CN113117499A - 利用氧化还原法进行脱硫脱硝的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用氧化还原法进行脱硫脱硝的方法。该方法包括如下步骤：(1)将待处理烟气经双氧水处理，得到氧化后的烟气；(2)将氧化后的烟气经过吸收浆液处理，得到清洁烟气；其中，所述的吸收浆液为含有亚硫酸氢铵的钙基吸收浆液，吸收浆液中的亚硫酸氢铵与待处理烟气中一氧化氮的摩尔比为3.2～5:1；待处理烟气与双氧水的反应温度为100～150℃。该方法可以在较低的氧化反应温度下获得较高的脱硝效率。

Description

利用氧化还原法进行脱硫脱硝的方法
技术领域
本发明涉及一种利用氧化还原法进行脱硫脱硝的方法。
背景技术
当前在烟气治理方面研究的难点主要在于烟气中氮氧化物的治理。氮氧化物在大气中光的辐照下会经过复杂变化，转变为三氧化二氮、五氧化二氮、一氧化二氮等，这些氮氧化物可能在转变的过程中产生二次污染物臭氧，也可能与挥发性有机化合物结合演变成更有危害性的物质。因此，加强烟气中氮氧化物的脱除效率对于烟气治理具有重要的意义。
CN108722134A公开了一种利用还原硫结合工业废渣作为吸收剂进行烟气脱硫脱硝的方法，所述的吸收剂包含硫化钙、电石、硫化亚铁、硫化钠、硫化铵、硫化铜和硫化亚铜中的一种或多种。该方法所提供吸收剂在运行过程中存在堵塞设备的风险。
CN103977682A公开了一种烟气脱硫脱硝的方法，包括以下步骤：(1)将烟气与O3混合均匀，得混合气体；其中，所述的O3与所述的烟气中NOx的摩尔比为(0.3-0.6):1；(2)将混合气体与吸收液接触；其中，所述的吸收液包括氨和/或铵，以及Fe3+；所述的吸收液中Fe3+的含量为1000ppm以上；所述的吸收液中的氨和/或铵的含量为0.1％以上。该方法以臭氧作为氧化剂，臭氧价格昂贵，在高温或粉尘较多的环境下容易丧失氧化活性，使得氧化效率和脱硝效率很难提高。
CN102327735A公开了一种烟气脱硫脱硝的方法。烟气经过过氧化氢氧化，氧化后的烟气采用湿法氨脱硫脱硝。该方法容易出现氨逃逸的现象，造成二次污染。此外，该方法只有氧化温度在160℃以上时，脱硝效率才能达到90％以上。
发明内容
有鉴于此，本发明的提供了一种利用氧化还原法进行脱硫脱硝的方法，该方法可以在较低的温度下获得很高的脱硝效率。进一步地，该方法的脱硫效率较高。本发明通过如下技术方案实现上述技术目的。
本发明提供一种利用氧化还原法进行脱硫脱硝的方法，包括如下步骤：
(1)将待处理烟气经双氧水处理，得到氧化后的烟气；
(2)将氧化后的烟气经过吸收浆液处理，得到清洁烟气；其中，所述的吸收浆液为含有亚硫酸氢铵的钙基吸收浆液，吸收浆液中的亚硫酸氢铵与待处理烟气中一氧化氮的摩尔比为3.2～5:1；待处理烟气与双氧水的反应温度为100～150℃。
根据本发明的方法，优选地，双氧水中过氧化氢的浓度为20～50wt％。
根据本发明的方法，优选地，双氧水中的过氧化氢与待处理烟气中一氧化氮的摩尔比为0.8～2.5:1。
根据本发明的方法，优选地，待处理烟气与双氧水的反应温度为110～140℃。
根据本发明的方法，优选地，待处理烟气中二氧化硫的含量为600～4000mg/Nm3，一氧化氮的含量为150～600mg/Nm3，且含氧量为5～23vol％。
根据本发明的方法，优选地，所述的吸收浆液中还含有氢氧化钙、氧化钙中的至少一种。
根据本发明的方法，优选地，吸收浆液中的亚硫酸氢铵与待处理烟气中一氧化氮的摩尔比为3.5～4.5:1。
根据本发明的方法，优选地，吸收浆液中的钙元素与待处理烟气中的硫元素的摩尔比为1～2:1。
根据本发明的方法，优选地，吸收浆液中含有亚硫酸氢铵和氢氧化钙，且吸收浆液中亚硫酸氢铵和氢氧化钙的总含量为5～50wt％
根据本发明的方法，优选地，包括如下步骤：
