CN110152451A - 一种固体废物焚烧烟气中二噁英的脱除装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种固体废物焚烧烟气中二噁英的脱除装置及方法，其解决了现有固体废物焚烧产生烟气过程中活性炭只吸附二噁英不分解，催化剂催化分解二噁英反应所需温度高的的技术问题，其设有在线吸附部分和离线分解部分，在线吸附部分设有依次连通的流化床吸附塔和分离设备，流化床吸附塔能够将活性炭与含有二噁英的烟气混合，分离设备能够将吸附有二噁英活性炭与清洁烟气分离；离线分解部分设有活性炭再生反应器和活性炭输送设备，活性炭再生反应器与分离设备连通，活性炭输送设备分别与活性炭再生反应器和流化床吸附塔连通，活性炭再生反应器能够分解吸附有二噁英活性炭中的二噁英。本发明可广泛应于固体废物焚烧产生烟气中二噁英的脱除。

Description

一种固体废物焚烧烟气中二噁英的脱除装置及方法

技术领域

本发明涉及一种固体废物焚烧产生烟气的治理技术，具体地说是一种固体废物焚烧产生烟气中二噁英的脱除装置及方法。

背景技术

焚烧法作为一种有效减容和减量的垃圾处理手段得到了日益广泛的运用。但垃圾在焚烧过程中会不可避免地产生二次污染，特别是对环境危害极大的剧毒有机污染物二噁英。目前脱除二噁英的方法有传统的活性炭吸附法、SCR反应器技术等；活性炭吸附法运行成本较高，并且只是吸附二噁英而不是彻底分解二噁英，产生的飞灰中含有二噁英，需送至危废处理工厂再安全处理，以防二噁英再次逸出；SCR反应器技术主要是去除NOx，同时还可以去除二噁英。在催化剂的作用下，二噁英和氧气反应，被分解为CO2、H2O、HCl等无毒物质排出。但其中催化剂的效果受烟气温度和催化剂寿命制约性很大，并且反应温度较高大约在400℃，需要将烟气升温以保证维持催化反应温度，这样烟气再加热使能耗和运行费用大幅增加。目前急需一种有很好的吸附二噁英的能力的同时又可以在低温的条件下将二噁英分解的技术。

发明内容

本发明为了解决现有固体废物焚烧产生烟气过程中活性炭只吸附二噁英不分解，催化剂催化分解二噁英反应所需温度高的技术问题，提供一种在线吸附同时离线臭氧结合催化剂低温分解固体废物焚烧烟气中二噁英的脱除装置及方法。

本发明提供一种固体废物焚烧烟气中二噁英的脱除装置，设有在线吸附部分和离线分解部分，在线吸附部分设有依次连通的流化床吸附塔和分离设备，流化床吸附塔能够将活性炭与含有二噁英的烟气混合，分离设备能够将吸附有二噁英活性炭与清洁烟气分离；离线分解部分设有活性炭再生装置和活性炭输送设备，活性炭再生装置与分离设备连通，活性炭输送设备分别与活性炭再生装置和流化床吸附塔连通，活性炭再生装置能够分解吸附有二噁英活性炭中的二噁英。

优选地，活性炭再生装置设有活性炭再生反应器和臭氧发生器，活性炭再生反应器设有加热组件、催化剂层和臭氧管，催化剂层内部充满催化剂，臭氧管与臭氧发生器连通，活性炭再生反应器通过臭氧促进加催化剂低温分解活性炭中的二噁英。

优选地，加热组件、催化剂层和臭氧管分层布置，加热组件与臭氧管交替布置，加热组件与臭氧管之间布置有催化剂层，催化剂形状为板式，催化剂层厚度60～100cm。

优选地，催化剂层为VCuCeMnC催化剂。

优选地，活性炭为Mn改性活性炭。

优选地，活性炭输送设备设有气力提升机和罗茨风机，气力提升机分别与活性炭再生反应器和流化床吸附塔连通，气力提升机还连接设有活性炭储仓。

优选地，在线吸附部分设有除尘设备、引风设备和烟囱，除尘设备和分离设备采用防爆型布袋除尘器。

优选地，分离设备防爆型布袋除尘器的布袋采用催化滤袋，催化滤袋底料是一种针刺纤维结构，纤维由膨体聚四氟乙烯复合催化剂制作。

本发明还提供一种固体废物焚烧烟气中二噁英的脱除方法，采用上述的固体废物焚烧烟气中二噁英的脱除装置，其具体步骤包括：

(1)含有二噁英的烟气与活性炭在流化床吸附塔充分混合，活性炭吸附烟气中的二噁英；

(2)将吸附二噁英的活性炭与烟气分离，排出合格的清洁烟气；

(3)吸附二噁英的活性炭经过臭氧与催化剂反应后彻底分解二噁英，活性炭返回流化床吸附塔，重复步骤(2)-(3)。

优选地，步骤(3)中，催化剂为VCuCeMnC，催化剂在120℃时，使二噁英开始发生分解，在220℃时，二噁英分解效率已经达到95％。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

