方便，易于控制；此外，反应器内无内构件有利于减小系统阻力。

7.本尿素/氨水溶液加加液相催化的双轴对撞流烟气联合脱除二氧化硫和氮氧化物的方法，由于采用双轴对撞流技术，气液间高度湍动，使得气液相间混合非常均匀，极大提高了吸收反应速率和效率，从而使得液气比大大降低(1.5～6l/m³)，可大大降低吸收液循环泵的能耗。

8.本尿素/氨水溶液加液相催化的双轴对撞流烟气联合脱除二氧化硫和氮氧化物的方法，采用三乙醇胺、乙二胺、溴化钾、溴化铵、氯化钾、氯化铵、过硫酸铵等作为液相催化剂，加速了吸收溶液对NO_x的吸收反应速率，使得NO的慢速吸收反应过程转化为快速吸收反应过程，降低了吸收反应器的容积；同时三乙醇胺、乙二胺等还具有使吸收液趋向弱碱性化方向，防止了系统设备的腐蚀。

9.本尿素/氨水溶液加液相催化的双轴对撞流烟气联合脱除二氧化硫和氮氧化物的方法，将对撞流技术和脱硫脱硝系统有机地结合在一起，使得本工艺与目前流行的湿式石灰石法脱硫和SCR法脱硝组合相比得到了大大简化，节约了系统空间，节省了初始投资成本和运行成本。

10.采用尿素/氨水溶液加加液相催化的双轴对撞流烟气联合脱除二氧化硫和氮氧化物的方法实现了吸收液内部闭合循环，无二次废液排放问题，实现了资源回收和绿色环保的双重概念。

附图说明

图1是本发明的尿素/氨水溶液加液相催化双轴对撞流烟气联合脱除二氧化硫和氮氧化物的系统流程图，其中有热交换器(1)、双轴对撞流预混管(2)、吸收液雾化喷嘴(3)、对撞流反应器主体(4)、高效除沫器(5)、吸收液循环泵(6)、集液槽(7)、阀门(8)、离心机(9)、分离液泵(10)、氨水泵(11)、氨水配液罐(12)、尿素溶液泵(13)、尿素溶液配液罐(14)、空压机(15)。

图2是本发明双轴对撞流水平面布置示意图。

图3是本发明双轴对撞流倾斜布置示意图。

图4是预混管结构示意图。

具体实施方式

实施例1

一种双轴对撞流烟气联合脱除二氧化硫和氮氧化物方法，

所述双轴对撞流预混管包括2对对撞流预混管，每对对撞流预混管包括2个相向布置的预混管2，所谓相向布置是指这种布置能使从对撞流预混管中的每根预混管喷出的气液混合物形成对撞，在预混管内设有吸收液雾化喷嘴3，所述2对对撞流预混管相互构成同水平面正交关系，

在双轴预混管中，雾化的吸收液滴被烟气加速，然后进入对撞流反应器主体4中，相向的气液混合流在此相互撞击，气液高度湍流、混合，使得气液间混合、传质速率加快，烟气中的SO₂和NO_x在此被同时吸收脱除；同时液滴在对撞区内发生了强烈的阻尼振荡，大液滴在重力作用下沉降进入集液槽，烟气中夹带的液滴经高效除沫器分离后进入集液槽，净化后的烟气再经热交换器升温至75℃～90℃排入大气，对撞流反应器主体4中的结晶硫酸铵经离心机9固液分离后，获得副产品硫酸铵，分离后的吸收液经分离液泵10返回对撞流反应器主体4中。

