CN107837649A - 一种喷淋式烟气同时脱硫脱氮的方法 - Google Patents

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Abstract

一种喷淋式烟气同时脱硫脱氮的方法，它涉及一种烟气脱硫脱氮的方法。本发明的目的是要解决现有催化氧化吸收法存在烟气脱氮的成本高的问题。喷淋式烟气同时脱硫脱氮的方法：烟气先进行除尘，然后进入吸收塔除硫，对含硫水进行电解，含过硫酸盐水Ⅰ部分作为除硫后烟气喷淋液使用，另一部分加入沉淀剂进行离心分离，除硫后烟气进入吸收塔除氮，除氮后烟气排出，含硫含氮水再次进行电解，含过硫酸盐水Ⅱ部分作为除硫后烟气喷淋液使用，另一部分加入沉淀剂进行离心分离。优点：不使用昂贵的一氧化氮氧化催化剂，降低烟气脱氮的成本；以废治废；90％以上的一氧化氮转化为了二氧化氮。本发明主要用于烟气脱硫脱氮。

Description

一种喷淋式烟气同时脱硫脱氮的方法
技术领域
本发明涉及一种烟气脱硫脱氮的方法。
背景技术
催化氧化吸收法是烟气脱氮常用的技术。烟气中的一氧化氮在催化剂的作用下，在高温条件下与氧气反应生成二氧化氮。经过处理的烟气被水吸收形成硝酸和亚硝酸。由于烟气中含有的硫组分对催化剂具有毒性，一氧化氮的氧化效率会快速降低(一氧化氮转化率70％左右)。同时，使用的催化剂多数由贵金属合成，加大了烟气脱氮的成本。
发明内容
本发明的目的是要解决现有催化氧化吸收法存在烟气脱氮的成本高的问题，而提供一种喷淋式烟气同时脱硫脱氮的方法。
一种喷淋式烟气同时脱硫脱氮的方法，具体是按以下步骤完成的：
烟气经过除尘进入吸收塔与喷淋液混合吸收，得到含硫水和除硫后烟气，对含硫水进行电解，得到含过硫酸盐水Ⅰ，含过硫酸盐水Ⅰ部分作为除硫后烟气喷淋液使用，另一部分加入沉淀剂进行离心分离，除硫后烟气进入吸收塔与含过硫酸盐水混合吸收，得到含硫含氮水和除氮后烟气，除氮后烟气排出，对含硫含氮水再次进行电解，得到含过硫酸盐水Ⅱ，含过硫酸盐水Ⅱ部分作为除硫后烟气喷淋液使用，另一部分加入沉淀剂进行离心分离。
发明原理：本发明使用电解法可以将烟气中的硫氧化为高价态的过硫酸盐，烟气的温度可以活化过硫酸盐生成硫酸根自由基。硫酸根自由基有很强的氧化能力，能够在低温下快速氧化一氧化氮。在经过处理的水中加入沉淀剂可以回收水中的硫酸盐和过硫酸盐。
本发明的优点：一、本发明不使用昂贵的一氧化氮氧化催化剂，大大降低了烟气脱氮的成本；二、本发明电解装置易于实现自动化控制；三、本发明原位利用烟气中的硫，以废治废，进一步降低烟气处理成本；四、本发明无需额外加热，在较低温度下(30～100℃)完成一氧化氮的氧化，节约了能源；五、实现同步脱硫脱氮，且经检测90％以上的一氧化氮转化为了二氧化氮。
附图说明
图1是喷淋式烟气同时脱硫脱氮系统结构示意图，图中1表示除尘装置，2表示一次吸收塔，3表示一次吸收塔喷淋液，4表示含硫水，5表示电解装置，6表示二次吸收塔喷淋液，7表示含硫含氮水，8表示沉淀剂，9表示离心装置，10表示沉淀，11表示上清液，12表示空气氧化泵，13表示除氮后烟气，14表示二次吸收塔，15表示含硫水单向阀，16表示含硫含氮水单向阀，17表示水泵，18表示离心单向阀，19表示二次吸收塔喷淋液单向阀，20表示流量计，21表示除硫后烟气，22表示烟气，23表示含过硫酸盐水Ⅰ，24表示含过硫酸盐水Ⅱ；
