CN105854547B - 氨法氧化脱硝工艺及反应装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种氨法氧化脱硝工艺，用于对烟道气进行脱硝处理，是将臭氧氧化、双氧水氧化与氨法吸收进行有机有序结合，从而实现对烟道气的高效脱硝处理，该处理工艺能耗低、运行成本低、吸收率高，并能够对氮资源进行回收利用，且不产生氨逸出等造成的二次污染。同时，本发明还提供了氨法氧化脱硝的反应装置，利于对烟道气进行连续处理，提高处理效率。

Description

氨法氧化脱硝工艺及反应装置
技术领域
本发明涉及烟气脱硝技术领域，特别涉及一种氨法氧化脱硝工艺，同时，还涉及适用于该工艺的氨法氧化脱硝反应器。
背景技术
煤资源是我国的主要能源，但煤燃烧后会排放大量的氮氧化物（NOx），NOx不仅可形成酸雨和其他二次污染物，而且对人体健康危害严重，直接影响人们的正常生活。我国在“十二五”期间将降低NOx排放量做为主要目标之一，因此对烟道气必须进行高效脱硝处理才能满足排放标准。
目前，工业上烟气脱硝常用的方法有选择性催化还原法（SCR)、选择性非催化还原法（SNCR）以及SCR-SNCR的联合脱硝法，还原法脱硝需要消耗大量氨，而合成氨过程是将N2和H2合成NH3，而N2和H2都需以化石燃料为原料经过造气、脱碳、脱硫等复杂过程制备，因此，还原法脱硝技术是靠大量消耗化石燃料来实现脱硝的，不符合循环经济的理念，而且工艺成本高。氨法氧化脱硝是一种可以将NOx资源化的方法，但传统的氨法氧化脱硝工艺中容易导致氨逸出，形成二次污染。中国专利申请CN103801176A公开了一种利用臭氧将一氧化氮全部氧化成五氧化二氮进行高效脱硝的方法，但由于五氧化二氮的不稳定性，在脱硝处理中需对烟气进行降温控制，以维持五氧化二氮的稳定，但该方法不适于生产应用，因为生产中烟气温度很高，且变化较大，不利于降温控制，易造成脱硝效果不稳定。中国专利申请CN104971594A公开了一种气相氧化-液相氧化-吸收三段式干湿法烟气脱硝工艺，该工艺以臭氧为气相氧化剂，以双氧水、次氯酸钠、亚氯酸钠、氯酸钠、高锰酸钾、重络酸钾中的任意一种或几种作为液相氧化剂，以氢氧化镁作为吸收剂，该工艺方法不能对氮实现资源化利用，不利于对资源的循环利用。
发明内容
为解决现有技术中存在的不足，本发明提供了一种氨法氧化脱硝工艺，能够对烟道气进行高效脱硝处理的同时实现氮资源回收利用，并且不产生二次污染。
为实现上述目的，本发明的氨法氧化脱硝工艺，用于对烟道气的脱硝处理，其特征在于，该工艺包括以下步骤：
a、向经过脱硫除尘后的烟道气中加入臭氧，静态混合3~6s；
b、将步骤a氧化后的烟道气经由pH为7~10的吸收液吸收；
c、经过步骤b吸收后溢出的烟道气再经由双氧水溶液氧化；
d、将步骤c氧化后的烟道气最后依次经由pH为5~7的吸收液吸收，水吸收后排放；
所述步骤b、d中吸收液均为氨水和硝酸铵的混合盐溶液。