(1)烟气经过静电除尘器处理，以除去烟气中的至少一部分粉尘，形成待处理烟气；来自双氧水储罐的双氧水经喷雾器喷洒于进入吸收塔之前的烟气管道内，形成氧化剂喷淋区；待处理烟气经引风机进入烟气管道内，在氧化剂喷淋区与双氧水接触，形成氧化后的烟气；
(2)将来自制浆池的氢氧化钙浆液，来自亚硫酸氢铵储罐的亚硫酸氢铵溶液输送至吸收塔底部的吸收池中，形成吸收浆液；吸收浆液经循环泵抽取至吸收塔顶部的喷淋层，通过喷嘴自上向下喷淋；氧化后的烟气经烟气管道进入吸收塔内，在烟气上升的过程中与经喷淋层喷出的吸收浆液和经氧化风机输送至吸收塔内的空气充分反应，形成脱硫脱硝后的烟气和液体产物；脱硫脱硝后的烟气经吸收塔顶部的除雾器进行液相与气相分离，得到清洁烟气，清洁烟气经烟囱排放；液体产物落入吸收塔内的吸收池中；吸收池中的浆液不断被循环泵抽取至喷淋层，与氧化后的烟气反应，形成脱硫脱硝浆液；脱硫脱硝浆液依次经过旋流器和真空过滤机进行固液分离，得到固体产物；将固体产物输送至副产品储仓；烟气处理过程中，使用来自工艺水塔的工艺水对吸收塔内的除雾器和喷淋层进行间歇式冲洗。
本发明以双氧水作为氧化剂，以含有还原剂亚硫酸氢铵的钙基吸收剂作为吸收浆液，两者相互配合，可以在较低温度下达到优异的脱硝效果和脱硫效果。
附图说明
图1为实施例1所使用的装置；
附图标记如下：
1-吨袋；2-制浆池；3-亚硫酸氢铵储罐；4-氧化风机；5-吸收塔；6-工艺水塔；7-旋流器；8-真空过滤机；9-副产品储仓；10-双氧水储罐；12-静电除尘器；13-烟囱。
具体实施方式
本发明的脱硫脱硝的方法利用氧化还原法。首先将烟气中的NO氧化为易溶的高价态氮氧化物，然后将这些氮氧化物还原为氮气。本发明的方法包括如下步骤：(1)氧化的步骤；(2)还原吸收的步骤；和任选地，对脱硫脱硝浆液进行后处理的步骤。下面进行详细描述。
<氧化的步骤>
将待处理烟气经双氧水处理，得到氧化后的烟气。本发明中的烟气可以来自于烧结机、球团工艺或燃煤锅炉的烟气。待处理烟气优选为预除尘烟气。烟气经过预除尘处理有利于后续氧化反应，从而能够提高脱硫效率和脱硝效率。预除尘前的烟气中的含尘量可以为80～200mg/Nm3；优选为90～150mg/Nm3；更优选为100～140mg/Nm3。
根据本发明的一个实施方式，烟气经过预除尘处理，以除去烟气中的至少一部分粉尘，形成待处理烟气。优选地，预除尘处理的设备为静电除尘器。更优选地，预除尘处理的设备为湿式静电除尘器。预除尘效率可以为90％以上；优选为95％以上；更优选为97％以上。
在本发明中，待处理烟气中二氧化硫的含量可以为600～4000mg/Nm3；优选为1500～3500mg/Nm3；更优选为2000～2500mg/Nm3。这样有利于提高脱硫效率和脱硝效率。
在本发明中，待处理烟气中一氧化氮的含量可以为150～600mg/Nm3；优选为150～400mg/Nm3；更优选为200～300mg/Nm3。待处理烟气的含氧量可以为5～23vol％；优选为10～20vol％；更优选为15～20vol％。这样有利于提高脱硫效率和脱硝效率。待处理烟气的含湿量可以为5～15wt％；优选为7～13wt％；更优选为8～12wt％。这样有利于提高脱硫效率和脱硝效率。
在本发明中，双氧水中过氧化氢的浓度可以为20～50wt％；优选为25～35wt％；更优选为25～30wt％。这样有利于NO的氧化吸收，从而提高脱硝效率。双氧水中的过氧化氢与待处理烟气中一氧化氮的摩尔比可以为0.8～2.5:1；优选为1～2:1；更优选为1.3～1.8:1。根据本发明的一个实施方式，双氧水中的过氧化氢与待处理烟气中一氧化氮的摩尔为1.5:1。这样得到的高价态氮氧化物有利于吸收浆液吸收，从而能够提高脱硝效率。
在本发明中，待处理烟气与双氧水的反应温度为100～150℃；优选为110～140℃；更优选为120～130℃。这样得到的高价态氮氧化物有利于吸收浆液吸收，从而能够提高脱硝效率。本发明通过双氧水和亚硫酸氢铵配合，使得待处理烟气的氧化反应温度得以降低，提高安全生产系数。
