CN113144863A - 可电解再生的烟气处理方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可电解再生的烟气处理方法，包括对脱硫后的烟气采用酸性次氯酸盐溶液进行洗涤，对洗涤后的次氯酸盐溶液进行电解，汞被吸附，次氯酸盐溶液回流再次对脱硫后的烟气进行洗涤。装置包括：脱硝脱汞单元：包括脱硝脱汞塔、脱硝脱汞喷淋组件；电解再生单元：包括电解池、汞吸附管以及电源组件；管路组件：包括第一管路、第二管路，第一管路连通脱硝脱汞塔底部与电解池；第二管路连通电解池与脱硝脱汞喷淋组件。本发明对脱硝脱汞后的溶液通过电解使溶液中的氧化剂可以实现再生循环利用，同时将溶液中的汞析出，实现汞的富集，避免二次污染，节省了氧化剂，且利于推广。

Description

可电解再生的烟气处理方法及装置

技术领域

本发明涉及脱硫、脱硝、脱汞技术领域，特别是涉及一种可电解再生的烟气处理方法和装置。

背景技术

为了改善大气环境质量，污染物排放标准不断提高，要求采取措施进行污染治理，主要的污染物为NO_x、SO₂、粉尘、汞等。对于NO_x脱除，常采用低氮燃烧、SNCR以及SCR技术，常规将炉内低氮燃烧和炉后烟气脱硝技术组合使用；对于SO₂脱除，常采用湿法脱硫，用石灰石-石膏法脱除；对于汞脱除，主要利用现有烟气污染物治理设施的协同脱除作用脱除汞，利用SCR将零价汞(Hg⁰)氧化为易溶于水的二价汞(Hg²⁺)，Hg²⁺再被湿法脱硫装置吸收。以上这些污染物排放控制技术为分别脱除，需要大量占地空间、检修复杂、运行成本较高，在具体应用时需综合考虑。

因此，多种污染物同时脱除技术被广泛研究，主要是指用同一个吸收剂或同一套设备同时将NO_x、SO₂、汞脱除的技术，常用方法为氧化吸收法。氧化吸收法是指使用氧化剂将难溶于水的NO氧化为易溶于水的NO₃ ^－，将Hg⁰氧化为Hg²⁺，NO₃ ^－和Hg²⁺可被溶液吸收脱除，常用的氧化剂有Cl₂、ClO₂、NaClO、NaClO₂、KMnO₄、K₂Cr₂O₇、H₂O₂。氧化吸收法的脱除效率较高，但是氧化剂价格昂贵、同时脱除后的废液处理工序复杂，使得该技术难以推广。

因此，多种污染物同时脱除技术是可行的，但是需要寻找一种廉价的氧化剂，或者可再生的氧化剂，才能具备推广意义。

参见公开号为CN108371879A的中国专利，公开了一种电解处理高氯脱硫废水并耦合脱硝脱汞的系统及方法，该方法在湿法脱硫和SCR脱硝反应的基础上，回收脱硫废水并对其预处理，处理后的高氯脱硫废水在带有阴离子交换膜的阳极室内电解后产生氯气、氧气，与空气混合后进入前置系统参与部分氧化。该方法在可以实现脱硫废水的回收利用，同时生成的氧化剂可以促进NO、汞的氧化，可以实现同时脱硫脱硝脱汞，但是该方法仍然需要SCR系统、湿法脱硫系统、同时还加装了前置装置，系统复杂，没有真正实现脱硫脱硝脱汞的一体化。

参见公开号为CN105107340A的中国专利，公开了一种基于氨基吸收剂的脱硫脱硝脱汞一体化装置及其方法，通过在尿素、氨水或碳酸氢铵混合液中添加过过硫酸铵来氧化烟气中的NO和汞，再通过湿法吸收氧化后的烟气，而氨基吸收剂经过吸收剂循环池电解后还可循环使用。该方法可以实现同一种吸收剂同时脱硫脱硝脱汞，但是汞最终以Hg²⁺的形态存在于溶液中，并没有真正脱除，会造成二次污染。

