CN110917848B - 一种利用旋转式活性炭脱硝器进行烟气脱硝的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用旋转式活性炭脱硝器进行烟气脱硝的方法，包括（1）降低烟气的温度；（2）将双氧水雾化；（3）将脱硝体中的活性炭通过可溶性碱液处理；（4）处理后的活性炭装入脱硝器，协同碱液、双氧水与烟气中的NO反应；（5）脱硝后的烟气从烟气出口出脱硝器；（6）随旋转式活性炭脱硝器转动，替换脱硝体等步骤。本发明具有将活性炭用于脱硝，克服技术偏见、脱硝效果好、运行成本低等优点。

Description

一种利用旋转式活性炭脱硝器进行烟气脱硝的方法

技术领域

本发明涉及烟气脱硝技术领域，尤其涉及一种利用旋转式活性炭脱硝器进行烟气脱硝的方法。

背景技术

申请人于2018年12月29日提交的、名称为一种旋转式活性炭烟气脱硫、脱硝器（公开号为CN109908698A），公开了一种能够利用活性炭进行烟气脱硫脱硝的设备，该设备可用于钢厂烧结烟气的脱硫或脱硝、电厂锅炉烟气的脱硫或脱硝以及其他类似烟气脱硫或脱硝场合。该设备的使用能够克服活性炭在其他公知技术中易碎、强度不足、使用寿命短的弱点，使活性炭能够重复使用。但由于由于活性炭对烟气中的氮氧化物、尤其是一氧化氮的吸附能力较差，因此，该设备直接结合活性炭对烧结烟气、锅炉烟气等脱硝，有脱硝效率不是太高的缺点。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种利用旋转式活性炭脱硝器结合双氧水、可溶性碱进行脱硝的技术方案，其内容为：

一种利用旋转式活性炭脱硝器进行烟气脱硝的方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）降低烟气的温度至90℃以下；（2）将双氧水雾化，并喷入烟气中；（3）将脱硝体中的活性炭与可溶性碱液接触，使其润湿；（4）携带雾化双氧水的烟气通过烟气进口进入旋转式活性炭脱硝器，与脱硝器烟气侧内的脱硝体接触，经步骤（3）处理的活性炭吸附烟气中的一氧化氮和双氧水，并使之发生反应；（5）脱硝后的烟气从烟气出口出脱硝器；（6）随旋转式活性炭脱硝器中的托架转动，反应后的脱硝体进入脱硝器更换侧取出，如此同时，经过步骤（3）处理的脱硝体替换装入脱硝器；（7）随支架转动，替换的脱硝体进入烟气侧进行步骤（4），然后再进入脱硝器更换侧替换，并以此重复。

优选的，其中步骤（1）的烟气温度降至60℃以下。

优选的，其中步骤（2）中双氧水的喷射方向与烟气流向相同。

优选的，其中通过调整雾化双氧水的喷入量保持活性炭保持润湿状态。

优选的，其中将步骤（6 ）中更换后的脱硝体中的活性炭放入水中，通过浸泡提取亚硝酸盐和硝酸盐。

结合现有技术，对上述发明内容阐述如下：

CN109908698A披露了一种旋转式活性炭烟气脱硫、脱硝器。CN109908698A中披露，如设备用于脱硫，对应部件名称为脱硫器、脱硫体等；如设备用于脱硝，则对应部件为脱硝器、脱硝体等。本发明涉及脱硝工艺，因此在引用、使用以及参考CN109908698A相关内容时，将脱硫变换成为脱硝，如脱硝器、脱硝体等。另外，为简化起见，本发明在描述时，将旋转式活性炭烟气脱硫、脱硝器简化为脱硝器。除此之外，本发明中关于脱硝器中各部件的名称、以及其作用、与其他部件的配合关系和CN109908698A一致，参见CN109908698A。

CN109908698A披露的技术方案，利用了脱硝器的动态旋转，从而将强度较差、具有一定脱硝效果的的活性炭应用于烟气脱硝且脱硝工艺为连续性脱硝。但是，已有技术表明，烟气中的氮氧化物以一氧化氮为主，而一氧化氮惰性大，不易与水、碱液等反应，而且烟气中的一氧化氮对活性炭来说，也具有吸附难、脱除效率不高等问题，因此单纯使用脱硝器和活性炭结合，也难以达到理想的脱硝效果，因此，还需对脱硝方案进行进一步改进。