图2是本发明工艺流程图。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式是一种喷淋式烟气同时脱硫脱氮的方法，具体是按以下步骤完成的：
烟气经过除尘进入吸收塔与喷淋液混合吸收，得到含硫水和除硫后烟气，对含硫水进行电解，得到含过硫酸盐水Ⅰ，含过硫酸盐水Ⅰ部分作为除硫后烟气喷淋液使用，另一部分加入沉淀剂进行离心分离，除硫后烟气进入吸收塔与含过硫酸盐水混合吸收，得到含硫含氮水和除氮后烟气，除氮后烟气排出，对含硫含氮水再次进行电解，得到含过硫酸盐水Ⅱ，含过硫酸盐水Ⅱ部分作为除硫后烟气喷淋液使用，另一部分加入沉淀剂进行离心分离。
本实施方式使用电解法可以将烟气中的硫氧化为高价态的过硫酸盐，烟气的温度可以活化过硫酸盐生成硫酸根自由基。硫酸根自由基有很强的氧化能力，能够在低温下快速氧化一氧化氮。在经过处理的水中加入沉淀剂可以回收水中的硫酸盐和过硫酸盐。该方法避免了催化剂的使用，降低了一氧化氮氧化的温度，可以达到同时脱硫脱氮的目的，是一种以废治废、环境友好的同步脱硫脱氮技术。
本实施方式不使用昂贵的一氧化氮氧化催化剂，大大降低了烟气脱氮的成本；二、本发明电解装置易于实现自动化控制。
本实施方式原位利用烟气中的硫，以废治废，进一步降低烟气处理成本。
本实施方式无需外加热，在较低温度下(30～100℃)完成一氧化氮的氧化，节约了能源。
本实施方式同步脱硫脱氮，且经检测90％以上的一氧化氮转化为了二氧化氮。
具体实施方式二：结合图1和图2，本实施方式与具体实施方式一的不同点是：采用喷淋式烟气同时脱硫脱氮系统完成烟气同时脱硫脱氮，所述喷淋式烟气同时脱硫脱氮系统包括除尘装置1、一次吸收塔2、电解装置5、二次吸收塔14和离心装置9，除尘装置1的出气口与一次吸收塔2的进气口连通，一次吸收塔2的出水口与电解装置5的进水口连通，经过水泵15将电解装置5的出水口与二次吸收塔14的喷淋口连通，二次吸收塔14的出水口与电解装置5的进水口连通，一次吸收塔2的出气口与二次吸收塔14的进气口连通，二次吸收塔14的出气口与外界连通，电解装置5的出水口与离心装置9的进水口连通；具体是按以下步骤完成的：
一、烟气经过除尘装置1后进入一次吸收塔2与一次吸收塔喷淋液3混合吸收，得到含硫水4和除硫后烟气；
二、将含硫水4作为电解液进入电解装置5，在电解装置5的阳极施加电压为1.8V～1000V进行电解，得到含过硫酸盐水Ⅰ，含过硫酸盐水Ⅰ部分作为二次吸收塔喷淋液6使用，另一部分送入离心装置9中；
三、将除硫后烟气进入二次吸收塔14，除硫后烟气与含过硫酸盐水Ⅰ混合吸收，得到除氮后烟气13和含硫含氮水7，除氮后烟气13直接从二次吸收塔14排出，含硫含氮水7再次进入电解装置5与含硫水4混合，在电解装置5的阳极施加电压为1.8V～1000V进行电解，得到含过硫酸盐水Ⅱ，含过硫酸盐水Ⅱ部分作为二次吸收塔喷淋液6使用，另一部分送入离心装置9中；
四、含过硫酸盐水Ⅰ送入离心装置9中后向离心装置9中加入沉淀剂8，进行离心分离，离心分离得到的上清液11和沉淀10；含过硫酸盐水Ⅱ送入离心装置9中后向离心装置9中加入沉淀剂8，进行离心分离，离心分离得到的上清液11和沉淀10。
其他与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图1，本实施方式与具体实施方式二的不同点是：所述沉淀剂8为含有金属阳离子的盐，所述金属阳离子为钙离子、钾离子或钙离子和钾离子的混合物。其他与具体实施方式二相同。