本发明的氨法氧化脱硝工艺是将对烟道气的臭氧氧化和双氧水氧化有序结合的同时，进一步将由 pH为7~10的弱碱性吸收液吸收臭氧氧化的烟道气，与由pH为5~7的弱酸性吸收液吸收双氧水再氧化的烟道气结合，来消除氮氧化物的排放污染并且实现氮资源的回收利用，为提高氮资源的可再利用性，先由pH为7~10的弱碱性吸收液吸收由臭氧氧化烟道气中NO得到的以NO2为主的氮氧化物，此吸收过程利用碱性环境提高对氮氧化物的吸收率，可完成对烟道气中大部分氮氧化物的吸收，未被吸收的少量氮氧化物再经双氧水再氧化后，进一步由pH为5~7的弱酸性吸收液吸收，可有效减少吸收液中氨的逸出，并最后经过水吸收，充分防止污染物的逸出造成的二次污染。两次吸收采用由不同氨水和硝酸铵配比形成的不同pH混合盐溶液作为吸收液，能有效提高吸收液中硝酸铵含量，利于氮资源的回收利用，实现循环经济。在上述脱硝工艺中，臭氧氧化阶段为提高对NO的氧化率，使臭氧与烟道气静态混合几秒钟来完成氧化反应；双氧水氧化阶段，利用双氧水对于NO的进一步原位氧化，提高吸收效果。因此本发明的脱硝工艺，是将臭氧氧化、双氧水氧化与氨法吸收进行有机有序结合，实现对烟道气的高效脱硝处理，而且能够对氮资源进行回收利用，且不产生氨逸出等造成的二次污染。
作为对上述方式的限定，所述步骤a中臭氧加入量为烟道气含有的NO摩尔量的0.5~0.8倍。
作为对上述方式的限定，所述步骤b采用喷淋吸收液的方式对烟道气进行逆流接触吸收。
作为对上述方式的限定，所述步骤c采用喷淋双氧水溶液的方式对烟道气进行逆流接触氧化。
作为对上述方式的限定，所述步骤c双氧水溶液中H2O2的量为经过步骤b吸收后溢出的烟道气含有的NO摩尔量的3~8倍。
作为对上述方式的限定，所述步骤c中双氧水溶液浓度为10~23%，温度为60~95℃。
作为对上述方式的限定，所述步骤d采用喷淋吸收液、喷淋水的方式对烟道气均进行逆流接触吸收。
进一步限定本发明脱硝工艺的操作条件参数，使对烟道气的脱硝处理率及氮资源的回收率更优。
同时，本发明还提供了一种实现氨法氧化脱硝工艺的反应装置，该反应装置包括吸收塔，在所述吸收塔内设有一级吸收室，在一级吸收室内设有一级吸收液喷淋器，所述一级吸收液喷淋器可喷淋步骤b中所述的吸收液，以及位于一级吸收液喷淋器上方的双氧水喷淋器，在所述一级吸收液喷淋器与一级吸收室的底部间连接有位于吸收塔外的一级循环泵，在所述一级循环泵与一级吸收液喷淋器之间并接有一级吸收液移出管，在一级吸收室底部还连接有一级氨水供应管路；所述吸收塔内于一级吸收室上方设有二级吸收室，所述二级吸收液喷淋器可喷淋步骤d中所述的吸收液，在二级吸收室的底部设有多个伸入二级吸收室内、并与一级吸收室连通的升气管，并在所述升气管的顶部设有升气帽，在二级吸收室内还设有二级吸收液喷淋器，以及位于二级吸收液喷淋器上方的水喷淋器，在二级吸收液喷淋器与二级吸收室的底部间连接有位于吸收塔外的二级循环泵，在所述二级循环泵与二级吸收液喷淋器之间并接有二级吸收液移出管，在二级吸收室底部还连接有二级氨水供应管路；在所述吸收塔上游连接有静态混合器，所述静态混合器与一级吸收室连通，所述静态混合器上游连接有烟道气输入管路，并在烟道气输入管路上设有臭氧喷枪。
作为对上述方式的限定，所述臭氧喷枪喷入的臭氧方向与烟道气流动方向成90度～145度。
作为对上述方式的限定，所述升气管的高度为1~1.5米。
在上述氨法氧化脱硝的反应装置中进行对烟道气的脱硝工艺，更利于对烟道气的连续处理，提高处理效率，当吸收液中硝酸铵浓度达到1.3-1.4g/cm3时，可从吸收液移出管及时移出吸收液，并通过后续的结晶、分离处理，得到硝酸铵产物，而对烟道气的处理仍可继续，并且移出部分吸收液的同时补充新的氨水更利于实现对烟道气的连续处理。
