CN104437059A - 一种烟气脱硫脱硝剂及其脱硫脱硝方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种烟气脱硫脱硝剂及其方法,它包括重量百分数为2-40%的吸收组分、0.02-10%的活化组分、1-20%的还原组分、0.001-0.1%的抗氧化剂,余量为水,所述烟气脱硫脱硝剂的pH值为3.5-7,其中所述吸收组分为哌嗪及其衍生物中的一种或几种,所述活化组分为二氮杂二环,所述还原组分为尿素。本发明的脱硫脱硝剂可以有效的将烟气中的NOx还原为氮气,将SO2吸收后再解吸再生得到纯SO2。不仅脱硫脱硝率高,而且解吸迅速、解吸率高、解吸能耗较低,具有很强的实用性。

Description

一种烟气脱硫脱硝剂及其脱硫脱硝方法
技术领域
本发明涉及烟气净化领域,具体地说是一种烟气脱硫脱硝剂及其脱硫脱硝方法。
背景技术
我国火电厂、冶金、化工等行业排放的烟气或工业尾气中含有二氧化硫、氮氧化物等污染物,成为大气的主要污染源。随着“循环经济、清洁生产、和谐社会”等科学发展观的逐渐深入人心、国家对二氧化硫、氮氧化物造成的空气污染重视程度的不断提高、以及相关环保法规的制订与实施,治理含有二氧化硫、氮氧化物的烟气污染的工作势在必行。目前,烟气或工业尾气污染治理技术较多,其中比较成熟、具有代表性的治理烟气SO2的脱硫技术有石灰石-石膏法、氨法和双碱法等,随着CANSOLV可再生湿法烟气脱硫技术的成功,我国发明专利CN101869824B、CN101721884B、CN1101717C也相继开发了可再生湿法烟气脱硫技术,治理烟气NOx污染物的脱硝技术有SCR(选择性催化还原法)、SNCR(非选择性催化还原法)等,我国发明专利CN101279185B、CN101711943B、CN102112209B等述及用还原剂将NOx还原的脱硝技术。
由于脱硫脱硝的分开处理,不仅处理工艺长,造成设备投资和运行费用的提高,近年来,人们在脱硫脱硝一体化处理方面展开了一定研究,即在一套装置中完成脱硫脱硝任务。专利CN1139422C述及用尿素添加有机胺或磷酸盐的吸收剂,将NOx还原为氮气,SO2变为硫酸铵,脱硫达95%、脱硝80%以上;专利CN1192814C和CN100340325C述及用尿素添加二氧化钛或乙二胺合钴作吸收剂,将得到硫酸铵和硝酸铵,脱硫达95-100%、脱硝80-95%;专利CN101708419B、CN101708422B和CN101352647B述及用先喷H2O2,或在尿素/碱中加强氧化剂作吸收剂,得到硫酸铵和N2,脱硫达90%、脱硝50%以上。专利CN102188882B述及用捕获剂和氨类吸收剂,以及氧化剂得到硫酸铵和硝酸铵,同时脱除重金属。上述专利均给出了脱硫脱硝的一体化方法,得到硫酸铵和硝酸铵或氮气。硫酸铵和硝酸铵均可用作肥料,但这类肥料均会夹带烟尘中少量重金属,影响肥料品质。
发明内容
本发明的目的是根据现有技术的不足提供一种烟气脱硫脱硝剂及其脱硫脱硝方法,该脱硫脱硝剂能将NOx还原为氮气,将SO2吸收后再解吸再生得到纯SO2,脱硫脱硝率高、解吸迅速、解吸率高、解吸能耗较低。
