CN107441909A - 脱硫脱硝混合反应装置及脱硫脱硝一体化工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了脱硫脱硝混合反应装置及脱硫脱硝一体化工艺，该反应装置包括装置本体以及设置在装置本体内部的反应釜和至少一根烟气管道，装置本体上设有与反应釜连通的烟气进口、烟气出口和臭氧进口，反应釜通过烟气管道与烟气进口连通，装置本体与反应釜和烟气管道之间形成密闭的第一冷却介质通道，装置本体上还设有与第一冷却介质通道连通的第一冷却介质进口和第一冷却介质出口。该脱硫脱硝工艺包括除尘、换热、通入臭氧反应、碱液吸收。本发明的反应装置可以同时进行换热和脱硫脱硝反应，不仅可以回收利用烟气的余热，换热效率高，而且避免了与臭氧反应的烟气温度过高，从而导致臭氧分解；同时本发明工艺的脱硫脱硝效率高。

Description

脱硫脱硝混合反应装置及脱硫脱硝一体化工艺
技术领域
本发明涉及一种反应装置，尤其是涉及焦炉烟气脱硫脱硝混合反应装置，以及烟气脱硫脱硝一体化工艺。
背景技术
焦炉烟道废气为焦炉加热系统燃烧后的产物，因炉型、焦炉燃料和焦炉负荷的不同，焦炉总烟道的烟气温度在230～300℃之间，烟气含有大量热能。同时，焦炉烟气中含有大量的NOx和SO2，NOx含量在600～1200mg/Nm 3之间；SO2含量一般为60～150mg/Nm3，对于原料煤中有机硫含量比较高的企业，其焦炉烟道废气中的SO2含量可达350mg/Nm3，远远超出标准排放的限值。随着《炼焦炉大气污染物排放标准》(GB16171-2012)的实施，焦炉烟气到了必须治理的阶段；而从企业节能减排，降低生产成本的需要，焦炉烟气中的余热也必须得到高效合理的利用。
工业上对于NOx的脱除主要有下面几种：选择性催化还原法SCR、选择性非催化还原法SNCR、选择性非催化还原与选择性催化还原联合法SNCR-SCR、氧化液体吸收法、微生物法、活性炭吸附法、电子束法等。其中，前三种方法是目前世界上普遍应用的工业化方法。但是这三种方法各有其不足之处。SCR法是目前最为常用的脱硝方法，脱硝效率高，二次污染小，但设备投资费用大，需要用到催化剂，运行维护费用不低；而SNCR法投资和运行费用较少，脱硝效率较低。而对于SO2主要采用湿法石灰石-石膏法脱硫工艺进行处理。上述工艺能够满足环境保护的要求，但是投资成本与运行成本高，脱硫副产品如硫酸钙的利用价值低，脱硝的则是变成无价值的副产物氮气，同时消耗大量的还原剂氨以及贵重的催化剂。这些问题使得氧化吸收法成为焦化烟气脱硝脱硫的发展方向。
氧化吸收法一般使用臭氧或双氧水做氧化剂。臭氧的氧化还原电位为2.07V，氧化性仅次于羟基自由基。在氧化过程中，携带的氧原子被用掉，剩余的转变为氧气，进入稳定状态，在使用过程中没有二次污染。双氧水的氧化性较强，且来源广泛、价格便宜，并且经氧化过程后被还原为水，不会带来环境污染，是一种绿色氧化剂。但是根据研究表明，臭氧在150℃的条件下，分解率不高，但在温度高于200℃时，分解率明显增加。而现有技术中，烟气经余热回收后温度一般为180～220℃，因此若将臭氧通入余热回收后的烟气中进行反应，会造成一部分臭氧分解，从而影响脱硫脱硝的效率。同时，在现有技术中，经余热回收后的烟气在脱硫脱硝后，较高温度的烟气直接排放，并未对烟气的余热充分利用，造成资源的浪费。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服以上现有技术的缺点：提供一种换热效果良好的脱硫脱硝混合反应装置。