为此，本发明引入了双氧水、可溶性碱，来协同脱硝器共同进行脱硝的技术方案。具体内容是：

（一）烟气脱硝前先将烟气温度降低。

要求低温的原因是，当烟气温度高时，会导致后续工艺中的活性炭上的水分过度蒸发，由液体转变为气体，活性炭不能够处在润湿状态，从而使双氧水无法在液态环境下发生分解。因此，烟气的温度要低于相应条件下水的沸点，如常压下小于100℃。考虑到烟气的压力较低，烟气的温度要小于90℃，最好小于60℃，55℃，或者45℃，具体温度要根据烟气的具体条件选取。

降低烟气的另一个目的是为保证双氧水中的过氧化氢在烟气中、在接触活性炭之前不发生分解。已有资料表明，当温度达到50-60℃时，30%的双氧水中的超过50%的过氧化氢会发生分解；90℃时超过80%分解。当双氧水在烟气中（未接触到碱性溶液）分解时，其脱硝效果极差。

因此，本技术方案的一个重要技术特征就是要求烟气的温度不能高（如超过90℃）。

降低烟气温度的方式有：（1）通过换热器，由外部冷源进行冷却。换热器可以是气气换热器，由外部冷气源进行冷却；可以是气液换热器，由外部冷却液进行冷却。换热器的结构有管壳式换热器、板式换热器等，均为通用设备；（2）可以通过水洗烟气来进行，具体措施是，设置一冷却塔，冷却塔的结构为喷淋塔，内部设置喷淋器，喷淋器可以设置多层。烟气进入冷却塔后上行，水作为冷却液，通过喷头向下喷出，与上行的烟气相遇，从而带走烟气中的热量，达到降温目的；（3）现行的湿法脱硫工艺，能够降低烟气的温度，因而，可在该工艺后结合本发明继续对烟气进行脱硝。

（二）在脱硝体进入脱硝位置前，对脱硝体中的活性炭进行处理。

处理的方式是使活性炭与可溶性碱液接触，使其带有可溶性碱液，至少使烟气能够接触部分的活性炭含有碱液，碱液电离出OH^-离子。

接触的方式包括但不限于将碱液直接喷淋活性炭、将脱硝体直接放入碱液中浸泡等方式。

本发明中所述可溶性碱，是指能够在水中电离出氢氧根离子的物质，具体包括氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、氨、醇胺、碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠、碳酸氢钾等能够溶解于水，并且能够在在水中电离出氢氧根离子的物质。

可溶性碱的作用主要为两个：

其一，催化烟气中的双氧水分解，释放出活性氧，氧化烟气中的一氧化氮。

实验得知，双氧水为中性或者酸性时，其会非常稳定。将含较低浓度的NO的烟气与酸性或者中性的双氧水接触，双氧水基本不会将NO进行氧化。而在碱性溶液中，双氧水会很快分解。分解时会产生大量的O₂。其原因在于，碱性溶液中的OH^-离子会对过氧化氢的分解起到催化作用。

2H₂O₂ = 2H₂O + O₂

2NO + O₂ = 2NO₂（低温）

氧气在低温时，具有将一氧化氮氧化为二氧化氮的能力，这也是本发明中要求烟气温度不能高的另一个原因；更主要的是，上述反应中，氧气的形成在于过氧化氢分子先释放出氧原子，氧原子又合成为氧气。相比氧气，氧原子具有更大的氧化性，因此很容易将一氧化氮氧化成为二氧化氮；另外，氧原子又可以与O₂生成O₃，而O₃也具有较大的氧化性，能够将NO氧化为NO₂。

在此将双氧水分解时产生的O₂、O、以及O₃统称活性氧。

经实验得知，雾化的双氧水不能独自氧化烟气中的一氧化氮；只有当双氧水遇到OH^-离子时被电离分解，产生活性氧，活性氧将NO氧化为易于和水、碱液反应的高价态的氮氧化物。因此，本发明中，经可溶性碱处理的活性炭在脱硝时保持湿润状态，其目的就在于，可溶性碱能够在有水状态中电离出OH^-离子。

可溶性碱的OH^-离子浓度以pH值衡量。经实验表明，当pH值达到9时，烟气中的NO就开始降低，其他条件不变的情况下，pH值越大，NO的脱除效果越好。当pH值为11时，NO的脱硝率即可超过50%，当pH值达到12时，NO的脱硝率超过83%。从成本考虑，pH值的范围以12-14为宜。

活性炭润湿，是指活性炭要含有一定比例的液体水分。之所以要求活性炭含有水分，至少是与烟气接触部分的活性炭表面含有水分，原因在于，可溶性碱要在液体水状态下电离出OH^-离子，OH^-离子才起到催化氧化的作用。