本发明是通过如下技术方案实现的:一种烟气脱硫脱硝剂,其特征在于:所述烟气脱硫脱硝剂包括重量百分数为2-40%的吸收组分、0.02-10%的活化组分、1-20%的还原组分、0.001-0.1%的抗氧化剂,余量为水,所述烟气脱硫脱硝剂的pH值为3.5-7,其中所述吸收组分为哌嗪及其衍生物中的一种或几种,所述活化组分为二氮杂二环,所述还原组分为尿素。更优选的,所述烟气脱硫脱硝剂包括重量百分数为3-30%的吸收组分、0.03-6%的活化组分、2-15%的还原组分、0.001-0.1%的抗氧化剂,余量为水,所述烟气脱硫脱硝剂的pH值为5-7。
优选的,所述烟气脱硫脱硝剂中还包括重量百分数为0.005-2%的缓蚀剂。
更优选的,缓蚀剂为偏铝酸钾、五氧化二钒、钒酸钠、钼酸钠、磷酸钠、磷酸二氢钠、碳酸锌、磷酸锌中的一种或几种。
优选的,所述抗氧化剂为4-叔丁基邻苯二酚、2,6-二叔丁基对苯甲酚、N,N-双(2-羟乙基)甘氨酸、二苯胺、对苯二胺中的一种或几种。
优选的,所述pH值用酸调节,所述酸为磷酸、硼酸、柠檬酸、硝酸、硫酸和盐酸中的一种或几种。
优选的,所述吸收组分为烷基哌嗪、羟烷基哌嗪和羟烷基哌嗪酮中的一种或几种。
优选的,所述吸收组分的电离常数pKa为3-7。
本发明的另一个目的是提供利用上述烟气脱硫脱硝剂的脱硫脱硝方法,其步骤包括:将脱硫脱硝剂预热到30-80℃后,与烟气通过逆向进料混合吸收后,吸收了烟气的脱硫脱硝剂进行收集得到富液再解吸。优选的,脱硫脱硝剂预热到40-60℃。
优选的,所述混合吸收是在逆向吸收塔或超重力机中进行,其中在逆向吸收塔中进行的液体和气体进料比为0.8-2kg/Nm3,在超重力机中进行的液体和气体进料比为0.01-1.2kg/Nm3
优选的,所述解吸过程是指将吸收了烟气的脱硫脱硝剂富液预热到60-80℃后,从解吸塔顶端喷淋或超重力机液体分布管喷入,在解吸塔或超重力机中先进行部分解吸;在解吸塔底或超重力机底部设置加热装置,所述富液在加热装置中被加热到90-115℃再次解吸,解吸后的液体流入解吸塔或超重力机底部排出,高温的解吸气体与水蒸气从解吸塔或超重力机的顶端的气体出口排出,然后进入冷凝器和汽液分离器,收集得到纯的高温SO2气体;高温的解吸气体把热量传给从顶端喷淋的富液,用于对脱硫脱硝剂富液的预热;从解吸塔或超重力机底部排出的液体收集并补充还原剂后作为脱硫脱硝剂循环使用。
本发明的脱硫脱硝剂可以有效的将烟气中的NOx还原为氮气,将SO2吸收后再解吸再生得到纯SO2。不仅脱硫脱硝率高,而且解吸迅速、解吸率高、解吸能耗较低,具有很强的实用性。
具体实施方式
以下通过具体实施例来进一步说明本发明:
实施例1
将70克吸收组分乙基哌嗪、2克活化组分二氮杂二环、20克还原组分尿素、0.1克缓蚀剂钒酸钠和0.1克抗氧化剂4-叔丁基邻苯二酚,加水至500克,搅拌均匀,用0.1摩/升的硫酸溶液调节溶液的酸度,并用蒸馏水定量到1000克,控制上述溶液的pH值为6.5,即得到本发明的烟气脱硫脱硝剂1。吸收组分电离常数pKa为7。
模拟烟气的组成(体积)为:CO2:14.4%;O2:9.5%;H2O:10.4%;SO2:1.2%;CO:1.1%;NO:0.2%,H2S:110mg/Nm3,其余为氮气。
先将1000克脱硫脱硝剂1加热到50℃后,用泵将脱硫脱硝剂1从填料吸收塔的上端送入装有填料的吸收塔中,将模拟烟气从填料吸收塔的底端送入,气体与从上端喷淋的液体逆向接触,液气比为0.8kg/Nm3,被净化的气体从吸收塔顶部排出,吸收了SO2的富液进入富液槽。检测由塔顶排出气体中SO2和NO组成,结果见表1。
