CN101766945B - 烟气的干法集成净化方法及其系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于烟气的净化领域，具体涉及烟气的干法集成净化方法及所用的系统。本发明的烟气的干法集成净化方法，包括烟气除尘步骤、活性焦吸附净化烟气步骤、失活活性焦再生步骤，所述的烟气除尘步骤采用低温电除尘工艺。该工艺烟气净化效率高，动力消耗和原料消耗低。

Description

烟气的干法集成净化方法及其系统

技术领域

本发明属于烟气的净化领域，具体涉及烟气的干法集成净化方法及所用的系统。

背景技术

烟气净化工艺是目前世界上控制SO₂、NO_x污染、防治酸雨危害的主要方式。目前，能够实现工业化应用的烟气净化的主要方法有：钙法、氨法和炭法。

我国工业上应用最多的是钙法，即石灰石-石膏法脱硫，这一技术虽然工业运用已很成熟，脱硫效率也能满足环保要求，但是，钙法存在高水耗、能耗大成本高、废水后处理、多余排放CO₂、副产物造成二次污染、脱硫同时不能够脱硝、不利于净化烟气的排放等技术缺陷，已不能满足当今世界大气净化的新标准。

对于氨法脱硫工艺(NADS)是近年来发展的一项新的湿法脱硫技术，相对于钙法脱硫工艺来说，氨的碱性强于钙基吸收剂，氨吸收烟气中SO₂是气-液或气-气反应，反应速度快、完全，吸收剂利用率高，可以达到很高的脱硫效率。但氨易挥发，因而吸收剂的消耗量较大，对氮氧化物的脱除，达不到理想效果，另外氨的来源受地域及生产行业的限制较大。

鉴于此，炭法烟气净化就成为未来发展的方向。

专利号为02109105.6和02109104.8的两件专利申请公开了炭法烟气净化工艺，但是该烟气净化工艺，采用的除尘工艺都是高温作业，粉尘比电阻高，除尘效率不好，而且除尘需要预除尘和焦除尘两步，焦层在烟气净化的同时承担了除尘的任务，特别是错流经过焦层，过多的粉尘挤占了活性焦的活性位，抑制了活性焦对SO₂、NO_x、Hg等有害杂质的脱除，也增大了动力消耗和原料消耗，粉尘在焦层表面的粘附也增大了动力消耗；另外采用循环流化的工艺，增大了动力消耗和原料消耗；在再生工艺上，也存在能耗高的问题；烟气净化的效率也受到一定的限制，比较低。

发明内容

本发明的目的就是针对上述工艺存在的缺陷而提供一种烟气净化效率高，动力消耗和原料消耗低的烟气的干法集成净化方法及其系统。

本发明的烟气的干法集成净化方法，包括烟气除尘步骤、活性焦吸附净化烟气步骤、失活活性焦再生步骤，其特征在于，所述的烟气除尘步骤采用低温电除尘工艺。

本发明的具体步骤如下：

a)需要处理的烟气首先经气-气热交换装置换热至100℃以下，再进入低温电除尘装置进行烟气除尘；低温除尘，烟气温度在100℃以下达到较高的除尘效果，优选为80-100℃可以脱除99.85％以上的烟尘；

b)除尘后的烟气从侧下部进入烟气净化错流移动床吸附塔，与自上而下的活性焦错流接触，烟气的温度为90～100℃，烟气得到净化后排空，排烟温度为60～70℃；在90～100℃的温度下，烟气中的SO₂、NO_x、Hg以及As、空气悬浮物等有害物质被吸附，其中的SO₂、NO_x、Hg被催化生成H₂SO₄、HNO₃、HgO留在活性焦粒表面，此时烟气含尘浓度符合烟尘排放标准，SO₂含量低于360mg/Nm³，氮氧化物含量低于120mg/Nm³，Hg含量低于5μg/Nm³。

c)失活的活性焦从错流移动床吸附塔底部排出，至再生塔再生，该再生为通过再生液再生或利用热再生，所述的再生液为水或者氨水，活性焦通过吸附-失活-再生-吸附的循环进行重复利用，再生副产物可回收利用。

