CN103055661A

CN103055661A - 一种高温脱除烟气中酸性气体的装置及其方法

Info

Publication number: CN103055661A
Application number: CN2012105922923A
Authority: CN
Inventors: 曹俊; 金保昇; 钟文琪; 黄亚继; 仲兆平
Original assignee: Southeast University
Current assignee: Southeast University
Priority date: 2012-12-31
Filing date: 2012-12-31
Publication date: 2013-04-24

Abstract

本发明公开了一种高温脱除烟气中酸性气体的装置及其方法，本发明装置，包括烟气管道、空气预热器、回收仓，以及设置在烟气管道与空气预热器之间并依次连接的一级处理单元、二级处理单元和三级处理单元。一级处理单元、二级处理单元和三级处理单元均由从上至下依次连接的补料仓、加料斗、错流移动床反应器、可调式星形卸料器，以及设置在错流移动床反应器上的烟气进口和烟气出口构成，其中一级处理单元和二级处理单元中还设置有再生器，三级处理单元中还设置有干燥器。本发明方法采用在多级错流移动床反应器中分别加入不同的吸附剂，高温烟气依次与吸附剂分别错向接触进行多级深度脱除，减少管路和设备的腐蚀、堵塞，实现烟气的净化排放。

Description

一种高温脱除烟气中酸性气体的装置及其方法

技术领域

本发明是一种在高温条件下深度脱除垃圾或煤燃烧过程中产生的酸性气体的方法和装置，属于高温烟气净化处理技术领域。

背景技术

随着城市化进程的加快和物质消费的日趋现代化，化石燃烧如煤、石油的大量燃烧，以及城市生活垃圾的生产量急剧增加，焚烧法在垃圾处理中的大量应用，有害气体的释放越来越受到人们的重视。特别是焚烧烟气中酸性气体（主要为SO₂、HCl、H₂S、NOx、CO₂等），如果得不到有效净化处理，必将对环境产生严重污染。

烟气中的酸性气体对设备的危害很大。烟气中的酸性气体如SO₂、HCl、H₂S、NOx、CO₂均为强酸性，会造成炉膛受热面的高温腐蚀损毁和尾部受热面的低温腐蚀，会导致蒸汽参数的提高，引起受热交换器表面的腐蚀，会严重缩短设备的使用寿命。特别是烟气中的HCl气体易与脱硫系统中的脱硫剂发生反应生成可挥发性的氯化物，使脱硫效果变差，并且阻塞管道系统。并且在降低烟气温度以对烟气中的SO₂、HCl、H₂S、NOx、CO₂等酸性气体进行净化的时候，给电厂带来较为严重的能量损失，相当于减少了13％-37％的净发电量问题，因此，在中高温的时候除去酸性气体是尾气处理的核心任务之一。

目前对高温烟气中酸性气体的脱除尚未存在统一的装置或者方法。当前，国际上许多研究者正纷纷寻求新的思路，研发深度高效在高温下脱除烟气中酸性气体尤其是脱氯的新方法。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种减少能量损失、降低对管道的腐蚀以堵塞的高温脱除烟气中酸性气体的装置及其方法。

技术方案：本发明的高温脱除烟气中酸性气体的装置，包括烟气管道、空气预热器、回收仓，以及设置在烟气管道与空气预热器之间并依次连接的一级处理单元、二级处理单元和三级处理单元。一级处理单元、二级处理单元和三级处理单元均由从上至下依次连接的补料仓、加料斗、错流移动床反应器、可调式星形卸料器，以及设置在错流移动床反应器上的烟气进口和烟气出口构成，其中一级处理单元和二级处理单元中还设置有再生器，三级处理单元中还设置有干燥器。一级处理单元由一级补料仓、一级加料斗、一级错流移动床反应器、一级可调式星形卸料器、一级烟气进口、一级烟气出口和一级再生器构成，一级烟气进口与烟气管道连接，一级可调式星形卸料器的出口分为两路，一路与回收仓连接，另一路通过一级再生器后再与一级加料斗连接；二级处理单元由二级补料仓、二级加料斗、二级错流移动床反应器、二级可调式星形卸料器、二级烟气进口、二级烟气出口和二级再生器构成，二级烟气进口与一级烟气出口连接，二可调式星形卸料器的出口分为两路，一路与回收仓连接，另一路通过二级再生器后再与二级加料斗连接；三级处理单元由三级补料仓、三级加料斗、三级错流移动床反应器、三级可调式星形卸料器、三级烟气进口、三级烟气出口和干燥器构成，三级烟气进口与二级烟气出口连接，三级可调式星形卸料器的出口分为两路，一路与回收仓连接，另一路通过干燥器后再与三级加料斗连接。