本发明的技术解决方案如下：一种脱硫脱硝混合反应装置，包括装置本体以及设置在装置本体内部的反应釜和至少一根烟气管道，所述装置本体上设有与反应釜连通的烟气进口、烟气出口和臭氧进口，所述反应釜通过烟气管道与烟气进口连通，所述装置本体与反应釜和烟气管道之间形成密闭的第一冷却介质通道，所述装置本体上还设有与第一冷却介质通道连通的第一冷却介质进口和第一冷却介质出口。
作为优选，所述反应釜和烟气管道外还套设有密闭的壳体，所述壳体与反应釜和烟气管道之间形成密闭的第二冷却介质通道，所述装置本体上设有与第二冷却介质通道连通的第二冷却介质入口和第二冷却介质出口，所述壳体与装置本体之间形成密闭的第一冷却介质通道。供第二冷却介质通过，将反应釜和烟气管道中的烟气温度置换出来，进一步提高烟气换热效率。
作为优选，所述壳体的形状与反应釜和烟气管道的形状一致，使第二冷却介质与反应釜和烟气管道更好的贴合，从而提高换热效率。
作为优选，该装置还包括用于控制烟气出口开闭的阀门，以及与阀门电连接的温度传感器、控制器，所述的温度传感器设置在反应釜内且与烟气接触，所述控制器根据温度传感器的温度信号控制阀门的开闭。用于检测反应釜内反应完成后的烟气温度，当烟气温度达到设定的温度值时，控制器控制阀门打开，烟气才能从烟气出口出去，避免烟气温度还较高时，烟气从烟气出口出去进入下一工序，造成烟气热量浪费。
作为优选，所述烟气管道的长度为反应釜高度的4～10倍，所述烟气管道的内径是反应釜内径的1/15～1/5倍，烟气管道长度越长、内径越小，烟气与冷却介质的接触面积越大，换热效率越高。
本发明还提供了一种脱硫脱硝一体化工艺，包括以下步骤：
S1、将焦炉烟气进行除尘处理；
S2、将经除尘后的烟气通入上述脱硫脱硝混合反应装置内，烟气通过烟气进口进入反应釜，同时通过第一冷却介质进口和第二冷却介质入口分别持续通入流动方向相反的第一冷却介质和第二冷却介质，降低烟气温度，第一冷却介质和第二冷却介质分别从第一冷却介质出口和第二冷却介质出口流出。
S3、通过臭氧进口往反应釜内通入臭氧，臭氧与烟气发生反应；
S4、步骤S3中反应完成后，打开阀门，烟气通过烟气出口进入吸收塔内，喷淋碱液，碱液与烟气发生反应，碱液在吸收塔内循环使用；
S5、步骤S4处理后的烟气检经测合格后直接排放。
作为优选，所述步骤S2中，第一冷却介质和第二冷却介质为水、水蒸汽、导热油、空气中的一种，且第二冷却介质的流动方向与烟气的流动方向相反。
作为优选，所述步骤S3中，待烟气的温度低于180℃时，再通过臭氧进口往反应釜内通入臭氧，以避免烟气温度较高造成臭氧分解。
作为优选，所述步骤S3中，通入反应釜的臭氧与烟气中的氮氧化物摩尔比为0.6～1.3。
作为优选，所述步骤S4中，通过温度传感器检测反应釜内烟气温度为45～65℃时，温度传感器将温度信号传给控制器，控制器控制阀门打开，烟气进入吸收塔内。避免烟气温度还较高时，烟气从烟气出口出去进入下一工序，造成烟气热量浪费。
所述步骤S4中，碱液可以是氨水、氢氧化钠、氢氧化钾和碳酸钠。用碱液同时吸收烟气中的SOx和被氧化的NOx，从而将烟气中的NOx和SOx彻底脱除干净，烟气达标排放。
与现有技术比较，本发明的有益效果是：