其中，所述活性焦的移动速率为0.01～0.05m/s；所述活性焦的床层孔隙率为0.25～0.5。

在错流移动床吸附塔内烟气温度为90～100℃，烟气的体积流量与活性焦的装填体积的比值，为200～1200h^-1，烟气中有害物质含量越高，空速越小；反之含量越低，则可采用大的空速。

所述的再生液再生时，即通过水或者氨水再生，再生液与活性焦体积比为0.8∶1～1.5∶1，浸泡2-4小时，然后将再生液存储以备再用，并补充新的再生液，如此重复浸泡三至五次。所述的再生液可重复利用，当浓度大于20％时，进行提浓。

利用热再生时，需要将失活的活性焦在10～20kPa负压条件下，温度300～500℃下，用水蒸气、氮气中的一种或两种作为活化气体，活化4-6小时。

按照再生方法的不同可获得不同的副产物，如硫酸、硫铵、硫磺，这些均能回收利用。

用于本发明的净化方法的烟气的干法集成净化与再生副产物资源化系统，该系统包括气-气热交换装置(1)、活性焦进料装置(3)、活性焦出料装置(5)、输送装置(6)，其特征在于，所述的气-气热交换装置(1)连接低温电除尘装置(2)；该低温电除尘装置(2)依次连接错流移动床吸附塔(4)、活性焦出料装置(5)、输送装置(6)、活性焦再生装置(7)；所述的错流移动床吸附塔(4)还与活性焦进料装置(3)连接，该活性焦进料装置(3)通过输送装置(6)连接活性焦再生装置(7)。

所述的气-气热交换装置(1)为热管换热器。

对于本工艺，所述的错流移动床吸附塔通过设定错流移动床吸附塔内部的气路隔板改变烟气的流向，使得烟气在进入错流移动床吸附塔烟道之后，先从两侧进入焦层，由于阻力降等原因，烟气将从焦层的另一侧错流通过，在这一过程，主要为脱硫过程。当烟气通过焦层之后，烟气中的SO₂大部被吸附，而剩下的主要为含有氮氧化物的烟气，故而，同样通过错流移动床吸附塔内部的烟气隔板，改变烟气流向，使得含有氮氧化物和汞的烟气通过另一焦层，进行脱硝脱汞工艺。这样，分别进行脱硫脱硝操作的失活活性焦层移动到底部，然后可以根据不同的位置吸附催化的烟气组分的不同，选择不同的再生方式和不同的工艺条件对失活活性焦进行回收利用。

该烟气的干法集成净化方法，适用于各种含硫量燃煤电站锅炉的烟气净化，也适用于酸厂尾气、冶金高温烟气等的尾气处理。其有益效果如下：

1.低温高效除尘

在低于100℃的条件下，优选为80-100℃的适合硫、氮有害气体脱除的温度条件下，对烟气中烟尘脱除率达到95％以上。除尘效率随粉尘比电阻降低而明显提高，仅采用3电场除尘装置就满足5电场才能达到的99.85％的高除尘率要求，节能效果达到40％。

2.节水减排

与钙法脱硫技术相比，该钙法每脱除1吨SO₂的同时要排放0.7吨CO₂并消耗48吨水，且副产物无法回收，产生二次污染，而本工艺烟气净化脱硫过程中不排放CO₂，不消耗水，不产生废水废渣，没有二次污染问题。

3.动力消耗少，原料消耗少

本工艺采用错流移动床工艺，相比静床能够实现连续化动态操作，满足大批量烟气的处理要求；相比于动力消耗大，不适合大批量处理烟气的移动床逆流并流操作，本发明的工艺采用错流，降低了动力消耗，还可以用于处理大规模的烟气净化。

本工艺采用移动床错流，在满足烟气净化目的的基础上降低了动力消耗，节省了用料，采用了最佳工艺条件，而且，在净化工序前的低温高效除尘，除去了大部分烟尘，提高了活性焦对其他有害物质(主要是SO₂、NO_x、Hg)的吸附催化作用，大大减少了用料消耗和动力消耗。

