CN114768509A - 基于超重力技术脱除烟气中多组分污染物的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于超重力技术脱除烟气中多组分污染物的方法和装置，利用多组分吸收液在超重力旋转填料床条件下，同步去除烟气中的NOx、SO2、Hg0污染物；吸收液与烟气在超重力场中错流接触，从而达到同步去除烟气中多组分污染物的目的。超重力旋转填料床由外壳、强化气液传质的填料、填料底座、电机组成，所述强化气液传质的填料由金属丝构成，金属丝呈交叉排列组成菱形孔状的网，菱形孔面积为0.6~0.8cm2；在径向上，交叉排布的金属丝呈波纹状。超重力旋转填料床作为气液反应的场所，可以强化传质过程，大大提高了污染物的去除效率；该方法具有成本低、经济性能好、占地面积小、可实现资源回用等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于超重力技术脱除烟气中多组分污染物的方法和装置，属于烟气净化领域。
背景技术
随着工业的快速发展，化石燃料燃烧过程排放出的氮氧化物（主要是NO和NO2）和二氧化硫（SO2）带来的空气污染日益严重。同时可以在尾气中净化NOx和SO2（有时还包括不同烟气源中的Hg0、H2S、VOCs等）的方法受到人们的广泛关注。目前商用去除SO2和NO的技术主要包括循环流化床技术（CFB）、选择性催化还原（SCR）和湿法烟气脱硫（WFGD）技术。但还是存在一些缺点，比如单独的CFB技术无法达到污染物的达标排放，须在后序工段加装燃烧后烟气处理技术。SCR-WFGD系统是一种成熟的燃烧后烟气处理技术，但存在着占地面积大、系统复杂、运行费用高等缺点。
中国专利CN200810021614.2公布了一种超声波一体化脱硫脱硝脱汞方法及其装置，以Fenton试剂、类Fenton试剂、高锰酸钾、过硫酸钾作为吸收液，该吸收液将在超声波所产生的空化效应下产生具有强氧化性的羟基自由基·OH，继而与烟气中的硫氧化物、氮氧化物和Hg0发生氧化脱除反应。但该方法涉及到外加能源的消耗，难以实现工业化应用。
中国专利201710764432.3公开了一种烟气多污染物协同脱除系统及方法，利用锅炉余热加热H2O2水溶液，预热后的H2O2喷入除尘器下游烟道，在催化剂作用下产生活性物质氧化尾部烟气中的污染物。但该方法所需H2O2浓度过高，使得运行成本大大增加。
中国专利201310129271.2公开了一种基于高级氧化技术的烟气脱硝方法，该方法是将双氧化剂溶液直接喷入烟道内与烟气混合，双氧化剂经过热活化将烟道气中NO氧化为NO2、HNO2、HNO3等高价态易溶的氮氧化物。但热活化作为一种活化效率不高的活化方式，为了达到较高的脱硝率，这就要求液相中的双氧化剂需要维持较高的浓度，增加了系统的运行成本。
发明内容
本发明克服现有烟气净化技术的不足，提供了一种低能耗、低成本、清洁高效的基于超重力技术脱除烟气中多组分污染物的方法和装置。本发明具体提供的是一种利用多组分吸收液在旋转填料床中同步去除NOx、SO2、Hg0的方法。
本发明采用如下技术方案：
本发明提供了一种基于超重力技术脱除烟气中多组分污染物的方法，包括以下步骤：
（1）配制吸收液，该溶液包括0.5~5 mol/L (NH4)2S2O8、0.3~3 mol/LH2O2、0.01~0.05 mol/L FeSO4、0.01~0.05 mol/LCuSO4；
（2）将配制好的吸收液加入至吸收液槽中；
（3）开启旋转填料床：开启电机，超重力因子设为80~120；
（4）气液反应：启动离心泵将步骤（1）中制备的吸收液通过进液口注入旋转填料床，同时将烟道气注入旋转填料床，气液体积比调节为5:1～15:1；
（5）尾气检测：利用烟气分析仪在线监测气体出口处NO和SO2浓度，Hg0浓度由汞分析仪检测，当尾气达标后直接排放到大气中；
（6）吸收液循环使用，定期补加(NH4)2S2O8和H2O2达到设定浓度；60～80h后对尾液进行回收处理。
上述方法中，所述步骤（1）中 (NH4)2S2O8浓度为0.2 mol/L、H2O2浓度为0.9 mol/L、FeSO4浓度为0.01 mol/L、CuSO4浓度为0.03 mol/L。
