CN111001278A - 一种湿法脱硝工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种湿法脱硝工艺，包括：将除尘、脱硫后的部分废气进行氧化，将氧化后和未氧化的废气混合后共同通入洗涤塔，并且使所述的洗涤塔入口处混合后的废气中的NO与NO2的摩尔比小于1:1，通过喷洒吸收药剂对所述的洗涤塔内的废气进行洗涤；所述的吸收药剂为尿素和助剂，所述的助剂包括络合物、有机醇胺、表面活性剂中的一种或多种。发明提出最大利用湿法脱硝占地小、投资低的优势，又尽可能降低湿法脱硝的药剂成本，在氧化阶段采用低成本催化剂对NO进行催化氧化，在吸收阶段使用廉价的尿素配合其它助剂进行吸收，从而在保证一定的脱硝效率的基础上，尽可能地降低了脱硝的成本。

Description

一种湿法脱硝工艺
技术领域
本发明涉及环保、化工、材料领域，特别是涉及一种湿法脱硝工艺。
背景技术
我国能源消费以煤为主，煤炭已成为我国环境污染的主要污染源，对其燃烧产生的以SO2，和NOx为主的污染物排放进行控制已刻不容缓。它们是污染大气的主要成分，能引起人体中毒、植物损害、酸雨酸雾等，并与碳氢化合物形成光化学烟雾造成臭氧层的破坏。此外，汽车消费量的快速增加，燃油消耗年平均增长达6％，大城市空气的NOx、SO2及相关污染物浓度升高。近年来，暴露于未达标空气质量的城市人口占统计城市人口的近三分之二。北京、沈阳等大城市曾被列入世界十大污染城市，中国城市空气污染已明显引起公共健康效应和经济。
目前，对NOX的排放控制主要从改善燃料、燃烧过程中处理及燃烧后处理三方面展开。从改善燃料考虑，采用高品质燃料必然会导致成本增加，而使用替代燃料目前在设备技术上还存在缺陷。从燃烧过程中处理考虑，低氮燃烧技术一直是应用最广泛、经济实用的措施，它一定程度上能抑制和减少NOX的生成，但整体脱硝率在30％-50％左右，不能满足对NOX排放浓度的控制要求。从燃烧后处理考虑，建立烟气脱硝设施能够达到NOX排放要求，是目前首选的减排策略，因此开发一种高效、低成本的烟气脱硝系统是控制NOX排放的重要研究方向。
世界各国研究开发出的烟气脱硝技术从处理工艺上可分为干法脱硝与湿法脱硝两类。干法主要包括选择性催化还原(SCR)、选择性非催化还原(SNCR)、吸附法、炽热碳还原法、高能电子活化氧化法等；湿法主要包括水吸收法，氯酸法、黄磷法、过氧化氢法、络合吸收法、液膜法、微生物降解法等；干湿结合法是催化氧化和湿法结合形成的一种脱硝方法。对于脱硝技术，工业上应用较多的主要是SCR(选择性催化还原)和SCNR(选择性非催化还原)。其中SCR法脱硝效率高，但工艺复杂，催化剂昂贵且易失活；SNCR法工艺简单，装置运行成本低，但脱硝效率较低。微生物法、黄磷法、过氧化氮法等受操作条件、毒性和成本等的限制，在实际应用中有一定的困难。
湿法洗涤技术一直以来具有投资与运行费用低、设备构造简单等优点，并且己在烟气脱硫上得到了广泛应用。但由于燃烧系统排放烟气中的NOX90％以上以NO的形态存在，NO难溶于水，传统的湿法洗涤技术并不适用。因此，需要先将NO转化为水溶性好的物质，再经吸收液洗涤才能有效去除，其中，将NO转化为NO2，或者形成溶于水的物质成为该技术的关键。氮氧化物主要由NO和NO2组成，其中NO占大部分比例，不像NO的低溶解性，NO2具有较好的溶解性，因此，将NO转化NO2、或者其它高阶氮氧化物，就可以通过湿法洗涤技术脱除氮氧化物。但是类似工艺都需要消耗氮氧化物氧化药剂如高锰酸钾、次氯酸钠、亚氯酸钠、臭氧等氧化剂将NO氧化成高阶氮氧化物，再用其他较贵药剂中和或还原，导致成本增加。
