CN102989303A - 一种烟气湿式氧化一体化脱硫脱硝及能源化利用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种烟气湿式氧化一体化脱硫脱硝及能源化利用方法，包括将含有SO2和NOX烟气通入酸性三价铁溶液或三价铁和二价铁混合溶液，在0-100℃的温度条件下，吸收NOX和二氧化硫，生成深褐色的亚硝基亚铁盐、硫酸盐和少量硝酸、亚硝酸组成的混合溶液，从而实现对烟气的脱硫脱硝处理，将上述混合液通入氧化剂，使二氧化氮放出收集并安全储存，然后把二氧化氮做助燃剂与燃料一起燃烧，产生热能和动力，实现供热或热/电联供，达到能源化利用目的。

Description

一种烟气湿式氧化一体化脱硫脱硝及能源化利用方法
技术领域
本发明涉及烟气的净化技术领域，特别涉及一种烟气湿式氧化一体化脱硫脱硝及能源化利用方法。
背景技术
由于燃料成分不同，燃烧时产生的烟气中既包含氮氧化物又有二氧化硫，通常是后者的含量大于前者。脱硫脱硝技术可分为两大类：炉内燃烧过程的同时脱硫脱硝技术和燃烧后烟气中的脱硫脱硝技术，由于燃烧过程中的同时脱硫脱硝技术存在影响燃料的燃烧程度，降低锅炉的热效率和脱硫脱硝效率受限制等问题，因而燃烧后烟气同时脱硫脱硝成了目前研究的难点和热点，也是今后可能进行大规模工业化应用的重点。典型的工艺有湿法和干法两种。以电子束照射（ER）法、活性炭吸附脱硫脱硝、氨法等为代表的干法工艺虽有较好的脱硫、脱硝效率，但是装置能耗大及后续收集副产物等问题是困扰其发展的关键。而以碱液吸收法、氧化吸收法、铁钴的配合物络合吸收等为代表的湿法工艺，同样存在着碱液的重复利用，有机溶剂的挥发和高成本、催化剂的稳定和再生还原，副产物的有效处置等一些难题。在这种背景下，研究开发适合我国国情的无二次污染、资源消耗少、运行费用低的烟气脱硫脱硝尤其是同时脱硫脱硝一体化技术对解决我国的SO2、NOx污染问题具有十分重要的意义。
发明内容
本发明目的在于提供一种烟气湿式氧化一体化脱硫脱硝及能源化利用方法。
本发明提供一种烟气湿式氧化一体化脱硫脱硝及能源化利用方法，包括：
将含有SO2和NOX烟气通入酸性三价铁溶液或三价和二价铁的混合溶液，在0-100℃的温度条件下，吸收NOX和二氧化硫，生成深褐色的亚硝基亚铁盐、硫酸盐和少量硝酸、亚硝酸组成的混合溶液，将上述混合溶液进行氧化处理，溶液中的二价铁离子被氧化成三价铁的同时一氧化氮得以释放并被氧化成二氧化氮放出，对放出的二氧化氮进行收集并储存，然后作为助燃剂与燃料一起燃烧，产生热能和动力，实现供热或热/电联供，使待处理烟气达到清洁化的同时实现能源化利用。
进一步地，将含有SO2和NOX烟气通入酸性三价铁溶液或三价和二价铁的混合溶液，在一个大气压、0-100℃的温度条件下，反应0-3h，对NOX和二氧化硫进行吸收，SO2先溶于水生成亚硫酸根离子，接着与三价铁发生氧化还原反应，亚硫酸根变成硫酸根，三价铁变成二价铁；生成的二价铁立即吸附烟气中的一氧化氮最后生成深褐色的亚硝基亚铁盐、硫酸盐和少量硝酸、亚硝酸组成的混合溶液，将上述混合溶液进行氧化处理，溶液中的二价铁离子被氧化成三价铁的同时一氧化氮得以释放，立即又被氧化成二氧化氮放出，对放出的二氧化氮进行收集并储存，然后作为助燃剂与燃料一起燃烧，产生热能和动力，实现供热或热/电联供，使待处理烟气达到清洁化的同时实现能源化利用。
进一步地，将含有SO2和NOX烟气通入酸性三价铁溶液或三价和二价铁的混合溶液，在0-100℃的温度条件下，反应0-3h，对NOX和二氧化硫进行吸收，SO2先溶于水生成亚硫酸根离子，接着与三价铁发生氧化还原反应，亚硫酸根变成硫酸根，三价铁变成二价铁；生成的二价铁立即吸附烟气中的一氧化氮最后生成深褐色的亚硝基亚铁盐、硫酸盐和少量硝酸、亚硝酸组成的混合溶液，将上述混合溶液进行氧化处理，溶液中的二价铁离子被氧化成三价铁的同时一氧化氮得以释放，立即又被氧化成二氧化氮放出，对放出的二氧化氮进行收集并储存，然后作为助燃剂与燃料一起燃烧，产生热能和动力，实现供热或热/电联供，使待处理烟气达到清洁化的同时实现能源化利用。