上述方法中，所述步骤（3）中超重力因子设置为90。
上述方法中，所述步骤（4）中注入旋转填料床的烟道气组成为：NO浓度为300~700ppm、SO2浓度为1000~2000 ppm、Hg0浓度为60~100 μg/m³。
上述工艺中，所述烟气的温度为60~100℃。
上述工艺中，吸收液流量为80~100 L/h。
本发明提供了一种基于超重力技术脱除烟气中多组分污染物的装置，包括超重力旋转填料床、吸收液储罐、烟气分析检测仪，烟道气炉膛通过风机连接超重力旋转填料床，超重力旋转填料床的左侧底部设有气体入口，超重力旋转填料床的顶部气体出口连接烟气分析检测仪，超重力旋转填料床底部中心设有进液口，吸收液储罐通过离心泵连接进液口，旋转填料床的出液口与吸收液储罐、离心泵连接构成一个循环回路。
超重力旋转填料床由外壳、强化气液传质的填料、填料底座、电机组成，超重力旋转填料床的进液口连接液体分布器；液体分布器设置在填料中部，液体分布器为直径为40~50mm、长为400~500mm的直管，直管上设置若干个直径为20~30mm的通孔，相邻通孔之间的间距为30-40mm。
所述的强化气液传质的填料，具体由以下方法制备而成：
（1）填料由金属丝构成，金属丝呈交叉排列组成菱形孔状的网，菱形孔面积约为0.6~0.8cm2。
（2）在径向上，交叉排布的金属丝呈波纹状。
（3）将上述结构的丝网卷制为直径不同的圆筒，两个圆筒之间留有2~3 mm的间隙，之后将其固定在填料下托盘上。
与现有技术相比本发明的有益效果为：强化气液传质的填料相较于传统的填料来说，不仅强化了对液相的剪切、分割作用，而且波纹状的设计形成规则的气相通道，对气相存在扰动，从而加强了气液相的接触。H2O2和(NH4)2S2O8复合吸收液在热、Fe2+的活化作用下导致更多自由基(·OH, ·SO4 –, ·HO2)和其他氧化剂如O2的生成，这些共同参与到对目标污染物的氧化吸收。不同自由基之间存在互相激发的作用，进而引发一系列链式反应。Cu2+的存在，可以加快Fe3+转移到Fe2+的速率。NO、SO2、Hg0在自由基的作用下被氧化成可溶态强的SO3、NO2、Hg2+，最终产物为(NH4)2SO4、NH4NO3、以及不溶于水的HgSO4。最终溶液再通过调节pH除去溶液中的金属离子，之后通过锅炉烟气余热的蒸发结晶，可将溶液中的(NH4)2SO4、NH4NO3进一步转化为固体的(NH4)2SO4、NH4NO3，作为肥料的原料。本发明的反应原理如下：
（1）自由基链式反应
（2）脱硫反应机理
（3）脱硝反应机理
（4）脱汞反应机理
作为气液反应，NO、Hg0与SO2不同，传质过程是整个过程的控制步骤。得益于·OH与·SO4 –的高活性，氧化反应主要发生在气液界面。液体在旋转填料床中被高速旋转的填料剪切成细小的液滴、液丝、液膜，经历多次碰撞、切割、表面更新的周期。快速的液体膜更新速率使得更多的·OH与·SO4 –从液滴内部转移到液体表面，导致NO、Hg0从气相转移至液相的传质速率大幅增加。
本发明的有益效果：
（1）本发明可以实现对烟气中SO2、NOx、Hg0的一体化去除，对其中一种或两种污染物同样适用。同时吸收液可在60～80h内循环使用，反应产物可作为肥料的原料，实现资源化回用。
（2）本发明将旋转填料床作为气、液反应的场所，可以强化传质过程，大大提高了污染物的去除效率；该方法具有成本低、经济性能好、占地面积小、可实现资源回用、传质效率高、增大气液接触面积、相界面快速更新等优点。
（3）本发明可以极大地缩短工艺流程和降低维护费用。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图；
图2为本发明的超重力旋转填料床的结构示意图；
图3为强化气液传质的填料组装图；
图4为图3的俯视图；
图5为图4中填料的最小结构单元示意图。
图中：1-炉膛；2-第一烟气分析检测仪，3-风机；4-超重力旋转填料床；5-离心泵；6-吸收液储罐；7-第二烟气分析检测仪；4.1-气体入口；4.2-进液口；4.3-填料；4.4-气体出口；4.5-外壳；4.6-填料底座；4.7-电机；4.8-液体分布器。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
