CN110975604A - 基于臭氧微纳米气泡的吸收烟气湿法脱硝系统和方法 - Google Patents

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孙红蕊
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Abstract

本发明涉及一种基于臭氧微纳米气泡的吸收烟气湿法脱硝系统和方法，脱硝系统中烟气源和臭氧发生器分别通过输气管与混合缓冲罐连接，混合缓冲罐与微纳米气泡发生器连接，水箱与微纳米气泡发生器连接，微纳米气泡发生器的出料喷口与脱硝反应器连接，脱硝反应器的尾气出口与尾气吸收塔连接。脱硝方法包括：将臭氧和烟气引入混合缓冲罐混合；将混合气体通入微纳米气泡发生器，同时通入水，制备微纳米气泡水体系；将微纳米气泡水高速射入脱硝反应器；制备含氧转移催化剂的NaCl吸收液并加入到脱硝反应器中，进行氧化脱硝处理；尾气进入尾气吸收塔吸收处理。本发明能够提高臭氧利用效率，提高对吸收烟气的脱硝效率。

Description

基于臭氧微纳米气泡的吸收烟气湿法脱硝系统和方法
技术领域
本发明属于烟气处理的技术领域，特别是涉及一种基于臭氧微纳米气泡的吸收烟气湿法脱硝系统和方法。
背景技术
NOx是主要的大气污染物之一，具有很强的毒性，在大气中能够形成硝酸型酸雨和光化学烟雾，还参与臭氧层破坏。氮氧化物的主要组成成分为NO和NO2，高价态的化合物(N2O3、N2O5等)含量较少，其中90％～95％以上是NO，而且NO几乎不被水或碱液吸收。NO和NO2会对人体和动物的呼吸系统造成毁灭性的不可逆转的伤害。因此，世界各国对NOx的排放要求越来越严格，这给NOx的治理带来新的挑战。
脱硝技术根据脱硝原理主要可以分为固体吸附法、还原法、络合法、直接吸收法、氧化吸收法等。其中研究较多且应用最广的是还原法中的SCR法和SNCR法。SCR法技术成熟、脱硝率较高，已实现工业化，并成为世界范围内大型工业锅炉烟气脱硝的主流工艺，在燃煤电厂和玻璃窑得到了广泛的应用，但存在投资高、运行成本高、易泄露、造成二次污染等缺点。SNCR法特点是不需催化剂，旧设备改造少，投资较SCR法小，但氨液消耗量较SCR法多，而且脱硝率不高、运行成本高、氨的泄漏量大，因此目前大部分锅炉都不采用SNCR方法。
因湿法氧化吸收法具有工艺过程简单、脱硝率高、容易实现资源回收利用、无二次污染等优点，从降低运行成本、提高NO氧化程度和速率及其低浓度NOx烟气净化的需求等方面来看，湿法氧化吸收法是较有前途的方法。目前研究较多的氧化吸收法主要是O3法、NaClO2及其复合氧化吸收法、ClO2法、KMnO4法等。其中NaClO2等氧化剂成本高以及ClO2、KMnO4会带来腐蚀问题。O3是一种常见的强氧化剂，但是O3的直接性氧化反应具有较高的选择性且反应速率较慢，其利用率也不高。O3的间接氧化是利用臭氧在水中分解能产生自由基的特点利用分解产物自由基的强氧化能力来进行氧化，间接氧化具有反应速率快，选择性不强等特点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于臭氧微纳米气泡的吸收烟气湿法脱硝系统和方法，提高臭氧利用效率，提高对吸收烟气的脱硝效率。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种基于臭氧微纳米气泡的吸收烟气湿法脱硝系统，包括烟气源、混合缓冲罐、臭氧发生器、微纳米气泡发生器、水箱、脱硝反应器和尾气吸收塔，所述烟气源和臭氧发生器分别通过输气管与混合缓冲罐连接，所述混合缓冲罐与微纳米气泡发生器连接，所述水箱与微纳米气泡发生器连接，所述微纳米气泡发生器的出料喷口与脱硝反应器连接，所述脱硝反应器的尾气出口与尾气吸收塔连接。
所述烟气源与混合缓冲罐之间的输气管上安装有气体流量计。
所述臭氧发生器与混合缓冲罐之间的输气管上安装有气体流量计。
所述混合缓冲罐与微纳米气泡发生器之间的输气管上安装有气体流量计。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种基于臭氧微纳米气泡的吸收烟气湿法脱硝方法，使用了上述的基于臭氧微纳米气泡的吸收烟气湿法脱硝系统，包括以下步骤：
(1)将臭氧发生器产生的臭氧和烟气源的烟气引入混合缓冲罐进行混合；
(2)将混合缓冲罐中的混合气体通入微纳米气泡发生器，同时向微纳米气泡发生器中通入水，制备微纳米气泡水体系；
(3)通过微纳米气泡发生器的出料喷口将微纳米气泡水高速射入脱硝反应器；
(4)制备含氧转移催化剂的NaCl吸收液并加入到脱硝反应器中，与含有烟气和臭氧的微纳米气泡水体系混合进行氧化脱硝处理；
(5)所述脱硝反应器产生的尾气进入尾气吸收塔吸收处理。
所述氧转移催化剂为Fe2+或Mn2+催化剂。
所述烟气源中的烟气为含NO体积浓度1250ppm～6250ppm的烟气。
有益效果