进一步地，所述酸性三价铁溶液为：氯化铁和/或硫酸铁；所述酸性二价铁溶液为：氯化亚铁和/或硫酸亚铁。
进一步地，所述三价和二价铁的混合溶液中三价铁溶液与二价铁溶液的摩尔数之比为：10:1-5。
进一步地，所述烟气通入的三价铁溶液或三价铁和二价铁的混合溶液中总铁浓度为1-3mol/L。
进一步地，所述酸性三价铁溶液或三价和二价铁的混合溶液中初始氢离子浓度为0.6-1mol/L。
进一步地，所述酸性三价铁溶液或三价和二价铁的混合溶液中氢离子浓度为0.3-2mol/L。
进一步地，将上述亚硝基亚铁盐、硝酸和亚硝酸的混合溶液中加入氧化剂，进行氧化反应，溶液中的二价铁离子被氧化成三价铁的同时一氧化氮得以释放，立即又被氧化成二氧化氮放出，对放出的二氧化氮进行收集作为热能和动力的助燃剂，与燃料一起燃烧，产生热能和动力，实现供热或热/电联供，使待处理烟气达到清洁化的同时实现能源化利用。
进一步地，所述氧化剂包括氧气或臭氧。
进一步地，上述吸收烟气的混合溶液进行氧化处理后，混合溶液中二价铁离子同时被氧化为三价铁离子，所得三价铁溶液循环用于含有SO2和NOX烟气吸收处理。
进一步地，还包括将所述多次循环利用的烟气吸收液进行分离，纯化，结晶得硫酸铁或氯化铁，实现烟气脱硫脱硝混合液的资源化利用。
本发明提供的一种烟气湿式氧化一体化脱硫脱硝及能源化利用方法，能达到烟气净化的目的，烟气中的二氧化硫，氮氧化物最终既作为硫资源和氮资源回收，同时又作为新能源利用，真正实现节能减排，循环经济，变废为宝，潜在经济效益巨大。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种烟气湿式氧化一体化脱硫脱硝及能源化利用方法的流程示意图。
具体实施方式
参见图1所示，本发明采用三价铁溶液或按适当比例混合的三价铁和二价铁溶液做含二氧化硫和氮氧化物烟气的吸收液，总铁浓度控制在1-3mol/L，在氢离子浓度为0.6-1mol/L的酸性介质中，在0-100℃的温度条件下，吸收二氧化硫和氮氧化物，经后处理达到烟气净化的目的。其中三价铁溶液包括：氯化铁，硫酸铁等；两价铁溶液包括：氯化亚铁和/或硫酸亚铁等；混合溶液中三价铁与二价铁混合的摩尔数之比为10:1-5，具体选择需按实际烟气中硫氧化物与氮氧化物的含量比来确定；酸介质中的酸的种类包括：盐酸和/或硫酸。
含二氧化硫和氮氧化物的烟气通入吸收液后，二氧化硫会生成亚硫酸与水合二氧化硫接着被三价铁氧化生成硫酸的水溶液，同时三价铁变成二价铁；接着二价铁会吸收烟气中的一氧化氮，生成亚硝基亚铁盐溶液，从而使混合溶液显深褐色。溶液中会有亚硫酸与水合二氧化硫的短暂聚集，但在三价铁过量的情况下，亚硝基亚铁不会被还原，较稳定存在。
处理后所得深褐色的亚硝基亚铁盐，硫酸盐和少量硝酸，亚硝酸组成的混合液可通过氧化法后处理，使所吸收的烟气实现无害化的目的。取确定体积的吸收液，通入或加入下列氧化剂之一种，氧化剂包括：氧气，臭氧等。溶液中的二价铁离子被氧化成三价铁的同时一氧化氮得以释放，立即又被氧化成二氧化氮放出，对放出的二氧化氮进行收集并安全储存，以二氧化氮做助燃剂，与燃料（固体，液体或气体）一起燃烧，产生热能和动力，实现供热或热电联共，达到能源化利用的目的。
二氧化硫易溶于水，之后迅速被三价铁所氧化生成硫酸的水溶液。该水溶液在实行氧化法脱除溶液中的氮氧化物时，二价铁已经被氧化到三价，所以该溶液是硫酸铁，三氯化铁和硝酸铁的酸性混合液，该混合液，可循环利用。多次循环后，硫酸根达到较高浓度时，溶液经浓缩，分离，纯化，结晶制得硫酸铁，氯化铁，硝酸铁等，实现二氧化硫的资源化利用。