本发明采用在线吸附同时离线臭氧结合催化剂低温分解联合技术，能彻底摧毁与分解二噁英，活性炭实现了再生利用，节省了高昂的活性炭投放营运成本，同时烟气中二噁英排放可以稳定达到欧洲标准。

本发明采用Mn改性活性炭，Mn改性活性炭吸附效率为高达67％，远高于普通活性炭的吸附效率2.4％，Mn改性活性炭吸附效率和吸附能力是普通活性炭的28倍；采用V-Cu-Ce-Mn-C催化剂，同时利用臭氧吸附，分解二噁英，实现了对二噁英的多重分解、吸收与分解相结合，不产生二次污染、可彻底分解二噁英，使厂里工作人员处在安全的环境中，系统阻力低，维修方便；本发明实现了固体废物焚烧烟气中二噁英的低温脱除，活性炭再生反应器内部采用防爆型加热器，温度可在80～240℃之间可调控，催化剂在120℃时，即可使二噁英开始发生分解，在220℃时，二噁英分解效率已经达到95％。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图；

图2为活性炭再生反应器内部结构图。

附图符号说明：

0、固体废物燃烧烟气入口；1、第一除尘设备；2、流化床吸附塔；3、第二除尘设备；4、活性炭储仓；5、气力提升机；6、罗茨风机；7、活性炭再生反应器；8、臭氧发生器；9、引风机；10、烟囱；11、加热组件；12、催化剂层；13、臭氧管；20、喷射管。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对可本发明做进一步说明，以使本发明所属技术领域的技术人员能够容易实施本发明。

实施例1：如图1所示，本发明的固体废物焚烧烟气中二噁英的脱除装置，包括在线吸附部分和离线分解部分，在线吸附部分分为第一除尘设备1、流化床吸附塔2、第二除尘设备3、引风机9、烟囱10；第一除尘设备1前端连接固体废物燃烧烟气入口0，第一除尘设备1后端与流化床吸附塔2下部连通，流化床吸附塔2上部与第二除尘设备3前端连通，第二除尘设备3后端依次连通引风机9和烟囱10，该部分是烟气所走的路径；含有二噁英的固体废物焚烧烟气经固体废物燃烧烟气入口0进入本发明的装置，通过引风机9依次进入第一除尘设备1、流化床吸附塔2和第二除尘设备3，经过多次过滤、吸附，变成合格的烟气经烟囱10排出。

离线分解部分包括活性炭再生反应器7、臭氧发生器8、气力提升机5、罗茨风机6和活性炭储仓4，活性炭再生反应器7上部与第二除尘设备3下部连通，活性炭再生反应器7与臭氧发生器8连通，活性炭再生反应器7下部与气力提升机5连通，气力提升机5出口与流化床吸附塔2连通，气力提升机5还与罗茨风机6和活性炭储仓4连通，该部分即活性炭所走的路径；在流化床吸附塔2中充分吸收了二噁英的固体活性炭与烟气同时进入第二除尘设备3，活性炭与烟气分离，固体活性炭进入活性炭再生反应器7中通过臭氧结合催化剂实现对二噁英的低温分解，再生的活性炭通过气力提升机5返回至流化床吸附塔2内继续吸附二噁英，活性炭储仓4用于初始开机或填补系统耗损的活性炭的量。

第一除尘设备1和第二除尘设备3采用防爆型布袋除尘器，清灰方式采用脉冲喷吹。除尘器过滤风速为0.6～0.7m/min,布袋材质采用三防材料。

流化床吸附塔2采用流化床物料分配技术，再生的活性炭通过罗茨风机6对气力提升机5产生气流将再生的活性炭喷射进入流化床吸附塔2中，活性炭进入流化床吸附塔2采用多点喷射进料将活性炭均匀不间断的喷射进入吸附塔内，并在整个流化床吸附塔2截面喷射管20位置上形成一层物料层，活性炭随烟气气流上升在流化床吸附塔2中上部形成一层高密度的床层，在此处烟气和活性炭进行充分接触。烟气和活性炭同时进入第二除尘设备3进行气固分离，清洁烟气经烟囱10排出，活性炭颗粒落入活性炭再生反应器7。