发明内容
本发明的目的是提供一种湿法脱硝工艺，最大利用湿法脱硝占地小、投资低的优势，又尽可能降低湿法脱硝的药剂成本，提高湿法脱硝的效率，总体脱硝效率≥80％。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种湿法脱硝工艺，包括：将除尘、脱硫后的部分废气进行氧化，将氧化后和未氧化的废气混合后共同通入洗涤塔，并且使所述的洗涤塔入口处混合后的废气中的NO与NO2的摩尔比小于1:1，通过喷洒吸收药剂对所述的洗涤塔内的废气进行洗涤；所述的吸收药剂为尿素和助剂，所述的助剂包括络合物、有机醇胺、表面活性剂中的一种或多种。
氧化后的NOX处理，常见的化学处理有用亚硫酸钠、亚硫酸铵、焦亚硫酸钠等还原吸收剂进行吸收，或者以氢氧化钠等碱类吸收剂吸收，这些药剂相对于各种有机化合物来说，价格较为低廉，但是考虑到湿法脱硝处理量大、消耗量大，综合下来成本仍然偏高。因此，本申请选用价格更低廉、人类大规模生产的尿素作为后续处理药剂，其处理的总化学反应为：
NO+NO2+(NH2)2CO＝2N2+CO2+2H2O。
为了达到使用尿素这种低成本药剂获得较高的脱硝效率，一方面使NO与NO2摩尔比接近1:1，使上述反应进行得更为彻底，另一方面在尿素吸收液体系中也添加了多种功能助剂，这些功能助剂多种或几种添加入尿素吸收液中与尿素协同完成吸收过程。
优选地，所述的络合物包括EDTA亚铁盐、乙二胺合钴，所述的络合物的质量百分比浓度为0.02-0.50％。进一步优选地，所述的络合物的质量百分比浓度为0.05-0.25％。由于NO难溶于水，所述的络合物可以与NO形成络合物·NO结构，从而进入水相，提高反应效率。
优选地，所述的有机醇胺包括三乙醇胺、二乙醇胺中的一种或多种，所述的有机醇胺的质量百分比浓度为0.01-0.30％。进一步优选地，所述的有机醇胺的质量百分比浓度为0.02-0.15％。所述的有机醇胺对尿素还原NOx的过程提供了催化、缓冲作用。
优选地，所述的表面活性剂包括阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、非离子表面活性剂，如：椰子油酰胺丙基氧化胺、椰子油脂肪酸单乙醇酰胺等，所述的表面活性剂的质量百分比浓度为0.01-0.50％。进一步优选地，所述的表面活性剂的质量百分比浓度为0.01-0.03％。所述的表面活性剂提供了增溶、降低表面张力、减小吸收液液膜厚度等功能。
优选地，所述的尿素的质量百分比浓度为5-30％。进一步优选地，所述的尿素的质量百分比浓度为10-20％。
优选地，对部分废气进行氧化时，采用活性炭、杂多酸催化剂中的一种或两种。对部分废气进行氧化时，不使用高锰酸钾、次氯酸钠、亚氯酸钠、臭氧，而使用催化氧化，催化氧化使用较廉价的催化剂如活性炭，或者杂多酸催化剂(公开号为CN110302834A中公开的改性浮石负载杂多酸催化剂)。
优选地，对部分废气进行氧化时的温度为50-200℃；对混合后的废气进行洗涤时的温度为0-80℃。进一步优选地，对部分废气进行氧化时的温度为65-95℃；对混合后的废气进行洗涤时的温度为20-50℃。