本发明装置中，一级错流移动床反应器内填充有类水榴石吸附剂颗粒，二级错流移动床反应器内填充有锌钛盐吸附剂颗粒，三级错流移动床反应器内填充有碱金属及碱土金属化合物吸附剂颗粒。

本发明装置中，一级加料斗、二级加料斗和三级加料斗均为封闭式加料斗，以防止烟气溢出。

本发明装置中，一级错流移动床反应器、二级错流移动床反应器和三级错流移动床反应器的的床层高度和床层宽度相同，床层深度依次增加：一级错流移动床反应器床层深度为D，二级错流移动床反应器和三级错流移动床反应器的床层深度均为1.2D。

本发明利用上述装置进行高温脱除烟气中酸性气体的方法，具体流程为：高温烟气从烟气管道排入烟气进口后，依次进入一级处理单元、二级处理单元和三级处理单元中处理后，经空气预热器预热后排出。在每个处理单元中，吸附剂颗粒由补给仓进入加料斗，由上而下流过错流移动床反应器，并在其中与经烟气进口水平流入的含酸性气体的烟气错向接触反应，吸附了酸性气体的吸附剂在可调式星形卸料器的控制下流出，一路直接排入回收仓，一路经过再生器或干燥器处理后回流至加料斗循环使用。而经净化的烟气则经烟气出口排出。

其中，一级处理单元中，吸附了酸性气体的吸附剂在一级可调式星形卸料器的控制下流出，一路直接排入回收仓，一路经过一级再生器处理后回流至一级加料斗循环使用，而经净化的烟气则经一级烟气出口排出，进入二级烟气进口；二级处理单元中，吸附了酸性气体的吸附剂在二级可调式星形卸料器的控制下流出，一路直接排入回收仓，一路经过二级再生器处理后回流至二级加料斗循环使用，而经净化的烟气则经二级烟气出口排出，进入三级烟气进口；三级处理单元中，吸附了酸性气体的吸附剂在三级可调式星形卸料器的控制下流出，一路直接排入回收仓，一路经过干燥器处理后回流至三级加料斗循环使用，而经净化的烟气则经三级烟气出口排出，进入预热器。

本发明的高温脱除烟气中酸性气体的方法中，一级可调节星形卸料器、二级可调式星形卸料器和三级可调式星形卸料器的下料速率之比为1：0.8：0.8，可实现三个反应器的差速卸料，保证反应器中的吸附剂颗粒与酸性气体有充分的接触反应时间。

类水榴石吸附剂颗粒为一类具有水榴石结构的化合物，锌钛盐吸附剂颗粒为ZnO中含有2％-75％TiO₂的锌钛盐，碱土和碱金属化合物吸附剂颗粒为多种碱土金属化合物和碱金属化合物如CaCO₃、Ca(OH)₂、CaO、Na₂O、NaHCO₃、NaCO₃等的混合物。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下的特色及优点：

1.本发明采用多级错流移动床作为深度脱除烟气中酸性气体的主要装置，脱除效率高，构造简单，且采用了吸附剂的循环系统，吸附剂的利用更加充分。

2.采用了不同的吸附剂，可能更高效更有针对性在不同的温度下脱除高温烟气中的酸性气体。

3.在中高温下对酸性气体的深度脱除，减小了酸性气体对设备的损害。由于本发明中首先对HCl进行了脱除，减轻了HCl对其它气体吸附剂和催化剂的毒害作用，同时减少了PCDDs/PCDFs的生成，减少了环境污染。

4.在中高温下脱除烟气中的有害气体，提高了能量的利用率。对烟气中通常要降温等一系列的处理，给电厂带来较为严重的能量损失，相当于减少了13％-37％的净发电量。

5.多级错流移动床反应器均采用了可调式星形卸料器，使吸附载体排料速率均可根据不同反应器的自身工况需要而进行调节，并且实现了多级错流移动床之间差速卸料。可以使烟气在二级和三级反应器中与吸附载体颗粒接触时间变长，使吸附剂的利用更充分，对酸性气体的脱除效率更好。

附图说明

图1是本发明高温脱除烟气中酸性气体的装置示意图；

图中有：一级处理单元1、二级处理单元2、三级处理单元3、一级补料仓11、二级补料仓21、三级补料仓31、一级加料斗12、二级加料斗22、三级加料斗32、一级错流移动床反应器13、二级错流移动床反应器23、三级错流移动床反应器33、一级可调式星形卸料器14、二级可调式星形卸料器24、三级可调式星形卸料器34，一级烟气进口15、一级烟气出口16、二级烟气进口25、二级烟气出口26、三级烟气入口35、三级烟气出口36、一级再生器17、二级再生器27、干燥器37、烟气管道4、空气预热器5、回收仓6。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明：