实施例2

一种用于实施实施例1所述双轴对撞流烟气联合脱除二氧化硫和氮氧化物方法的装置，由热交换器1、双轴对撞流预混管2、对撞流反应器主体4、高效除沫器5、吸收液循环泵6、集液槽7、阀门8、离心机9、分离液泵10、氨水泵11、氨水配液罐12、尿素溶液泵13、尿素溶液配液罐14、空压机15组成，热交换器1的污染烟气出口分别与双轴对撞流预混管2的烟气入口连接，在所述集液槽7内储存有吸收溶液且集液槽7连接于对撞流反应器主体4的下端，所述的双轴对撞流预混管2设在对撞流反应器主体4上且位于集液槽7，所述的双轴对撞流预混管2包括2对对撞流预混管2，每对对撞流预混管包括2个相向布置的预混管，在预混管内设有吸收液雾化喷嘴3，所述2对对撞流预混管相互构成同水平面正交关系，所述集液槽7通过吸收液循环泵6与吸收液雾化喷嘴3的入口连接，集液槽7的出液口通过阀门8与离心机9的进口连通，离心机9的出口通过分离液泵10与集液槽7连通，所述氨水配液罐12通过氨水泵11与集液槽7连通，所述尿素溶液配液罐14通过尿素溶液泵13与集液槽7连通，所述空压机15的出口与集液槽7连通，所述高效除沫器5设在对撞流反应器主体4的上端，高效除沫器5的出口与热交换器1的净化烟气入口连接。

下面对本发明的具体实施方式作出更为详细的说明：

本发明是一种湿法尿素/氨水/添加剂混合溶液通过双轴对撞流技术实现的高效联合烟气脱硫脱硝工艺，该工艺克服了常规烟气净化工艺功能单一、系统复杂的缺点，其综合效率高、系统简单、投资成本低、运行费用小、无二次污染。其特征在于：采用尿素/氨水溶液作为同时脱硫脱硝吸收液，以三乙醇胺、乙二胺、溴化钾、溴化铵、氯化钾、氯化铵、过硫酸铵等作为催化添加剂，在对撞流反应器内烟气与吸收液进行气液高度混合，高效快速地实现同时脱硫脱硝过程，吸收液再经氧化制得副产品硫酸铵，废液实现内部循环利用，无任何废液排放。

基本过程如下：

含有二氧化硫和氮氧化物的污染烟气(约160℃)除尘后首先进入热交换器降温至100℃～110℃后，进入双轴对撞流预混管(预混管也可向下倾斜，与水平面的倾角a不大于10°)，烟气首先与掺混了具有催化作用的添加剂(其中，三乙醇胺或乙二胺加入的质量百分比为尿素/氨水溶液的0.005％～0.025％，而溴化钾、溴化铵、氯化钾、氯化铵、过硫酸铵等为尿素/氨水溶液质量的0.5％～10％)的被雾化的尿素/氨水混合溶液(氨水溶液浓度为2％～10％和尿素溶液浓度为2％～6％，吸收溶液的PH值维持在4.8～9，吸收液的温度控制在30℃～80℃)在混合管中进行气液预混合(液气比为1.5～6L/m³)，雾化的吸收液滴在双轴预混管中被烟气加速，然后进入对撞流反应器吸收室中，相向的气液混合流在此以双轴相互撞击，气液高度湍流、混合，使得气液间混合、传质速率加快，烟气中的SO₂和NO_x在此被同时吸收脱除；同时液滴在撞击区内由于对撞而发生阻尼振荡，延长了雾化液滴与烟气的接触时间，进而提高了吸收液的有效利用率。双轴对撞后的气液中大液滴在重力作用下沉降进入集液槽，烟气中夹带的液滴经高效除沫器分离后进入集液槽，净化后的烟气(烟气温度为55℃～70℃)再经热交换器升温至75℃～90℃排入大气。集液槽内的循环吸收液由吸收液循环泵泵入吸收液雾化喷嘴内雾化成细微的液滴与来流烟气预混合；氨水配液槽中的氨水溶液由氨水泵泵入集液槽内；尿素溶液和添加剂配液罐中的溶液由尿素溶液泵泵入集液槽内；空气经空压机鼓入双轴对撞流反应器主体内进行氧化反应；集液槽内底部结晶的硫酸铵溶液经阀门排入离心机，分离得到98％的硫酸铵晶体去干燥成成品，离心机分离后的溶液由分离液泵泵入集液槽内。该方法烟气中的SO₂总脱除效率为95％～98％，NO_x总脱除效率为75％～90％，获得副产品硫酸铵，并实现吸收液内部循环，无二次污染物排放。

