CN111097288A - 一种低温干法脱硫-催化脱硝一体化工艺及设备 - Google Patents

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Abstract

本发明属于环境工程技术领域，尤其涉及一种低温干法脱硫‑催化脱硝一体化工艺及设备，所述低温干法脱硫‑催化脱硝一体化工艺包括如下步骤：步骤一：将废气与氨气混合，形成混合气；步骤二：对混合气进行脱硫，将气态二氧化硫固化为硫酸铵盐，脱硫后的混合气通过档板层，废气中携带的少量灰尘和生成的硫酸铵盐小颗粒在档板层进行富集，最后进行脱硝，将氮氧化物转化为氮气，净化气体达标排放。本发明提供了一种采用氨气同时脱除二氧化硫和氮氧化物，可以实现在前端精脱硫，避免低浓度SO2对后端脱硝催化剂的影响，且将脱硫脱硝反应集成在同一个反应器内，占地面积小，工艺过程简单，能耗低，适合大规模应用的低温干法脱硫‑催化脱硝一体化工艺及设备。

Description

一种低温干法脱硫-催化脱硝一体化工艺及设备
技术领域
本发明属于环境工程技术领域，尤其涉及一种低温干法脱硫-催化脱硝一体化工艺及设备。
背景技术
现有技术和缺陷：
二氧化硫和氮氧化物是形成酸雨、雾霾和光化学烟雾的主要前驱物质，不仅危害环境，对人体健康有很大威胁，也制约了我国经济的可持续发展。
常用的脱硫的技术主要包括湿法脱硫、干法脱硫和半干法脱硫等。采用湿法脱硫技术脱除效率高但投资多、占地面积大、运行费用高，且产生废液；半干法脱硫技术腐蚀性小，占地面积少，但脱硫效率较湿法脱硫低；采用石灰石等固态脱硫剂干法脱硫，虽然系统简单、投资少，但脱硫效率也是最低的。
传统的脱硝技术一般采用选择性非催化还原技术(SNCR)，但随着氮氧化物排放标准的日趋严格，采用该技术脱硝将越来越难满足要求。采用低温选择性催化还原(SCR)技术脱硝转化率高，可满足排放要求，但在低温下(80℃～150℃)，即使较低浓度的SO2对脱硝催化剂的影响也极大。针对目前已有低温的脱硝催化剂，当烟气中含有二氧化硫浓度稍高时，SO2被氧化后容易与烟气中的氨气和水反应生成粘稠物质硫酸铵盐，在低于230℃的温度下覆盖在催化剂表面造成催化剂失活，因此低温脱硝催化剂在工业中还未实现大规模应用。
解决上述技术问题的难度和意义：
因此，基于这些问题，提供了一种采用氨气同时脱除二氧化硫和氮氧化物，可以实现在前端精脱硫，避免低浓度SO2对后端脱硝催化剂的影响，且将脱硫脱硝反应集成在同一个反应器内，占地面积小，工艺过程简单，能耗低，适合大规模应用的低温干法脱硫-催化脱硝一体化工艺及设备具有重要的现实意义。
发明内容
本发明目的在于为解决公知技术中存在的技术问题而提供了一种采用氨气同时脱除二氧化硫和氮氧化物，可以实现在前端精脱硫，避免低浓度SO2对后端脱硝催化剂的影响，且将脱硫脱硝反应集成在同一个反应器内，占地面积小，工艺过程简单，能耗低，适合大规模应用的低温干法脱硫-催化脱硝一体化工艺及设备。
本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：
为简化现有脱硫脱硝工艺，实现精脱硫以解决低温脱硝催化剂的二氧化硫中毒问题，本发明将氨法脱硫和低温催化脱硝两种功能结合在一起，提高脱硝系统对二氧化硫和水的耐受程度，可使二氧化硫和氮氧化物排放达标，并有一定的除尘效果。
