CN110496517A - 一种工业烟气中碳硫硝协同联脱工艺 - Google Patents

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Abstract

一种工业烟气中碳硫硝协同联脱工艺，采用化学转化法将烟气中的二氧化碳、二氧化硫、一氧化氮在相应的吸收系统内通过化学反应被吸收剂分别中和或还原脱除，工艺中通过添加一种吸收剂吸收烟气中的某种成分使其变成净化另一种成分的吸收剂，再使二次转化生成的产物变成脱硝还原剂，以此实现碳、硫、硝的协同联脱，解决了化合法脱碳、脱硫、脱硝工艺中生成物产生二次污染的难题，实现了循环经济在烟气治理中的应用。

Description

一种工业烟气中碳硫硝协同联脱工艺
技术领域
本发明涉及大气环境治理技术，特别涉及工业烟气中二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物协同联脱的一体化烟气净化技术。
背景技术
化石原料的燃烧，在加速了工业化发展的同时给大气环境带来了极大压力，工业烟气中排出的二氧化碳在大气中积累过度，给地球形成了保温层，这个保温层阻挡了地面反射向太空的长波辐射，使地球温度逐渐升高，进而引发气候危机；二氧化硫是一种有毒性气体，弥漫在大气中不但对人的呼吸道造成损害，影响人类健康，而且经雨雪溶解降落地面，使地面酸性增强，影响植物的生长；氮氧化物是一种危害性更强的有毒性气体，它不仅仅是对人身体造成危害影响健康，更重要的是他在大气中扩散会形成光化学污染、增大化学需氧量，给人类环境造成更大的危害。
近几十年来，人类通过各种手段对二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物的排放进行了治理，其中包括减排、限排、捕捉、回收等。对二氧化碳排放的治理主要采用减排、限排的方法，即对排放企业进行强制性的指标控制；对二氧化硫的治理主要采用多种脱硫技术对集中排放源产生的二氧化硫进行化学转化或物理吸附，典型的方法包括干式钙法、半干式钙法、湿式石灰石-石膏法、湿式碱法、湿式氧化镁法及活性炭吸附法等；对氮氧化物的治理主要包括氧化法和还原法，氧化法是采用氧化剂将一氧化氮氧化成二氧化氮，然后再将二氧化氮通过化学转化或吸附法脱除，还原法主要采取SCR催化还原法或SNCR非催化还原法。各种方法在实现对烟气有害物治理的同时，也存在着很多缺陷，主要显现在：1、对二氧化碳的减排和限排，在有效控制污染物排放的同时不同程度上制约了企业产能的发挥，增加了企业成本；2、干式、半干式脱硫技术的使用，在改造锅炉炉型的情形下既不能达到优良的净化效果，又不能简化操作难度，还会降低燃炉的使用寿命；3、湿式脱硫法的使用，在增大运行费用的同时会产生大量的二次污染，即气态脱硫水雾和固态脱硫生成物的污染；4、SCR\SNCR脱硝还原法运行条件要求苛刻，而且运行成本高；5、多种污染物的脱除不能一体化联合运行。因此，开发工业烟气中碳硫硝协同联脱工艺是烟气治理技术中亟待解决的一项难题。
发明内容