参见公开号为CN101310834A的中国专利，公开了一种气液接触分级氧化法脱硫、脱硝、脱汞工艺，该发明通过使用石灰/石灰石一石膏湿法来进行第一级脱硫，其中原烟气进入湿法脱硫吸收塔，在石灰石灰石浆液的洗涤下，烟气中SO₂被吸收，之后原烟气在二次脱硫脱硝、脱汞吸收塔中，通过使用氧化剂水溶液以气液接触方式进行洗涤，脱除烟气中NO、SO₂、汞。，但是第二级脱硝脱汞段所用的氧化剂，即NaClO₂、NaClO₃、CaCl₂O₄、CaCl₂O₆、ClO₂和KMnO₄，成本较高，投资较大，很难实际应用。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种可电解再生的烟气处理方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种可电解再生的烟气处理方法，包括：

1)、对脱硫后的烟气采用酸性次氯酸盐溶液进行洗涤，烟气中的NO和Hg⁰与酸性次氯酸盐溶液反应并生成NO₃ ^－和Hg²⁺，

2)、对洗涤后的次氯酸盐溶液进行电解，Hg²⁺得电子生成Hg⁰并通过汞吸附管吸附，电解后的次氯酸盐溶液回流再次对脱硫后的烟气进行洗涤。

本发明的另一个目的是提供一种可电解再生的烟气处理装置。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种可电解再生的烟气处理装置，包括：

脱硝脱汞单元：包括脱硝脱汞塔、脱硝脱汞喷淋组件，所述的脱硝脱汞喷淋组件设置在所述的脱硝脱汞塔内，所述的脱硝脱汞塔的入口位于所述的脱硝脱汞喷淋组件的下方，所述的脱硝脱汞塔的出口位于所述的脱硝脱汞喷淋组件的上方；

电解再生单元：包括电解池、汞吸附管以及电源组件，所述的电源组件包括阴极管、阳极管以及电解电源，所述的电解电源分别与所述的阴极管、阳极管相连接，所述的汞吸附管、阴极管以及阳极管至少部件设置在所述的电解池内；

管路组件：包括第一管路、第二管路，所述的第一管路连通所述的脱硝脱汞塔底部与所述的电解池；所述的第二管路连通所述的电解池与所述的脱硝脱汞喷淋组件。

优选地，所述的脱硝脱汞塔底部形成脱硝脱汞浆液池，所述的第一管路与所述的脱硝脱汞浆液池相连通，所述的脱硝脱汞浆液池内充注酸性次氯酸盐。

优选地，所述的汞吸附管贴近所述的阴极管设置，经过所述的阴极管得到电子生成并析出的Hg⁰，更便于迅速被靠近所述的阴极管的汞吸附管吸走并收集利用。

优选地，所述的第一管路与所述的电解池的连通位置高于所述的第二管路与所述的电解池的连通位置。

优选地，所述的装置还包括脱硫单元，所述的脱硫单元包括脱硫塔、脱硫喷淋组件，所述的脱硫喷淋组件设置在所述的脱硫塔内，所述的脱硫塔的入口位于所述的脱硫喷淋组件的下方，所述的脱硫塔的出口位于所述的脱硫喷淋组件的上方；

所述的管路组件还包括第三管路，所述的第三管路连通所述的脱硫塔的出口与所述的脱硝脱汞塔的入口。

进一步优选地，所述的脱硫塔底部形成脱硫浆液池。

更进一步优选地，所述的管路组件还包括第四管路，所述的第四管路连通所述的脱硫浆液池与所述的脱硫喷淋组件。

优选地，所述的管路组件还包括泵体，所述的泵体设置在各个管路上。

优选地，所述的脱硫单元还包括氧化风机、脱硫浆液供送部件，所述的氧化风机、脱硫浆液供送部件分别与所述的脱硫塔底部相连通，所述的氧化风机向所述的脱硫浆液池内提供空气，所述的脱硫浆液供送部件向脱硫浆液池内提供脱硫浆液。