活性炭的润湿方式，包括将活性炭放入含有水分的碱液浸泡、喷淋等，也包括采用浸水、淋水等手段来调整其湿度。

在一个优选方案中，还采取了通过调整双氧水的用量的多少来调整其润湿情况。双氧水为过氧化氢的水溶液。现市场的工业产品主要有35wt%、和27.5wt%两种。在脱硝时，可以将双氧水用水稀释后再行使用，如稀释至20wt%、15wt%，甚至10wt%以下。双氧水的含量、用量要根据烟气中的NO的浓度和烟气的量以及运行成本、脱硝要求等具体条件确定。仅从脱硝效果考虑，浓度越大，效果越好。这样，在向烟气中喷入双氧水的同时，也就将水分喷入了烟气中，该水分遇到活性炭会被吸收，从而可以起到调整活性炭润湿的作用。

活性炭的润湿状态以一定质量的活性炭能够持有的碱液质量、或者水分质量来衡量。经测试，pH值为12的氢氧化钠溶液，当与烟气接触的活性炭与碱液质量比为5:1时，就能催化接触到的双氧水，从而进行脱硝；碱液质量越大，脱硝效果越高。从市场所购买的一款活性炭，经测量，其持有水量可达到1:4.5。但过高的碱液量会导致成本高、设备运行困难、设备腐蚀等不利结果，因而选择活性炭与碱液的比例选择3:1至1:1为宜。

对于其他可溶性碱，能够比照上述方式，在实际操作中确定合适的比例。

可溶性碱的第二个作用，在于起到吸收剂的作用，用于吸收被氧化的氮氧化物。

NO被氧化成NO₂后，NO₂容易被可溶性碱吸收，转变为硝酸盐和亚硝酸盐。

反应方程式为：

3NO₂+ 2OH^-→ 2NO₃ ^- + H₂O + NO

NO₂ + NO + 2OH^-→ 2NO₂ ^- + H₂O

另外，除了NO₂外，烟气中极少量的N₂O₃、N₂O₅等高价态的氮氧化物也会与可溶性碱反应，生成硝酸盐等。

生成的硝酸盐和亚硝酸盐作为脱硝产物附着于脱硝器中的活性炭上。当携带脱硝产物的脱硝体随脱硝器的转动，转到脱硝器的更换侧时，取出脱硝体，然后将其浸泡于水中，脱硝产物从脱硝体的活性炭中浸出，进入水中。脱硝体去除脱硝产物后从水中取出，去水干燥；然后放入可溶性碱液中进行浸渍，浸渍后取出干燥，当达到所需要求的润湿度后，再放入脱硝器，进入下一步脱硝操作。依次周而复始。

（三）将双氧水雾化后喷入烟气中。

雾化的目的在于，使双氧水与烟气混合均匀，使烟气中的NO有更多机会接触到双氧水，为后续步骤中的高效氧化、及脱除氮氧化物做好准备。双氧水雾化的方法和设备为液体雾化的惯用手段，即将液体加压，然后从末端设置的喷嘴喷出。为使双氧水喷洒均匀，可均匀设置多个喷嘴。

在此需要说明的是，双氧水在雾化后、接触到润湿的活性炭之前，最好保持其稳定状态，不发生分解，原因前面已做陈述。另外，为降低烟气阻力，喷洒双氧水时，双氧水的喷淋方向可与烟气的方向一致。这与现有技术的喷淋方式不同。

（四）脱硝器的结构、运转情况与CN109908698A相关内容相同。

在本发明中，活性炭起到了固定碱液、吸附氮氧化物和双氧水、提供反应场所、承载反应产物的作用。其他有类似结构和作用的物质，如焦炭、气泡石、砖瓦粒等，可替代活性炭应用于本发明。

本发明区别于现有技术的内容有：1、双氧水在进入脱硝器前的烟气中不分解，不氧化NO气体；2、活性炭保持润湿状态，以便吸附的、烟气中的双氧水能够在碱液中被催化分解，同时氧化烟气中的NO；3、可溶性碱同时起到催化剂和吸收剂的作用；4、双氧水向烟气中的喷入方向与烟气流向一致，减少气体阻力，节省成本；5、活性炭结合旋转脱硝器催化反应、而不是吸附脱硝。