本发明是对传统技术的一项革新，特别是对工业烟气一体化治理技术的创新。发明中采用化学转化法将烟气中的二氧化碳、二氧化硫、一氧化氮在相应的吸收系统内通过化学反应使气态分子被吸收剂分别中和或还原脱除，依此可达到如下目的：在脱碳系统内通过添加碳酸钠溶液使其吸收烟气中的二氧化碳生成碳酸氢钠，再使碳酸氢钠溶液在脱硫系统内吸收烟气中的二氧化硫生成亚硫酸钠，然后使亚硫酸钠溶液在脱硝系统内还原烟气中的一氧化氮生成氮气和硫酸钠。该发明目的的实现，可使工业烟气净化流程通过添加一种吸收剂吸收烟气中的某种成分使其变成净化另一种成分的吸收剂，再使二次转化生成的产物变成脱硝还原剂，在实现碳、硫、硝协同联脱的同时实现了循环经济在烟气净化中的应用，使工业烟气中多成分的净化在协同处理中完成，简化了工艺流程，降低了运行费用。
为此本发明提供一种工业烟气中碳硫硝协同联脱工艺，该工艺包括：(a)将烟气通过聚风仓布风后鼓入第一层净化系统，在该系统内通过鼓泡法或气雾混合吸收法使烟气与碳酸钠溶液接触使其吸收烟气中的二氧化碳生成碳酸氢钠；(b)经第一层净化后的烟气进入第二层净化系统，在该系统内通过鼓泡法或气雾混合吸收法使烟气与碳酸氢钠溶液接触使其吸收烟气中的二氧化硫生成亚硫酸钠；(c)经第二层净化后的烟气进入第三层净化系统，在该系统内通过鼓泡法或气雾混合吸收法使烟气与亚硫酸钠溶液接触使烟气中的一氧化氮被还原成硫酸钠和氮气。
根据本发明的一种实施方式，在步骤(a)中给第一层净化系统的储液层注入浓度在25％-30％的碳酸钠溶液，使液面保持在淹没鼓泡系统套管口的一定位置，使进入鼓泡系统的烟气在鼓风机风压的推送下与碳酸钠溶液接触做鼓泡运动，使碳酸钠吸收烟气中的二氧化碳生成碳酸氢钠，或在步骤(a)中将25％-30％的碳酸钠溶液在第一层净化系统的顶部雾化，使雾液与上升的烟气对流接触，在对流接触中碳酸钠雾滴吸收烟气中的二氧化碳生成碳酸氢钠。
根据本发明的一种实施方式，将步骤(a)生成的碳酸氢钠溶液注入第二层净化系统，依照步骤(a)的方法在第二层净化系统内运行使烟气中的二氧化硫与碳酸氢钠通过鼓泡或气雾对流接触使碳酸氢钠吸收烟气中的二氧化硫生成亚硫酸钠。
根据本发明的一种实施方式，将步骤(b)生成的亚硫酸钠溶液注入第三层净化系统，依照步骤(a)、步骤(b)的方法在第三层净化系统内使烟气中的一氧化氮与亚硫酸钠通过鼓泡或气雾对流接触，使亚硫酸钠还原烟气中的一氧化氮生成硫酸钠和氮气。
根据本发明的一种实施方式，将步骤(a)得到的碳酸氢钠料浆在小于50℃的环境下沉淀，稠厚出的浓稠浆料经固液分离制成碳酸氢钠成品，小于25％浓度的悬浮液注入第二层净化系统成为脱硫吸收液。
根据本发明的一种实施方式，将步骤(b)得到的亚硫酸钠料浆在小于50℃的环境下沉淀，稠厚出的浓稠浆料经固液分离制成亚硫酸钠成品，小于25％浓度的悬浮液注入第三层净化系统成为脱硝还原剂。
根据本发明的一种实施方式，将步骤(c)得到的硫酸钠溶液在小于32℃的环境下冷却结晶制成十水硫酸钠。
根据本发明的一种实施方式，由于碳酸氢钠吸收二氧化硫在温度高的条件下会生成硫酸钠，所以步骤(b)的运行温度需保持在小于50℃的环境下。
根据本发明的一种实施方式，本发明进一步包括工业烟气通过除尘净化后通入鼓泡式碳硫硝协同联脱装置的第一层、第二层、第三层系统，其净化顺序可以是脱碳、脱硫、脱硝，也可以是脱硝、脱硫、脱碳。
根据本发明的一种实施方式，本发明进一步包括工业烟气通过除尘净化后通入气雾混合式碳硫硝协同联脱装置的第一层、第二层、第三层系统，其净化顺序可以是脱碳、脱硫、脱硝，也可以是脱硝、脱硫、脱碳。
根据本发明的一种实施方式，本发明还包括工业烟气通过除尘净化后通入鼓泡式或气雾混合式碳硫硝联脱装置过程中烟气流向可以是由下而上的升流式，也可以是由上而下的降流式。