根据本发明的一个实施方式，来自双氧水储罐的双氧水经喷雾器喷洒于进入吸收塔之前的烟气管道内，形成氧化剂喷淋区；待处理烟气经引风机进入烟气管道内，在氧化剂喷淋区与双氧水接触，形成氧化后的烟气。待处理烟气在烟气管道内的流速可以为5～20m/s；优选为8～17m/s；更优选为10～15m/s。待处理烟气与双氧水接触的时间为1～7s；优选为1～5s；更优选为1～3s。这样即可以提高效率，又能够达到较好的氧化效果。
<还原吸收的步骤>
将氧化后的烟气经过吸收浆液处理，得到清洁烟气。根据本发明的一个实施方式，还包括向氧化后的烟气和吸收浆液形成的反应体系中通入空气的步骤。本发明的吸收浆液为含有亚硫酸氢铵的钙基吸收浆液。优选地，本发明的吸收浆液中还含有氧化钙或氢氧化钙中的至少一种。更优选地，本发明的吸收浆液含有亚硫酸氢铵和氢氧化钙。在本发明的某些实施方式中，吸收浆液的溶质由亚硫酸氢铵和氢氧化钙组成。
本发明的吸收浆液中亚硫酸氢铵与待处理烟气中一氧化氮的摩尔比可以为3.2～5:1；优选为3.5～4.5:1；更优选为3.5～4:1。在本发明的一个实施方式中，吸收浆液中亚硫酸氢铵与待处理烟气中一氧化氮的摩尔比为3.5:1。本发明意外地发现，将二者比例控制在上述范围，可以在较低的氧化反应温度(双氧水与烟气反应的温度)下获得更高的脱硝效率。
本发明的吸收浆液中的氢氧化钙的粒度可以为150～500目；优选为150～400目；更优选为200～300目。本发明的吸收浆液中的氧化钙的粒度可以为150～500目；优选为150～400目；更优选为200～300目。这样有利于提高脱硫效率和脱硝效率。
本发明的吸收浆液中亚硫酸氢铵和氢氧化钙的总含量可以为5～50wt％；优选为10～30wt％；更优选为10～20wt％。这样有利于提高脱硫效率和脱硝效率。
本发明的吸收浆液中的钙元素与待处理烟气中的硫元素的摩尔比可以为1～2:1；优选为1.1～1.5:1；更优选为1.1～1.4:1。在本发明的一个实施方式中，吸收浆液中的钙元素与待处理烟气中的硫元素的摩尔比为1～1.3:1。这样有利于提高脱硫效率和脱硝效率。
根据本发明的一个实施方式，将氢氧化钙输送至制浆池，形成氢氧化钙浆液。将来自制浆池的氢氧化钙浆液，来自亚硫酸氢铵储罐的亚硫酸氢铵溶液输送至吸收塔底部的吸收池中，形成吸收浆液。在某些实施方式中，吸收浆液经循环泵抽取至吸收塔顶部的喷淋层，通过喷嘴自上向下喷淋；氧化后的烟气经烟气管道进入吸收塔内，在烟气上升的过程中与经喷淋层喷出的吸收浆液和经氧化风机输送至吸收塔内的空气充分反应，形成脱硫脱硝后的烟气和液体产物。
氧化后的烟气在吸收塔内的流速小于7m/s；优选为3～5m/s；更优选为3～4m/s。氧化后的烟气与吸收浆液反应的时间为3～10s；优选为5～8s；更优选为6～8s。这样即可以提高效率，又能够达到较好的脱硫脱硝效果。
根据本发明的一个实施方式，脱硫脱硝后的烟气经吸收塔顶部的除雾器进行液相与气相分离，得到清洁烟气，清洁烟气经烟囱排放；液体产物落入吸收塔内的吸收池中；吸收池中的浆液不断被循环泵抽取至喷淋层，与氧化后的烟气反应，形成脱硫脱硝浆液。
<后处理的步骤>
脱硫脱硝浆液经过固液分离得到固体产物。根据本发明的一个实施方式，脱硫脱硝浆液依次经过旋流器和真空过滤机进行固液分离，得到固体产物。将固体产物输送至副产品储仓。
烟气处理过程中，使用来自工艺水塔的工艺水对吸收塔内的除雾器和喷淋层进行间歇式冲洗。
根据本发明的一个实施方式，本发明的方法包括如下步骤：
(1)烟气经过静电除尘器处理，以除去烟气中的至少一部分粉尘，形成待处理烟气；来自双氧水储罐的双氧水经喷雾器喷洒于进入吸收塔之前的烟气管道内，形成氧化剂喷淋区；待处理烟气经引风机进入烟气管道内，在氧化剂喷淋区与双氧水接触，形成氧化后的烟气；
