CN102350192A - 一种烟气光催化氧化结合氨法同步脱硫脱硝的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种烟气光催化氧化结合氨法同步脱硫脱硝的方法，其特征在于：锅炉烟气首先进入光催化反应器，烟气中NOx氧化生成NO2；烟气随后进入氨法脱硫塔与碱性脱硫剂溶液逆向接触，进一步深度脱除SO2和NO2，所述光催化反应器主要由反应室和位于中部的光源系统组成，其中光源系统由功率125W以上的高压汞灯和石英玻璃套管组成。本发明与传统的SCR脱硝方法脱硝相比，即解决了用SCR脱硝法占面积大、投资大、运行费用高、蜂窝状催化剂容易结垢、堵塞、中毒等问题，又可解决脱硫的问题，脱硫脱硝同步进行，脱硫效率达95%以上，脱硝效率达70%以上，不需大的投资建设脱硝设备，成本低、大幅度降低运行费用，提高经济效益。

Description

一种烟气光催化氧化结合氨法同步脱硫脱硝的方法
技术领域
本发明涉及烟气净化技术领域，特别是涉及一种烟气光催化氧化结合氨法同步脱硫脱硝的方法，属于用于解决烟气同步脱硫脱硝的工程问题。
背景技术
煤炭燃烧释放出的大量CO2、SOx、NOx，颗粒污染物和痕量重金属污染物已经造成了严重的大气污染。酸性气体污染已经成为中国经济和社会发展的负担。十一五期间，国家大力推进脱硫进程，相继建成了一些工业规模的处理装置，取得了显著成效。与此同时，对大气污染中的另一个大问题，即氮氧化物NOx的污染问题已被日益重视,对NOx的防治技术研究和开发已被列入我国十二五规划。因此，同步脱硫脱硝或脱硫脱硝装置一体化技术已经成为今后烟气净化领域的主要发展趋势之一。
同步脱硫脱硝是指在除去烟气中SO2的同时除去烟气中的NOx。对于锅炉烟气中NOx而言，它主要是由NO和NO2组成，而NO含量占90%以上。NO虽然溶于水，但不能生成氮的含氧酸。在0 °C时，一体积水可溶解0.07体积的NO。NO难溶于水成为脱硝的难点。但是对于NO2，它可溶于水生成硝酸和NO：
3NO2+H2O=2HNO3+NO
当氧气足够时：
4NO2+O2+2H2O=4HNO3
烟气中NO2被碱性溶液吸收后，就达到了分离净化烟气的目的。因此，对于脱硝工艺而言，将原烟气中的NO转化为再去除是脱硝的主要原理之一。
目前脱硝工艺最为成熟的是SCR选择催化还原工艺，这种工艺选用的催化剂是V2O5/TiO2或者在V2O5/TiO2基础上进行改进的催化剂。该类型催化剂的最大优点在于高活性、抗中毒能力强、机械强度高和耐磨性好。但是SCR脱硝方法投资较大，广泛推行难度较大。
目前，针对SCR的缺点，新脱硝技术应运而生。比如光催化氧化作为一种有效的处理手段，在降解水和大气中的有机污染物方面具有很好的效果和广阔的发展前景。纳米TiO2因其高化学稳定性、高催化活性、无二次污染、催化寿命长等显著优点成为光催化研究的热点。光催化技术利用紫外或可见光产生·OH或·OOH等自由基。
同时，氨法脱硫工艺是比较成熟的湿法脱硫工艺，具有脱硫效率高、运行稳定且本身有一定脱硝效果的特点。将氨法脱硫工艺与光催化技术结合，优势互补，可以充分利用两种工艺对脱硫脱硝的特点，使同步脱硫脱硝的成本大幅下降，且不产生二次污染和提高系统运行稳定性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种设备占面积小、投资小、运行费用低、不易发生结垢、堵塞、中毒等问题，并能保证脱硫脱硝同步进行，脱硫效率高，运行费用低的烟气光催化氧化结合氨法同步脱硫脱硝的方法。