优选地，所述的湿法脱硝工艺采用以下装置：包括用于输送除尘、脱硫后废气的第一输送管和第二输送管、与第一输送管相连通的氧化器、与所述的氧化器、第二输送管相连通的洗涤塔、与所述的洗涤塔上部相连通的配药器，所述的洗涤塔的底部通过回流管路与所述的配药器相连通，在第一输送管上设置有电动进气阀，在所述的洗涤塔入口设置有用于检测NO与NO2浓度的监测仪器，所述的监测仪器与所述的电动进气阀信号连接。
本申请为了降低成本，同时考虑到后续处理时NO与NO2摩尔比为接近1:1时能达到最佳治理效果，因此对废气进行部分氧化，通过所述的洗涤塔入口的监测仪器在线监测，联动所述的电动进气阀，实时调节进入所述的氧化器的废气流量。当所述的监测仪器检测到NO与NO2摩尔比小于1:1时(监测仪器检测NO与NO2的浓度后，实时换算出两者的摩尔比)，反馈信号至所述的电动进气阀，所述的电动进气阀调大进入所述的氧化器的废气流量；当所述的监测仪器检测到NO与NO2摩尔比大于1:1时，反馈信号至所述的电动进气阀，调小或者关闭进入所述的氧化器的废气流量。
优选地，所述的洗涤塔为筛板塔、鼓泡塔、填料塔、喷淋塔、旋流板塔。进一步优选地，所述的洗涤塔为填料塔。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点和效果：
发明提出最大利用湿法脱硝占地小、投资低的优势，又尽可能降低湿法脱硝的药剂成本，在氧化阶段采用低成本催化剂对NO进行催化氧化，在吸收阶段使用廉价的尿素配合其它助剂进行吸收，从而在保证一定的脱硝效率的基础上，尽可能地降低了脱硝的成本。
附图说明
附图1为本实施例应用的湿法脱硝工艺的装置示意图；
其中：10、第一输送管；11、第二输送；2、氧化器；3、洗涤塔；4、配药器；5、电动进气阀；6、监测仪器。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
将除尘、脱硫后的废气(含NO500ppm，氧气4％)，经过第一输送管由下部输入氧化器中，氧化器中所用催化剂为改性浮石负载杂多酸催化剂，保持氧化器温度为70-90℃，氧化后的一部分废气与未氧化的另一部分废气共同进入一洗涤塔内，通过洗涤塔气体入口的监测仪器联动电动进气阀，实时调节进入氧化器的废气流量，当监测仪器检测到NO与NO2摩尔比小于1:1时，反馈信号至电动进气阀，调大进入氧化器的废气流量；当监测仪器检测到NO与NO2摩尔比大于1:1时，反馈信号至电动进气阀，调小或者关闭进入氧化器的废气流量；在一配药器中加入质量百分比浓度为：15％的尿素、0.10％的EDTA、0.05％的三乙醇胺、0.05％的二乙醇胺、0.02％的椰子油酰胺丙基氧化胺、余下为水调配成洗涤液由洗涤塔上部喷淋入塔内，调节塔内温度为30-50℃，通过洗涤液与NOx反应，完成脱硝，总体脱硝效率85％，且药剂成本较低。
实施例2：
将除尘、脱硫后的废气(含NO800ppm，氧气4.5％)，经过第一输送管由下部输入氧化器中，氧化器中所用催化剂为改性浮石负载杂多酸催化剂，保持氧化器温度为65-85℃，氧化后的一部分废气与未氧化的另一部分废气共同进入一洗涤塔内，通过洗涤塔气体入口的监测仪器联动电动进气阀，实时调节进入氧化器的废气流量，当监测仪器检测到NO与NO2摩尔比小于1:1时，反馈信号至电动进气阀，调大进入氧化器的废气流量；当监测仪器检测到NO与NO2摩尔比大于1:1时，反馈信号至电动进气阀，调小或者关闭进入氧化器的废气流量；在一配药器中加入质量百分比浓度为：10％的尿素、0.08％的乙二胺合钴、0.08％的三乙醇胺、0.02％的椰子油脂肪酸单乙醇酰胺、余下为水调配成洗涤液由洗涤塔上部喷淋入塔内，调节塔内温度为20-40℃，通过洗涤液与NOx反应，完成脱硝，总体脱硝效率80％，且药剂成本较低。