本发明的有益效果是：

1、将活性炭用于脱硝，克服了其强度低、破碎率高、重复利用率低等弱点；

2、将活性炭、双氧水和可溶性碱结合在一起进行脱硝，脱硝效果好；

3、与现行脱硝技术相比，无需高成本的催化剂、也无需消耗过多水分，成本更低，经济效果更好；

4、通过碱液催化双氧水来氧化NO，并用碱液吸收氧化产物，克服了技术偏见，有意想不到的技术效果。

说明书附图

图1为流程示意图。

图2为脱硝器的结构图。

图3为脱硝器的俯视图。

图4为托架和隔板的主视图。

图5为托架和隔板的主视图。

图6为脱硝体的的主视图。

图7为图6的A-A向剖视图。

最佳实施方式

实施例

结合各附图，对本发明进行详细说明：

以直径为DN125的钢管引用某钢厂烧结车间的烧结烟气。经测量，初始烟气的各参数为：烟气温度135-137℃，烟气流速3.6m/s，湿度为0.03%，NO含量为178-193mg/m³，NO2含量5-13mg/m³，氮氧化物总含量191-212mg/m³，氧气含量15.2%。

烟气先进入管壳式换热器a，换热介质为冷水，水走壳程，烟气走管程；经调整水量、水温等参数，烟气出换热器a的温度在55℃左右；在换热器a之后，在烟气管道内设有喷雾器d，喷雾器d的喷嘴将双氧水雾化，喷嘴的结构与市场上的雾化喷嘴相同。喷嘴喷出双氧水的流向与烟气流向一致。喷雾器d通过接管与双氧水槽b连接，接管上设置增压泵c增加压力，接管上还设置阀门控制水量的大小。双氧水选取含量为27.5wt%的工业用双氧水，经计算，瞬时喷入烟气中的过氧化氢与烟气中NO的摩尔比为1.5：1。烟气经喷雾后，沿管道由脱硝器进气口进入脱硝器e。

脱硝器e采用CN109908698A中实施例二所载明的脱硝器。包括脱硝体1、托架2、箱壳3、电机4、变速器5和转轴14，脱硝体1由活性炭10和碳筐11组成，活性炭10装填于碳筐11中，碳筐11为栅格结构，以便气体通过；设置一条隔板6，沿直径线布置，隔板6的高度约为箱壳3内腔的高度，能够阻挡烟气进入箱壳3更换侧，起到拦阻烟气的作用，因而也叫做拦气板13，拦气板13将托架2的圆形空间均分割成两个半圆弧形空间，拦气板13下边和托架2的下边有支撑筋12，碳筐11的形状与托架2的空间对应，为半圆弧体，能够放置于弧形空间内；支撑筋12与碳筐11的接触面间有密封垫，防止气体侧漏；托架2的底部外缘安装滚动轴承，箱壳3内腔对应位置有导轨，托架2带着脱硝体1可沿导轨转动；托架2通过键连接，周向固定于转轴14，电动机4和变速器5放置在箱壳3外部，变速器5与伸入箱壳3内的转轴14相连；电动机4通过减速器5将动力传动给转轴14，转轴14可以带动托架2及脱硝体1转动；箱壳3沿基准直径线9分成烟气侧和更换侧，烟气侧的下部设置烟气进口7，上部设置烟气出口8，分别连接外烟气管道，烟气由烟气进口7进入箱壳，经过脱硝体1，从烟气出口8出；箱壳3更换侧的上部能够开合，箱壳打开时，可将下部的脱硝体1从托架2上取下并放入新的脱硝体1，更换完成后关闭箱壳。

脱硝器e工作前，先对由活性炭10和碳筐11组成的脱硝体1处理。活性炭选用直径为5mm的球状粒，装填入碳筐11，组成脱硝体1。将脱硝体1放入pH值为14的氢氧化钠溶液中浸泡，沥水，然后干燥，使其润湿度为50%。

打开箱壳3更换侧的箱盖，将脱硝体1放置于托架2上然后关闭，并使隔板6位置与基准直径线9重合。开动电机4，使经处理的脱硝体1转动至箱壳3的烟气侧后由制动装置15制动停止,电机4也停止。此时，在箱壳3烟气侧，带有双氧水的烟气由烟气进口7进入脱硝器，与脱硝体1中的带有碱液的活性炭10接触，并通过活性炭10的间隙上升，后由烟气出口8出。在烟气接触活性炭10的过程中，烟气中的NO以及其他氮氧化物与碱液反应并被吸附。一定时间后，当该侧的脱硝体1吸附硝的能力接近饱和时（由B点处的检测参数控制），松开制动装置15，制动装置15为摩擦制动。开动电机4，转轴14带动托架2转动，当转动角度为180°时，制动装置15又作用于托架2，使托架2停止转动，隔板6的位置恰好又和基准直径线9重合；此时，在烟气侧，另一组经处理的脱硝体开始脱硝。打开箱壳3更换侧的箱盖，将工作后的脱硝体1取出后，再放入一组经处理的脱硝体1，并关闭箱盖，等候进入下一轮脱硝。依次往复，循环工作。