优选地，所述的装置还包括除雾器，所述的除雾器设置在连通所述的脱硝脱汞塔的出口管路上，和/或所述的除雾器设置在所述的第三管路上。

本发明的原理如下：

脱硝脱汞浆液的氧化剂以酸性(盐酸)次氯酸钠为例，脱硝脱汞反应及电解再生反应中涉及的物质的标准生成吉布斯函数变参数如表一所示：

表一：各物质的标准生成吉布斯函数变：

脱硝脱汞单元中，主要涉及到的反应为NaClO对NO和Hg⁰的氧化，溶液中的有效氧化组分为HClO。

HClO对NO的氧化产物为Cl^－和NO₃ ^－，反应可以用下式表示：

3ClO^-(aq)+2NO(g)+H₂O＝2H⁺+2NO₃ ^-(aq)+3Cl^-(aq)，

经计算，该反应的标准吉布斯函数变ΔG^θ＝－443.95kJ·mol^-1<<－40kJ·mol^-1，标准平衡常数K^θ＝e^179.10，K值非常大，表明这个化学反应能够朝着正方向发展得很彻底。因此，NaClO 对NO的氧化是可以进行的。

次氯酸与汞的反应可以用下式表示：

HClO(aq)+HCl(aq)+Hg(g)＝H₂O(l)+HgCl₂(aq)，

经计算，该反应的标准吉布斯函数变ΔG^θ＝－199.08kJ·mol^-1<<－40kJ·mol^-1，标准平衡常数K^θ＝e^80.31，K值非常大，表明这个化学反应能够朝着正方向发展得很彻底。因此，NaClO 对Hg⁰的氧化是可以进行的。

电解池中的反应，主要涉及到阴极管和阳极管上，溶液中离子得电子和失电子的顺序。经上文分析，次氯酸钠溶液脱硝脱汞后，废液主要成分是氯化钠、盐酸、氯化汞和硝酸，即溶液中的主要离子有Na⁺、Hg²⁺、H⁺、Cl^－、NO₃ ^－以及极微量的OH^－。

在阴极，离子得电子的能力，Hg²⁺强于H⁺，H⁺强于Na⁺，NO₃ ^－离子基本不存在还原性，因此阴极发生的反应为：

Hg²⁺+2e^-＝Hg，

在阳极，离子失电子的能力，Cl^－强于OH^－、因此阳极发生的反应为：

2Cl^--2e^-＝Cl₂(g)，

反应生产的Cl₂重新溶于水与水发生反应，反应如下：

Cl₂(g)+H₂O(l)＝HClO(aq)+HCl(aq)，

HClO不稳定，分解为ClO^－，与溶液中的Na⁺结合生成NaClO。

经历上述电解反应，Hg²⁺被还原为Hg⁰在阴极管富集后被汞吸附管收集，溶液中的Cl^－在阳极管被氧化反应生成NaClO，既实现了汞的回收利用，也实现了次氯酸钠溶液的再生。

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：

本发明对脱硝脱汞后的溶液通过电解使溶液中的氧化剂可以实现再生循环利用，同时将溶液中的汞析出，实现汞的富集，避免二次污染，节省了氧化剂，且利于推广。

附图说明

附图1为本实施例中装置的结构示意图。

以上附图中：

10、脱硫塔；100、脱硫浆液池；11、脱硫喷淋组件；12、氧化风机；13、脱硫浆液供送部件；14、第四管路；15、泵体；16、第三管路；17、除雾器；20、脱硝脱汞塔；200、脱硝脱汞浆液池；21、脱硝脱汞喷淋组件；22、除雾器；23、第一管路；24、泵体；30、电解池； 31、汞吸附管；32、阴极管；33、阳极管；34、电解电源；35、第二管路；36、泵体；4、尾部烟道。

具体实施方式

下面将结合附图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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1所示的一种可电解再生的烟气处理装置，包括脱硫单元、脱硝脱汞单元以及电解再生单元。具体的说：