1、本发明的脱硫脱硝混合反应装置通过设置两个冷却介质通道，通过两种冷却介质进行换热，换热效果较好。
2、本发明中，与烟气换热后的第一冷却介质和第二冷却介质温度升可以循环使用，从而可以对烟气的余热进行回收利用，节约能源和资源。
3、本发明的脱硫脱硝混合反应装置通过设置烟气管道，使得烟气在进入反应釜前，烟气的温度达到180℃以下，从而不会造成臭氧的分解；另外烟气一边与臭氧发生反应，一边进行换热，提高工作效率。
4、本发明的脱硫脱硝效率高，脱硫效率可达到94％以上，脱硝效率可达到85％以上。
5、本发明的臭氧不仅对烟气中NOX具有良好的脱除效果，而且对烟气中的其他有害污染物，比如重金属汞也有一定的去除能力。
6、相较于传统的脱硫脱硝工艺存在设备投资高、占地面积大、系统复杂等缺点，本发明设备体积较小，结构紧凑，占地面积小。
7、本发明不使用催化剂，无催化剂中毒、反应器堵塞等问题，不存在催化剂定期更换问题，因此维护费用低。
附图说明
图1为本发明脱硫脱硝混合反应装置结构示意图；
图中所示，11、装置本体；12、第一冷却介质通道；13、第一冷却介质进口；14、第一冷却介质出口；21、反应釜；22、烟气管道；23、烟气进口；24、烟气出口；25、臭氧进口；31、壳体；32、第二冷却介质通道；33、第二冷却介质入口；34、第二冷却介质出口；4、阀门；5、温度传感器；6、控制器。
具体实施方式
下面用具体实施例对本发明做进一步详细说明，但本发明不仅局限于以下具体实施例。
实施例1
本发明提供了一种脱硫脱硝混合反应装置，它包括装置本体11以及设置在装置本体11内部的反应釜21和至少一根烟气管道22，所述装置本体11上设有与反应釜21连通的烟气进口23、烟气出口24和臭氧进口25，所述反应釜21通过烟气管道22与烟气进口23连通；所述装置本体11内还设有套设在反应釜21和烟气管道22外侧的密闭壳体31，所述壳体31的形状与反应釜21和烟气管道22的形状一致，所述壳体31与反应釜21和烟气管道22之间形成密闭的第二冷却介质通道32，所述装置本体11上设有与第二冷却介质通道32连通的第二冷却介质入口33和第二冷却介质出口34；所述壳体31与装置本体11之间形成密闭的第一冷却介质通道12，所述装置本体11上还设有与第一冷却介质通道12连通的第一冷却介质进口13和第一冷却介质出口14；所述烟气管道22的长度为反应釜21高度的4倍，所述烟气管道22的内径是反应釜21内径的1/5倍；该混合反应装置还包括用于控制烟气出口23开闭的阀门4，以及与阀门4电连接的温度传感器5、控制器6，所述的温度传感器5设置在反应釜21内且与烟气接触，所述控制器6根据温度传感器5的温度信号控制阀门4的开闭。
在本实施例中，所述烟气管道为若干根，若干根所述烟气管道均与反应釜连通，烟气管道数量越多，烟气与冷却介质接触面积越大，换热效率越高，同时这样在烟气进入反应釜时，烟气温度低于180℃，不会造成臭氧的分解。
本发明的脱硫脱硝混合反应装置是一个换热式反应器，它设有两个冷却介质通道，可以通过同时注入两种流动方向相反的冷却介质对烟气进行换热，因此换热效率高。同时，本发明的脱硫脱硝混合反应装置通过设置烟气管道，并通过增加烟气管道的数量、以及增加烟气管道的长度和减小烟气管道的内径，来增加烟气与冷却介质的接触面积，这样可以使得烟气在进入反应釜前，烟气的温度即可降到180℃以下，从而不会造成臭氧的分解。另外，本发明的装置还可以在臭氧发生反应的同时，烟气继续进行换热，直至脱硝反应完成，同时烟气温度降到45～65℃，打开阀门烟气进入下一工序反应。
