CN203425705U - 资源回收型膜法烟气同时脱硫脱硝装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种资源回收型膜法烟气同时脱硫脱硝装置，包括至少一级的疏水性中空纤维膜吸收器；实现的工艺是：烟气和吸收剂分别进入所述疏水性中空纤维膜吸收器的壳程和管程；烟气中SO₂和NO_X透过该膜壁微孔与海水基吸收剂发生快速界面反应，反应产物被及时移走，实现烟气同时脱硫脱硝，脱硫脱硝后的吸收液经处理制成复合盐。本实用新型采用膜吸收器，气液两相分布均匀，接触面积大，传质效率高；气液两相流速独立控制、可在较宽范围内操作；可多级集成放大，便于工程化应用。其实现工艺气液两相非直接接触，有效避免烟尘及烟气中的重金属进入吸收剂，可回收获得高纯度的副产品。

Description

资源回收型膜法烟气同时脱硫脱硝装置

技术领域

本实用新型属于大气污染控制技术与膜科学技术应用的交叉领域，具体涉及一种采用膜吸收技术，以吸收剂吸收剂，在一个过程同时脱除烟气中二氧化硫及氮氧化合物，并且获得可资源化利用的高品质硫酸盐和硝酸盐化肥副产品的工艺。

背景技术

大气中的二氧化硫与氮氧化合物主要来自于工业废气、煤和石油等化石燃料的燃烧。在我国目前乃至未来相当长的时期内，仍需通过燃煤提供热源和电力资源。

目前，工业化SO₂/NO_X联合脱除工艺多数为先采用石灰石—石膏法烟气脱硫系统脱硫，再采用选择性催化还原脱硝技术（SCR）脱硝，脱硫脱硝率分别在90%和80%以上。然而，催化剂中毒、表面结垢导致脱硝率降低及换热器堵塞腐蚀是该工艺存在的主要问题。此外，与可在一个工艺过程实现烟气SO₂和NO_X同时脱除的同时脱硫脱硝技术相比，SO₂/NO_X联合脱除工艺还存在设备复杂，占地面积大，基建投资多，运行管理不便等不足。

同时脱硫脱硝技术被国际上公认为是最具发展前途的新一代烟气治理技术，与固相吸收再生、气/固催化、高能电子活化氧化、碱性喷雾干燥等同时脱硫脱硝方法相比，氧化吸收湿式脱除技术因具有烟气浓度处理范围宽，对SO₂和NO_X及有毒重金属脱除率高，可常温操作等优点，成为烟气同时脱硫脱硝技术领域的研究热点之一。

公开号为CN1843574A，其公开日为2006年10月11日的中国发明专利申请中公开了《一种液相烟气脱硫脱硝净化方法及装置》，是利用吸收剂在喷射鼓泡反应器中吸收烟气中二氧化硫和氮氧化物，从而完成净化工艺。所述吸收剂为0.001MOL/L～0.100MOL/L的亚氯酸钠NaCLO₂溶液和0.001MOL/L～0.008MOL/L的添加剂，所述吸收剂的PH值为3～11，所述添加剂为次氯酸钙Ca(ClO)₂、碳酸氢钠NaHCO₃、双氧水H₂O₂、磷酸氢二钠Na₂HPO₄或氢氧化钙Ca(OH)₂中的一种或其组合，脱硫率在99%以上，脱硝率在90%以上。然而，由于所采用的装置为气体吸收设备（如填料塔、液柱塔和喷淋塔等），仍然无法摆脱湿法烟气脱硫的共性问题：气液两相完全混合，操作条件受限制有限，流体流速难以控制；排放的烟气中含有大量水蒸气，设备腐蚀问题严重。

实用新型内容

针对上述现有技术，本实用新型提供一种资源回收型膜法烟气同时脱硫脱硝装置。其中采用吸收剂，应用膜吸收技术，以疏水性中空纤维膜吸收器组成膜吸收装置，在一个工艺过程实现烟气同时脱硫脱硝。本实用新型工艺气液两相非直接接触，两相独立操作，在膜表面形成不可逆反应层，反应物被吸收液带走，传质速率快，脱硫脱硝效率高，而且排放的烟气中水蒸气含量低，大大减轻因气液直接接触而导致的设备腐蚀，同时资源化回收烟气中的污染物，回收获得高纯度的副产品。。