将上述吸收了烟气的富液预热到60℃后,从解吸塔顶端喷淋,在解吸塔中先进行部分解吸;在解吸塔底设置加热装置,所述富液在加热装置中被加热到90℃再次解吸,解吸后的液体流入解吸塔底部排出,高温的解吸气体与水蒸气从解吸塔或超重力机的顶端的气体出口排出,然后进入冷凝器和汽液分离器,收集得到纯的高温SO2气体;高温的解吸气体把热量传给从顶端喷淋的富液,用于对脱硫脱硝剂富液的预热;从解吸塔底部排出的液体收集并补充尿素后作为脱硫脱硝剂循环使用。
实施例2
将10克吸收组分羟丙哌嗪、0.1克活化组分二氮杂二环、5克还原组分尿素、0.005克抗氧化剂N,N-双(2-羟乙基)甘氨酸和1克缓蚀剂偏铝酸钾,加水至500克,搅拌均匀,用0.1摩/升的磷酸溶液调节溶液的酸度,并用蒸馏水定量到1000克,控制上述溶液的pH值为7.0,即得到本发明的烟气脱硫脱硝剂2。吸收组分电离常数pKa为6。
模拟烟气的组成(体积)为:CO2:14.4%;O2:9.5%;H2O:10.4%;SO2:1.2%;CO:1.1%;NO:0.2%,H2S:110mg/Nm3,其余为氮气。
先将1000克脱硫脱硝剂2加热到30℃后,用泵将脱硫脱硝剂2从填料吸收塔的上端送入装有填料的吸收塔中,将模拟烟气从填料吸收塔的底端送入,气体与从上端喷淋的液体逆向接触,液气比为2kg/Nm3,被净化的气体从吸收塔顶部排出,吸收了SO2的富液进入富液槽。检测由塔顶排出气体中SO2和NO组成,结果见表1。
将上述吸收了烟气的富液预热到60℃后,从解吸塔顶端喷淋,在解吸塔中先进行部分解吸;在解吸塔底设置加热装置,所述富液在加热装置中被加热到90℃再次解吸,解吸后的液体流入解吸塔底部排出,高温的解吸气体与水蒸气从解吸塔或超重力机的顶端的气体出口排出,然后进入冷凝器和汽液分离器,收集得到纯的高温SO2气体;高温的解吸气体把热量传给从顶端喷淋的富液,用于对脱硫脱硝剂富液的预热;从解吸塔底部排出的液体收集并补充尿素后作为脱硫脱硝剂循环使用。
实施例3
将80克吸收组分N-羟乙基哌嗪、10克活化组分二氮杂二环、100克还原组分尿素、0.005克抗氧化剂二苯胺、0.005克抗氧化剂对苯二胺和0.025克缓蚀剂磷酸二氢钠,加水至500克,搅拌均匀,用0.1摩/升的硼酸溶液调节溶液的酸度,并用蒸馏水定量到1000克,控制上述溶液的pH值为5.5,即得到本发明的烟气脱硫脱硝剂3。吸收组分电离常数pKa为5。
模拟烟气的组成为(体积):CO2:15.2%;O2:10.3%;H2O:7.6%;SO2:6.1%、NO:0.5%,其余为氮气。
先将1000克脱硫脱硝剂3加热到40℃后,用泵将脱硫脱硝剂3加入装有丝网填料的超重力旋转床中,将模拟烟气送入超重力旋转床中,气体与液体逆向接触,液气比为0.01kg/Nm3,被净化的气体从超重力旋转床顶部排出,吸收了SO2的富液进入富液槽。检测由塔顶排出气体中SO2和NO组成,结果见表1。
将上述吸收了烟气的富液预热到60℃后,从解吸塔顶端喷淋,在解吸塔中先进行部分解吸;在解吸塔底设置加热装置,所述富液在加热装置中被加热到90℃再次解吸,解吸后的液体流入解吸塔底部排出,高温的解吸气体与水蒸气从解吸塔或超重力机的顶端的气体出口排出,然后进入冷凝器和汽液分离器,收集得到纯的高温SO2气体;高温的解吸气体把热量传给从顶端喷淋的富液,用于对脱硫脱硝剂富液的预热;从解吸塔底部排出的液体收集并补充尿素后作为脱硫脱硝剂循环使用。