一种低温干法脱硫-催化脱硝一体化工艺，所述低温干法脱硫-催化脱硝一体化工艺包括如下步骤：
步骤一：将废气与氨气混合，形成混合气；
步骤二：对混合气进行脱硫，将气态二氧化硫固化为硫酸铵盐，脱硫后的混合气通过档板层，废气中携带的少量灰尘和生成的硫酸铵盐小颗粒在档板层进行富集，最后进行脱硝，将氮氧化物转化为氮气，净化后气体达标排放。
本发明还提出了一种低温干法脱硫-催化脱硝一体化设备，所述低温干法脱硫-催化脱硝一体化设备的核心部件为反应器，脱硫层、档板层和脱硝层串联布置在反应器内，反应器外部有可拆卸的保温层。
本发明还可以采用以下技术方案：
在上述的低温干法脱硫-催化脱硝一体化工艺中，进一步的，氨水与所述净化后气体进行热交换，必要时可进行补热，使所述氨水蒸发，形成步骤一所用的氨气，最大程度实现资源利用。
在上述的低温干法脱硫-催化脱硝一体化工艺中，进一步的，压缩空气或水对所述档板层进行吹扫或洗涤，并对吹扫下的硫酸铵盐或其溶液进行收集。具体工程为：随着反应的进行，档板层中填充物表面或金属网眼挡板表面附着的硫酸铵盐和灰尘增多，利用压缩空气在侧面对该层进行吹扫或喷水进行洗涤，使该层得到再生，吹扫下的硫酸铵盐或其溶液进入收集器后，进行提纯或其他处理，产生经济价值。
在上述的低温干法脱硫-催化脱硝一体化工艺中，进一步的，所述氨气：废气中氮氧化物与二氧化硫之和的摩尔比为1.0～1.1。
在上述的低温干法脱硫-催化脱硝一体化工艺中，进一步的，所述氨气：废气中氮氧化物与二氧化硫之和的摩尔比为1.0～1.05。
在上述的低温干法脱硫-催化脱硝一体化工艺中，进一步的，所述废气温度为80～150℃，与系统除尘后出口的烟气温度吻合，无需再加热，能耗低，如温度低于80℃，需要对废气进行补热操作。废气中SO2浓度需≤300mg/Nm3，当SO2浓度过高时，可能会影响脱硫层的使用寿命。
在上述的低温干法脱硫-催化脱硝一体化设备中，进一步的，具体工作过程为：通过引风单元将含有二氧化硫和氮氧化物的废气导入反应器入口处，通过喷氨格栅喷氨与废气混合均匀，经过脱硫层将气态二氧化硫固化为硫酸铵盐，气流携带少量灰尘和硫酸铵盐小颗粒在档板层进行富集，之后通过脱硝层将氮氧化物转化为氮气达标排放，余热用于氨水的蒸发，从而实现在低温的反应条件下氨法脱硫并催化脱硝。
在上述的低温干法脱硫-催化脱硝一体化设备中，进一步的，所述反应器前端设有引风单元和喷氨格栅，废气通过引风单元与经喷氨格栅喷出氨气混合均匀，之后进入反应器。
在上述的低温干法脱硫-催化脱硝一体化设备中，进一步的，所述脱硫层中填充有小球状、不规则颗粒状或整体式蜂窝状的脱硫催化剂，所述小球为氧化铝小球、凹凸棒石小球、硅藻土小球或分子筛小球，所述蜂窝为堇青石蜂窝陶瓷、莫来石蜂窝陶瓷或蜂窝活性炭，所述脱硫催化剂的活性组分为Pt、Pd、Rh的单质或Fe、Co、Ni、Mn、Cr、Cu、Ce、Zr、Ti的氧化物其中一种或几种的组合。与氨气混合后的废气经过脱硫层，在脱硫催化剂的催化作用下二氧化硫、氨气、氧气和水蒸气发生反应转化为硫酸铵盐小颗粒。
在上述的低温干法脱硫-催化脱硝一体化设备中，进一步的，所述档板层采用蜂窝陶瓷、蜂窝金属或金属氧化物的颗粒填充，或采用金属网眼挡板重叠排放布置。档板层对可对气流形成一定阻力，供脱硫后废气中的硫酸铵盐和灰尘附着，达到脱硫的目的。
