CN104324585A - 一种利用离子液体净化高炉烟气的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用离子液体净化高炉烟气的方法，以一种高稳定的离子液体为吸收剂，用以吸收烟气中的污染物，吸收压力为0.05～0.14MPa，吸收温度为20℃～80℃下，吸收时间为4-6小时；吸收的烟气中的污染物在140～160℃进行脱附操作，离子液体的制备方法如下：等摩尔的1-(2-苯乙基)咪唑氢碘酸盐与碘乙基磷酸二乙酯以甲醇为溶剂，在120℃回流搅拌48h，反应结束后，冷却至室温，旋蒸除去溶剂，得到粘稠液体，将此液体溶于水，加入等摩尔的氢氧化钠，常温下搅拌2h，旋蒸除去水，并滤去固体碘化钠，真空干燥，得到离子液体1-(2-苯乙基)-3-(2-二乙氧基膦酯基)乙基咪唑碘。此方法可以在达到95％以上的脱硝效率和98％以上的脱硫效率的同时，实现90％以上的脱汞效率、95％以上的脱氯脱氟效率以及部分挥发性有机污染的氧化降解，能够满足今后日益严格的环保要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用离子液体净化高炉烟气的方法。
背景技术
随着经济社会的快速发展和人们生活水平的提高，燃煤排放的烟气使大气环境恶化，酸雨危害加重，严重影响了人类生存和生态环境，烟气中污染物的脱除引起了国内外的广泛关注。如何开发高效、可逆、低成本的烟气脱除污染物的新技术是全球共同关注的热点问题。能源利用过程中产生的硫氧化物、氮氧化物对我国的大气环境造成了日益严重的危害，除此之外微量的重金属汞Hg、HCl、HF以及挥发性有机污染物VOC等危害也日益引起人们的重视。目前已对二氧化硫进行了大规模的治理与控制，氮氧化物的控制也已日益提上日程，汞、氯、氟、挥发性有机污染物等在我国的燃煤锅炉中尚未有明确要求。随着我国经济社会的发展以及人们环境保护意识的增强，这些污染物势必要逐步进行控制。
目前已有的脱硫技术可分为干法、半干法和湿法等几类。干法、半干法投资运行费用低，但往往存在脱硫效率不高的缺点，大规模锅炉燃烧设备如电站锅炉等往往不能达到环保要求。目前电站锅炉广泛采用的是石灰石/石膏湿法烟气脱硫技术(WFGD)，该方法脱硫效率高，运行稳定，但存在耗水量大，排放废水二次污染，投资和运行成本较高等缺点。
氮氧化物的控制技术主要有两类：第一类属炉内燃烧过程控制方式，主要有低NOx燃烧器技术，OFA(Over fire air)技术，低氧燃烧技术，再燃烧技术等通过燃烧过程调整来控制NOx的排放，可以将NOx控制在中等排放水平，一般脱硝效率在30～50％左右。但一方面这些技术容易造成燃烧稳定性下降，燃烧器区域容易形成局部还原性气氛，造成灰熔点下降，引起水冷壁的粘污结渣现象，影响锅炉的正常安全运行。另一方面随着环保要求的进一步提高，很难实现NOx更进一步的排放控制。第二类技术为烟气脱硝技术，目前美国、日本、欧洲等国家应用最为广泛的技术为选择性催化还原技术(SCR)。SCR技术脱硝效率高，运行稳定，但高灰布置情况下烟气中较高的粉尘颗粒容易引起催化剂的磨损、堵塞等问题，飞灰中的重金属会引起催化剂的中毒，运行和投资费用非常昂贵。我国环保工作起步较晚，二氧化硫的控制才刚刚开始，今后氮氧化物势必提上日程，若采用发达国家逐项治理的思路，采用湿法烟气脱硫WFGD装置脱硫，选择性催化SCR脱硝的方法势必增加巨额的投资、运行费用，而一些老机组甚至存在布置困难等问题，因此开发低成本、高效率的同时脱硫脱硝技术就显得尤为重要。
目前的汞控制方法，主要有活性炭吸附法，湿法烟气脱硫(WFGD)装置脱汞方法和飞灰吸附脱汞方法。由于燃煤锅炉汞本底浓度较低，活性炭消耗量大，成本较高。湿法烟气脱硫装置仅能对二价汞进行有效吸收，而元素态汞往往占50％以上，湿法烟气脱硫装置WFGD对元素态汞却无能为力，其脱汞效率总体偏低。飞灰吸附脱汞效率较低，目前仍处于实验室研究阶段。而对于锅炉烟气中的氯化氢HCl和氟化氢HF以及挥发性有机污染物VOC，除在垃圾焚烧炉等特殊高浓度场合外，一般均处于无控状态。