以三乙醇胺、乙二胺、溴化钾、溴化铵、氯化钾、氯化铵、过硫酸铵等作液相催化剂，尿素溶液或尿素和氨水溶液同时脱硫脱硝的原理如下：

尿素易溶于水，其水溶液呈极弱的碱性，接近中性。尿素在水中会发生水解反应生成氨基甲酸铵，为吸热反应。常温下水解很慢，溶液中氨基甲酸铵的组分较少；当溶液温度超过70℃时，水解反应明显加快。尿素是一种强的还原剂，在酸性的条件下可以较快的将亚硝酸还原为氮气。燃煤烟气中的污染物NO_X和SO₂在尿素溶液中可能发生下列反应(烟气中O₂含量为3～5％)：

2NO+O₂→2NO₂ (1)

2HNO₂+(NH₂)₂CO→3H₂O+CO₂+2N₂ (9)

SO₂+(NH₂)₂CO+2H₂O→(NH₄)₂SO₃+CO₂ (10)

2(NH₄)₂SO₃+O₂→2(NH₄)₂SO₄ (11)

4(NH₄)₂SO₃+2NO₂→4(NH₄)₂SO₄+N₂ (12)

2(NH₄)₂SO₃+2NO→2(NH₄)₂SO₄+N₂ (13)

由反应(8)可以看出HNO₂的分解会导致NO的再次生成，而尿素会与HNO₂发生反应(9)生成N₂和CO₂，从而抑制反应(8)的发生，并加速了反应(4)、(5)和(6)正反应进程。从反应(10)可以看出，尿素还将与SO₂生成(NH₄)₂SO₃，而(NH₄)₂SO₃也具有一定的脱除NO₂和NO的功能，见反应(12)和(13)。因此，同时烟气脱硫脱硝过程中硫氧化物的存在对氮氧化物的脱除具有促进作用。

氨是一种良好的碱性吸收剂，从吸收化学机理上分析，二氧化硫的吸收是一酸碱中和反应，反应速率快、反应完全，吸收剂利用率高，副产品为硫酸铵或亚硫酸铵。燃煤烟气中的污染物NO_X和SO₂在氨水溶液中可能发生的主要反应除反应(1)～(8)之外，还有如下反应(烟气中O₂含量为3～5％)：

SO₂+2NH₃+H₂O→(NH₄)₂SO₃ (14)

(NH₄)₂SO₃+SO₂+H₂O→2NH₄HSO₃ (15)

NH₄HSO₃+NH₃→(NH₄)₂SO₃ (16)

2(NH₄)₂SO₃+O₂→2(NH₄)₂SO₄ (17)

4(NH₄)₂SO₃+2NO₂→4(NH₄)₂SO₄+N₂ (18)

4(NH₄)HSO₃+2NO₂→4(NH₄)HSO₄+N₂ (19)

2(NH₄)₂SO₃+2NO→2(NH₄)₂SO₄+N₂ (20)

(NH₄)OH+HNO₃→NH₄NO₃+H₂O (21)

(NH₄)OH+HNO₂→NH₄NO₂+H₂O (22)

NH₄NO₂→N₂+2H₂O (23)

氨水脱硫过程中，其主要中间产物为(NH₄)₂SO₃和(NH₄)HSO₃，均具有一定的吸收NO_x的能力。研究发现，SO₂在氨水溶液中的吸收是液相中伴有快速不可逆化学反应的气体吸收，而烟气中NO_x在氨水溶液中的吸收是液相中伴有慢速化学反应的气体吸收。由于燃煤烟气中，氮氧化物的氧化度一般为5％-10％，单一的氨水吸收法中反应(18)、(19)、(20)、(21)和(22)脱硝效率很小，而且还存在亚硝酸再分解生成NO的现象(见反应(8))。因而，单一的氨水实际脱硝功能是很小的。

从反应(1)～(23)我们可以看出，尿素溶液、氨水溶液同时烟气脱硫脱硝过程中生成的最终主要产物在有氧存在的条件下(烟气中O₂含量为3～5％)均为硫酸铵和硝酸铵，可通过浓缩结晶的方法进行综合回收利用。因此，综合利用氨水(废氨)的廉价优势和SO₂在氨水溶液中的吸收是液相中伴有快速不可逆化学反应的气体吸收过程，并结合氨水(废氨)脱硫过程中形成的中间产物的脱硝功能，以及尿素的脱硝功能强和可抑制脱硝过程中的中间产物的再分解生成NO的机理，通过尿素与氨水的合理匹配，不仅将大大降低单一尿素脱硫脱硝工艺的运行成本，同时可以保证较高的硫氧化物和氮氧化物的同时脱除效果。此外，尿素的存在可相应降低氨水的浓度，且尿素水溶液较氨水溶液的挥发温度要高，可起到一定的改善单一氨法脱硫存在的氨的气溶胶和氨排放等问题。