综上所述，采用本发明的技术方案，获得的氨法氧化脱硝工艺，是将臭氧氧化、双氧水氧化与氨法吸收进行有机有序结合，实现对烟道气的高效脱硝处理，脱硝工艺能耗低、运行成本低、吸收率高，而且能够对氮资源进行回收利用，且不产生氨逸出等造成的二次污染。同时，本发明还提供了氨法氧化脱硝的反应装置，利于对烟道气进行连续处理，提高处理效率。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述的氨法氧化脱硝的反应装置结构示意图；
附图标记说明：
1-吸收塔，2-一级吸收室，3-一级吸收液喷淋器，4-双氧水喷淋器，5-双氧水输入管路，6-一级循环泵，7-一级吸收液移出管，8-一级氨水供应管路，9-二级吸收室，10-升气管，11-升气帽，12-二级吸收液喷淋器，13-水喷淋器，14-水输入管路，15-二级循环泵，16-二级吸收液移出管， 17-二级氨水供应管路，18-静态混合器，19-烟道气输入管路，20-臭氧喷枪。
具体实施方式
本发明的氨法氧化脱硝工艺可在任何适合的反应装置中进行，也可在图1所示的反应装置中进行。如图1所示，该反应装置包括吸收塔1，在所述吸收塔1内设有一级吸收室2，在一级吸收室2内设有一级吸收液喷淋器3，以及位于一级吸收液喷淋器3上方的双氧水喷淋器4，所述双氧水喷淋器4连接在双氧水输入管路5上。在所述一级吸收液喷淋器3与一级吸收室2的底部间连接有位于吸收塔1外的一级循环泵6，用于将一级吸收液循环喷淋。循环喷淋过程，当一级吸收液浓度达到要求后，从并联设置在一级循环泵6和一级吸收液喷淋器3之间的一级吸收液移出管7移出一级吸收液。在一级吸收室2底部还连接有一级氨水供应管路8，用于向一级吸收液中补充氨水。所述吸收塔1内于一级吸收室2上方设有二级吸收室9，在二级吸收室9的底部设有多个伸入二级吸收室9内、并与一级吸收室2连通的升气管10，所述升气管10的高度为1~1.5米，优选为1.2米，并在所述升气管10的顶部设有可防止喷淋液进入的升气帽11。在二级吸收室9内设有二级吸收液喷淋器12，以及位于二级吸收液喷淋器12上方的水喷淋器13，所述水喷淋器13连接在水输入管路14上。在二级吸收液喷淋器12与二级吸收室9的底部间连接有位于吸收塔外1的二级循环泵15，用于将二级吸收液循环喷淋。循环喷淋过程，当二级吸收液浓度达到要求后，从并联设置在二级循环泵15和二级吸收液喷淋器12之间的二级吸收液移出管16移出二级吸收液。在二级吸收室9底部还连接有二级氨水供应管路17，用于向二级吸收液中补充氨水。在所述吸收塔1上游连接有静态混合器18，所述静态混合器18与一级吸收室2连通，所述静态混合器18上游连接有烟道气输入管路19，并在烟道气输入管路19上设有臭氧喷枪20。
实施例一
本实施例涉及本发明所述的氨法氧化脱硝工艺脱硝效率的评价，以下各实施例均在图1的反应装置中进行。
实施例1.1
向反应装置的烟道气输入管路通入经过脱硫除尘后的烟道气，经检测通入的烟道气中NO含量为300mg/m3，通过臭氧喷枪以与烟道气流动方向成90度的方向喷入臭氧，臭氧加入量为烟道气中NO摩尔量的0.6倍，加入臭氧的烟道气在静态混合器中停留6s，然后进入吸收塔的一级吸收室，在一级吸收室内喷淋pH值为8、组分为氨水和硝酸铵混合盐溶液的一级吸收液，通过一级循环泵使一级吸收液进行循环喷淋，形成高度为2~3米的一级吸收液喷淋层，在循环喷淋过程检测一级吸收液的硝酸铵浓度，当达到1.3-1.4g/cm3时，从一级吸收液移出管及时移出部分吸收液，并通过氨水供应管路向一级吸收液中补充氨水，以维持一级吸收液的弱碱性pH值。