本发明提供了一种基于超重力技术脱除烟气中多组分污染物的方法，包括以下步骤：
（1）配制吸收液，该溶液包括0.5~5 mol/L (NH4)2S2O8、0.3~3 mol/LH2O2、0.01~0.05 mol/L FeSO4、0.01~0.05 mol/LCuSO4；
（2）将配制好的吸收液加入至吸收液槽中；
（3）开启旋转填料床：开启电机，超重力因子设为80~120；
（4）气液反应：启动离心泵将步骤（1）中制备的吸收液通过进液口注入旋转填料床，同时将烟道气注入旋转填料床，气液体积比调节为5:1～15:1；注入旋转填料床的烟道气组成为：NO浓度为300~700 ppm、SO2浓度为1000~2000 ppm、Hg0浓度为60~100 μg/m³；烟气的温度为60~100℃；吸收液流量为80~100 L/h。
（5）尾气检测：利用Cairn 9206烟气分析仪在线监测气体出口处NO和SO2浓度，Hg0浓度由QM201H型汞分析仪检测，当尾气达标后直接排放到大气中；
（6）吸收液循环使用，定期补加(NH4)2S2O8和H2O2达到设定浓度；60～80h后对尾液进行回收处理。
如图1~5所示，本发明提供了一种基于超重力技术脱除烟气中多组分污染物的装置，包括超重力旋转填料床4、吸收液储罐6、烟气分析检测仪，烟道气炉膛1通过第一烟气分析检测仪2、风机3连接超重力旋转填料床4，超重力旋转填料床4的左侧底部设有气体入口4.1，超重力旋转填料床的顶部气体出口4.4连接第二烟气分析检测仪7，超重力旋转填料床4底部中心设有进液口4.2，吸收液储罐6通过离心泵5连接进液口4.2，旋转填料床的出液口与吸收液储罐6、离心泵5连接构成一个循环回路。
超重力旋转填料床4由外壳4.5、强化气液传质的填料4.3、填料底座4.6、电机4.7组成，超重力旋转填料床的进液口4.2连接液体分布器4.8；液体分布器设置在填料中部，液体分布器为直径为40~50mm、长为400~500mm的直管，直管上设置若干个直径为20~30mm的通孔，相邻通孔之间的间距为30-40mm。
所述的强化气液传质的填料，具体由以下方法制备而成：
（1）填料由金属丝构成，金属丝呈交叉排列组成菱形孔状的网，菱形孔面积约为0.6~0.8cm2。
（2）在径向上，交叉排布的金属丝呈波纹状。
（3）将上述结构的丝网卷制为直径不同的圆筒，两个圆筒之间留有2~3 mm的间隙，之后将其固定在填料下托盘上。
下面通过具体实施例来进一步说明本发明的实施情况：
实施例1
配制吸收液，具体组分：(NH4)2S2O8浓度为0.2 mol/L、H2O2浓度为0.3 mol/L、FeSO4浓度为0.01 mol/L、CuSO4浓度为0.01 mol/L。开启超重力机，超重力因子设置为70。使用离心泵将吸收液从进液口注入旋转填料床，液体流量为100 L/h。NO气体注入机器与液体充分接触，气体流量1000 L/h。NO、SO2、Hg0去除率分别为76.25％、95.43％、75.85％。
实施例2
配制吸收液，具体组分：(NH4)2S2O8浓度为0.5 mol/L、H2O2浓度为0.8 mol/L、FeSO4浓度为0.08 mol/L、CuSO4浓度为0.08 mol/L。开启超重力机，超重力因子设置为90。使用离心泵将吸收液从进液口注入旋转填料床，液体流量为100 L/h。NO气体注入机器与液体充分接触，气体流量1000 L/h。NO、SO2、Hg0去除率分别为80.13％、96.38％、77.48％。
实施例3
配制吸收液，具体组分：(NH4)2S2O8浓度为0.2 mol/L、H2O2浓度为0.3 mol/L、FeSO4浓度为0.01 mol/L、CuSO4浓度为0.01 mol/L。开启超重力机，超重力因子设置为70。使用离心泵将吸收液从进液口注入旋转填料床，液体流量为200 L/h。NO气体注入机器与液体充分接触，气体流量1000 L/h。NO、SO2、Hg0去除率分别为84.96％、98.15％、83.27％。
实施例4