在上述的低温干法脱硫-催化脱硝一体化设备中，进一步的，档板层还配备清洗单元和收集器，配备的清洗单元可在挡板层侧面垂直于气流方向喷入水或压缩空气；挡板层正对清洗单元的另一侧有阀门，连接收集器，可用于收集硫酸铵盐小颗粒或其溶液。清洗的具体实现过程为：随着反应的进行，档板层中填充物表面或金属网眼挡板表面附着的硫酸铵盐和灰尘增多，清洗单元可喷出压缩空气进行吹扫或喷出水进行洗涤，使挡板层得到再生，吹扫下的硫酸铵盐小颗粒或其溶液通过阀门后进入收集器，之后可进行提纯或其他处理，产生经济价值。
在上述的低温干法脱硫-催化脱硝的脱硫脱硝一体化设备中，进一步的，所述脱硝层采用整体式蜂窝状低温脱硝催化剂，所述整体式蜂窝状低温脱硝催化剂主要活性组分为锰的氧化物。在低温脱硝催化剂的作用下还原剂氨气与氮氧化物和氧气反应转化为氮气和水，达标排放。
在上述的低温干法脱硫-催化脱硝一体化设备中，进一步的，喷氨格栅前端有氨水蒸发器，氨水蒸发器前端有氨水储存罐。
在上述的低温干法脱硫-催化脱硝一体化设备中，进一步的，反应器出口净化后的气体通往氨水蒸发器，并与氨水完成热交换，必要时可补充一定热源，使所述氨水蒸发，形成步骤一所用的氨气，最大程度实现资源利用。
综上所述，本发明具有以下优点和积极效果：
本发明1)通过本工艺，SO2浓度可降至10mg/Nm3以下，实现氨法精脱硫，氮氧化物浓度可降至100mg/Nm3以下，满足最严格的国家排放标准；2)只采用氨气一种物质作为脱硫脱硝剂，便于设计和控制；3)与传统湿法、干法和半干法脱硫相比，不喷入固体颗粒和碱溶液，不额外产生粉尘且不产生废液；4)在低温的条件下脱硫和脱硝，布置在工程尾端，对原有设备影响较小；5)所有净化单元集成在同一个反应器中，工艺流程简单，设备少，占地小；6)副产物为硫酸铵盐，具有经济价值。本发明的提出的工艺可实现脱硫脱硝一体化，工艺过程简单，能耗低，适合大规模应用。
附图说明
图1为本发明一种低温干法脱硫-催化脱硝一体化工艺的流程图。
具体实施方式
本发明涉及一种在低温(80℃～150℃)下干法脱硫和催化脱硝一体化工艺和设备，所述低温干法脱硫-催化脱硝一体化工艺适用于SO2含量小于300mg/Nm3的废气中氮氧化物和SO2的净化，并有一定除尘效果。
本发明所述干法脱硫-催化脱硝一体化工艺过程为：(1)首先通过引风单元将废气导至反应器入口处，通过喷氨格栅向废气中喷入一定量蒸发的氨气并混合均匀；(2)混合后的气体经过脱硫层，在催化剂的催化作用下二氧化硫、氨气、氧气和水蒸气发生反应转化为硫酸铵盐小颗粒；(3)气流携带废气原有少量灰尘和硫酸铵盐小颗粒在档板层进行富集，完成脱硫；(4)脱硫后的气体通过脱硝层，在低温脱硝催化剂的作用下还原剂氨气与氮氧化物和氧气反应转化为氮气和水，达标排放。
本发明所述干法脱硫-催化脱硝一体化设备包括引风单元、氨水储存罐、氨水蒸发器、喷氨格栅、集成在反应器内依次布置的脱硫层、档板层和脱硝层，其中档板层配备清洗单元和收集器，反应器外有保温层。
实施例1