经由一级吸收液吸收后逸出的烟道气，经检测剩余NO含量为109mg/m3，然后与双氧水喷淋器不断喷入的双氧水溶液进行氧化作用，双氧水溶液喷淋层高度为2~3米，喷入的双氧水溶液温度为60℃、浓度为15%，双氧水溶液中H2O2的量为烟道气剩余NO的摩尔量的6倍。经过双氧水溶液二次氧化后的烟道气进入二级吸收室，在二级吸收室内喷淋pH值为5、组分为氨水和硝酸铵混合盐溶液的二级吸收液，通过二级循环泵使二级吸收液进行循环喷淋，在循环喷淋过程检测二级吸收液的硝酸铵浓度，当达到1.3-1.4g/cm3时，从二级吸收液移出管及时移出部分吸收液，并通过氨水供应管路向二级吸收液中补充氨水，以维持二级吸收液的弱酸性pH值。经由二级吸收液吸收后逸出的烟道气，最后经过三层喷淋水吸收后排放。
上述脱硝工艺中的脱硝效率达87%，处理后烟道气中氮氧化物含量为39 mg/m3，符合烟气直接排放要求。
实施例1.2
向反应装置的烟道气输入管路通入经过脱硫除尘后的烟道气，经检测通入的烟道气中NO含量为260 mg/m3，通过臭氧喷枪以与烟道气流动方向成90度的方向喷入臭氧，臭氧加入量为烟道气中NO摩尔量的0.5倍，加入臭氧的烟道气在静态混合器中停留4s，然后进入吸收塔的一级吸收室，在一级吸收室内喷淋pH值为8.2、组分为氨水和硝酸铵混合盐溶液的一级吸收液，通过一级循环泵使一级吸收液进行循环喷淋，形成高度为2~3米的一级吸收液喷淋层，在循环喷淋过程检测一级吸收液的硝酸铵浓度，当达到1.3-1.4g/cm3时，从一级吸收液移出管及时移出部分吸收液，并通过氨水供应管路向一级吸收液中补充氨水，以维持一级吸收液的弱碱性pH值。经由一级吸收液吸收后逸出的烟道气，经检测剩余NO含量为118mg/m3，然后与双氧水喷淋器不断喷入的双氧水溶液进行氧化作用，双氧水溶液喷淋层高度为2~3米，喷入的双氧水溶液温度为70℃、浓度为15%，双氧水溶液中H2O2的量为烟道气剩余NO摩尔量的5倍。经过双氧水溶液二次氧化后的烟道气进入二级吸收室，在二级吸收室内喷淋pH值为5.2、组分为氨水和硝酸铵混合盐溶液的二级吸收液，通过二级循环泵使二级吸收液进行循环喷淋，在循环喷淋过程检测二级吸收液的硝酸铵浓度，当达到1.3-1.4g/cm3时，从二级吸收液移出管及时移出部分吸收液，并通过氨水供应管路向二级吸收液中补充氨水，以维持二级吸收液的弱酸性pH值。经由二级吸收液吸收后逸出的烟道气，最后经过三层喷淋水吸收后排放。
上述脱硝工艺中的脱硝效率达86.2%，处理后烟道气中氮氧化物含量为36 mg/m3，符合烟气直接排放要求。
实施例1.3
向反应装置的烟道气输入管路通入经过脱硫除尘后的烟道气，经检测通入的烟道气中NO含量为425 mg/m3，通过臭氧喷枪以与烟道气流动方向成130的方向喷入臭氧，臭氧加入量为烟道气中NO摩尔量的0.8倍，加入臭氧的烟道气在静态混合器中停留5s，然后进入吸收塔的一级吸收室，在一级吸收室内喷淋pH值为8.5、组分为氨水和硝酸铵混合盐溶液的一级吸收液，通过一级循环泵使一级吸收液进行循环喷淋，形成高度为2~3米的一级吸收液喷淋层，在循环喷淋过程检测一级吸收液的硝酸铵浓度，当达到1.3-1.4g/cm3时，从一级吸收液移出管及时移出部分吸收液，并通过氨水供应管路向一级吸收液中补充氨水，以维持一级吸收液的弱碱性pH值。