本发明采用的技术方案是：一种烟气光催化氧化结合氨法同步脱硫脱硝的方法，其特征在于：锅炉烟气首先进入光催化反应器，烟气中NOx氧化生成NO2；烟气随后进入氨法脱硫塔与碱性脱硫剂溶液逆向接触，进一步深度脱除SO2和NO2，所述光催化反应器主要由反应室和位于中部的光源系统组成，其中光源系统由功率125 W以上的高压汞灯和石英玻璃套管组成。
所述的光催化剂为商品光催化剂颗粒，光催化剂颗粒负载方式是以不锈钢板为载体，其布置方式为多块不锈钢板环绕面向石英玻璃套管，并固定在光催化器内壁。
所述光催化剂采用光催化剂涂装钢板负载。
所述光催化剂涂装钢板为以不锈钢板为基板,把SiO2粘接剂和无机颜料形成底层后,在其上面采取涂装SiO2粘接剂和含有Fe3+掺杂的TiO2光催化剂层进行烘烤涂装,即可制备光催化剂涂装钢板。
所述碱性脱硫剂溶液为20 wt%的氨水。
本发明锅炉烟气首先进入光催化反应器，烟气中NOx氧化生成NO2；烟气随后进入氨法脱硫塔与碱性脱硫剂溶液逆向接触，进一步深度脱除SO2和NO2。光催化反应器中的石英玻璃套管的作用是将高压汞灯与进入的烟气分隔开，并能完全透过高压汞灯发射的紫外线。紫外线激发光催化剂表面产生大量电子和空穴。由于空穴具有强氧化性能,致使烟气中水分生成强氧化性的·OH和·OOH自由基等，这些强氧化基团可进一步氧化烟气中SOx和NOx，转化为SO2、NO2甚至是雾状硫酸和硝酸。烟气夹带高价态氧化物分子或雾状硫酸硝酸液滴进入脱硫塔后，与稀氨水反应，生成主要成分是(NH4)2SO4的硫铵硝铵混合溶液。
本发明采用的光催化剂为商品光催化剂颗粒如德固赛P25光催化剂或掺杂过渡金属离子的TiO2光催化剂均可。光催化剂颗粒负载方式是以不锈钢板为载体。与粉状颗粒光催化剂相比，催化剂涂装钢板便于回收、更换和催化剂复活，并且具有良好的机械强度、抗冲击性和对氮氧化物的催化性能，完全适用于烟道气流速较高的情况。不锈钢板的布置方式为多块不锈钢板绕向石英玻璃套管，并固定在光催化器内壁。
光催化剂采用光催化剂涂装钢板负载。不锈钢表面上涂覆光催化剂无机涂膜的方法是：以不锈钢板为基板,把SiO2粘接剂和无机颜料形成底层后,在其上面采取涂装SiO2粘接剂和含有Fe3+掺杂的TiO2光催化剂层进行烘烤涂装。
负载光催化剂的涂装钢板需定期更换，更换下的钢板用水冲洗，除去表面的硝酸盐和硫酸盐等，使之复活。
氨法脱硫工段的脱硫剂为20 wt%的氨水。如果用液氨作为脱硫剂，需增加液氨稀释装置和冷却设施，将液氨配制为20 wt%的氨水供脱硫塔补充氨源，并且通过循环冷却水吸收液氨稀释过程中产生的大量溶解热，维持所配制氨水的温度。
本发明与传统的SCR脱硝方法脱硝相比，即解决了用SCR脱硝法占面积大、投资大、运行费用高、蜂窝状催化剂容易结垢、堵塞、中毒等问题，又可解决脱硫的问题，脱硫脱硝同步进行，脱硫效率达95%以上，脱硝效率达70 %以上，不需大的投资建设脱硝设备，成本低、大幅度降低运行费用，提高经济效益。
附图说明
附图1为本发明的工艺流程图；
其中，1是光催化反应器， 2是脱硫塔， 3是直排烟囱，4是结晶槽。
具体实施方式
下面根据附图并结合具体实例对本发明作进一步说明：
从图1所示的工艺流程图可知，烟气首先进入光催化反应器1，烟气中NOx氧化生成NO2；烟气随后进入氨法脱硫塔2与碱性脱硫剂溶液逆向接触，进一步深度脱除SO2和NO2。净化后的烟气通过脱硫塔上方的直排烟囱3达标排放。脱硫脱硝的副产物经过后续氧化、结晶、分离和干燥工段制得硫氨和硝铵混合肥。