4.合理控制吸附次序，吸附效率高、节省设备，也便于后续合理再生

本工艺考虑到氮氧化物与汞对脱硫的促进而脱硫对脱硝脱汞的抑制作用，通过设定错流移动床吸附塔内部的气路隔板改变烟气的流向，使得烟气在进入错流移动床吸附塔烟道之后，先从两侧进入焦层，由于阻力降等原因，烟气将从焦层的另一侧错流通过，在这一过程，主要为脱硫过程。当烟气通过焦层之后，烟气中的SO₂大部被吸附，而剩下的主要为含有氮氧化物的烟气，故而，同样通过错流移动床吸附塔内部的烟气隔板，改变烟气流向，使得含有氮氧化物和汞的烟气通过另一焦层，进行脱硝脱汞工艺。这样，分别进行脱硫脱硝操作的失活活性焦层移动到底部。然后可以根据不同的位置吸附催化不同的烟气组分的不同，选择不同的再生方式和不同的工艺条件对失活活性焦进行回收利用，更有利于副产物的资源化，而且使得脱硫脱硝脱汞在同一个设备中都能够有效脱除。

5.再生工艺能耗低，副产物可资源化利用

本工艺采用水再生或热再生的方法，在恢复活性焦活性的前提下，提出一种更合理的再生工艺条件。如活性焦采用负压载气热再生的方式，释放出高浓度的SO₂及氮氧化物及汞，其有效脱除率相对于原中压高温的热再生方式，大大提高，达到了95％以上，SO₂及氮氧化物经化学还原可制的高纯度硫磺、或经水吸附制得硫酸和硝酸，实现硫氮汞的真正资源化回收利用。如采用水再生方式，大大减少了再生液的使用量，并将副产物得到充分和合理的资源化。

6.烟气净化效果好

本工艺能有效脱除烟气中的SO₂、SO₃、NO_x、Hg，脱硫率可达98％以上，脱硝率80％以上，脱汞率90％以上，且对硫氮气体与汞元素的脱除，工艺条件都比较接近，因而对有害物质(主要是SO₂、NO_x、Hg)的脱除，可以集中在一个设备中进行，相比于需要建造不同的设备，更节省了多余设备制造的成本。

7.处理范围广

该项工艺不仅适用于火电厂的烟气净化，还能净化冶金高温烟气中的有毒气体、酸厂、化肥厂、丙烯晴厂、甲醛厂、苯酚厂的有毒尾气以及石油炼化、石油开采及化工产品精制的尾气中的挥发份等，并对其中的有害物质进行有效回收和资源化利用。

总之，本工艺过程简单，能耗低，无二次污染，脱硫脱硝脱汞温度比较接近，不需要额外寻找设备，动力消耗少，活性焦用量少，脱硫脱硝副产物可回收利用，相比其他烟气净化工艺，本工艺具有更为广泛的应用前景。

附图说明

图1为本发明设备连接示意图，

图2为错流移动床吸附塔中烟气净化示意图；

其中，1为气-气热交换装置，2为低温电除尘装置，3为活性焦进料装置，4为错流移动床吸附塔，5为出料装置，6为输送装置，7为活性焦再生装置。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明的技术方案进行详细的说明，但该实施例并不是限定本发明的。

实施例1

处理一排放量为20000m³/h的制酸装置尾气。

制酸气中SO₂的浓度为20560mg/m³，NO_x为100mg/m³。

制酸气首先经气-气热交换装置1换热至100℃以下之后，进入低温电除尘装置2除去99.85％的粉尘；除尘后的制酸气进入错流移动床吸附塔4与自上而下的活性焦错流接触，净化后排空，失活后的活性焦由出料装置5排出，经输送装置6送入活性焦再生装置7进行再生。