实施例3：
将除尘、脱硫后的废气(含NO300ppm，氧气5％)，经过第一输送管由下部输入氧化器中，氧化器中所用催化剂为改性浮石负载杂多酸催化剂，保持氧化器温度为70-90℃，氧化后的一部分废气与未氧化的另一部分废气共同进入一洗涤塔内，通过洗涤塔气体入口的监测仪器联动电动进气阀，实时调节进入氧化器的废气流量，当监测仪器检测到NO与NO2摩尔比小于1:1时，反馈信号至电动进气阀，调大进入氧化器的废气流量；当监测仪器检测到NO与NO2摩尔比大于1:1时，反馈信号至电动进气阀，调小或者关闭进入氧化器的废气流量；在一配药器中加入质量百分比浓度为：20％的尿素、0.20％的EDTA亚铁、0.06％的三乙醇胺、0.06％的二乙醇胺、0.02％的椰子油酰胺丙基氧化胺、余下为水调配成洗涤液由洗涤塔上部喷淋入塔内，调节塔内温度为35-50℃，通过洗涤液与NOx反应，完成脱硝，总体脱硝效率90％，且药剂成本较低。
实施例4：
将除尘、脱硫后的废气(含NO500ppm，氧气3.5％)，经过第一输送管由下部输入氧化器中，氧化器中所用催化剂为改性浮石负载杂多酸催化剂，保持氧化器温度为70-90℃，氧化后的一部分废气与未氧化的另一部分废气共同进入一洗涤塔内，通过洗涤塔气体入口的监测仪器联动电动进气阀，实时调节进入氧化器的废气流量，当监测仪器检测到NO与NO2摩尔比小于1:1时，反馈信号至电动进气阀，调大进入氧化器的废气流量；当监测仪器检测到NO与NO2摩尔比大于1:1时，反馈信号至电动进气阀，调小或者关闭进入氧化器的废气流量；在一配药器中加入质量百分比浓度为：10％的尿素、0.15％的乙二胺合钴、0.04％的三乙醇胺、0.06％的二乙醇胺、0.03％的椰子油脂肪酸单乙醇酰胺、余下为水调配成洗涤液由洗涤塔上部喷淋入塔内，调节塔内温度为30-45℃，通过洗涤液与NOx反应，完成脱硝，总体脱硝效率80％，且药剂成本较低。
实施例5：
将除尘、脱硫后的废气(含NO800ppm，氧气4.5％)，经过第一输送管由下部输入氧化器中，氧化器中所用催化剂为改性浮石负载杂多酸催化剂，保持氧化器温度为70-90℃，氧化后的一部分废气与未氧化的另一部分废气共同进入一洗涤塔内，通过洗涤塔气体入口的监测仪器联动电动进气阀，实时调节进入氧化器的废气流量，当监测仪器检测到NO与NO2摩尔比小于1:1时，反馈信号至电动进气阀，调大进入氧化器的废气流量；当监测仪器检测到NO与NO2摩尔比大于1:1时，反馈信号至电动进气阀，调小或者关闭进入氧化器的废气流量；在一配药器中加入质量百分比浓度为：20％的尿素、0.10％的EDTA亚铁、0.05％的三乙醇胺、0.05％的二乙醇胺、0.02％的椰子油酰胺丙基氧化胺、余下为水调配成洗涤液由洗涤塔上部喷淋入塔内，调节塔内温度为30-50℃，通过洗涤液与NOx反应，完成脱硝，总体脱硝效率88％，且药剂成本较低。
实施例6：
将除尘、脱硫后的废气(含NO800ppm，氧气4.5％)，经过第一输送管由下部输入氧化器中，氧化器中所用催化剂为改性浮石负载杂多酸催化剂，保持氧化器温度为75-95℃，氧化后的一部分废气与未氧化的另一部分废气共同进入一洗涤塔内，通过洗涤塔气体入口的监测仪器联动电动进气阀，实时调节进入氧化器的废气流量，当监测仪器检测到NO与NO2摩尔比小于1:1时，反馈信号至电动进气阀，调大进入氧化器的废气流量；当监测仪器检测到NO与NO2摩尔比大于1:1时，反馈信号至电动进气阀，调小或者关闭进入氧化器的废气流量；在一配药器中加入质量百分比浓度为：15％的尿素、0.20％的EDTA亚铁、0.07％的三乙醇胺、0.05％的二乙醇胺、0.02％的椰子油酰胺丙基氧化胺、余下为水调配成洗涤液由洗涤塔上部喷淋入塔内，调节塔内温度为35-50℃，通过洗涤液与NOx反应，完成脱硝，总体脱硝效率83％，且药剂成本较低。