脱硫单元包括脱硫塔10、脱硫喷淋组件11，脱硫喷淋组件11设置在脱硫塔10内，脱硫塔10的入口位于脱硫喷淋组件11的下方，脱硫塔10的出口位于脱硫喷淋组件11的上方。脱硫塔10的入口与尾部烟道4相连通；脱硫喷淋组件11采用喷淋管、设置在喷淋管上的多个喷嘴，喷淋管可以根据需要在上下方向上设置多组。

脱硫单元还包括氧化风机12、脱硫浆液供送部件13，氧化风机12、脱硫浆液供送部件分别与脱硫塔10底部相连通。脱硫浆液供送部件13向脱硫塔10底部供送脱硫浆液，使脱硫塔10底部形成脱硫浆液池100。在本实施例中：脱硫浆液池100与脱硫喷淋组件11通过第四管路14连通，并在第四管路14上设置泵体15，将脱硫浆液池100内的脱硫浆液引入脱硫喷淋组件11进行喷淋，喷淋后的脱硫浆液再流入脱硫浆液池100，如此循环使用。

脱硫塔10的出口通过第三管路16与脱硝脱汞单元连通，并且在第三管路16设置除雾器 17。

脱硝脱汞单元包括脱硝脱汞塔20、脱硝脱汞喷淋组件21，脱硝脱汞喷淋组件21设置在脱硝脱汞塔20内，脱硝脱汞塔20的入口位于脱硝脱汞喷淋组件21的下方，脱硝脱汞塔20 的出口位于脱硝脱汞喷淋组件21的上方。脱硝脱汞塔20的入口通过第三管路16与脱硫塔 10的出口连通，脱硝脱汞塔20的出口管路上设置除雾器22；脱硝脱汞喷淋组件21采用喷淋管、设置在喷淋管上的多个喷嘴，喷淋管可以根据需要在上下方向上设置多组。

脱硝脱汞塔20底部形成脱硝脱汞浆液池200，脱硝脱汞浆液池200通过第一管路23与电解再生单元相连通，并在第一管路23上设置泵体24。

电解再生单元包括电解池30、汞吸附管31以及电源组件，电源组件包括阴极管32、阳极管33以及电解电源34，电解电源34分别与阴极管32、阳极管33相连接，汞吸附管31、阴极管32以及阳极管33至少部件设置在电解池30内，在本实施例中：汞吸附管31贴近阴极管32设置，更便于迅速被靠近阴极管32的汞吸附管31吸走并收集利用。

电解池30通过第一管路23与脱硝脱汞浆液池200连通，电解池30通过第二管路35连通与脱硝脱汞喷淋组件21，并在第二管路35上设置泵体36。

以下具体阐述下本实施例的工作过程：

本实施例中：脱硫浆液采用石灰石浆液，脱硝脱汞浆液采用酸性次氯酸钠浆液。

脱硫浆液供送部件13将新鲜的石灰石浆液输送至脱硫浆液池100中，泵体15将石灰石浆液通过脱硫喷淋组件11喷入脱硫塔10中，与尾部烟道4送来的烟气逆向混合，充分接触，烟气中的SO₂与石灰石浆液反应生成亚硫酸钙，浆液落至脱硫浆液池100中，氧化风机12向脱硫浆液池100中通入空气，与亚硫酸钙反应生成硫酸钙(石膏晶体)，再排出脱硫塔10；脱除了SO₂的烟气经除雾器17进入脱硝脱汞单元，除雾器17将烟气中的雾滴脱除，避免影响后续设备及反应。

酸性次氯酸钠浆液经脱硝脱汞喷淋组件21喷入脱硝脱汞塔20，与烟气逆向混合，充分接触，烟气中的NO和Hg⁰被溶液中的次氯酸钠(NaClO)氧化生成易溶于水的NO₃ ^－和Hg²⁺，再被溶液吸收，反应后的溶液落入脱硝脱汞浆液池200，再经泵体24进入电解再生单元，经电解再生后的次氯酸钠溶液由泵体36和脱硝脱汞喷淋组件21进入脱硝脱汞塔20，继续参与反应，实现溶液的循环利用。