具体实施方式四：结合图1，本实施方式与具体实施方式二或三之一不同点是：步骤四中所述含过硫酸盐水Ⅰ中S元素与沉淀剂8中金属阳离子的摩尔比为1:0.3～5；步骤四中所述含过硫酸盐水Ⅱ中S元素与沉淀剂8中金属阳离子的摩尔比为1:0.3～5。其他与具体实施方式二或三相同。
具体实施方式五：结合图1，本实施方式与具体实施方式二至四之一不同点是：所述喷淋式烟气同时脱硫脱氮系统还包括溶解氧电极和空气氧化泵12，溶解氧电极设置在电解装置5中，空气氧化泵12的曝气头设置在一次吸收塔2内底部。其他与具体实施方式二至四相同。
利用溶解氧电极实时检测溶解氧的浓度，当溶解氧的浓度低于0.1mg/L时，启动空气氧化泵进行充氧，保证溶解氧浓度不低于1mg/L。
具体实施方式六：结合图1，本实施方式与具体实施方式二至五之一不同点是：所述喷淋式烟气同时脱硫脱氮系统还包括参比电极，参比电极设置在电解装置5中，所述参比电极为饱和甘汞电极、银/氯化银电极、汞/氧化汞电极或者汞/硫酸亚汞电极。其他与具体实施方式二至五相同。
利用参比电极实时检测电极电压，保证电解时电解电压不低于1.8V。
具体实施方式七：结合图1，本实施方式与具体实施方式二至六之一不同点是：所述电解装置5为平板式电解槽或圆筒状电解槽，所述圆筒状电解槽的阳极为圆筒状电极，阴极被阳极包裹；所述平板式电解槽的阳极和阴极之间放置阳离子交换膜，且平板式电解槽由多组阳极和阴极串联或并联组成。其他与具体实施方式二至六相同。
本实施方式所述的电解装置设置在一次吸收塔内，设置在吸收塔外部。
本实施方式电解装置为圆筒状电解槽的阳极为圆筒状电极，阴极被阳极包裹，这种设置可以提高阳极的表面积，有利于过硫酸盐的生成。
本实施方式平板式电解槽由多组阳极和阴极串联或并联组成，且在平板式电解槽的阳极和阴极之间放置阳离子交换膜，保证阳极过硫酸盐不被阴极还原。
具体实施方式八：结合图1，本实施方式与具体实施方式二至七之一不同点是：所述电解装置5的阳极为金属电极、金属氧化物电极、金属氢氧化物电极、碳材料电极或金刚石薄膜电极；所述金属电极、金属氧化物电极和金属氢氧化物电极中金属为钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、铝、镓、锗、钇、锆、铌、钼、钌、铑、钯、银、钽、钨、铱、铂、金、铅、铟、锡、锑或铈；所述碳材料电极为石墨电极、活性碳电极、玻璃碳电极、碳纤维电极、碳纳米管电极或碳材料复合电极。其他与具体实施方式二至七相同。
具体实施方式九：结合图1，本实施方式与具体实施方式二至八之一不同点是：所述电解装置5的阴极为金属电极、金属氧化物电极、金属氢氧化物电极、碳材料电极或金刚石薄膜电极；所述金属电极、金属氧化物电极和金属氢氧化物电极中金属为钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、铝、镓、锗、钇、锆、铌、钼、钌、铑、钯、银、钽、钨、铱、铂、金、铅、铟、锡、锑或铈；所述碳材料电极为石墨电极、活性碳电极、玻璃碳电极、碳纤维电极、碳纳米管电极或碳材料复合电极。其他与具体实施方式二至八相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式二至九之一不同点是：所述电解装置5内的阳极一侧填充颗粒电极。其他与具体实施方式二至九相同。