实施例1
以钛酸丁酯为前驱体，乙醇为溶剂，用Fe(NO3)3引入掺杂离子，通过溶胶-凝胶法制备Fe3+-TiO2光催化剂凝胶，煅烧至550 ℃，保温3 h，制备光催化剂颗粒。光催化剂采用光催化剂涂装钢板负载。具体过程包括：以不锈钢板为基板,把SiO2粘接剂和无机颜料形成底层后,在其上面采取涂装SiO2粘接剂和含有Fe3+掺杂的TiO2光催化剂层进行烘烤涂装,即可制备光催化剂涂装钢板。其中，不锈钢板的定制规格可为2438 mm×200 mm×1 mm。
内壁固定有上述涂装钢板的光催化器安装在锅炉烟道出口和脱硫塔之间，如图1所示。锅炉原烟气量为49万Nm3/h（湿基），含硫量为7000 mg/Nm3，含氮量为 800 mg/Nm3时，以20 wt%的氨水作氨源，氨水耗量约为6.1 t/h。副产物硫铵硝铵复混肥产量为4.3 t/h。脱硫率达98 %，脱硝率达75 %。
实施例2
光催化剂采用德固赛公司生产的P25光催化剂，将该光催化剂涂装钢板负载。具体过程包括：以不锈钢板为基板,把SiO2粘接剂和无机颜料形成底层后,在其上面采取涂装SiO2粘接剂和P25光催化剂层进行烘烤涂装,即可制备光催化剂涂装钢板。
将上述制备的光催化剂涂装钢板安装在光催化器内壁，如图1所示。当原烟气量为36万Nm3/h（湿基），含硫量为6000 mg/Nm3，含氮量为 600 mg/Nm3时，以20 wt%的氨水作氨源，氨水耗量约为5.9 t/h。副产物硫铵硝铵复混肥产量为3.8 t/h，脱硫率达98.5 %，脱硝率达70%。
本发明所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行的描述，并非对本发明构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域中工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。

Claims (5)

1.一种烟气光催化氧化结合氨法同步脱硫脱硝的方法，其特征在于：锅炉烟气首先进入光催化反应器，烟气中NOx氧化生成NO2；烟气随后进入氨法脱硫塔与碱性脱硫剂溶液逆向接触，进一步深度脱除SO2和NO2，所述光催化反应器主要由反应室和位于中部的光源系统组成，其中光源系统由功率125 W以上的高压汞灯和石英玻璃套管组成。
2.根据权利要求1所述的烟气光催化结合氨法同步脱硫脱硝的方法，其特征在于：所述的光催化剂为商品光催化剂颗粒，光催化剂颗粒负载方式是以不锈钢板为载体，其布置方式为多块钢板环绕面向石英玻璃套管，并固定在光催化器内壁。
3.根据权利要求2所述烟气光催化结合氨法同步脱硫脱硝的方法，其特征在于：所述光催化剂采用光催化剂涂装钢板负载。
4.根据权利要求3所述烟气光催化结合氨法同步脱硫脱硝的方法，其特征在于：所述光催化剂涂装钢板是以不锈钢板为基板,把SiO2粘接剂和无机颜料形成底层后,在其上面采取涂装SiO2粘接剂和含有Fe3+掺杂的TiO2光催化剂层进行烘烤涂装,即可制备光催化剂涂装钢板。
5.根据权利要求1所述的烟气光催化结合氨法同步脱硫脱硝的方法，其特征在于：所述碱性脱硫剂溶液为20 wt%的氨水。
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