实施例1
取氢离子浓度为1mol/L，三价铁浓度为1.66mol/L的三氯化铁溶液1L，于30℃，一个大气压下同时通入二氧化硫，一氧化氮气体，通入量分别为0.84mol，1.66mol，反应时间为0-3h，至吸收液变成深褐色停止，静置1h后，该吸收液通入0.83mol氧气，反应时间为0-5h，释放出的二氧化氮气体进燃烧炉燃烧，喷入煤油20g，燃烧炉升温温差为120℃；在密封式耐压炉内燃烧压力可高达约25个大气压。
向上述氧化处理后的吸收液中通入适量氧气，使溶液中二价铁全部转化为三价铁。将所得溶液浓缩，重结晶，得含结晶水的硫酸铁产品138g，含结晶水的氯化铁114g和少量氯化钠结晶。
实施例2
取氢离子浓度为0.6mol/L，三价铁浓度为1.66mol/L，二价铁溶液浓度为0.54mol/L的三氯化铁和氯化亚铁的混合溶液1L，于30℃，一个大气压下同时通入二氧化硫，一氧化氮气体，通入量分别为0.84mol，2.2mol，反应时间为0-3h，至吸收液变成深褐色停止，静置1h后，该吸收液通入1.1mol氧气，反应时间为0-5h，释放出的二氧化氮气体经降温加压，喷入煤油25g，燃烧炉升温温差为140℃；在密封式耐压炉内燃烧压力可高达近30个大气压。
向上述氧化处理后的吸收液中通入适量氧气，使溶液中二价铁全部转化为三价铁。将所得溶液浓缩，重结晶，得含结晶水的硫酸铁产品158g，含结晶水的氯化铁122g和少量氯化钠结晶。
本发明具有以下有益效果：1、改变现有处理工艺，实现二氧化硫和氮氧化物的同时脱除，减少了投资成本和装置规模，降低了运行费用，是对烟气脱硫脱硝技术的一次重大突破，真正实现了社会效益，经济效益和环境效益的有机统一。
2、本发明开启了脱硫脱硝行业的一次技术性革命，具有良好的工程应用前景。技术领先，属国内首创，并将填补国际空白。其转化应用将具有深远的社会价值。
3、该工艺技术用于烟气处理中的铁系吸收液，能够再生，可实现循环利用，从而降低系统的运行成本。烟气中的二氧化硫，氮氧化物最终既作为硫资源和氮资源回收同时作为新能源利用，真正实现节能减排，循环经济，变废为宝，潜在经济效益巨大。
4、该工艺技术运行的处理过程和能源化利用过程中，无二次污染，实现烟气的无害化和清洁化排放，环境效益明显。
5、同一系统内实现烟气同时脱硫脱硝，具有设备精简，占地少，投资省，运行费用低，脱硫脱硝效率稳定，操作简单可靠，管理方便的特点。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (14)

1.一种烟气湿式氧化一体化脱硫脱硝及能源化利用方法，其特征在于，包括：
将含有SO2和NOX烟气通入酸性三价铁溶液或三价和二价铁的混合溶液，在0-100℃的温度条件下，吸收NOX和二氧化硫，生成深褐色的亚硝基亚铁盐、硫酸盐和少量硝酸、亚硝酸组成的混合溶液，将上述混合溶液进行氧化处理，溶液中的二价铁离子被氧化成三价铁的同时一氧化氮得以释放并被氧化成二氧化氮放出，对放出的二氧化氮进行收集并储存，然后作为助燃剂与燃料一起燃烧，产生热能和动力，实现供热或热/电联供，使待处理烟气达到清洁化的同时实现能源化利用。
2.根据权利要求1所述的一种烟气湿式氧化一体化脱硫脱硝及能源化利用方法，其特征在于：
将含有SO2和NOX烟气通入酸性三价铁溶液或三价和二价铁的混合溶液，在一个大气压、0-100℃的温度条件下，反应0-3h，对NOX和二氧化硫进行吸收，SO2先溶于水生成亚硫酸根离子，接着与三价铁发生氧化还原反应，亚硫酸根变成硫酸根，三价铁变成二价铁；生成的二价铁立即吸附烟气中的一氧化氮最后生成深褐色的亚硝基亚铁盐、硫酸盐和少量硝酸、亚硝酸组成的混合溶液，将上述混合溶液进行氧化处理，溶液中的二价铁离子被氧化成三价铁的同时一氧化氮得以释放，立即又被氧化成二氧化氮放出，对放出的二氧化氮进行收集并储存，然后作为助燃剂与燃料一起燃烧，产生热能和动力，实现供热或热/电联供，使待处理烟气达到清洁化的同时实现能源化利用。