第一，本发明能够同时利用臭氧的直接氧化作用以及分解产生具有强氧化能力自由基的间接氧化作用对烟气进行氧化脱硝处理，有利于提高对臭氧的利用率，提高烟气中氮氧化物氧化脱硝处理效率。
第二，本发明利用了臭氧微纳米气泡水体系对烟气中的氮氧化物进行催化氧化吸收，微纳米气泡能够长时间存留于水中，且比表面积大，传质效率高，有利于氮氧化物和O3更好地进行气液交换，加快反应速率，并且臭氧微纳米气泡自身具有增压溶解的效果，有利于产生大量的自由基，并不断向水中补充活性氧，从而有利于提高对臭氧的利用率，提高烟气中氮氧化物氧化脱硝处理效率。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
如图1所示的一种基于臭氧微纳米气泡的吸收烟气湿法脱硝系统，包括烟气源1、混合缓冲罐2、臭氧发生器3、微纳米气泡发生器4、水箱5、脱硝反应器6和尾气吸收塔7。
烟气源1和臭氧发生器3分别通过输气管与混合缓冲罐2连接，烟气源1与混合缓冲罐2之间、臭氧发生器3与混合缓冲罐2之间的输气管上分别安装有气体流量计。混合缓冲罐2与微纳米气泡发生器4连接，混合缓冲罐2与微纳米气泡发生器4之间的输气管上安装有气体流量计。水箱5与微纳米气泡发生器4连接，水箱5的容积为200L。微纳米气泡发生器4的出料喷口与脱硝反应器6连接，脱硝反应器6容积为50L，脱硝反应器6的尾气出口与尾气吸收塔7连接。
下面提供一种基于臭氧微纳米气泡的吸收烟气湿法脱硝方法，使用了上述的基于臭氧微纳米气泡的吸收烟气湿法脱硝系统，包括以下步骤：
(1)将臭氧发生器3产生的臭氧和烟气源1的烟气引入混合缓冲罐2进行混合，烟气中含NO体积浓度5000ppm。
(2)将混合缓冲罐2中的混合气体通入微纳米气泡发生器4，同时向微纳米气泡发生器4中通入水，制备微纳米气泡水体系。控制微纳米气泡发生器4的进水pH＝5，进水流量为12L/min，控制进气流量为200mL/min，控制进气压力为0.2MPa。
(3)通过微纳米气泡发生器4的出料喷口将微纳米气泡水高速射入脱硝反应器6。
(4)制备含Fe2+或Mn2+氧转移催化剂的NaCl吸收液并加入到脱硝反应器6中，与含有烟气和臭氧的微纳米气泡水体系混合进行氧化脱硝处理。用MnSO4·4H2O或FeSO4·7H2O配制2mmol/L的吸收液40L，向吸收液中投入NaCl，使吸收液中NaCl质量浓度为0.5g/L，在向吸收液中投入SDS，使SDS质量浓度为6mg/L。
(5)脱硝反应器6产生的尾气进入尾气吸收塔7进行吸收处理后排出，有效避免二次污染的产生。
微纳米气泡通常是指直径为50μm～200nm的混合微小气泡，微纳米气泡在水中的溶解度超过85％，并且微纳米气泡是以气泡的方式长时间(上升速度6cm/分钟)存留在水中，且比表面积大，传质效率高，有利于氮氧化物和O3更好地进行气液交换，加快反应速率，并且臭氧微纳米气泡自身具有增压溶解的效果，有利于产生大量的自由基，并不断向水中补充活性氧，以达到充分氧化NO、提高脱硝效率的目的。在本发明中，以Mn2+为氧转移催化剂的NO氧化吸收效率达到了92.3％，以Fe2+为氧转移催化剂的NO氧化吸收效率达到了82.1％。
本发明的技术原理如下：
第一、化学反应原理：
(1)O3在气相中氧化NO的反应式：
NO+O3→NO2+O2
(2)O3在液相中氧化NO的主要反应历程：
O3→O+O2
O+H2O→﹒OH
﹒OH+NO→HONO
﹒OH+NO2→NO3 -+H+
﹒OH+NO2 -→NO2+OH-
﹒OH+HONO→NO2+H2O
(3)NOx被水吸收的主要反应：
2NO2(g)+H2O(1)→HNO3(1)+HNO2(1)
N2O4(g)+2H2O(1)→HNO3(1)+HNO2(1)
HNO2(1)→1/3HNO3(1)+2/3NO(g)+1/3H2O(1)
总反应式如下：
3NO2(g)+H2O(1)→2HNO3(1)+NO(g)
反应平衡常数为1g K3＝2003.8/T/－10.673
(4)NOx稀硝酸吸收原理：
2NO(g)+HNO3(1)+H2O(1)→3HNO2 (1)
HNO2(1)→1/3HNO3(1)+2/3NO(g)+1/3H2O (1)
第二、微纳米气泡捕获NO并诱导O3氧化NO、原位吸收NOx过程：
由O3在液相中氧化NO的主要反应历程看出，利用微纳米气泡耦合诱导O3进行NO的氧化吸收具有很好的可操作性，并且微纳米气泡传质效率较高有利于NO和O3更好的进行气液交换，加快反应速率。通过微纳米气泡发生器向水中高速射入微纳米气泡，在水中微纳米气泡空间中产生多种氧自由基(活性氧阴离子、氢离子、氢氧根离子、羟基离子、水氧基离子、水合电子等)，尤其氢氧自由基有超高的还原电位，具有超强氧化效果。本系统将臭氧与烟气在气体缓冲罐进行充分混合后，通入微纳米气泡发生器，同时将自来水通入微纳米气泡发生器，产生臭氧与烟气的混合微纳米气泡水体系，高速射入装有含氧转移催化剂吸收液的气体吸收器，在气体吸收器与吸收液混合充分，并氧化NO，原位吸收NOx。