当电解装置5为圆筒状电解槽时，颗粒电极填充于圆筒状电解槽内。
当电解装置5为平板式电解槽，平板式电解槽的阳极和阴极之间放置阳离子交换膜，颗粒电极填充于阳极室。
具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式十的不同点是：所述颗粒电极为金属电极、金属氧化物电极、金属氢氧化物电极、碳材料电极或金刚石薄膜电极；所述金属电极、金属氧化物电极和金属氢氧化物电极中金属为钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、铝、镓、锗、钇、锆、铌、钼、钌、铑、钯、银、钽、钨、铱、铂、金、铅、铟、锡、锑或铈；所述碳材料电极为石墨电极、活性碳电极、玻璃碳电极、碳纤维电极、碳纳米管电极或碳材料复合电极。其他与具体实施方式十相同。
具体实施方式十二：结合图1，本实施方式与具体实施方式二至十一之一不同点是：步骤一中所述一次吸收塔喷淋液3为水。其他与具体实施方式二至十一相同。
本发明内容不仅限于上述各实施方式的内容，其中一个或几个具体实施方式的组合同样也可以实现发明的目的。
采用下述试验验证本发明效果
实施例1：结合图1，一种喷淋式烟气同时脱硫脱氮的方法，采用喷淋式烟气同时脱硫脱氮系统完成烟气同时脱硫脱氮，所述喷淋式烟气同时脱硫脱氮系统包括除尘装置1、一次吸收塔2、电解装置5、二次吸收塔14和离心装置9，除尘装置1的出气口与一次吸收塔2的进气口连通，一次吸收塔2的出水口与电解装置5的进水口连通，经过水泵15将电解装置5的出水口与二次吸收塔14的喷淋口连通，二次吸收塔14的出水口与电解装置5的进水口连通，一次吸收塔2的出气口与二次吸收塔14的进气口连通，二次吸收塔14的出气口与外界连通，电解装置5的出水口与离心装置9的进水口连通；具体是按以下步骤完成的：
一、烟气经过除尘装置1后进入一次吸收塔2与一次吸收塔喷淋液3混合吸收，得到含硫水4和除硫后烟气；
二、将含硫水4作为电解液进入电解装置5，在电解装置5的阳极施加电压为2.2V进行电解，得到含过硫酸盐水Ⅰ，含过硫酸盐水Ⅰ部分作为二次吸收塔喷淋液6使用，另一部分送入离心装置9中；
三、将除硫后烟气进入二次吸收塔14，除硫后烟气与含过硫酸盐水Ⅰ混合吸收，得到除氮后烟气13和含硫含氮水7，除氮后烟气13直接从二次吸收塔14排出，含硫含氮水7再次进入电解装置5与含硫水4混合，在电解装置5的阳极施加电压为2.2V进行电解，得到含过硫酸盐水Ⅱ，含过硫酸盐水Ⅱ部分作为二次吸收塔喷淋液6使用，另一部分送入离心装置9中；
四、含过硫酸盐水Ⅰ送入离心装置9中后向离心装置9中加入沉淀剂8，进行离心分离，离心分离得到的上清液11和沉淀10；含过硫酸盐水Ⅱ送入离心装置9中后向离心装置9中加入沉淀剂8，进行离心分离，离心分离得到的上清液11和沉淀10。
本实施例步骤四中所述沉淀剂为氢氧化钾，且步骤四中所述含过硫酸盐水Ⅰ中S元素与沉淀剂8中金属阳离子的摩尔比为1:2；步骤四中所述含过硫酸盐水Ⅱ中S元素与沉淀剂8中金属阳离子的摩尔比为1:2。
本实施例所述喷淋式烟气同时脱硫脱氮系统还包括溶解氧电极和空气氧化泵12，溶解氧电极设置在电解装置5中，空气氧化泵12的曝气头设置在一次吸收塔2内底部，利用溶解氧电极实时检测溶解氧的浓度，当溶解氧的浓度低于0.1mg/L时，启动空气氧化泵进行充氧，保证溶解氧浓度不低于1mg/L。