实施例4
将100克吸收组分N-乙基哌嗪、100克吸收组分N-羟乙基哌嗪、50克活化组分二氮杂二环、20克还原组分尿素、1克缓蚀剂五氧化二钒、0.5克抗氧化剂2,6-叔丁基对苯二酚和0.5克缓蚀剂碳酸锌,加水至500克,搅拌均匀,用0.1摩/升的柠檬酸溶液调节溶液的酸度,并用蒸馏水定量到1000克,控制上述溶液的pH值为3.5,即得到本发明的烟气脱硫脱硝剂4。吸收组分电离常数pKa为4。
模拟烟气的组成(体积)为:CO2:14.4%;O2:9.5%;H2O:10.4%;SO2:1.2%;CO:1.1%;NO:0.2%,H2S:110mg/Nm3,其余为氮气。
先将1000克脱硫脱硝剂4加热到60℃后,用泵将脱硫脱硝剂4加入装有丝网填料的超重力旋转床中,将模拟烟气送入超重力旋转床中,气体与液体逆向接触,液气比为1.2kg/Nm3,被净化的气体从超重力旋转床顶部排出,吸收了SO2的富液进入富液槽。检测由塔顶排出气体中SO2和NO组成,结果见表1。
将上述吸收了烟气的富液预热到70℃后,从解吸塔顶端喷淋,在解吸塔中先进行部分解吸;在解吸塔底设置加热装置,所述富液在加热装置中被加热到100℃再次解吸,解吸后的液体流入解吸塔底部排出,高温的解吸气体与水蒸气从解吸塔或超重力机的顶端的气体出口排出,然后进入冷凝器和汽液分离器,收集得到纯的高温SO2气体;高温的解吸气体把热量传给从顶端喷淋的富液,用于对脱硫脱硝剂富液的预热;从解吸塔底部排出的液体收集并补充尿素后作为脱硫脱硝剂循环使用。
实施例5
将30克吸收组分N-羟乙基哌嗪、20克活化组分二氮杂二环、40克还原组分尿素、0.2克抗氧化剂二苯胺、0.2克抗氧化剂2,6-二叔丁基对苯甲酚和10克缓蚀剂钼酸钠,加水至500克,搅拌均匀,用0.1摩/升的硝酸溶液调节溶液的酸度,并用蒸馏水定量到1000克,控制上述溶液的pH值为5.0,即得到本发明的烟气脱硫脱硝剂5。吸收组分电离常数pKa为3。
模拟烟气的组成为(体积):CO2:15.2%;O2:10.3%;H2O:7.6%;SO2:6.1%、NO:0.5%,其余为氮气。
先将1000克脱硫脱硝剂5加热到80℃后,用泵将脱硫脱硝剂5从填料吸收塔的上端送入装有填料的吸收塔中,将模拟烟气从填料吸收塔的底端送入,气体与从上端喷淋的液体逆向接触,液气比为1kg/Nm3,被净化的气体从吸收塔顶部排出,吸收了SO2的富液进入富液槽。检测由塔顶排出气体中SO2和NO组成,结果见表1。
将上述吸收了烟气的富液预热到80℃后,从超重力机液体分布管喷入,在超重力机中先进行部分解吸;在超重力机底部设置加热装置,所述富液在加热装置中被加热到115℃再次解吸,解吸后的液体流入超重力机底部排出,高温的解吸气体与水蒸气从超重力机的顶端的气体出口排出,然后进入冷凝器和汽液分离器,收集得到纯的高温SO2气体;高温的解吸气体把热量传给从顶端喷淋的富液,用于对脱硫脱硝剂富液的预热;从超重力机底部排出的液体收集并补充尿素后作为脱硫脱硝剂循环使用。
按照以下公式计算实施例1-5中的脱硫脱硝效果以及解吸效果:
解吸量=解吸前的二氧化硫的量-解吸后的二氧化硫的量。
解吸率=解吸量/解吸前的二氧化硫的量×100%。
表1实施例1-5的脱硫脱硝及解吸效果