考虑到制酸气含硫气体浓度较高，空速选择250h^-1，即活性焦用量为80m³。活性焦在错流移动床吸附塔内移动速率为0.015m/s。设备装置运行2年，能够满足制酸气的有效净化，排放浓度一直满足GB16297-1996大气污染物综合排放国家标准。活性焦失活之后，在再生塔内使用水再生，再生几次之后获得的22.3％的硫酸进入酸厂回收。

实施例2

处理一蒸汽锅炉产生的烟气。烟气排放量为8000m³/h。

烟气中SO₂的浓度为2400mg/m³，NO_x为500mg/m³。

烟气首先经气-气热交换装置1换热至100℃以下之后，进入低温电除尘装置2除去99.85％的烟尘；除尘后的烟气进入错流移动床吸附塔4与自上而下的活性焦错流接触，净化后排空，失活后的活性焦由出料装置5排出，经输送装置6送入活性焦再生装置7进行再生。

考虑到烟气有害气体含量较低，空速选择800h^-1，即活性焦用量为10m³，在错流移动床吸附塔内移动速率选择为0.03m/s。设备装置运行4年，能够满足烟气的有效净化，排放浓度始终满足GB16297-1996大气污染物综合排放国家标准。活性焦失活之后，在再生塔内使用热再生，在15kPa的负压和360℃的温度下通入水蒸气氮气活化6个小时，获得的富集SO₂、NO₂经提浓，被特种气体厂家回收利用。

Claims (9)

1.一种烟气的干法集成净化方法，包括烟气除尘步骤、活性焦吸附净化烟气步骤、失活活性焦再生步骤，其特征在于，所述的烟气除尘步骤采用低温电除尘工艺，所述的低温为低于100℃的条件；所述烟气的干法集成净化方法，其具体步骤如下：

a)需要处理的烟气首先经气-气热交换装置换热至100℃以下，再进入低温电除尘装置进行烟气除尘；

b)除尘后的烟气从侧下部进入烟气净化错流移动床吸附塔，与自上而下的活性焦错流接触，烟气的温度为90～100℃，烟气得到净化后排空，排烟温度为60～70℃；

c)失活的活性焦从错流移动床吸附塔底部排出，至再生塔再生，该再生为通过再生液再生或利用热再生，所述的再生液为水或者氨水，活性焦通过吸附-失活-再生-吸附的循环进行重复利用。

2.按照权利要求1所述烟气的干法集成净化方法，其特征在于，所述活性焦的移动速率为0.01～0.05m/s。

3.按照权利要求1所述烟气的干法集成净化方法，其特征在于，所述活性焦的床层孔隙率为0.25～0.5。

4.按照权利要求1所述烟气的干法集成净化方法，其特征在于，烟气的体积流量与活性焦的装填体积的比值，为200～1200h^-1。

5.按照权利要求1所述烟气的干法集成净化方法，其特征在于，通过再生液再生时，再生液与活性焦体积比为0.8∶1～1.5∶1，浸泡2-4小时，然后将再生液存储以备再用，并补充新的再生液，如此重复浸泡三至五次。

6.按照权利要求5所述烟气的干法集成净化方法，其特征在于，所述的再生液可重复利用，当浓度大于20％时，进行提浓。

7.按照权利要求1所述烟气的干法集成净化方法，其特征在于，利用热再生时，需要将失活的活性焦在10～20kPa负压条件下，温度300～500℃下，用水蒸气、氮气中的一种或两种作为活化气体，活化4-6小时。

8.一种专门用于权利要求1所述方法的烟气的干法集成净化与再生副产物资源化系统，该系统包括气-气热交换装置(1)、活性焦进料装置(3)、活性焦出料装置(5)、输送装置(6)，其特征在于，所述的气-气热交换装置(1)连接低温电除尘装置(2)；该低温电除尘装置(2)依次连接错流移动床吸附塔(4)、活性焦出料装置(5)、输送装置(6)、活性焦再生装置(7)；所述的错流移动床吸附塔(4)还与活性焦进料装置(3)连接，该活性焦进料装置(3)通过输送装置(6)连接活性焦再生装置(7)。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述的气-气热交换装置(1)为热管换热器。

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