废气温度120℃，气量为400NL/h，SO2浓度50mg/Nm3，NOx浓度400mg/Nm3的工况下，首先通过引风机把废气抽入反应器入口处，按照氨气比废气中氮氧化物和二氧化硫浓度和＝1.02(摩尔比)通过喷氨格栅向废气中喷入氨气并混合均匀，混合后气体经过填充有外尺寸30*30*50mm(长*宽*高)Fe-Cu的氧化物为活性组分、蜂窝活性炭为载体的催化剂的脱硫层，之后通过填充有外尺寸30*30*40mm(长*宽*高)堇青石蜂窝陶瓷的档板层，最后通过填充有30*30*100mm(长*宽*高)以Mn-Ce为活性组分、TiO2为载体的蜂窝状整体式低温脱硝催化剂的脱硝层，尾气中未检出SO2，氮氧化物转化率85％，达标排放。
实施例2
废气温度110℃，气量100NL/h，SO2浓度100mg/Nm3，NOx浓度350mg/Nm3的工况下，首先通过引风机把废气抽入反应器入口处，按照氨气比废气中氮氧化物和二氧化硫浓度和＝1.0(摩尔比)通过喷氨格栅向废气中喷入氨气混合均匀，混合后气体经过填充有10ml Fe-Mn的氧化物为活性组分、凹凸棒石小球为载体的催化剂的脱硫层，之后通过填充有外尺寸30*30*10mm(长*宽*高)莫来石蜂窝陶瓷的档板层，最后通过填充有外尺寸30*30*15mm(长*宽*高)Mn-Cu-Fe为活性组分、ZSM-5分子筛为载体的整体式低温脱硝催化剂的脱硝层，尾气中未检出SO2，氮氧化物转化率83％，达标排放。
实施例3
废气温度100℃，气量1.0Nm3/h，SO2浓度300mg/Nm3，NOx浓度500mg/Nm3的工况下，首先通过引风机把废气抽入反应器入口处，按照氨气比废气中氮氧化物和二氧化硫浓度和＝1.1(摩尔比)通过喷氨格栅向废气中喷入氨气混合均匀，混合后气体经过填充有100ml以Co-Cu-Mn的氧化物为活性组分、氧化铝小球为载体的催化剂的脱硫层，之后通过布置有截面为30*30mm(长*宽)的三层金属网眼挡板的档板层，最后通过填充有外尺寸30*30*300mm(长*宽*高)Mn-Co-Cr为活性组分、Ce0.5Zr0.5O2为载体的低温脱硝催化剂的脱硝层，尾气中SO2浓度25mg/Nm3，氮氧化物转化率80％，达标排放。
实施例4
一种低温干法脱硫-催化脱硝一体化设备，核心部件为反应器，其中脱硫层、档板层和脱硝层串联布置在反应器内，反应器外部有可拆卸的保温层。
反应器前端设有引风单元和喷氨格栅，喷氨格栅前端为氨水蒸发器，氨水蒸发器前端为氨水储存罐。废气通过引风单元后与经喷氨格栅喷出的氨气混合均匀，之后进入反应器。
脱硫层中填充有小球状、不规则颗粒状或整体式蜂窝状的脱硫催化剂。与氨气混合后的废气经过脱硫层，在催化剂的催化作用下二氧化硫、氨气、氧气和水蒸气发生反应转化为硫酸铵盐小颗粒。
档板层采用蜂窝陶瓷、蜂窝金属或金属氧化物的颗粒填充，或采用金属网眼挡板重叠排放布置。档板层可对气流形成一定阻力并有一定吸附效果，供脱硫后废气中的硫酸铵盐小颗粒和废气中原有灰尘附着，达到脱硫的目的。
档板层还配备清洗单元和收集器，档板层垂直于气流方向的一侧为清洗单元，另一侧有阀门，连接收集器。其中清洗单元可以在垂直于废气方向对该层进行鼓入压缩空气或喷水，实现清洁功能；收集器可用于收集硫酸铵盐或其溶液。具体过程为：随着反应的进行，档板层中填充物表面或金属网眼挡板表面附着的硫酸铵盐和灰尘增多，可利用压缩空气在侧面对该层进行吹扫或喷水进行洗涤，使该层得到再生，吹扫下的硫酸铵盐或其溶液进入收集器后，进行提纯或其他处理，产生经济价值。
脱硝层采用整体式蜂窝状低温脱硝催化剂，所述整体式蜂窝状低温脱硝催化剂主要活性组分为锰的氧化物。在低温脱硝催化剂的作用下还原剂氨气与废气中的氮氧化物和氧气反应转化为氮气和水，达标排放。