本实施例所述喷淋式烟气同时脱硫脱氮系统还包括参比电极，参比电极设置在电解装置5中，所述参比电极为银/氯化银电极，利用参比电极实时检测电极电压。
本实施例所述电解装置5为平板式电解槽；且平板式电解槽为十个阳极和十个阴极串联间隔放置的串联式平板式电解槽，平板式电解槽的阳极和阴极之间放置阳离子交换膜。
本实施例所述的电解装置5设置在吸收塔外部。
本实施例所述电解装置5的阳极为金属铂电极，阴极为不锈钢。
本实施例步骤一中所述一次吸收塔喷淋液3为水。
本实施例所述喷淋式烟气同时脱硫脱氮系统如图1所示，图1是喷淋式烟气同时脱硫脱氮系统结构示意图，图中1表示除尘装置，2表示一次吸收塔，3表示一次吸收塔喷淋液，4表示含硫水，5表示电解装置，6表示二次吸收塔喷淋液，7表示含硫含氮水，8表示沉淀剂，9表示离心装置，10表示沉淀，11表示上清液，12表示空气氧化泵，13表示除氮后烟气，14表示二次吸收塔，15表示含硫水单向阀，16表示含硫含氮水单向阀，17表示水泵，18表示离心单向阀，19表示二次吸收塔喷淋液单向阀，20表示流量计，21表示除硫后烟气，22表示烟气，23表示含过硫酸盐水Ⅰ，24表示含过硫酸盐水Ⅱ；
本实施例喷淋式烟气同时脱硫脱氮系统运行30min后，通过测量除尘后烟气及除氮后烟气，计算一氧化氮的转化率，数据表明90％以上的一氧化氮被吸收，转化为了二氧化氮，进而转化成硝酸，被回收，对实施例得到的沉淀10进行检测，可知沉淀10中过硫酸钾的含量大于95％。

Claims (10)

1.一种喷淋式烟气同时脱硫脱氮的方法，其特征在于一种喷淋式烟气同时脱硫脱氮的方法是按以下步骤完成的：
烟气经过除尘进入吸收塔与喷淋液混合吸收，得到含硫水和除硫后烟气，对含硫水进行电解，得到含过硫酸盐水Ⅰ，含过硫酸盐水Ⅰ部分作为除硫后烟气喷淋液使用，另一部分加入沉淀剂进行离心分离，除硫后烟气进入吸收塔与含过硫酸盐水混合吸收，得到含硫含氮水和除氮后烟气，除氮后烟气排出，对含硫含氮水再次进行电解，得到含过硫酸盐水Ⅱ，含过硫酸盐水Ⅱ部分作为除硫后烟气喷淋液使用，另一部分加入沉淀剂进行离心分离。
2.如权利要求1所述一种喷淋式烟气同时脱硫脱氮的方法，其特征在于采用喷淋式烟气同时脱硫脱氮系统完成烟气同时脱硫脱氮，所述喷淋式烟气同时脱硫脱氮系统包括除尘装置(1)、一次吸收塔(2)、电解装置(5)、二次吸收塔(14)和离心装置(9)，除尘装置(1)的出气口与一次吸收塔(2)的进气口连通，一次吸收塔(2)的出水口与电解装置(5)的进水口连通，经过水泵(15)将电解装置(5)的出水口与二次吸收塔(14)的喷淋口连通，二次吸收塔(14)的出水口与电解装置(5)的进水口连通，一次吸收塔(2)的出气口与二次吸收塔(14)的进气口连通，二次吸收塔(14)的出气口与外界连通，电解装置(5)的出水口与离心装置(9)的进水口连通；具体是按以下步骤完成的：
一、烟气经过除尘装置(1)后进入一次吸收塔(2)与一次吸收塔喷淋液(3)混合吸收，得到含硫水(4)和除硫后烟气；
二、将含硫水(4)作为电解液进入电解装置(5)，在电解装置(5)的阳极施加电压为1.8V～1000V下进行电解，得到含过硫酸盐水Ⅰ，含过硫酸盐水Ⅰ部分作为二次吸收塔喷淋液(6)使用，另一部分送入离心装置(9)中；