附图说明
附图1：是根据一种工业烟气中碳硫硝协同联脱工艺中的鼓泡式碳硫硝协同联脱装置示意图；
附图2：是根据一种工业烟气中碳硫硝协同联脱工艺中的气雾混合式碳硫硝协同联脱装置示意图；
实施本发明的方式
根据本发明的两种实施方式，本发明目的的实现是通过下述方式来完成的：
一、通过鼓泡式碳硫硝协同联脱装置完成工业烟气中碳、硫、硝的协同联脱。
工业烟气通过除尘净化后通入鼓泡式碳硫硝协同联脱装置的第一层系统，在该系统内烟气靠风机压力的推动上行进入反冲式鼓泡吸收段，在第一节鼓泡吸收段内烟气分布至各套管净化器的入风口，在压力的作用下鼓入周圈分布的套管内与碳酸钠溶液接触并鼓入液层内，烟气在鼓泡管内呈反冲式气流，反冲式气流将夹层内的碳酸钠溶液吹沸浮升，烟气呈气泡状在上浮滚动中与碳酸钠溶液紧密接触，烟气中的二氧化碳分子被碳酸钠溶液吸收转化成碳酸氢钠；不断生成的碳酸氢钠溶液被导入第二层吸收系统，烟气重复上述流程与碳酸氢钠溶液接触进行鼓泡运动，在鼓泡运动中烟气中的二氧化硫分子与碳酸氢钠产生化学反应被吸收转化成亚硫酸钠，由于亚硫酸钠既有氧化性又有还原性，因此在该工艺中可以作为一氧化氮的还原剂；将不断生成的亚硫酸钠导入第三层吸收系统，烟气重复上述流程与亚硫酸钠溶液接触进行鼓泡运动，在鼓泡运动中烟气中的一氧化氮分子与亚硫酸钠产生还原反应，亚硫酸钠得到一氧化氮中的氧原子生成硫酸钠，一氧化氮失去氧原子变成氮气，烟气经过三重鼓泡净化后依次脱除了二氧化碳、二氧化硫、一氧化氮，完成了碳、硫、硝的协同联脱。
二、通过气雾混合式碳硫硝协同联脱装置完成工业烟气中碳、硫、硝的协同联脱。
工业烟气通过除尘净化后通入气雾混合式碳硫硝协同联脱装置的第一层系统，在该系统内烟气靠风机压力的推动上行进入气液雾化吸收段，在第一节雾化吸收段内烟气由下而上上行，碳酸钠溶液在高压泵压力的作用下在雾化吸收段顶部雾化成水雾与上行的烟气紧密接触，使气液接触面无限扩大，烟气中的二氧化碳分子被碳酸钠雾滴吸收转化成碳酸氢钠；不断生成的碳酸氢钠溶液被导入第二层雾化吸收系统，烟气重复上述流程与高压雾化了的碳酸氢钠雾滴接触，烟气中的二氧化硫分子与碳酸氢钠产生化学反应被吸收转化成亚硫酸钠，由于亚硫酸钠既有氧化性又有还原性，因此在该工艺中可以作为一氧化氮的还原剂；将不断生成的亚硫酸钠导入第三层净化系统的高压泵，通过雾化后与烟气重复上述流程的气液对流接触，在接触中烟气中的一氧化氮分子与亚硫酸钠产生还原反应，亚硫酸钠得到一氧化氮中的氧原子生成硫酸钠，一氧化氮失去氧原子变成氮气，烟气经过三重气雾对流接触后依次脱除了二氧化碳、二氧化硫、一氧化氮，完成了碳、硫、硝的协同联脱。
综合上述说明可知，一种工业烟气中碳硫硝协同联脱工艺，采用化学转化法将烟气中的二氧化碳、二氧化硫、一氧化氮在相应的吸收系统内通过化学反应被吸收剂分别中和或还原脱除，工艺中通过添加一种吸收剂吸收烟气中的某种成分使其变成净化另一种成分的吸收剂，再使二次转化生成的产物变成脱硝还原剂，以此实现碳、硫、硝的协同联脱，解决了化合法脱碳、脱硫、脱硝工艺中生成物产生二次污染的难题，实现了循环经济在烟气治理中的应用。
通过以下实施例将更详细地说明本发明的方法，但是，这些实施例仅用于说明该发明的目的，而不应理解为对该发明的限制。
实施例1
通过鼓泡式碳硫硝协同联脱装置完成工业烟气中碳、硫、硝的协同联脱。