由于从例如作为火力发电站等的燃烧装置的燃煤锅炉排出的废气中含有毒性很高的汞，所以一直以来对除去废气中汞的系统进行了各种研究。通常，为了除去废气中的硫组分，在燃煤锅炉中设置有湿式脱硫装置。众所周知以下事实：在上述这种锅炉中设置了作为废气处理装置的脱硫装置而形成的废气处理设备中，当废气中的氯(Cl)组分增多时，可溶于水的2价金属汞的比例增加，通过上述脱硫装置容易对汞进行捕集。
作为处理大容量废气中的金属汞的方法，提出了如下的方法：在烟道中，在高温脱氮装置的上游工序中，气体喷雾氯化剂，在脱氮催化剂上对汞进行氧化(氯化)，在转化成水溶性氯化汞后，被下游的湿式脱硫装置吸收(参考例如专利文献1和2)。需要说明的是，由于在烟道中气体喷雾的装置和技术已经在脱氮装置的NH3的喷雾装置中实际应用，在氯化剂的气体喷雾中也可以采用同样的方法。现有技术涉及的废气处理系统100具备以下装置：除去来自供给煤作为燃料F的燃煤锅炉11的废气12中的氮氧化物，同时向气体中喷雾氯化氢23使汞氧化的脱氮装置13；回收除去氮氧化物之后的气体中的热的空气加热器14；除去热回收后气体中煤尘的集尘器15；除去除尘后气体中硫氧化物的脱硫装置16；向外部排出脱硫后气体的烟囱17；以及产生上述氯化氢23的盐酸气化装置21。
CN00104875公开了对使用湿式涤气器，用湿式涤气器浆料收集和洗涤含汞工业废气的方法进行改进，该改进包括：在工业废气中加入硫化氢；在湿式涤气器中洗涤工业废气。特别适用于在炉子中燃煤产生废烟道气的工业过程中要求减少汞排放的要求，方法包括：输送烟道废气通过集尘器，在烟道气中加入硫化物，之后进入湿式涤气器，或在湿式涤气器中向烟道气加入硫化氢。同时对使用收集和洗涤含汞工业废气的洗涤器的方法的改进，这些改进包括：在工业废气中加入硫化物盐的水溶液，并在洗涤器中洗涤工业废气。尤其适用于在炉子中燃煤产生废烟道气的工业过程中要求减少汞排放的要求，方法包括：输送烟道废气通过集尘器，如织物过滤器或静电集尘器。使用碱试剂水溶液收集和洗涤含汞工业废气的洗涤器的设备，具体改进包括：提供二价硫离子溶液的装置以及对加入到洗涤器中工业废气的二价硫离子溶液进行控制的装置。本发明还特别适用于燃烧矿物燃料如煤炭或固体废物的公用事业装置，这些装置除使用洗涤器外，还使用集尘器(如静电集尘器或织物过滤器)，和/或其它用于减少对大气排放的常用装置。
CN200610054759公开了一种锅炉烟气多种污染物臭氧氧化同时脱除装置及其方法。锅炉烟气多种污染物臭氧氧化同时脱除方法包括以下步骤：1)在锅炉烟道上的静电除尘器前或后，110～150℃低温段喷入臭氧，喷入臭氧与锅炉烟气中的氮氧化物摩尔比例为1.1～2.0，将锅炉烟气中不溶于水的低价态氮氧化物氧化成为易溶于水的高价态氮氧化物，二氧化硫氧化生成三氧化硫，元素态汞氧化成易溶于水的二价汞，挥发性有机污染物氧化降解，反应时间至少为0.5秒。2)将经过上一步骤处理的锅炉烟气送入碱液洗涤塔中对进行洗涤，同时吸收烟气中的高价态氮氧化物、硫氧化物、汞以及氯化氢、氟化氢，在储液槽中加入H2S、Na2S或NaHS汞固定剂，使二价汞生成HgS沉淀，硫酸盐与硝酸盐浓缩结晶。碱液是氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、氧化钙、碳酸钙或氨水中一种或多种。
许多研究者采用实验及理论方法研究了二氧化硫在不同离子液体中的溶解性。如Huang等测定了含四氟硼酸根、双三氟甲基磺酰亚胺根的不同胍类离子液体吸收二氧化硫的性能，表明这些离子液体在常压下每摩尔能吸收1摩尔多二氧化硫，但在减压下很小。另一种方法是采用功能化的碱性离子液体来进行二氧化硫的化学捕集，如Han等首次采用含乳酸根的胍类离子液体来吸收二氧化硫，每摩尔离子液体可在减压下吸收1摩尔的二氧化硫，后来一些研究者也发展了其他含乙酸根、硫酸酯阴离子的咪唑型离子液体，应用于二氧化硫的化学吸收。在目前各种利用离子液体捕集二氧化硫的方法中，物理吸收法尽管易脱吸，但在减压下吸收容量太小；而化学吸收尽管吸收容量较大，但稳定性不好，循环性能差。