活性炭再生反应器7内部加热组件11、催化剂层12、臭氧管13分层布置，加热组件11与臭氧管13交替布置，加热组件11与臭氧管13之间布置有催化剂层12；催化剂层12厚度60～100cm，催化剂采用VCuCeMnC催化剂，催化剂形状为板式，加热组件11采用防爆型加热器，温度可在80～240℃之间可调控；臭氧管13连接臭氧发生器，材质为不锈钢；臭氧管13与臭氧发生器8连通。臭氧管连接臭氧发生器，当吸附好的活性炭进入活性炭再生反应器内在催化剂吸附+臭氧促进的条件下实现对二噁英的低温分解。

活性炭采用Mn改性活性炭，孔隙多，比表面积大，二噁英被强烈吸附在活性炭表面微孔内，吸附效率高，吸附能力是普通活性炭的28倍。

引风机9采用离心式通风机，电机采用变频控制。

实施例2：本实施例与实施例1不同在于第二除尘设备3内滤袋采用催化滤袋，当烟气中的二噁英含量较高时，经过活性炭吸附完烟气经过除尘设备二时，通过催化滤袋可进一步对烟气中二噁英进行分解反应，把二噁英分解成CO2、H2O和HCl，采用催化滤袋对其进行深度净化，提高系统整体的净化能力。

催化滤袋底料是一种针刺结构，纤维是由膨体聚四氟乙烯复合催化剂所组成，起支撑作用，催化剂可以在氧气参与的条件下催化分解二噁英。这种覆膜的催化毡料能在180～260℃温度范围内通过氧气参与催化氧化反应来分解二噁英。

本发明还提供一种固体废物焚烧烟气中二噁英的脱除方法，其具体步骤包括：

(1)含有二噁英的烟气与活性炭在流化床吸附塔2充分混合，活性炭吸附烟气中的二噁英；

(2)将吸附二噁英的活性炭与烟气分离，排出合格的清洁烟气；

(3)吸附二噁英的活性炭经过臭氧与催化剂反应后彻底分解二噁英，活性炭返回流化床吸附塔2，重复步骤(2)-(3)。

为了提高二噁英清除效果，活性炭采用Mn改性活性炭，Mn改性活性炭与合格烟气分离时，还可以同步采取催化滤袋底料作为分离设备材料，催化分解未被Mn改性活性炭吸附的二噁英。

在步骤(3)中，Mn改性活性炭附着二噁英经过臭氧与催化剂反应后，二噁英分解过程中采用臭氧促进催化分解技术，催化剂为VcuCeMnC，其在120℃的低温下，二噁英就开始发生分解，在220℃时，分解效率已经达到95％。

本发明实现了固体废物焚烧烟气中二噁英的脱除，设计合理、吸附效果好、可彻底分解二噁英、分解温度低、可靠性高、运行成本低。

本发明采用在线吸附/离线臭氧+催化剂低温分解技术，在线吸附采用流化床吸附和布袋除尘结合技术，实现活性炭与烟气的充分结合并通过布袋除尘实现对吸附的活性炭进行气固分离；离线臭氧+催化剂低温分解，合理的利用臭氧促进二噁英在催化剂低温的条件下进行分解，彻底清除二噁英，同时将吸附的活性炭再生，重新回到系统中继续吸附二噁英，节省了高昂的活性炭投放营运成本，并且当烟气中二噁英含量较高时，除尘设备二中的滤袋可采用催化滤袋，实现对烟气中剩余的二噁英进行再次催化分解，同时烟气中二噁英排放可以稳定达到欧洲标准。同时本发明具有二噁英分解效率高、可靠性高、安装方便、维护运行成本低、可实现粉尘的超低排放的优点。

1、催化剂吸附二噁英臭氧促进二噁英分解能力试验

做了5组试验，采用固定床将催化剂装入反应器中，通过向反应器中通过含有一定浓度的二噁英气体，并保证在一定的反应气氛下进行。

反应实验条件见下表1：

试验结果：

各位置二噁英含量数据表2

单位：ng TEQ/Nm3

位置	1	2	3	4	5
						发生源	1.46	1.46	1.46	1.46	1.46
器壁残留	0.56	0.3	1.56	1.13	0.18
						催化剂残留	4.63	3.12		0.13	0.05

通过表2检测试验中各个位置二噁英含量，很明显看出V-Cu-Ce-Mn-C催化剂吸附二噁英，臭氧促进二噁英分解的效果是最好的。器壁残留二噁英浓度最低，催化剂残留量最少。