取出的工作后的脱硝体1，放入清水中浸渍，活性炭中吸附的硝酸钠和亚硝酸钠进入水中，活性炭还原。浸泡一定时间后取出脱硝体1，经沥水、干燥，再等待碱液浸泡，继续使用。

进入水中的硝酸盐与亚硝酸盐可经浓缩、提取等工艺，制备成产品。

脱硝器在工作时，在脱硝器的烟气出口8附近，即B点检测，烟气中NO的含量为7-16mg/m³，总氮氧化物的含量为11-23mg/m³。

CN109908698A所披露的各技术方案，均可参照上述实施例和本发明所披露内容，应用于烟气脱硝领域。

对比例1

结合图一，在位置A处测烟气中的NO浓度：三次测得值分别为182mg/m³、173mg/m³、178mg/m³

。表明，雾化的双氧水在烟气中几乎不氧化NO。

对比例2

结合图一和实施例，与实施例不同的是，双氧水不喷入烟气、脱硝体未经碱液处理直接装入脱硝器进行脱硝。在位置B检测：检测的数值为128mg/m³、147mg/m³、155mg/m³。表明，活性炭本身的脱硝效果有限。

对比例3

结合图一和实施例，与实施例不同的是，脱硝体未经碱液处理直接装入脱硝器进行脱硝。在位置B检测：检测的数值为157mg/m³、162mg/m³、177mg/m³。表明，活性炭结合双氧水的脱硝效果也有限。

Claims (5)

1.一种利用旋转式活性炭脱硝器进行烟气脱硝的方法，其特征在于，

所述脱硝器包括脱硝体、托架、箱壳，脱硝体由活性炭和碳筐组成，活性炭装填于碳筐中，碳筐为栅格结构；箱壳内腔设置拦气板，拦气板将托架均分割成两个半圆弧形空间，拦气板下边和托架的下边设有支撑筋，碳筐的形状与托架的空间对应，为半圆弧体；托架的底部外缘安装滚动轴承，箱壳内腔对应位置设有导轨，托架带着脱硝体能够沿导轨转动；托架通过键连接，周向固定于转轴，箱壳沿基准直径线分成烟气侧和更换侧，烟气侧的下部设置烟气进口，上部设置烟气出口，烟气进口和烟气出口分别连接外烟气管道，烟气由烟气进口进入箱壳，经过脱硝体，从烟气出口排出；

步骤如下：（1）降低烟气的温度至90℃以下；（2）将双氧水雾化，并喷入烟气中；（3）将脱硝体中的活性炭与可溶性碱液接触，使其携带可溶性碱液，并保持润湿状态；（4）携带雾化双氧水的烟气通过烟气进口进入旋转式活性炭脱硝器，与脱硝器烟气侧内的脱硝体接触，经步骤（3）处理的活性炭吸附烟气中的一氧化氮和双氧水，并使之发生反应；（5）脱硝后的烟气从烟气出口出脱硝器；（6）随着旋转式活性炭脱硝器中的托架转动，反应后的脱硝体进入脱硝器更换侧取出，与此同时，经过步骤（3）处理的脱硝体替换装入脱硝器；（7）然后随着托架转动，替换的脱硝体进入烟气侧进行步骤（4），然后再进入脱硝器更换侧替换，并以此重复。

2.根据权利要求1所述的利用旋转式活性炭脱硝器进行烟气脱硝的方法，其中步骤（1）的烟气温度降至60℃以下。

3.根据权利要求1所述的利用旋转式活性炭脱硝器进行烟气脱硝的方法，其中步骤（2）中双氧水的喷射方向与烟气流向相同。

4.根据权利要求1所述的利用旋转式活性炭脱硝器进行烟气脱硝的方法，其中通过调整雾化双氧水的喷入量保持活性炭保持润湿状态。

5.根据权利要求1所述的利用旋转式活性炭脱硝器进行烟气脱硝的方法，其中将步骤（6 ）中更换后的脱硝体中的活性炭放入水中，通过浸泡提取亚硝酸盐和硝酸盐。

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