CN103301731B - 一种同时脱除烟气中二氧化硫、氮氧化物和元素态汞的方法 - Google Patents

一种同时脱除烟气中二氧化硫、氮氧化物和元素态汞的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种同时脱除烟气中二氧化硫、氮氧化物和元素态汞的方法,属于烟气净化技术领域。其包括下述步骤:(1)吸收剂母液制备:制得含有硝酸镍、高碘酸钾和添加剂的水溶液,得到吸收剂母液;(2)脱除反应:将吸收剂母液加水稀释2-10倍得到吸收剂,将吸收剂加入喷射鼓泡反应器内,将烟气通过喷射鼓泡反应器进行反应;(3)后处理。本发明利用复合吸收剂同时对烟气中的二氧化硫、氮氧化物和元素态汞进行脱除,脱除效率高,产物易处理,避免了烟气造成的二次污染;设备简单,投资和运行费用低,大大降低了烟气处理的成本,具有良好的应用前景。

Description

一种同时脱除烟气中二氧化硫、氮氧化物和元素态汞的方法
技术领域
本发明涉及烟气净化技术领域。
背景技术
二氧化硫、氮氧化物和元素态汞均为当前广泛关注的大气污染物,其中元素态汞具有高挥发性、剧毒性、积累性、持久性。我国2012年1月实施的《火电厂大气污染物排放标准》中将二氧化硫、氮氧化物和元素态汞的排放限值规定为:100 mg/m3,100 mg/m3和0.03mg/m3。如果利用单一污染物处理设备进行脱除存在成本高、系统复杂和占地面积大等不足。因此,加强多污染物同时控制技术的研发,探索合理的多污染物同时控制途径,这对解决我国燃煤电厂及工业锅炉二氧化硫、氮氧化物和元素态汞排放控制具有深远的意义。
烟气中二氧化硫为气态形式,在我国燃煤电站主要通过湿法脱硫设备脱除。氮氧化物主要成分为NO和NO2,目前电厂主要通过选择性催化还原装置脱除。烟气中汞的存在形式主要包括氧化态汞(Hg2+)、颗粒态汞(Hgp)和元素态汞(Hg0)。其中Hg2+易溶于水,可在现有湿法脱硫装置(WFGD)中被脱除80%-90%;Hgp吸附在飞灰和粉尘上,可通过除尘设备(静电除尘器ESP或过滤式除尘器FF)脱除;Hg0具有较高的蒸气压,且难溶于水,除尘设备和湿式脱硫设备很难将其直接捕获,几乎全部随烟气排放到大气中。此外,我国燃煤的主要煤种是褐煤,而在褐煤燃烧产生的烟气中,汞的存在形式以Hg0为主,因此烟气脱汞的重点和难点在于对Hg0的脱除。
发明内容
本发明提供一种同时脱除烟气中二氧化硫、氮氧化物和元素态汞的方法,利用复合吸收剂同时对烟气中的二氧化硫、氮氧化物和元素态汞进行脱除,脱除效率高,产物易处理,避免了烟气造成的二次污染;设备简单,投资和运行费用低,大大降低了烟气处理的成本,具有良好的应用前景。
本发明所采取的技术方案是:
一种同时脱除烟气中二氧化硫、氮氧化物和元素态汞的方法,包括下述步骤:
(1)吸收剂母液制备:制得含有硝酸镍、高碘酸钾和添加剂的水溶液,得到吸收剂母液,吸收剂母液中Ni(NO3)2的浓度为0.01-0.20mol/L,KIO4的浓度为0.01-0.20mol/L,添加剂的浓度为0.001-0.050mol/L;所述添加剂为碳酸氢钾、硫酸钾或过碳酸钾中的一种;
(2)脱除反应:将吸收剂母液加水稀释2-10倍得到吸收剂,将吸收剂加入喷射鼓泡反应器内,将烟气通过喷射鼓泡反应器进行反应;
(3)后处理:喷射鼓泡反应器内的溶液中加入硫化物,过滤除去离子态汞;然后加入氨水除去硫酸根离子和硝酸根离子。
其中,步骤(1)中吸收剂母液按下述方法制备:在反应容器中按比例加入Ni(NO3)2、KIO4和添加剂,加水混匀并加热至沸腾,冷却后过滤即得吸收剂母液。
吸收剂母液用氢氧化钾溶液或稀硫酸溶液将pH值调节为7-11。
步骤(2)中的反应温度为30-80℃。
步骤(2)中的气液接触时间大于0.35秒。
本发明的吸收剂采用硝酸镍和高碘酸钾配置,在加热过程中,发生下述反应:
利用吸收液双电子转移的强氧化性将烟气中二氧化硫、氮氧化物和元素态汞氧化,生成硫酸根,硝酸根和离子态汞。其中,离子态汞通过加入硫化物生成沉淀,然后过滤去除;硫酸根离子和硝酸根离子通过氨水反应吸收,其吸收产物可以制得化肥,实现资源化利用。
其作用机理如下:
(1)吸收剂中双电子转移:
(2)离子态汞的脱除(以硫化钠溶液吸收离子态汞为例)
             