对比例1：
将除尘、脱硫、除湿后的废气(含NO800ppm，氧气4.5％)，全部由下部输入氧化器中，氧化器中所用催化剂为活性炭催化剂，保持氧化器温度为75-95℃，氧化后的全部废气进入一洗涤塔内，在一配药器中加入尿素15％质量百分比、余下为水调配成洗涤液由洗涤塔上部喷淋入塔内，调节塔内温度为35-50℃，通过洗涤液与氮氧化物的反应，完成脱硝，总体脱硝效率60％，且药剂成本较低。
对比例2：
将除尘、脱硫后的废气(含NO800ppm，氧气4.5％)，全部由下部输入一喷淋塔中，该喷淋塔以次氯酸钠为主要药剂对废气进行氧化，氧化后的全部废气进入一洗涤塔内，在一配药器中加入亚硫酸钠20％质量百分比、氢氧化钠4％质量百分比余下为水调配成洗涤液由洗涤塔上部喷淋入塔内，通过洗涤液与氮氧化物的反应，完成脱硝，总体脱硝效率75％，且药剂成本较高。
Figure BDA0002335891110000061
Figure BDA0002335891110000071
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种湿法脱硝工艺，其特征在于：包括：将除尘、脱硫后的部分废气进行氧化，将氧化后和未氧化的废气混合后共同通入洗涤塔，并且使所述的洗涤塔入口处混合后的废气中的NO与NO2的摩尔比小于1:1，通过喷洒吸收药剂对所述的洗涤塔内的废气进行洗涤；
所述的吸收药剂为尿素和助剂，所述的助剂包括络合物、有机醇胺、表面活性剂中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的一种湿法脱硝工艺，其特征在于：所述的络合物包括EDTA亚铁盐、乙二胺合钴。
3.根据权利要求1或2所述的一种湿法脱硝工艺，其特征在于：所述的络合物的质量百分比浓度为0.02-0.50% 。
4.根据权利要求1所述的一种湿法脱硝工艺，其特征在于：所述的有机醇胺包括三乙醇胺、二乙醇胺中的一种或多种。
5.根据权利要求1或4所述的一种湿法脱硝工艺，其特征在于：所述的有机醇胺的质量百分比浓度为0.01-0.30%。
6.根据权利要求1所述的一种湿法脱硝工艺，其特征在于：所述的表面活性剂包括阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、非离子表面活性剂。
7.根据权利要求1或6所述的一种湿法脱硝工艺，其特征在于：所述的表面活性剂的质量百分比浓度为0.01-0.50%。
8.根据权利要求1所述的一种湿法脱硝工艺，其特征在于：所述的尿素的质量百分比浓度为5-30%。
9.根据权利要求1所述的一种湿法脱硝工艺，其特征在于：对部分废气进行氧化时，采用活性炭、杂多酸催化剂中的一种或两种。
10.根据权利要求1所述的一种湿法脱硝工艺，其特征在于：对部分废气进行氧化时的温度为50-200℃；对混合后的废气进行洗涤时的温度为0-80℃。
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