本发明还提供一种脱硫脱硝一体化工艺，包括如下步骤：
S1、将焦炉烟气进行除尘处理；
S2、将经除尘后的烟气通入上述脱硫脱硝混合反应装置内，烟气通过烟气进口23进入反应釜21，同时通过第一冷却介质进口12和第二冷却介质入口32分别持续通入流动方向相反的第一冷却介质和第二冷却介质，本实施例中，第一冷却介质为空气，第二冷却介质为水，且第二冷却介质的流动方向与烟气的流动方向相反，第一冷却介质和第二冷却介质分别从第一冷却介质出口和第二冷却介质出口流出；
S3、待烟气的温度低于180℃时，通过臭氧进口25往反应釜21内通入臭氧，通入反应釜的臭氧与烟气中的氮氧化物摩尔比为0.6，臭氧与烟气发生反应；
S4、待反应完成后，通过温度传感器5检测反应釜内的温度，当烟气温度降低至45～65℃时，温度传感器5将温度信号传给控制器6，控制器6控制阀门4打开，烟气通过烟气出口24进入吸收塔内，喷淋碱液，碱液可以是氨水、氢氧化钠、氢氧化钾和碳酸钠，碱液与烟气发生反应，吸收烟气中的SOx和被氧化的NOx，从而将烟气中的NOx和SOx彻底脱除干净，碱液在吸收塔内循环使用；
S5、将步骤S4处理后烟气经检测合格后直接排放。
本发明的脱硝原理是利用臭氧的强氧化性，将不可溶的低价态氮氧化物氧化为可溶的高价态氮氧化物，然后在吸收塔内用碱液将高价态氮氧化物和SOx吸收，从而达到脱硫脱硝的目。本发明的脱硫脱硝效率高，脱硫效率可达到94％以上，脱硝效率可达到85％以上。
实施例2
本实施例提供的脱硫脱硝混合反应装置同实施例1，仅改变以下内容：烟气管道22的长度为反应釜21高度的7倍，所述烟气管道22的内径是反应釜21内径的1/10倍；
本实施例提供的一种脱硫脱硝一体化工艺同实施例1，仅改变以下内容：第一冷却介质为水，第二冷却介质为水，通入的臭氧与烟气中的氮氧化物摩尔比为1。
实施例3
本实施例提供的脱硫脱硝混合反应装置同实施例1，仅改变以下内容：烟气管道22的长度为反应釜21高度的10倍，所述烟气管道22的内径是反应釜21内径的1/15倍。
本实施例提供的一种脱硫脱硝一体化工艺同实施例1，仅改变以下内容：第一冷却介质为水，第二冷却介质为导热油，通入的臭氧与烟气中的氮氧化物摩尔比为1.3。
实施例1～3的脱硫脱硝混合反应装置在脱硫脱硝一体化工艺中使用效果如下(由于烟气中氮氧化物主要存在形式为NO，因此以NO测算催化剂的脱硝效率)，表1为脱硝效率结果，表2为脱硫效率结果：
表1
表2
从上表中可以看出本发明的脱硫脱硝混合反应装置及脱硫脱硝一体化工艺,采用脱硫脱硝混合反应装置进行烟气的脱硫脱硝效率高，排出的烟气中SOx和氮氧化物浓度完全能够满足污染物排放标准的要求。
本发明实施例涉及到的材料、试剂和实验设备，如无特别说明，均为符合催化剂制备以及空气净化领域的市售产品。
以上所述，仅为本发明的优选实施例，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的核心技术的前提下，还可以做出改进和润饰，这些改进和润饰也应属于本发明的专利保护范围。与本发明的权利要求书相当的含义和范围内的任何改变，都应认为是包括在权利要求书的范围内。

Claims (10)