(3)二氧化硫的脱除
(4)氮氧化物的脱除
             
本发明针对燃煤烟气中二氧化硫、氮氧化物和元素态汞难以脱除的关键问题,提出一种烟气净化技术,该技术将喷射鼓泡反应器内加入一定量吸收剂,将气体通过喷射鼓泡反应器进行脱除。
通过实验表明,当SO2浓度为500-2500 mg/ m3, NO浓度为200-1000 mg/ m3和Hg0浓度为20-200 μg/m3时,反应温度为30-80℃,气液接触时间达到0.35秒以上时,SO2、NO和Hg0的脱除效率可分别达到98%、 75%、86%,吸收剂利用率达到98%以上。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于:
1.本发明利用复合吸收剂同时对烟气中的二氧化硫、氮氧化物和元素态汞进行脱除,设备简单,投资和运行费用低,大大降低了烟气处理的成本。
2.本发明的方法能够有效的脱除烟气中的有害成分,脱除效率高,产物易处理,避免了烟气造成的二次污染,不仅适合于大型锅炉,而且适用于中、小型锅炉和其它燃煤设备,具有良好的应用前景。
具体实施方式
实施例1
(1)制备吸收剂母液:使母液中Ni(NO3)2、KIO4和碳酸氢钾的浓度分别为0.01 mol/L、0.01 mol/L、0.001 mol/L,加水混匀并加热至沸腾,冷却后过滤,用氢氧化钾或稀硫酸调节pH值为9。
(2)脱除反应:将吸收剂母液加水稀释2倍得到吸收剂,将吸收剂加入喷射鼓泡反应器内,将烟气通过喷射鼓泡反应器进行反应,反应温度为50℃。
(3)后处理:喷射鼓泡反应器内的溶液中加入硫化物,过滤除去离子态汞;然后加入氨水除去硫酸根离子和硝酸根离子。
本实施例中,气液接触时间为0.35秒,通过入口和出口烟气检测分析, SO2脱除率为98%,NO脱除率为71% ,Hg0脱除率为78%。
实施例2
(1)制备吸收剂母液:使母液中Ni(NO3)2、KIO4和过碳酸钾的浓度分别为0.05 mol/L、0.05 mol/L、0.005mol/L,加水混匀并加热至沸腾,冷却后过滤,用氢氧化钾或稀硫酸调节pH值为10。
(2)脱除反应:将吸收剂母液加水稀释3倍得到吸收剂,将吸收剂加入喷射鼓泡反应器内,将烟气通过喷射鼓泡反应器进行反应,反应温度为40℃。
(3)后处理:喷射鼓泡反应器内的溶液中加入硫化物,过滤除去离子态汞;然后加入氨水除去硫酸根离子和硝酸根离子。
本实施例中,气液接触时间为0.36秒,通过入口和出口烟气检测分析, SO2脱除率为98%,NO脱除率为67% ,Hg0脱除率为76%。
实施例3
(1)制备吸收剂母液:使母液中Ni(NO3)2、KIO4和过碳酸钾的浓度分别为0.10 mol/L、0.10mol/L、0.010 mol/L,加水混匀并加热至沸腾,冷却后过滤,用氢氧化钾或稀硫酸调节pH值为7。
(2)脱除反应:将吸收剂母液加水稀释5倍得到吸收剂,将吸收剂加入喷射鼓泡反应器内,将烟气通过喷射鼓泡反应器进行反应,反应温度为50℃;
(3)后处理:喷射鼓泡反应器内的溶液中加入硫化物,过滤除去离子态汞;然后加入氨水除去硫酸根离子和硝酸根离子。
本实施例中,气液接触时间为0.35秒,通过入口和出口烟气检测分析, SO2脱除率为98%,NO脱除率为73% ,Hg0脱除率为83%。
实施例4
(1)制备吸收剂母液:使母液中Ni(NO3)2、KIO4和硫酸钾的浓度分别为0.12 mol/L、0.12 mol/L、0.020 mol/L,加水混匀并加热至沸腾,冷却后过滤,用氢氧化钾或稀硫酸调节pH值为9。
(2)脱除反应:将吸收剂母液加水稀释5倍得到吸收剂,将吸收剂加入喷射鼓泡反应器内,将烟气通过喷射鼓泡反应器进行反应,反应温度为30℃;
(3)后处理:喷射鼓泡反应器内的溶液中加入硫化物,过滤除去离子态汞;然后加入氨水除去硫酸根离子和硝酸根离子。
本实施例中,气液接触时间为0.37秒,通过入口和出口烟气检测分析, SO2脱除率为98%,NO脱除率为73% ,Hg0脱除率为81%。
实施例5
(1)制备吸收剂母液:使母液中Ni(NO3)2、KIO4和过碳酸钾的浓度分别为0.15 mol/L、0.15 mol/L、0.030mol/L,加水混匀并加热至沸腾,冷却后过滤,用氢氧化钾或稀硫酸调节pH值为8。
(2)脱除反应:将吸收剂母液加水稀释8倍得到吸收剂,将吸收剂加入喷射鼓泡反应器内,将烟气通过喷射鼓泡反应器进行反应,反应温度为80℃;
(3)后处理:喷射鼓泡反应器内的溶液中加入硫化物,过滤除去离子态汞;然后加入氨水除去硫酸根离子和硝酸根离子。
本实施例中,气液接触时间为0.36秒,通过入口和出口烟气检测分析, SO2脱除率为98%,NO脱除率为70% ,Hg0脱除率为81%。
实施例6
(1)制备吸收剂母液:使母液中Ni(NO3)2、KIO4和硫酸钾的浓度分别为0.20 mol/L、0.20 mol/L、0.050 mol/L,加水混匀并加热至沸腾,冷却后过滤,用氢氧化钾或稀硫酸调节pH值为11。
(2)脱除反应:将吸收剂母液加水稀释10倍得到吸收剂,将吸收剂加入喷射鼓泡反应器内,将烟气通过喷射鼓泡反应器进行反应,反应温度为60℃;
(3)后处理:喷射鼓泡反应器内的溶液中加入硫化物,过滤除去离子态汞;然后加入氨水除去硫酸根离子和硝酸根离子。
本实施例中,气液接触时间为0.35秒,通过入口和出口烟气检测分析, SO2脱除率为98%,NO脱除率为69% ,Hg0脱除率为79%。