工业烟气通过除尘净化后通入鼓泡式碳硫硝协同联脱装置的布风仓(图示1-1)进入第一层系统(图示1-2)，在该系统内烟气靠风机压力的推动上行进入反冲式鼓泡吸收段，在第一节鼓泡吸收段内烟气分布至各套管净化器的入风口(图示1-3)，在压力的作用下鼓入周圈分布的套管内(图示1-4)与碳酸钠溶液接触并鼓入液层内，烟气在鼓泡管内呈反冲式流向，反冲式气流将夹层内(图示1-5)的碳酸钠溶液吹沸浮升，烟气呈气泡状在上浮滚动中与碳酸钠溶液紧密接触，烟气中的二氧化碳分子被碳酸钠溶液吸收转化成碳酸氢钠，即Na2CO3+CO2+H2O＝2NaHCO3；不断生成的碳酸氢钠溶液通过出料口(图示1-6)被导入第二层吸收系统(图示1-7)，烟气重复上述流程与碳酸氢钠溶液接触进行鼓泡运动，在鼓泡运动中烟气中的二氧化硫分子与碳酸氢钠产生化学反应被吸收转化成亚硫酸钠，即2NaHCO3+SO2＝Na2SO3+2CO2+H2O；由于亚硫酸钠既有氧化性又有还原性，因此在该工艺中可以作为一氧化氮的还原剂；将不断生成的亚硫酸钠导入第三层吸收系统(图示1-8)，烟气重复上述流程与亚硫酸钠溶液接触进行鼓泡运动，在鼓泡运动中烟气中的一氧化氮分子与亚硫酸钠产生还原反应，亚硫酸钠得到一氧化氮中的氧原子生成硫酸钠，一氧化氮失去氧原子变成氮气，即2Na2SO3+2NO＝2Na2SO4+2N2；烟气经过三重鼓泡净化后依次脱除了二氧化碳、二氧化硫、一氧化氮从出风口(图示1-9)排空，完成了碳、硫、硝的协同联脱。
实施例2
通过气雾混合式碳硫硝协同联脱装置完成工业烟气中碳、硫、硝的协同联脱。
工业烟气通过除尘净化后通入气雾混合式碳硫硝协同联脱装置的布风仓(图示2-1)进入第一层系统(图示2-2)，在该系统内烟气靠风机压力的推动通过帽罩式布风器(图示2-3)上行进入气液雾化吸收段，在第一节雾化吸收段内烟气由下而上上行，碳酸钠溶液在高压泵压力的作用下雾化成水雾(图示2-4)与上行的烟气紧密接触，使气液接触面无限扩大，烟气中的二氧化碳分子被碳酸钠雾滴吸收转化成碳酸氢钠，即Na2CO3+CO2+H2O＝2NaHCO3；不断生成的碳酸氢钠溶液被导入第二层雾化吸收系统(图示2-5)，烟气上行通过帽罩式布风器重复上述流程与高压雾化了的碳酸氢钠雾滴接触，烟气中的二氧化硫分子与碳酸氢钠产生化学反应被吸收转化成亚硫酸钠，即2NaHCO3+SO2＝Na2SO3+2CO2+H2O；由于亚硫酸钠既有氧化性又有还原性，因此在该工艺中可以作为一氧化氮的还原剂；将不断生成的亚硫酸钠导入第三层净化系统的高压泵，通过雾化后与烟气重复上述流程在第三层净化系统(图示2-6)内作气液对流接触，在接触中烟气中的一氧化氮分子与亚硫酸钠产生还原反应，亚硫酸钠得到一氧化氮中的氧原子生成硫酸钠，一氧化氮失去氧原子变成氮气，即2Na2SO3+2NO＝2NaSO4+N2；烟气经过三重气雾对流接触后依次脱除了二氧化碳、二氧化硫、一氧化氮从出风口(图示2-7)排出，完成了碳、硫、硝的协同联脱。

Claims (9)

1.一种工业烟气中碳硫硝协同联脱工艺，该工艺包括：(a)将烟气通过聚风仓布风后鼓入第一层净化系统，在该系统内通过鼓泡法或气雾混合吸收法使烟气与碳酸钠溶液接触使其吸收烟气中的二氧化碳生成碳酸氢钠；(b)经第一层净化后的烟气进入第二层净化系统，在该系统内通过鼓泡法或气雾混合吸收法使烟气与碳酸氢钠溶液接触使其吸收烟气中的二氧化硫生成亚硫酸钠；(c)经第二层净化后的烟气进入第三层净化系统，在该系统内通过鼓泡法或气雾混合吸收法使烟气与亚硫酸钠溶液接触使烟气中的一氧化氮被还原成硫酸钠和氮气；(d)将上述流程中转化得到的生成物经固液分离制成成品或将悬浮液重复利用；(e)将上述净化流程根据需要可以倒置；(f)上述净化流程烟气的走向可以是由下而上的升流式，也可以是由上而下的降流式。