经由一级吸收液吸收后逸出的烟道气，经检测剩余NO含量为133ppm，然后与双氧水喷淋器不断喷入的双氧水溶液进行氧化作用，双氧水溶液喷淋层高度为2~3米，喷入的双氧水溶液温度为80℃、浓度为20%，双氧水溶液中H2O2的加入量为烟道气剩余NO摩尔量的8倍。经过双氧水溶液二次氧化后的烟道气进入二级吸收室，在二级吸收室内喷淋pH值为5.5、组分为氨水和硝酸铵混合盐溶液的二级吸收液，通过二级循环泵使二级吸收液进行循环喷淋，在循环喷淋过程检测二级吸收液的硝酸铵浓度，当达到1.3-1.4g/cm3时，从二级吸收液移出管及时移出部分吸收液，并通过氨水供应管路向二级吸收液中补充氨水，以维持二级吸收液的弱酸性pH值。经由二级吸收液吸收后逸出的烟道气，最后经过三层喷淋水吸收后排放。
上述脱硝工艺中的脱硝效率达96.5%，处理后烟道气中氮氧化物含量为15ppm，符合烟气直接排放要求。
实施例1.4
向反应装置的烟道气输入管路通入经过脱硫除尘后的烟道气，经检测通入的烟道气中NO含量为200 mg/m3，通过臭氧喷枪以与烟道气流动方向成125度的方向喷入臭氧，臭氧加入量为烟道气中NO摩尔量的0.7倍，加入臭氧的烟道气在静态混合器中停留6s，然后进入吸收塔的一级吸收室，在一级吸收室内喷淋pH值为9、组分为氨水和硝酸铵混合盐溶液的一级吸收液，通过一级循环泵使一级吸收液进行循环喷淋，形成高度为2~3米的一级吸收液喷淋层，在循环喷淋过程检测一级吸收液的硝酸铵浓度，当达到1.3-1.4g/cm3时，从一级吸收液移出管及时移出部分吸收液，并通过氨水供应管路向一级吸收液中补充氨水，以维持一级吸收液的弱碱性pH值。经由一级吸收液吸收后逸出的烟道气，经检测剩余NO含量为80mg/m3，然后与双氧水喷淋器不断喷入的双氧水溶液进行氧化作用，双氧水溶液喷淋层高度为2~3米，喷入的双氧水溶液温度为70℃、浓度为12%，双氧水溶液中H2O2的加入量为烟道气剩余NO摩尔量的7倍。经过双氧水溶液二次氧化后的烟道气进入二级吸收室，在二级吸收室内喷淋pH值为6、组分为氨水和硝酸铵混合盐溶液的二级吸收液，通过二级循环泵使二级吸收液进行循环喷淋，在循环喷淋过程检测二级吸收液的硝酸铵浓度，当达到1.3-1.4g/cm3时，从二级吸收液移出管及时移出部分吸收液，并通过氨水供应管路向二级吸收液中补充氨水，以维持二级吸收液的弱酸性pH值。经由二级吸收液吸收后逸出的烟道气，最后经过三层喷淋水吸收后排放。
上述脱硝工艺中的脱硝效率达90%，处理后烟道气中氮氧化物含量为20 mg/m3，符合烟气直接排放要求。
实施例二
本实施例涉及本发明所述的氨法氧化脱硝工艺与其它脱硝工艺的对比评价。
实施例2.1
本实施例采用本发明所述的氨法氧化脱硝工艺，脱硝效率达82%~97%，处理后烟道气中氮氧化物含量为10~39 mg/m3，不存在氨逸出污染，符合烟气直接排放要求。
实施例2.2
本实施例采用以下对比工艺对烟道气进行脱硝处理，包括以下步骤：
向经过脱硫除尘后的烟道气中加入臭氧，静态混合后，喷入双氧水溶液进行进一步氧化，之后由氨水作为吸收液进行吸收，最后经过水吸收后排放。
该处理工艺的脱硝效率达68%~70%，处理后烟道气中氮氧化物含量为80~90ppm，存在氨逸出污染，不符合烟气直接排放要求。
实施例2.3
本实施例采用以下对比工艺对烟道气进行脱硝处理，包括以下步骤：