如图1所示，类水榴石吸附剂颗粒18为一类具有水榴石结构的化合物，锌钛盐吸附剂颗粒28为ZnO中含有2％-75％TiO₂的锌钛盐、碱土和碱金属化合物吸附剂颗粒38为多种碱土金属化合物和碱金属化合物的混合物。首先分别选用类水榴石中的Ca₃Al₂(SiO₄)_0.8(OH)_8.8、锌钛盐吸附剂中选择ZnO与TiO₂的摩尔比为1.4时记为ZT、碱土和碱金属化合物选用小苏打，以上选定吸附剂的平均粒径为6mm的固体吸附剂，新鲜的Ca₃Al₂(SiO₄)_0.8(OH)_8.8由一级补料仓11经过一级加料斗12进入一级错流移动床反应器13，新鲜ZT吸附剂由二级补料仓21进入二级加料斗22流入二级错流移动床反应器23，新鲜小苏打由三级补料仓31落入三级加料斗32进入三级错流移动床反应器33。选用的一级错流移动床反应器床层深度为1m，二级反应器为1.2m，三级反应器为1.2m，三个反应器的高度和宽度均为3m。卸料速度分别选为0.9kg/s,0.72kg/s和0.72kg/s。

中高温的焚烧烟气由水平一级烟气进口15进入一级处理单元1的错流移动床反应器13，与自上而下运动的一级吸附剂颗粒Ca₃Al₂(SiO₄)_0.8(OH)_8.818错向接触后发生吸附反应，由于Ca₃Al₂(SiO₄)_0.8(OH)_8.8在400-950℃范围内均可以很好的吸附效果，因此将其放在一级错流移动床中，与烟气中高温酸性气体进行吸附反应。当烟气温度高于700℃时，固体吸附剂Ca₃Al₂(SiO₄)_0.8(OH)_8.8主要吸附酸性气体中的HCl气体，生成Ca₁₂Al₁₀Si₄O₃₂Cl₆和CaCl₂，此时几乎不与SO₂等酸性气体反应，当温度低于700℃时，有部分的SO₂、CO₂、NO_X与Ca₃Al₂(SiO₄)_0.8(OH)_8.8发生吸附反应。在此阶段Ca₃Al₂(SiO₄)_0.8(OH)_8.8对HCl的脱除效率高达90％以上，当烟气温度低于800℃且烟气中的H₂O较少时可以达到100％。在一级错流移动床反应器中进行了垃圾焚烧烟气的一级脱除，同时温度也有了一定程度的降低。

经过一级脱除的烟气进入二级处理单元2中的错流移动床23中。由于此时烟气中酸性气体的浓度降低，为保证低浓度的酸性气体能被充分吸附，二级错流移动床反应器23的床层深度有了一定的增加，卸料速度也减慢，从而使烟气与二级吸附剂颗粒ZT28有更长的接触时间，反应更充分，使酸性气体得到了进一步的净化。吸附剂ZT的最佳吸附温度在500-750℃，其对烟气中的硫化物酸气气体的脱除率可以达到100％,且可以将一级吸附中残留的HCl完全吸附。经过二级净化的烟气进入三级错流移动床反应器33中，此时烟气中酸性气体的浓度已非常低，且温度也进一步降低。为保证酸性气体被彻底脱除，三级反应器的床层宽度进一步增加，卸料速度为仅为一级反应器的0.8倍。烟气中剩余的酸性气体与三级错流反应器中的小苏打38进行错流吸附反应。经过三级净化的烟气中酸性气体几乎为0，达到净化要求。

一级错流移动床中的一级吸附剂颗粒Ca₃Al₂(SiO₄)_0.8(OH)_8.818由一级可调式星形卸料器14控制一路经过再生器17进入加料斗12再次进行反应，另一路直接排入回收仓6中，二级和三级错流移动床反应器中的吸附剂也均分为两路排出：一条路直接排入回收仓6，另一条路分别经过再生器27和干燥仓37进入加料斗22和加料斗32，与新鲜物料补料仓21和31中的新鲜吸附剂相混合，循环使用。

应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims

1.一种高温脱除烟气中酸性气体的装置，其特征在于，该装置包括烟气管道（4）、空气预热器（5）、回收仓（6），以及设置在所述烟气管道（4）与空气预热器（5）之间并依次连接的一级处理单元（1）、二级处理单元（2）和三级处理单元（3）；