1.一种脱硫脱硝混合反应装置，其特征在于：它包括装置本体(11)以及设置在装置本体(11)内部的反应釜(21)和至少一根烟气管道(22)，所述装置本体(11)上设有与反应釜(21)连通的烟气进口(23)、烟气出口(24)和臭氧进口(25)，所述反应釜(21)通过烟气管道(22)与烟气进口(23)连通，所述装置本体(11)与反应釜(21)和烟气管道(22)之间形成密闭的第一冷却介质通道(12)，所述装置本体(11)上还设有与第一冷却介质通道(12)连通的第一冷却介质进口(13)和第一冷却介质出口(14)。
2.根据权利要求1所述的脱硫脱硝混合反应装置，其特征在于：所述反应釜(21)和烟气管道(22)外还套设有密闭的壳体(31)，所述壳体(31)与反应釜(21)和烟气管道(22)之间形成密闭的第二冷却介质通道(32)，所述装置本体(11)上设有与第二冷却介质通道(32)连通的第二冷却介质入口(33)和第二冷却介质出口(34)；所述壳体(31)与装置本体(11)之间形成密闭的第一冷却介质通道(12)。
3.根据权利要求2所述的脱硫脱硝混合反应装置，其特征在于：所述壳体(31)的形状与反应釜(21)和烟气管道(22)的形状一致。
4.根据权利要求1所述的脱硫脱硝混合反应装置，其特征在于：该装置还包括用于控制烟气出口(23)开闭的阀门(4)，以及与阀门(4)电连接的温度传感器(5)、控制器(6)，所述的温度传感器(5)设置在反应釜(21)内且与烟气接触，所述控制器(6)根据温度传感器(5)的温度信号控制阀门(4)的开闭。
5.根据权利要求1所述的脱硫脱硝混合反应装置，其特征在于：所述烟气管道(22)的长度为反应釜(21)高度的4～10倍，所述烟气管道(22)的内径是反应釜(21)内径的1/15～1/5倍。
6.一种脱硫脱硝一体化工艺，其特征在于：包括以下步骤：
S1、将焦炉烟气进行除尘处理；
S2、将经除尘后的烟气通入上述脱硫脱硝混合反应装置内，烟气通过烟气进口(23)进入反应釜(21)，同时通过第一冷却介质进口(12)和第二冷却介质入口(32)分别持续通入流动方向相反的第一冷却介质和第二冷却介质，降低烟气温度，第一冷却介质和第二冷却介质分别从第一冷却介质出口(14)和第二冷却介质出口(34)流出。
S3、通过臭氧进口(25)往反应釜(21)内通入臭氧，臭氧与烟气发生反应；
S4、步骤S3中反应完成后，打开阀门(4)，烟气通过烟气出口(24)进入吸收塔内，喷淋碱液，碱液与烟气发生反应，碱液在吸收塔内循环使用；
S5、步骤S4处理后的烟气检经测合格后直接排放。
7.根据权利要求6所述的烟气脱硫脱硝一体化工艺，其特征在于：所述步骤S2中，第一冷却介质和第二冷却介质分别为水、水蒸汽、导热油、空气中的一种，且第二冷却介质的流动方向与烟气的流动方向相反。
8.根据权利要求6所述的烟气脱硫脱硝一体化工艺，其特征在于：所述步骤S3中，待烟气的温度低于180℃时，再往反应釜(21)中通入臭氧。
9.根据权利要求6所述的烟气脱硫脱硝一体化工艺，其特征在于：所述步骤S3中，通入反应釜的臭氧与烟气中的氮氧化物摩尔比为0.6～1.3。
10.根据权利要求6所述的烟气脱硫脱硝一体化工艺，其特征在于：所述步骤S4中，通过温度传感器(5)检测反应釜内烟气温度为45～65℃时，温度传感器(5)将温度信号传给控制器(6)，控制器(6)控制阀门(4)打开，烟气进入吸收塔内。
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