2、Mn改性活性炭吸附能力测试

试验中对普通活性炭和Mn改性活性炭的吸附二噁英能力的测试；采用固定床将活性炭装入反应器中，通过向反应器中通过含有一定浓度的二噁英气体，检测反应器壁以及尾气中二噁英的含量，计算出活性炭吸附效率及能力。

试验结果：

1)普通活性炭吸附能力数据表3

普通活性炭	反应器入口	活性炭吸附	反应器壁
				浓度(ng)	2.11*4＝8.44(100％)	0.2(2.4％)	6.5(77％)
毒性(ngI-TEQ)	0.25*4＝1	0.02(2.4％)	0.82(82％)

2)Mn改性活性炭吸附能力数据表4

通过表3与表4试验结果可以很明显看出Mn改性活性炭吸附效率为67％，普通活性炭的吸附效率为2.4％，Mn改性活性炭吸附效率高，吸附能力是普通活性炭的28倍。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位指示或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以上仅对本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡是在本发明的权利要求限定范围内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种固体废物焚烧烟气中二噁英的脱除装置，其特征是，设有在线吸附部分和离线分解部分，所述在线吸附部分设有依次连通的流化床吸附塔和分离设备，所述流化床吸附塔能够将活性炭与含有二噁英的烟气混合，所述分离设备能够将吸附有二噁英活性炭与清洁烟气分离；所述离线分解部分设有活性炭再生装置和活性炭输送设备，所述活性炭再生装置与所述分离设备连通，所述活性炭输送设备分别与所述活性炭再生装置和所述流化床吸附塔连通，所述活性炭再生装置能够分解所述吸附有二噁英活性炭中的二噁英。

2.根据权利要求1所述的固体废物焚烧烟气中二噁英的脱除装置，其特征在于，所述活性炭再生装置设有活性炭再生反应器和臭氧发生器，所述活性炭再生反应器设有加热组件、催化剂层和臭氧管，所述催化剂层内部充满催化剂，所述臭氧管与所述臭氧发生器连通，所述活性炭再生反应器通过臭氧促进加催化剂低温分解所述活性炭中的二噁英。

3.根据权利要求2所述的固体废物焚烧烟气中二噁英的脱除装置，其特征在于，所述加热组件、催化剂层和臭氧管分层布置，加热组件与臭氧管交替布置，加热组件与臭氧管之间布置有催化剂层，所述催化剂形状为板式，所述催化剂层厚度60～100cm。

4.根据权利要求3所述的固体废物焚烧烟气中二噁英的脱除装置，其特征在于，所述催化剂为VCuCeMnC催化剂。

5.根据权利要求1或4所述的固体废物焚烧烟气中二噁英的脱除装置，其特征在于，所述活性炭为Mn改性活性炭。

6.根据权利要求1或4所述的固体废物焚烧烟气中二噁英的脱除装置，其特征在于，所述活性炭输送设备设有气力提升机和罗茨风机，气力提升机分别与所述活性炭再生反应器和所述流化床吸附塔连通，所述气力提升机还连接设有活性炭储仓。

7.根据权利要求1或4所述的固体废物焚烧烟气中二噁英的脱除装置，其特征在于，所述在线吸附部分设有除尘设备、引风设备和烟囱，所述除尘设备和所述分离设备采用防爆型布袋除尘器。

8.根据权利要求7所述的固体废物焚烧烟气中二噁英的脱除装置，其特征在于，所述分离设备防爆型布袋除尘器的布袋采用催化滤袋，所述催化滤袋底料是一种针刺纤维结构，所述纤维由膨体聚四氟乙烯复合催化剂制作。

9.一种固体废物焚烧烟气中二噁英的脱除方法，其特征是，采用如权利1-8任一所述的固体废物焚烧烟气中二噁英的脱除装置，其具体步骤包括：

(1)含有二噁英的烟气与活性炭在流化床吸附塔充分混合，活性炭吸附烟气中的二噁英；

(2)将吸附二噁英的活性炭与烟气分离，排出合格的清洁烟气；

(3)吸附二噁英的活性炭经过臭氧与催化剂反应后彻底分解二噁英，活性炭返回流化床吸附塔，重复步骤(2)-(3)。

10.根据权利要求9所述的固体废物焚烧烟气中二噁英的脱除方法，其特征在于，所述步骤(3)中，所述催化剂为VCuCeMnC，所述催化剂为在120℃时，使二噁英开始发生分解，在220℃时，二噁英分解效率已经达到95％。