三、将除硫后烟气进入二次吸收塔(14)，除硫后烟气与含过硫酸盐水Ⅰ混合吸收，得到除氮后烟气(13)和含硫含氮水(7)，除氮后烟气(13)直接从二次吸收塔(14)排出，含硫含氮水(7)再次进入电解装置(5)与含硫水(4)混合，在电解装置(5)的阳极施加电压为1.8V～1000V进行电解，得到含过硫酸盐水Ⅱ，含过硫酸盐水Ⅱ部分作为二次吸收塔喷淋液(6)使用，另一部分送入离心装置(9)中；
四、含过硫酸盐水Ⅰ和含过硫酸盐水Ⅱ送入离心装置(9)中后向离心装置(9)中加入沉淀剂(8)，进行离心分离，离心分离得到的上清液(11)和沉淀(10)。
3.根据权利要求2所述的一种喷淋式烟气同时脱硫脱氮的方法，其特征在于步骤四中所述沉淀剂(8)为含有金属阳离子的盐，所述金属阳离子为钙离子、钾离子或钙离子和钾离子的混合物。
4.根据权利要求3所述的一种喷淋式烟气同时脱硫脱氮的方法，其特征在于步骤四中所述含过硫酸盐水Ⅰ和含过硫酸盐水Ⅱ中S元素与沉淀剂(8)中金属阳离子的摩尔比为1:(0.3～5)。
5.根据权利要求2所述的一种喷淋式烟气同时脱硫脱氮的方法，其特征在于所述喷淋式烟气同时脱硫脱氮系统还包括溶解氧电极和空气氧化泵(12)，溶解氧电极设置在电解装置(5)中，空气氧化泵(12)的曝气头设置在一次吸收塔(2)内底部。
6.根据权利要求2或5所述的一种喷淋式烟气同时脱硫脱氮的方法，其特征在于所述喷淋式烟气同时脱硫脱氮系统还包括参比电极，参比电极设置在电解装置(5)中，所述参比电极为饱和甘汞电极、银/氯化银电极、汞/氧化汞电极或者汞/硫酸亚汞电极。
7.根据权利要求2所述的一种喷淋式烟气同时脱硫脱氮的方法，其特征在于所述电解装置(5)为平板式电解槽或圆筒状电解槽，所述圆筒状电解槽的阳极为圆筒状电极，阴极被阳极包裹；所述平板式电解槽的阳极和阴极之间放置阳离子交换膜，且平板式电解槽由多组阳极和阴极串联或并联组成。
8.根据权利要求2所述的一种喷淋式烟气同时脱硫脱氮的方法，其特征在于所述电解装置(5)的阳极为金属电极、金属氧化物电极、金属氢氧化物电极、碳材料电极或金刚石薄膜电极；所述金属电极、金属氧化物电极和金属氢氧化物电极中金属为钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、铝、镓、锗、钇、锆、铌、钼、钌、铑、钯、银、钽、钨、铱、铂、金、铅、铟、锡、锑或铈；所述碳材料电极为石墨电极、活性碳电极、玻璃碳电极、碳纤维电极、碳纳米管电极或碳材料复合电极。
9.根据权利要求2或8所述的一种喷淋式烟气同时脱硫脱氮的方法，其特征在于所述电解装置(5)的阴极为金属电极、金属氧化物电极、金属氢氧化物电极、碳材料电极或金刚石薄膜电极；所述金属电极、金属氧化物电极和金属氢氧化物电极中金属为钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、铝、镓、锗、钇、锆、铌、钼、钌、铑、钯、银、钽、钨、铱、铂、金、铅、铟、锡、锑或铈；所述碳材料电极为石墨电极、活性碳电极、玻璃碳电极、碳纤维电极、碳纳米管电极或碳材料复合电极。
10.根据权利要求2所述的一种喷淋式烟气同时脱硫脱氮的方法，其特征在于步骤一中所述一次吸收塔喷淋液(3)为水。
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