(2)将来自制浆池的氢氧化钙浆液，来自亚硫酸氢铵储罐的亚硫酸氢铵溶液输送至吸收塔底部的吸收池中，形成吸收浆液；吸收浆液经循环泵抽取至吸收塔顶部的喷淋层，通过喷嘴自上向下喷淋；氧化后的烟气经烟气管道进入吸收塔内，在烟气上升的过程中与经喷淋层喷出的吸收浆液和经氧化风机输送至吸收塔内的空气充分反应，形成脱硫脱硝后的烟气和液体产物；脱硫脱硝后的烟气经吸收塔顶部的除雾器进行液相与气相分离，得到清洁烟气，清洁烟气经烟囱排放；液体产物落入吸收塔内的吸收池中；吸收池中的浆液不断被循环泵抽取至喷淋层，与氧化后的烟气反应，形成脱硫脱硝浆液；脱硫脱硝浆液依次经过旋流器和真空过滤机进行固液分离，得到固体产物；将固体产物输送至副产品储仓；烟气处理过程中，使用来自工艺水塔的工艺水对吸收塔内的除雾器和喷淋层进行间歇式冲洗。
实施例1
(1)烟气经过静电除尘器12处理，以除去烟气中的至少一部分粉尘，形成待处理烟气；来自双氧水储罐10的双氧水经喷雾器喷洒于进入吸收塔之前的烟气管道内，形成氧化剂喷淋区；待处理烟气经引风机进入烟气管道内，在氧化剂喷淋区与双氧水接触，形成氧化后的烟气；
(2)将来自吨袋1中的氢氧化钙输送至制浆池2，形成氢氧化钙浆液；将来自制浆池2的氢氧化钙浆液，来自亚硫酸氢铵储罐3的亚硫酸氢铵溶液输送至吸收塔5底部的吸收池中，形成吸收浆液；吸收浆液经循环泵抽取至吸收塔5顶部的喷淋层，通过喷嘴自上向下喷淋；氧化后的烟气经烟气管道进入吸收塔5内，在烟气上升的过程中与经喷淋层喷出的吸收浆液和经氧化风机4输送至吸收塔5内的空气充分反应，形成脱硫脱硝后的烟气和液体产物；脱硫脱硝后的烟气经吸收塔5顶部的除雾器进行液相与气相分离，得到清洁烟气，清洁烟气经烟囱13排放；液体产物落入吸收塔5内的吸收池中；吸收池中的浆液不断被循环泵抽取至喷淋层，与氧化后的烟气反应，形成脱硫脱硝浆液；脱硫脱硝浆液依次经过旋流器7和真空过滤机8进行固液分离，得到固体产物；将固体产物输送至副产品储仓9；烟气处理过程中，使用来自工艺水塔6的工艺水对吸收塔5内的除雾器和喷淋层进行间歇式冲洗。工艺参数参见表1；清洁烟气的参数如表2所示。
表1
参数 数值 单位
入口烟气量(标况湿) 400000 Nm<sup>3</sup>/h
氧化反应温度 120 ℃
SO<sub>2</sub>入口浓度 2300 mg/Nm<sup>3</sup>
NO入口浓度 230 mg/Nm<sup>3</sup>
烟气含湿量 10 wt％
烟气含氧量 18 vol％
烟气含尘量 120 mg/Nm<sup>3</sup>
烟气管道内烟气流速 12 m/s
吸收塔内烟气流速 3.8 m/s
H<sub>2</sub>O<sub>2</sub>/NO摩尔比 1.5:1 —
双氧水中过氧化氢的浓度 27.5 wt％
NH<sub>4</sub>HSO<sub>3</sub>/NO摩尔比 3.5:1 —
吸收浆液中钙元素与烟气中硫元素摩尔比 1.3:1 —
氢氧化钙粒度 200～300 目
吸收浆液中亚硫酸氢铵和氢氧化钙的总含量 15 wt％
表2
项目 数量 单位
排烟温度 40 ℃
脱硫效率 100 ％
脱硝效率 97 ％
比较例1
除表3所示的参数外，其余同实施例1。清洁烟气的参数如表4所示。
表3
参数 数值 单位
NH<sub>4</sub>HSO<sub>3</sub>/NO摩尔比 3:1 —
表4
项目 数量 单位
排烟温度 40 ℃
脱硫效率 99.6 ％
脱硝效率 91.3 ％
比较例2
除表5所示的参数外，其余同实施例1。清洁烟气的参数如表6所示。
表5
参数 数值 单位
NH<sub>4</sub>HSO<sub>3</sub>/NO摩尔比 2.6:1 —
表6
项目 数量 单位
排烟温度 40 ℃
脱硫效率 99.3 ％
脱硝效率 86.1 ％
由上述数据可知，增加亚硫酸氢铵和一氧化氮的摩尔比有利于提高烟气的脱硫效率和脱硝效率，当亚硫酸氢铵和一氧化氮的摩尔比为3.5:1时，脱硫效率和脱硝效率最高。
比较例3
除表7所示的参数外，其余同实施例1。清洁烟气的参数如表8所示。
表7
参数 数值 单位
氧化反应温度 160 ℃
表8
项目 数量 单位