2.如权利要求1所述的一种工业烟气中碳硫硝协同联脱工艺，其中所述的脱碳是在步骤(a)中给第一层净化系统的储液层注入浓度在25％-30％的碳酸钠溶液，使液面保持在淹没鼓泡系统套管口的一定位置，使进入鼓泡系统的烟气在鼓风机风压的推送下与碳酸钠溶液接触做鼓泡运动，使碳酸钠吸收烟气中的二氧化碳生成碳酸氢钠，即Na2CO3+CO2+H2O＝2NaHCO3。
3.如权利要求1所述的一种工业烟气中碳硫硝协同联脱工艺，其中所述的脱硫是将步骤(a)生成的碳酸氢钠溶液依照步骤(a) 的方法在第二层净化系统内运行使烟气中的二氧化硫与碳酸氢钠通过鼓泡法紧密接触使碳酸氢钠吸收烟气中的二氧化硫生成亚硫酸钠，即2NaHCO3+SO2＝Na2SO3+2CO2。
4.如权利要求1所述的一种工业烟气中碳硫硝协同联脱工艺，其中所述的脱硝是将步骤(b)生成的亚硫酸钠溶液依照步骤(a)、步骤(b)的方法在第三层净化系统内使烟气中的一氧化氮与亚硫酸钠通过鼓泡法接触使亚硫酸钠还原烟气中的一氧化氮生成硫酸钠和氮气，即2Na2SO3+2NO＝2Na2SO4+N2。
5.如权利要求1所述的一种碳硫硝协同联脱工艺，其中所述的脱碳、脱硫、脱硝还可以在步骤(a)中将25％-30％的碳酸钠溶液在第一层净化系统的顶部雾化，使雾液与上升的烟气对流接触，在对流接触中碳酸钠雾滴吸收烟气中的二氧化碳生成碳酸氢钠；将在步骤(a)中生成的浓度小于25％的碳酸氢钠溶液在第二层净化系统的顶部雾化，使雾液与上升的烟气对流接触，在对流接触中碳酸氢钠雾滴吸收烟气中的二氧化硫生成亚硫酸钠；将在步骤(b)中生成的浓度小于25％的亚硫酸钠溶液在第三层净化系统的顶部雾化，使雾液与上升的烟气对流接触，在对流接触中亚硫酸钠雾滴还原烟气中的一氧化氮生成硫酸钠和氮气。
6.如权利要求1所述的一种碳硫硝协同联脱工艺，进一步包括将步骤(a)得到的碳酸氢钠料浆在小于50℃的环境下沉淀，稠厚出的浓稠浆料经固液分离制成碳酸氢钠成品，小于25％浓度的悬浮液用于第二层净化系统成为脱硫吸收液；将步骤(b)得到的亚硫酸钠料浆在小于50℃的环境下沉淀，稠厚出的浓稠浆料经固液分离制成亚硫酸钠成品，小于25％浓度的悬浮液用于第三层净化系统成为脱硝还原剂；将步骤(c)得到的硫酸钠溶液在小于32℃的环境下冷却结晶制成十水硫酸钠。
7.如权利要求1所述的一种碳硫硝协同联脱工艺，进一步包括：步骤(b)在吸收运行时的温度小于50℃。
8.如权利要求1所述的一种碳硫硝协同联脱工艺，该工艺进一步包括工业烟气通过除尘净化后通入鼓泡式碳硫硝协同联脱装置的第一层、第二层、第三层系统，其净化顺序可以是脱碳、脱硫、脱硝，也可以是脱硝、脱硫、脱碳；通入气雾混合式碳硫硝协同联脱装置的第一层、第二层、第三层系统，其净化顺序可以是脱碳、脱硫、脱硝，也可以是脱硝、脱硫、脱碳。
9.如权利要求1所述的一种碳硫硝协同联脱工艺，本发明还包括工业烟气通过除尘净化后通入鼓泡式或气雾混合式碳硫硝联脱装置过程中烟气流向可以是由下而上的升流式，也可以是由上而下的降流式。
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