向经过脱硫除尘后的烟道气中加入臭氧，静态混合后，由氨水作为吸收液进行吸收，喷入双氧水溶液进行进一步氧化，之后再由氨水作为吸收液进行吸收，最后经过水吸收后排放。
该处理工艺的脱硝效率达73%~78%，处理后烟道气中氮氧化物含量为60~73ppm，存在严重的氨逸出污染，不符合烟气直接排放要求。
对比实施例2.1~2.3可见，本发明的氨法氧化脱硝工艺，脱硝效率高，处理后的烟道气符合直接排放标准，不存在二次污染，还可回收硝酸铵，实现氮资源的回收利用。

Claims (10)

1.一种氨法氧化脱硝工艺，用于对烟道气的脱硝处理，其特征在于，该工艺包括以下步骤：
a、向经过脱硫除尘后的烟道气中加入臭氧，静态混合3~6s；
b、将步骤a氧化后的烟道气经由pH为7~10的吸收液吸收；
c、经过步骤b吸收后溢出的烟道气再经由双氧水溶液氧化；
d、将步骤c氧化后的烟道气最后依次经由pH为5~7的吸收液吸收，水吸收后排放；
所述步骤b、d中吸收液均为氨水和硝酸铵的混合盐溶液。
2.根据权利要求1所述的氨法氧化脱硝工艺，其特征在于：所述步骤a中臭氧加入量为烟道气含有的NO摩尔量的0.5~0.8倍。
3.根据权利要求1所述的氨法氧化脱硝工艺，其特征在于：所述步骤b采用喷淋吸收液的方式对烟道气进行逆流接触吸收。
4.根据权利要求1所述的氨法氧化脱硝工艺，其特征在于：所述步骤c采用喷淋双氧水溶液的方式对烟道气进行逆流接触氧化。
5.根据权利要求1所述的氨法氧化脱硝工艺，其特征在于：所述步骤c双氧水溶液中H2O2的量为经过步骤b吸收后溢出的烟道气含有的NO摩尔量的3~8倍。
6.根据权利要求1所述的氨法氧化脱硝工艺，其特征在于：所述步骤c中双氧水溶液浓度为10~23%，温度为60~95℃。
7.根据权利要求1所述的氨法氧化脱硝工艺，其特征在于：所述步骤d采用喷淋吸收液、喷淋水的方式对烟道气均进行逆流接触吸收。
8.一种实现权利要求1-7中任一项所述氨法氧化脱硝工艺的反应装置，其特征在于：包括吸收塔，在所述吸收塔内设有一级吸收室，在一级吸收室内设有一级吸收液喷淋器，所述一级吸收液喷淋器可喷淋步骤b中所述的吸收液，以及位于一级吸收液喷淋器上方的双氧水喷淋器，在所述一级吸收液喷淋器与一级吸收室的底部间连接有位于吸收塔外的一级循环泵，在所述一级循环泵与一级吸收液喷淋器之间并接有一级吸收液移出管，在一级吸收室底部还连接有一级氨水供应管路；所述吸收塔内于一级吸收室上方设有二级吸收室，所述二级吸收液喷淋器可喷淋步骤d中所述的吸收液，在二级吸收室的底部设有多个伸入二级吸收室内、并与一级吸收室连通的升气管， 并在所述升气管的顶部设有升气帽，在二级吸收室内还设有二级吸收液喷淋器，以及位于二级吸收液喷淋器上方的水喷淋器，在二级吸收液喷淋器与二级吸收室的底部间连接有位于吸收塔外的二级循环泵，在所述二级循环泵与二级吸收液喷淋器之间并接有二级吸收液移出管，在二级吸收室底部还连接有二级氨水供应管路；在所述吸收塔上游连接有静态混合器，所述静态混合器与一级吸收室连通，所述静态混合器上游连接有烟道气输入管路，并在烟道气输入管路上设有臭氧喷枪。
9.根据权利要求8所述的反应装置，其特征在于：所述臭氧喷枪喷入的臭氧方向与烟道气流动方向成90度～145度。
10.根据权利要求8所述的反应装置，其特征在于：所述升气管的高度为1-1.5米。
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