Claims (7)

1.一种基于臭氧微纳米气泡的吸收烟气湿法脱硝系统，其特征在于：包括烟气源(1)、混合缓冲罐(2)、臭氧发生器(3)、微纳米气泡发生器(4)、水箱(5)、脱硝反应器(6)和尾气吸收塔(7)，所述烟气源(1)和臭氧发生器(3)分别通过输气管与混合缓冲罐(2)连接，所述混合缓冲罐(2)与微纳米气泡发生器(4)连接，所述水箱(5)与微纳米气泡发生器(4)连接，所述微纳米气泡发生器(4)的出料喷口与脱硝反应器(6)连接，所述脱硝反应器(6)的尾气出口与尾气吸收塔(7)连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于臭氧微纳米气泡的吸收烟气湿法脱硝系统，其特征在于：所述烟气源(1)与混合缓冲罐(2)之间的输气管上安装有气体流量计。
3.根据权利要求1所述的一种基于臭氧微纳米气泡的吸收烟气湿法脱硝系统，其特征在于：所述臭氧发生器(3)与混合缓冲罐(2)之间的输气管上安装有气体流量计。
4.根据权利要求1所述的一种基于臭氧微纳米气泡的吸收烟气湿法脱硝系统，其特征在于：所述混合缓冲罐(2)与微纳米气泡发生器(4)之间的输气管上安装有气体流量计。
5.一种基于臭氧微纳米气泡的吸收烟气湿法脱硝方法，其特征在于，使用了权利要求1所述的基于臭氧微纳米气泡的吸收烟气湿法脱硝系统，包括以下步骤：
(1)将臭氧发生器(3)产生的臭氧和烟气源(1)的烟气引入混合缓冲罐(2)进行混合；
(2)将混合缓冲罐(2)中的混合气体通入微纳米气泡发生器(4)，同时向微纳米气泡发生器(4)中通入水，制备微纳米气泡水体系；
(3)通过微纳米气泡发生器(4)的出料喷口将微纳米气泡水高速射入脱硝反应器(6)；
(4)制备含氧转移催化剂的NaCl吸收液并加入到脱硝反应器(6)中，与含有烟气和臭氧的微纳米气泡水体系混合进行氧化脱硝处理；
(5)所述脱硝反应器(6)产生的尾气进入尾气吸收塔(7)吸收处理。
6.根据权利要求1所述的一种基于臭氧微纳米气泡的吸收烟气湿法脱硝系统，其特征在于：所述氧转移催化剂为Fe2+或Mn2+催化剂。
7.根据权利要求1所述的一种基于臭氧微纳米气泡的吸收烟气湿法脱硝系统，其特征在于：所述烟气源(1)中的烟气为含NO体积浓度1250ppm～6250ppm的烟气。
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