由于燃煤烟气中，氮氧化物的氧化度一般为5％-10％，反应(18)、(19)、(20)、(21)和(22)的脱硝效率一般很小。试验研究发现，在引入合适的添加剂的催化作用下，脱硫、脱硝效率均有提高，尤其是脱硝效率提高很大。

试验研究发现溴化钾、溴化铵、氯化钾、氯化铵、过硫酸铵等尿素溶液吸收氮氧化物具有较好的催化作用，能较大地提高氮氧化物的脱除速率和脱除效率；而三乙醇胺、乙二胺等添加剂在反应过程中不仅有催化，还具有缓冲效果。催化作用是指加速反应速率或抑制副反应发生，控制反应方向和过程；缓冲效果是指调节吸收液PH值，使吸收液趋向弱碱性化方向，防止设备的腐蚀。

系统连接方式

除尘后的烟气经管道进入热交换器1降温后，经管道进入双轴对撞流预混管2，在双轴对撞流预混管2内烟气与来自雾化喷嘴3的雾化吸收液滴进行预混合，同时液滴在此被加速，预混后的气液混合物进入对撞流反应器主体4发生气流双轴相向撞击吸收反应；双轴撞击吸收反应后的净化烟气向上进入高效除雾器5，再通过管道进入热交换器1升温后由管道通入烟囱中；集液槽7内循环吸收液经管道由吸收液循环泵6泵入吸收液雾化喷嘴3内形成细微的雾化液滴与来流烟气预混合；氨水配液槽12中的氨水溶液经管道由氨水泵11泵入与集液槽7内；尿素溶液和添加剂配液罐14中的尿素溶液和添加剂经管道由尿素溶液泵13泵入集液槽7内；空气经空压机15经管道鼓入对撞流反应器主体4内进行氧化反应；集液槽7内底部结晶的硫酸铵溶液经管道，再经阀门8排入离心机9，分离得到98％的硫酸铵晶体去干燥成成品，离心机9分离后的溶液经管道由分离液泵10泵入集液槽7内。

参照图1来详细说明本发明的尿素/氨水溶液加液相催化双轴对撞流烟气联合脱硫脱硝方法的最佳实施例。

含有二氧化硫(400mg/Nm³～6000mg/Nm³)和氮氧化物(200mg/Nm³～4000mg/Nm³)的烟气(约160℃)除尘后，经管道进入热交换器1降温至100～110℃后，进入双轴对撞流预混管2，烟气首先在双轴预混管内与来自雾化喷嘴3的掺混了具有催化作用的添加剂(添加剂可以是三乙醇胺、乙二胺、溴化钾、溴化铵、氯化钾、氯化铵、过硫酸铵等中的任何一种，也可以是三乙醇胺或乙二胺与溴化钾、溴化铵、氯化钾、氯化铵、过硫酸铵等中的任何一种组合。其中，三乙醇胺或乙二胺加入的质量百分比为尿素/氨水溶液的0.005％～0.025％，而溴化钾、溴化铵、氯化钾、氯化铵、过硫酸铵等加入的质量百分比为0.5％～10％)的被雾化的尿素/氨水混合溶液(氨水溶液浓度为2％～10％和尿素溶液浓度为2％～6％，吸收溶液的PH值维持在4.8～9，温度控制在30℃～80℃)，在预混管中进行气液预混合(液气比为1.5～6L/m³，双轴预混管可以采用向下倾斜，与水平面倾角a不大于10°，见图3)，雾化的吸收液滴在预混管中被烟气加速，然后进入对撞流反应器主体4中，相向的气液混合流在此进行双轴相互撞击，气液高度湍流、混合，使得气液间混合、传质速率加快，烟气中的SO₂和NO_x在此被同时快速吸收脱除(当双轴预混管采用向下倾斜时，撞击后气液偏向集液槽7液面方向运动，延长了气液在反应器内的停留时间，有利于提高烟气污染物的脱除效率)；同时液滴在对撞区内由于双轴对撞而发生剧烈的阻尼振荡，大大延长了雾化液滴与烟气的接触时间，进而提高了吸收液的有效利用率。双轴对撞流反应器主体4内烟气空塔速度控制在2.5～4m/s。双轴对撞后的气液中大液滴在重力作用下沉降进入集液槽7，烟气中夹带的液滴经高效除沫器5分离后进入集液槽7，净化后的烟气(烟气温度为55℃～70℃)再经热交换器1升温至75℃～90℃排入大气。集液槽7内的循环吸收液(吸收溶液的PH值维持在4.8～9，温度控制在30℃～80℃)由吸收液循环泵6泵入吸收液雾化喷嘴3内雾化成细微的液滴与来流烟气预混合；氨水配液槽12中的氨水溶液(氨水溶液浓度为10％～15％)由氨水泵11泵入集液槽7内；尿素溶液配液罐14中的溶液(尿素溶液浓度为10％～20％)由尿素溶液泵13泵入集液槽7内；鼓入压缩空气于集液槽7内将反应生成的亚硫酸铵氧化成硫酸铵，集液槽7内结晶的硫酸铵沉积于底部，达到一定浓度后，经阀门8排入离心机9进行固液分离，得到98％的硫酸铵晶体，分离后的溶液经分离液泵10泵入集液槽7内。该方法烟气中的SO₂总脱除效率为95％～98％，NO_x总脱除效率为75％～90％，获得副产品硫酸铵，并实现吸收液内部循环，无二次污染物排放。