配制吸收液，具体组分：(NH4)2S2O8浓度为0.2 mol/L、H2O2浓度为0.3 mol/L、FeSO4浓度为0.01 mol/L、CuSO4浓度为0.01 mol/L。开启超重力机，超重力因子设置为90。使用离心泵将吸收液从进液口注入旋转填料床，液体流量为100 L/h。NO气体注入机器与液体充分接触，气体流量1000 L/h。NO、SO2、Hg0去除率分别为81.25％、97.82％、79.25％。
Claims (10)
1.一种基于超重力技术脱除烟气中多组分污染物的方法，其特征在于：利用多组分吸收液在超重力旋转填料床条件下，同步去除烟气中的NOx、SO2、Hg0污染物；吸收液与烟气在超重力场中错流接触，从而达到同步去除烟气中多组分污染物的目的。
2.根据权利要求1所述的基于超重力技术脱除烟气中多组分污染物的方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）配制吸收液，该溶液包括0.5~5 mol/L (NH4)2S2O8、0.3~3 mol/LH2O2、0.01~0.05mol/L FeSO4、0.01~0.05 mol/LCuSO4；
（2）将配制好的吸收液加入至吸收液槽中；
（3）开启超重力旋转填料床：开启电机，超重力因子设为80~120；
（4）气液反应：启动离心泵将步骤（1）中制备的吸收液通过进液口注入超重力旋转填料床，同时将烟道气注入超重力旋转填料床，气液体积比调节为5:1～15:1；
（5）尾气检测：利用烟气分析仪在线监测气体出口处NO和SO2浓度，Hg0浓度由汞分析仪检测，当尾气达标后直接排放到大气中；
（6）吸收液循环使用，定期补加(NH4)2S2O8和H2O2达到设定浓度；60～80h后对尾液进行回收处理。
3.根据权利要求2所述的基于超重力技术脱除烟气中多组分污染物的方法，其特征在于：所述步骤（1）中 (NH4)2S2O8浓度为0.2 mol/L、H2O2浓度为0.9 mol/L、FeSO4浓度为0.01mol/L、CuSO4浓度为0.03 mol/L。
4.根据权利要求2所述的基于超重力技术脱除烟气中多组分污染物的方法，其特征在于：所述步骤（3）中超重力因子设置为90。
5.根据权利要求2所述的基于超重力技术脱除烟气中多组分污染物的方法，其特征在于：所述步骤（4）中注入旋转填料床的烟道气组成为：NO浓度为300~700 ppm、SO2浓度为1000~2000 ppm、Hg0浓度为60~100 μg/m³。
6.根据权利要求2所述的基于超重力技术脱除烟气中多组分污染物的方法，其特征在于：所述烟气的温度为60~100℃。
7.根据权利要求2所述的基于超重力技术脱除烟气中多组分污染物的方法，其特征在于：吸收液流量为80~100 L/h。
8.一种基于超重力技术脱除烟气中多组分污染物的装置，其特征在于：包括超重力旋转填料床、吸收液储罐、烟气分析检测仪，烟道气炉膛通过烟气分析检测仪、风机连接超重力旋转填料床，超重力旋转填料床的左侧底部设有气体入口，超重力旋转填料床的顶部气体出口连接烟气分析检测仪，超重力旋转填料床底部中心设有进液口，吸收液储罐通过离心泵连接进液口，旋转填料床的出液口与吸收液储罐、离心泵连接构成一个循环回路；
超重力旋转填料床由外壳、强化气液传质的填料、填料底座、电机组成，所述强化气液传质的填料，结构为：填料由金属丝构成，金属丝呈交叉排列组成菱形孔状的网，菱形孔面积为0.6~0.8cm2；在径向上，交叉排布的金属丝呈波纹状；将上述结构的丝网卷制为直径不同的圆筒，之后将其固定在填料下托盘上。
9.根据权利要求8所述的基于超重力技术脱除烟气中多组分污染物的装置，其特征在于：所述填料成型后，相邻两个圆筒之间留有2~3 mm的间隙。
10.根据权利要求8所述的基于超重力技术脱除烟气中多组分污染物的装置，其特征在于：超重力旋转填料床的进液口连接液体分布器；液体分布器设置在填料中部，液体分布器为直径为40~50mm、长为400~500mm的直管，直管上设置若干个直径为20~30mm的通孔，相邻通孔之间的间距为30-40mm。
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