从表1可以看出本发明的脱硫脱硝剂可以用于脱除与回收烟气中的二氧化硫,脱除NO,具有净化度高、吸收速度快、解吸率大、再生能耗低等优点。
对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明实施例原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也视为本发明实施例的保护范围。

Claims (10)

1.一种烟气脱硫脱硝剂,其特征在于:所述烟气脱硫脱硝剂包括重量百分数为2-40%的吸收组分、0.02-10%的活化组分、1-20%的还原组分、0.001-0.1%的抗氧化剂,余量为水,所述烟气脱硫脱硝剂的pH值为3.5-7,其中所述吸收组分为哌嗪及其衍生物中的一种或几种,所述活化组分为二氮杂二环,所述还原组分为尿素。
2.根据权利要求1所述烟气脱硫脱硝剂,其特征在于:所述烟气脱硫脱硝剂中还包括重量百分数为0.005-2%的缓蚀剂。
3.根据权利要求1所述烟气脱硫脱硝剂,其特征在于:缓蚀剂为偏铝酸钾、五氧化二钒、钒酸钠、钼酸钠、磷酸钠、磷酸二氢钠、碳酸锌、磷酸锌中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述烟气脱硫脱硝剂,其特征在于:所述抗氧化剂为4-叔丁基邻苯二酚、2,6-二叔丁基对苯甲酚、N,N-双(2-羟乙基)甘氨酸、二苯胺、对苯二胺中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述烟气脱硫脱硝剂,其特征在于:所述pH值用酸调节,所述酸为磷酸、硼酸、柠檬酸、硝酸、硫酸和盐酸中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述烟气脱硫脱硝剂,其特征在于:所述吸收组分为烷基哌嗪、羟烷基哌嗪和羟烷基哌嗪酮中的一种或几种。
7.根据权利要求1所述烟气脱硫脱硝剂,其特征在于:所述吸收组分的电离常数pKa为3-7。
8.一种利用权利要求1所述烟气脱硫脱硝剂的脱硫脱硝方法,其步骤包括:将脱硫脱硝剂预热到30-80℃后,与烟气通过逆向进料混合吸收后,吸收了烟气的脱硫脱硝剂进行收集得到富液再解吸。
9.根据权利要求8所述的脱硫脱硝方法,其特征在于:所述混合吸收是在逆向吸收塔或超重力机中进行,其中在逆向吸收塔中进行的液体和气体进料比为0.8-2kg/Nm3,在超重力机中进行的液体和气体进料比为0.01-1.2kg/Nm3
10.根据权利要求8所述的脱硫脱硝方法,其特征在于:所述解吸过程是指将吸收了烟气的脱硫脱硝剂富液预热到60-80℃后,从解吸塔顶端喷淋或超重力机液体分布管喷入,在解吸塔或超重力机中先进行部分解吸;在解吸塔底或超重力机底部设置加热装置,所述富液在加热装置中被加热到90-115℃再次解吸,解吸后的液体流入解吸塔或超重力机底部排出,高温的解吸气体与水蒸气从解吸塔或超重力机的顶端的气体出口排出,然后进入冷凝器和汽液分离器,收集得到纯的高温SO2气体;高温的解吸气体把热量传给从顶端喷淋的富液,用于对脱硫脱硝剂富液的预热;从解吸塔或超重力机底部排出的液体收集并补充还原剂后作为脱硫脱硝剂循环使用。
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