发明内容
本发明的目的在于提出一种利用离子液体净化高炉烟气的方法。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种利用离子液体净化高炉烟气的方法，以一种高稳定的离子液体为吸收剂，用以吸收烟气中的污染物，吸收压力为0.05～0.14MPa，吸收温度为20℃～80℃下，吸收时间为4-6小时；吸收的烟气中的污染物在140～160℃进行脱附操作，离子液体的制备方法如下：等摩尔的1-(2-苯乙基)咪唑氢碘酸盐与碘乙基磷酸二乙酯以甲醇为溶剂，在120℃回流搅拌48h，反应结束后，冷却至室温，旋蒸除去溶剂，得到粘稠液体，将此液体溶于水，加入等摩尔的氢氧化钠，常温下搅拌2h，旋蒸除去水，并滤去固体碘化钠，真空干燥，得到离子液体1-(2-苯乙基)-3-(2-二乙氧基膦酯基)乙基咪唑碘。
此方法可以在达到95％以上的脱硝效率和98％以上的脱硫效率的同时，实现90％以上的脱汞效率、95％以上的脱氯脱氟效率以及部分挥发性有机污染的氧化降解，能够满足今后日益严格的环保要求。
具体实施方式
实施例1
一种利用离子液体净化高炉烟气的方法，以一种高稳定的离子液体为吸收剂，用以吸收烟气中的污染物，吸收压力为0.08MPa，吸收温度为70℃下，吸收时间为5小时；吸收的烟气中的污染物在140℃进行脱附操作，离子液体的制备方法如下：等摩尔的1-(2-苯乙基)咪唑氢碘酸盐与碘乙基磷酸二乙酯以甲醇为溶剂，在120℃回流搅拌48h，反应结束后，冷却至室温，旋蒸除去溶剂，得到粘稠液体，将此液体溶于水，加入等摩尔的氢氧化钠，常温下搅拌2h，旋蒸除去水，并滤去固体碘化钠，真空干燥，得到离子液体1-(2-苯乙基)-3-(2-二乙氧基膦酯基)乙基咪唑碘。
实施例2
一种利用离子液体净化高炉烟气的方法，以一种高稳定的离子液体为吸收剂，用以吸收烟气中的污染物，吸收压力为0.05MPa，吸收温度为20℃下，吸收时间为6小时；吸收的烟气中的污染物在160℃进行脱附操作，离子液体的制备方法如下：等摩尔的1-(2-苯乙基)咪唑氢碘酸盐与碘乙基磷酸二乙酯以甲醇为溶剂，在120℃回流搅拌48h，反应结束后，冷却至室温，旋蒸除去溶剂，得到粘稠液体，将此液体溶于水，加入等摩尔的氢氧化钠，常温下搅拌2h，旋蒸除去水，并滤去固体碘化钠，真空干燥，得到离子液体1-(2-苯乙基)-3-(2-二乙氧基膦酯基)乙基咪唑碘。
实施例3
一种利用离子液体净化高炉烟气的方法，以一种高稳定的离子液体为吸收剂，用以吸收烟气中的污染物，吸收压力为0.12MPa，吸收温度为40℃下，吸收时间为4小时；吸收的烟气中的污染物在150℃进行脱附操作，离子液体的制备方法如下：等摩尔的1-(2-苯乙基)咪唑氢碘酸盐与碘乙基磷酸二乙酯以甲醇为溶剂，在120℃回流搅拌48h，反应结束后，冷却至室温，旋蒸除去溶剂，得到粘稠液体，将此液体溶于水，加入等摩尔的氢氧化钠，常温下搅拌2h，旋蒸除去水，并滤去固体碘化钠，真空干燥，得到离子液体1-(2-苯乙基)-3-(2-二乙氧基膦酯基)乙基咪唑碘。
Claims (1)
1.一种利用离子液体净化高炉烟气的方法，其特征在于，以一种高稳定的离子液体为吸收剂，用以吸收烟气中的污染物，吸收压力为0.05～0.14MPa，吸收温度为20℃～80℃下，吸收时间为4-6小时；吸收的烟气中的污染物在140～160℃进行脱附操作，离子液体的制备方法如下：等摩尔的1-(2-苯乙基)咪唑氢碘酸盐与碘乙基磷酸二乙酯以甲醇为溶剂，在120℃回流搅拌48h，反应结束后，冷却至室温，旋蒸除去溶剂，得到粘稠液体，将此液体溶于水，加入等摩尔的氢氧化钠，常温下搅拌2h，旋蒸除去水，并滤去固体碘化钠，真空干燥，得到离子液体1-(2-苯乙基)-3-(2-二乙氧基膦酯基)乙基咪唑碘。
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