综上所述，本发明提供了一种采用氨气同时脱除二氧化硫和氮氧化物，可以实现在前端精脱硫，避免低浓度SO2对后端脱硝催化剂的影响，且将脱硫脱硝集成在同一个反应器内，占地面积小，工艺过程简单，能耗低，适合大规模应用的低温干法脱硫-催化脱硝一体化工艺及设备。
以上实施例对本发明进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (10)

1.一种低温干法脱硫-催化脱硝一体化工艺，其特征在于：所述低温干法脱硫-催化脱硝一体化工艺包括如下步骤：
步骤一：将废气与氨气混合，形成混合气；
步骤二：对混合气进行脱硫，将气态二氧化硫固化为硫酸铵盐，脱硫后的混合气通过档板层，废气中携带的少量灰尘和生成的硫酸铵盐小颗粒在档板层进行富集，最后进行脱硝，将氮氧化物转化为氮气，净化气体达标排放。
2.根据权利要求1所述的低温干法脱硫-催化脱硝一体化工艺，其特征在于：氨水与所述净化气体进行热交换，使所述氨水蒸发，必要时可进行补热，形成步骤一所用的氨气。
3.根据权利要求1所述的低温干法脱硫-催化脱硝一体化工艺，其特征在于：压缩空气或水对所述档板层进行吹扫或洗涤，并对吹扫下的硫酸铵盐或其溶液进行收集。
4.根据权利要求1所述的低温干法脱硫-催化脱硝一体化工艺，其特征在于：所述废气与氨气混合均匀，所述氨气：废气中氮氧化物与二氧化硫之和的摩尔比为1.0～1.1。
5.根据权利要求1所述的低温干法脱硫-催化脱硝一体化工艺，其特征在于：所述废气温度为80℃～150℃，废气中SO2浓度需≤300mg/Nm3。
6.一种低温干法脱硫-催化脱硝一体化设备，其特征在于：所述低温干法脱硫-催化脱硝一体化设备的核心部件为反应器，脱硫层、档板层和脱硝层串联布置在反应器内，反应器外部有可拆卸的保温层。
7.根据权利要求6所述的低温干法脱硫-催化脱硝一体化设备，其特征在于：所述低温干法脱硫-催化脱硝一体化设备在反应器前端设有引风单元和喷氨格栅，引风单元将废气输送至喷氨格栅，并与经喷氨格栅喷出的氨气混合均匀。
8.根据权利要求7所述的低温干法脱硫-催化脱硝一体化设备，其特征在于：所述低温干法脱硫-催化脱硝一体化设备的喷氨格栅前端有氨水蒸发器，氨水蒸发器前端有氨水储存罐。
9.根据权利要求6所述的低温干法脱硫-催化脱硝一体化设备，其特征在于：档板层配备清洗单元和收集器，所述清洗单元可对档板层进行清洗，清洗后得到的溶液被所述收集器收集。
10.根据权利要求6所述的低温干法脱硫-催化脱硝一体化设备，其特征在于：所述脱硫层中填充小球或蜂窝为载体的脱硫催化剂，所述小球为氧化铝小球、凹凸棒石小球、硅藻土小球或分子筛小球，所述脱硫催化剂载体用蜂窝为堇青石蜂窝陶瓷、莫来石蜂窝陶瓷或蜂窝活性炭，所述脱硫催化剂的活性组分为Pt、Pd、Rh的单质或Fe、Co、Ni、Mn、Cr、Cu、Ce、Zr、Ti的氧化物其中一种或几种的组合；
所述档板层采用蜂窝陶瓷、蜂窝金属或金属氧化物的颗粒填充，或采用金属网眼挡板重叠排放；
所述脱硝层采用整体式蜂窝状低温脱硝催化剂填充，所述整体式蜂窝状低温脱硝催化剂的主要活性组分为锰的氧化物。
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