Claims (3)

1.一种同时脱除烟气中二氧化硫、氮氧化物和元素态汞的方法,其特征在于包括下述步骤:
(1)吸收剂母液制备:在反应容器中按比例加入Ni(NO3)2、KIO4和添加剂,加水混匀并加热至沸腾,冷却后过滤即得吸收剂母液,制成的吸收剂母液用氢氧化钾溶液或稀硫酸溶液将pH值调节为7~1l;吸收剂母液中Ni(NO3)2的浓度为0.01~0.20mol/L,KIO4的浓度为0.01~0.20mol/L,添加剂的浓度为0.001~0.050mol/L;所述添加剂为碳酸氢钾、硫酸钾或过碳酸钾中的一种;
(2)脱除反应:将吸收剂母液加水稀释2~10倍得到吸收剂,将吸收剂加入喷射鼓泡反应器内,将烟气通过喷射鼓泡反应器进行反应:
(3)后处理:喷射鼓泡反应器内的溶液中加入硫化物,过滤除去离子态汞;然后加入氨水除去硫酸根离子和硝酸根离子。
2.根据权利要求1所述的一种同时脱除烟气中二氧化硫、氮氧化物和元素态汞的方法,其特征在于所述步骤(2)中的反应温度为30~80℃。
3.根据权利要求1所述的一种同时脱除烟气中二氧化硫、氮氧化物和元素态汞的方法,其特征在于所述步骤(2)中的气液接触时间大于0.35秒。
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