3.根据权利要求1所述的一种烟气湿式氧化一体化脱硫脱硝及能源化利用方法，其特征在于：
将含有SO2和NOX烟气通入酸性三价铁溶液或三价和二价铁的混合溶液，在0-100℃的温度条件下，反应0-3h，对NOX和二氧化硫进行吸收，SO2先溶于水生成亚硫酸根离子，接着与三价铁发生氧化还原反应，亚硫酸根变成硫酸根，三价铁变成二价铁；生成的二价铁立即吸附烟气中的一氧化氮最后生成深褐色的亚硝基亚铁盐、硫酸盐和少量硝酸、亚硝酸组成的混合溶液，将上述混合溶液进行氧化处理，溶液中的二价铁离子被氧化成三价铁的同时一氧化氮得以释放，立即又被氧化成二氧化氮放出，对放出的二氧化氮进行收集并储存，然后作为助燃剂与燃料一起燃烧，产生热能和动力，实现供热或热/电联供，使待处理烟气达到清洁化的同时实现能源化利用。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种烟气湿式氧化一体化脱硫脱硝及能源化利用方法，其特征在于：
所述烟气包括：所有燃料高温燃烧产生的含SO2和NOX气体。
5.根据权利要求1-3任一项所述的一种烟气湿式氧化一体化脱硫脱硝及能源化利用方法，其特征在于：
所述酸性三价铁溶液为：氯化铁和/或硫酸铁；所述酸性二价铁溶液为：氯化亚铁和/或硫酸亚铁。
6.根据权利要求1-3任一项所述的一种烟气湿式氧化一体化脱硫脱硝及能源化利用方法，其特征在于：
所述三价和二价铁的混合溶液中三价铁溶液与二价铁溶液的摩尔数之比为：10:1-5。
7.根据权利要求5所述的一种烟气湿式氧化一体化脱硫脱硝及能源化利用方法，其特征在于：
所述烟气通入的三价铁溶液或三价铁和二价铁的混合溶液中总铁浓度为1-3mol/L。
8.根据权利要求1-3任一项所述一种烟气湿式氧化一体化脱硫脱硝及能源化利用方法，其特征在于：
所述酸性三价铁溶液或三价和二价铁的混合溶液中初始氢离子浓度为0.6-1mol/L。
9.根据权利要求1-3任一项所述一种烟气湿式氧化一体化脱硫脱硝及能源化利用方法，其特征在于：
所述酸性三价铁溶液或三价和二价铁的混合溶液中氢离子浓度为0.3-2mol/L。
10.根据权利要求1-3任一项所述一种烟气湿式氧化一体化脱硫脱硝及能源化利用方法，其特征在于：
将上述亚硝基亚铁盐、硝酸和亚硝酸的混合溶液中加入氧化剂，进行氧化反应，溶液中的二价铁离子被氧化成三价铁的同时一氧化氮得以释放，立即又被氧化成二氧化氮放出，对放出的二氧化氮进行收集作为助燃剂，与燃料一起燃烧，产生热能和动力，实现供热或热/电联供，使待处理烟气达到清洁化的同时实现能源化利用。
11.根据权利要求10所述一种烟气湿式氧化一体化脱硫脱硝及能源化利用方法，其特征在于，所述燃料包括：
固体燃料，液体燃料或气体燃料。
12.根据权利要求6所述一种烟气湿式氧化一体化脱硫脱硝及能源化利用方法，其特征在于，所述氧化剂包括：
氧气或臭氧。
13.根据权利要求10所述一种烟气湿式氧化一体化脱硫脱硝及能源化利用方法，其特征在于：
上述吸收烟气的混合溶液进行氧化处理后，混合溶液中二价铁离子同时被氧化为三价铁离子，所得三价铁溶液循环用于含有SO2和NOX烟气吸收处理。
14.根据权利要求13所述一种烟气湿式氧化一体化脱硫脱硝及能源化利用方法，其特征在于，还包括：
将所述多次循环利用的烟气吸收液进行分离，纯化，结晶得硫酸铁或氯化铁，实现烟气脱硫脱硝混合液的资源化利用。
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