所述一级处理单元（1）、二级处理单元（2）和三级处理单元（3）均由从上至下依次连接的补料仓、加料斗、错流移动床反应器、可调式星形卸料器，以及设置在所述错流移动床反应器上的烟气进口和烟气出口构成，其中一级处理单元（1）和二级处理单元（2）中还设置有再生器，三级处理单元（3）中还设置有干燥器（37）；

一级处理单元（1）由一级补料仓（11）、一级加料斗（12）、一级错流移动床反应器（13）、一级可调式星形卸料器（14）、一级烟气进口（15）、一级烟气出口（16）和一级再生器（17）构成，所述一级烟气进口（15）与烟气管道（4）连接，一级可调式星形卸料器（14）的出口分为两路，一路与回收仓（6）连接，另一路通过一级再生器（17）后再与一级加料斗（12）连接；二级处理单元（2）由二级补料仓（21）、二级加料斗（22）、二级错流移动床反应器（23）、二级可调式星形卸料器（24）、二级烟气进口（25）、二级烟气出口（26）和二级再生器（27）构成，所述二级烟气进口（25）与一级烟气出口（16）连接，所述二级可调式星形卸料器（24）的出口分为两路，一路与回收仓（6）连接，另一路通过二级再生器（27）后再与二级加料斗（22）连接；三级处理单元（3）由三级补料仓（31）、三级加料斗（32）、三级错流移动床反应器（33）、三级可调式星形卸料器（34）、三级烟气进口（35）、三级烟气出口（36）和干燥器（37）构成，所述三级烟气进口（35）与二级烟气出口（26）连接，所述三级可调式星形卸料器（34）的出口分为两路，一路与回收仓（6）连接，另一路通过干燥器（37）后再与三级加料斗（32）连接。

2.根据权利要求1所述的一种高温烟气中酸性气体的装置，其特征在于，所述一级错流移动床反应器（13）内填充有类水榴石吸附剂颗粒（18），所述二级错流移动床反应器（23）内填充有锌钛盐吸附剂颗粒（28），所述三级错流移动床反应器（33）内填充有碱金属和碱土金属化合物吸附剂颗粒（38）。

3.根据权利要求1或2所述的一种高温烟气中酸性气体的装置，其特征在于，所述一级加料斗（12）、二级加料斗（22）和三级加料斗（32）均为封闭式加料斗，以防止烟气溢出。

4.根据权利要求1或2所述的一种高温脱除烟气中酸性气体的装置，其特征在于，所述一级错流移动床反应器（13）、二级错流移动床反应器（23）和三级错流移动床反应器（33）的床层高度和床层宽度相同，床层深度依次增加：一级错流移动床反应器（13）床层深度为D，二级错流移动床反应器（23）和三级错流移动床反应器（33）的床层深度均为1.2D。

5.一种利用权利要求1所述装置进行高温脱除烟气中酸性气体的方法，其特征在于，该方法流程为：高温烟气从烟气管道（4）排入一级烟气进口（15）后，依次进入一级处理单元（1）、二级处理单元（2）和三级处理单元（3）中处理后，经空气预热器（5）预热后排出。在每个处理单元中，吸附剂颗粒由补给仓进入加料斗，由上而下流过错流移动床反应器，并在其中与经烟气进口水平流入的含酸性气体的烟气错向接触反应，吸附了酸性气体的吸附剂在可调式星形卸料器的控制下流出，一路直接排入回收仓（6），一路经过再生器或干燥器处理后回流至加料斗循环使用，而经净化的烟气则经烟气出口排出。

6.根据权利要求5所述的高温脱除烟气中酸性气体的方法，其特征在于，所述一级处理单元（1）中，吸附了酸性气体的吸附剂在一级可调式星形卸料器（14）的控制下流出，一路直接排入回收仓（6），一路经过一级再生器（17）处理后回流至一级加料斗（12）循环使用，而经净化的烟气则经一级烟气出口（16）排出，进入二级烟气进口（25）；所述二级处理单元（2）中，吸附了酸性气体的吸附剂在二级可调式星形卸料器（24）的控制下流出，一路直接排入回收仓（6），一路经过二级再生器（27）处理后回流至二级加料斗（22）循环使用，而经净化的烟气则经二级烟气出口（26）排出，进入三级烟气进口（35）；所述三级处理单元（3）中，吸附了酸性气体的吸附剂在三级可调式星形卸料器（34）的控制下流出，一路直接排入回收仓（6），一路经过干燥器（37）处理后回流至三级加料斗（32）循环使用，而经净化的烟气则经三级烟气出口（36）排出，进入预热器（5）。

7.根据权利要求6所述的高温脱除烟气中酸性气体的方法，其特征在于，所述一级可调节星形卸料器（14）、二级可调式星形卸料器（24）和三级可调式星形卸料器（34）的下料速率之比为1：0.8：0.8。