反应后的溶液经泵体24打入电解池30后进行电解反应，其中，Hg²⁺在阴极管32得到电子生成Hg⁰并析出，由汞吸附管31将生成的Hg⁰吸走并收集利用，溶液中的Cl^－在阳极管33失去电子生成Cl₂，Cl₂易溶于水并与水发生反应生成次氯酸根离子(ClO^－)，与溶液中的钠离子(Na⁺)结合生成NaClO。因此，电解后的废液成分就变成了次氯酸钠溶液，再经泵体 36送入脱硝脱汞塔20，实现次氯酸钠的循环应用。

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)

1.一种可电解再生的烟气处理方法，其特征在于：包括：

1）、对脱硫后的烟气采用酸性次氯酸盐溶液进行洗涤，烟气中的NO和Hg⁰与酸性次氯酸盐溶液反应并生成NO₃ ^－和Hg²⁺，

2）、对洗涤后的次氯酸盐溶液进行电解，Hg²⁺得电子生成Hg⁰并通过汞吸附管吸附，电解后的次氯酸盐溶液回流再次对脱硫后的烟气进行洗涤。

2.一种实现权利要求1所述的可电解再生的烟气处理方法的装置，其特征在于：包括：

脱硝脱汞单元：包括脱硝脱汞塔、脱硝脱汞喷淋组件，所述的脱硝脱汞喷淋组件设置在所述的脱硝脱汞塔内，所述的脱硝脱汞塔的入口位于所述的脱硝脱汞喷淋组件的下方，所述的脱硝脱汞塔的出口位于所述的脱硝脱汞喷淋组件的上方；

电解再生单元：包括电解池、汞吸附管以及电源组件，所述的电源组件包括阴极管、阳极管以及电解电源，所述的电解电源分别与所述的阴极管、阳极管相连接，所述的汞吸附管、阴极管以及阳极管至少部件设置在所述的电解池内；

管路组件：包括第一管路、第二管路，所述的第一管路连通所述的脱硝脱汞塔底部与所述的电解池；所述的第二管路连通所述的电解池与所述的脱硝脱汞喷淋组件。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述的脱硝脱汞塔底部形成脱硝脱汞浆液池，所述的第一管路与所述的脱硝脱汞浆液池相连通，所述的脱硝脱汞浆液池内充注酸性次氯酸盐溶液。

4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述的汞吸附管贴近所述的阴极管设置。

5.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述的第一管路与所述的电解池的连通位置高于所述的第二管路与所述的电解池的连通位置。

6.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述的装置还包括脱硫单元，所述的脱硫单元包括脱硫塔、脱硫喷淋组件，所述的脱硫塔底部形成脱硫浆液池，所述的脱硫喷淋组件设置在所述的脱硫塔内，所述的脱硫塔的入口位于所述的脱硫喷淋组件的下方，所述的脱硫塔的出口位于所述的脱硫喷淋组件的上方；

所述的管路组件还包括第三管路，所述的第三管路连通所述的脱硫塔的出口与所述的脱硝脱汞塔的入口。

7.根据权利要求6所述的可电解再生的烟气处理装置，其特征在于：所述的管路组件还包括第四管路，所述的第四管路连通所述的脱硫浆液池与所述的脱硫喷淋组件。

8.根据权利要求2或6或7所述的可电解再生的烟气处理装置，其特征在于：所述的管路组件还包括泵体，所述的泵体设置在各个管路上。

9.根据权利要求6所述的可电解再生的烟气处理装置，其特征在于：所述的脱硫单元还包括氧化风机、脱硫浆液供送部件，所述的氧化风机、脱硫浆液供送部件分别与所述的脱硫塔底部相连通。

10.根据权利要求6所述的可电解再生的烟气处理装置，其特征在于：所述的装置还包括除雾器，所述的除雾器设置在连通所述的脱硝脱汞塔的出口管路上，和/或所述的除雾器设置在所述的第三管路上。

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