Claims

1.一种双轴对撞流烟气联合脱除二氧化硫和氮氧化物方法，其特征在于，

所述双轴对撞流预混管包括2对对撞流预混管，每对对撞流预混管包括2个相向布置的预混管，在预混管内设有吸收液雾化喷嘴(3)，所述2对对撞流预混管相互构成同水平面正交关系，

在双轴预混管中，雾化的吸收液滴被烟气加速，然后进入对撞流反应器主体(4)中，相向的气液混合流在此相互撞击，气液高度湍流、混合，使得气液间混合、传质速率加快，烟气中的SO₂和NO_x在此被同时吸收脱除；同时液滴在对撞区内发生了强烈的阻尼振荡，大液滴在重力作用下沉降进入集液槽，烟气中夹带的液滴经除沫器分离后进入集液槽，净化后的烟气再经热交换器升温至75℃～90℃排入大气，对撞流反应器主体(4)中的结晶硫酸铵经离心机(9)固液分离后，获得副产品硫酸铵，分离后的吸收液经分离液泵(10)返回对撞流反应器主体(4)中。

2.一种用于实施权利要求1所述双轴对撞流烟气联合脱除二氧化硫和氮氧化物方法的装置，其特征在于，由热交换器(1)、双轴对撞流预混管(2)、对撞流反应器主体(4)、除沫器(5)、吸收液循环泵(6)、集液槽(7)、阀门(8)、离心机(9)、分离液泵(10)、氨水泵(11)、氨水配液罐(12)、尿素溶液泵(13)、尿素溶液配液罐(14)、空压机(15)组成，热交换器(1)的污染烟气出口分别与双轴对撞流预混管(2)的烟气入口连接，在所述集液槽(7)内储存有吸收溶液且集液槽(7)连接于对撞流反应器主体(4)的下端，所述的双轴对撞流预混管(2)设在对撞流反应器主体(4)上且位于集液槽(7)，所述的双轴对撞流预混管(2)包括2对对撞流预混管，每对对撞流预混管包括2个相向布置的预混管，在预混管内设有吸收液雾化喷嘴(3)，所述2对对撞流预混管相互构成同水平面正交关系，所述集液槽(7)通过吸收液循环泵(6)与吸收液雾化喷嘴(3)的入口连接，集液槽(7)的出液口通过阀门(8)与离心机(9)的进口连通，离心机(9)的出口通过分离液泵(10)与集液槽(7)连通，所述氨水配液罐(12)通过氨水泵(11)与集液槽(7)连通，所述尿素溶液配液罐(14)通过尿素溶液泵(13)与集液槽(7)连通，所述空压机(15)的出口与集液槽(7)连通，所述除沫器(5)设在对撞流反应器主体(4)的上端，除沫器(5)的出口与热交换器(1)的净化烟气入口连接。