排烟温度 55 ℃
脱硫效率 99.5 ％
脱硝效率 92 ％
由上述数据可知，过高的氧化反应温度，不利于提高脱硫效率和脱硝效率。
本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员可以想到的任何变形、改进、替换均落入本发明的范围。

Claims (10)

1.一种利用氧化还原法进行脱硫脱硝的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
(1)将待处理烟气经双氧水处理，得到氧化后的烟气；
(2)将氧化后的烟气经过吸收浆液处理，得到清洁烟气；其中，所述的吸收浆液为含有亚硫酸氢铵的钙基吸收浆液，吸收浆液中的亚硫酸氢铵与待处理烟气中一氧化氮的摩尔比为3.2～5:1；待处理烟气与双氧水的反应温度为100～150℃。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，双氧水中过氧化氢的浓度为20～50wt％。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，双氧水中的过氧化氢与待处理烟气中一氧化氮的摩尔比为0.8～2.5:1。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，待处理烟气与双氧水的反应温度为110～140℃。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，待处理烟气中二氧化硫的含量为600～4000mg/Nm3，一氧化氮的含量为150～600mg/Nm3，且含氧量为5～23vol％。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的吸收浆液中还含有氢氧化钙、氧化钙中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，吸收浆液中的亚硫酸氢铵与待处理烟气中一氧化氮的摩尔比为3.5～4.5:1。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，吸收浆液中的钙元素与待处理烟气中的硫元素的摩尔比为1～2:1。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，吸收浆液中含有亚硫酸氢铵和氢氧化钙，且吸收浆液中亚硫酸氢铵和氢氧化钙的总含量为5～50wt％。
10.根据权利要求1～9任一项所述的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)烟气经过静电除尘器处理，以除去烟气中的至少一部分粉尘，形成待处理烟气；来自双氧水储罐的双氧水经喷雾器喷洒于进入吸收塔之前的烟气管道内，形成氧化剂喷淋区；待处理烟气经引风机进入烟气管道内，在氧化剂喷淋区与双氧水接触，形成氧化后的烟气；
(2)将来自制浆池的氢氧化钙浆液，来自亚硫酸氢铵储罐的亚硫酸氢铵溶液输送至吸收塔底部的吸收池中，形成吸收浆液；吸收浆液经循环泵抽取至吸收塔顶部的喷淋层，通过喷嘴自上向下喷淋；氧化后的烟气经烟气管道进入吸收塔内，在烟气上升的过程中与经喷淋层喷出的吸收浆液和经氧化风机输送至吸收塔内的空气充分反应，形成脱硫脱硝后的烟气和液体产物；脱硫脱硝后的烟气经吸收塔顶部的除雾器进行液相与气相分离，得到清洁烟气，清洁烟气经烟囱排放；液体产物落入吸收塔内的吸收池中；吸收池中的浆液不断被循环泵抽取至喷淋层，与氧化后的烟气反应，形成脱硫脱硝浆液；脱硫脱硝浆液依次经过旋流器和真空过滤机进行固液分离，得到固体产物；将固体产物输送至副产品储仓；烟气处理过程中，使用来自工艺水塔的工艺水对吸收塔内的除雾器和喷淋层进行间歇式冲洗。
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