为实现上述目的，本实用新型资源回收型膜法烟气同时脱硫脱硝装置，包括至少一级疏水性中空纤维膜吸收器；所述疏水性中空纤维膜吸收器的气相进口连接有一增压风机，烟气通过增压风机进入所述疏水性中空纤维膜吸收器的壳程；所述疏水性中空纤维膜吸收器的气相出口连接至一烟囱；还包括中间箱、吸收剂补给装置、第一水泵和中和装置；所述吸收剂补给装置与所述中间箱相连，所述中间箱通过循环泵与所述疏水性中空纤维膜吸收器的液相进口相连，吸收剂经吸收剂补给装置进入中间箱，然后通过循环泵进入所述疏水性中空纤维膜吸收器的管程；所述疏水性中空纤维膜吸收器的液相出口连接至所述中间箱，所述中间箱通过所述第一水泵与所述中和装置相连，所述中和装置的出口依次连接至第二水泵、结晶器、脱水器和干燥器；所述中和装置连接有一碱液箱。

与联合脱硫脱硝工艺方法及传统吸收塔式气体吸收设备相比，本实用新型的有益效果是：

（1）本实用新型可在一个过程实现烟气二氧化硫和氮氧化合物的同时脱除，无催化剂中毒现象，脱硫脱硝效率高，运行稳定。

（2）本实用新型采用膜吸收技术，烟气与吸收剂不直接接触，大大减轻烟气携带大量水蒸气，减轻烟气排放系统尾部设备的腐蚀，实现烟气低温排放。同时还可以阻止烟气中悬浮物以及重金属进入吸收剂，避免副产物污染，获得高品质硫酸盐和硝酸盐副产品。

（3）本实用新型采用疏水性中空纤维膜吸收器可以模块化集成放大，易于与大、中、小型锅炉和其它产生废气的设备匹配，适用范围广。

综上所述，本实用新型工艺简单，操作维护简便，脱硫脱硝效率高，运行稳定，适用范围广等特点。

附图说明

附图为资源回收型膜法烟气同时脱硫脱硝工艺流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本实用新型作进一步详细地描述。

如附图所示，本实用新型资源回收型膜法烟气同时脱硫脱硝装置包括：至少一级疏水性中空纤维膜吸收器；所述疏水性中空纤维膜吸收器的气相进口连接有一增压风机3，烟气2通过增压风机3进入所述疏水性中空纤维膜吸收器1的壳程；所述疏水性中空纤维膜吸收器的气相出口连接至一烟囱4。

还包括中间箱6、吸收剂补给装置7、第一水泵8和中和装置10。

所述吸收剂补给装置7与所述中间箱6相连，所述中间箱通过循环泵5与所述疏水性中空纤维膜吸收器的液相进口相连，吸收剂经吸收剂补给装置7进入中间箱6，然后通过循环泵5进入所述疏水性中空纤维膜吸收器1的管程。

所述疏水性中空纤维膜吸收器的液相出口连接至所述中间箱6，所述中间箱6通过所述第一水泵8与所述中和装置10相连，所述中和装置10的出口依次连接至第二水泵11、结晶器12、脱水器13和干燥器14；所述中和装置10连接有一碱液箱9。

本实用新型资源回收型膜法烟气同时脱硫脱硝装置所实现的工艺如下：

烟气2通过增压风机3进入所述疏水性中空纤维膜吸收器的壳程1-1、1-2、……、1-n；；吸收剂经吸收剂补给装置7进入中间箱6，然后分别通过多个循环泵5-1、5-2、……、5-n进入所述疏水性中空纤维膜吸收器的管程；气液两相在疏水性中空纤维膜吸收器的膜壁微孔处形成反应界面，烟气中的SO₂和NO_X透过该膜壁微孔与吸收剂发生化学反应，反应产物被吸收液及时带走，从而实现烟气的同时脱硫脱硝；脱硫脱硝后的烟气从疏水性中空纤维膜吸收器的气相出口排出，经烟囱4排放；脱硫脱硝后的吸收液从疏水性中空纤维膜吸收器的液相出口排出返回至中间箱6，所述吸收液经循环泵5进入所述疏水性中空纤维膜吸收器的管程循环吸收烟气中的SO₂和NO_X。

再后，所述吸收液的质量百分浓度达到20%-30%，经由第一水泵（8）排至中和装置10，所述碱液经碱液箱9进入中和装置10，所述吸收液被所述碱液中和生成复合盐溶液，后经由第二水泵11进入结晶器12形成复合盐晶体，经脱水器13脱水后送入干燥器14干燥，成为复合盐。该过程需同时通过吸收剂补给装置7向中间箱6补给吸收剂，以保证对烟气中的SO₂和NO_x脱除效果。

上述工艺过程中，所述吸收剂流经所述疏水性中空纤维膜吸收器管程，即中空纤维膜中孔内，烟气流经所述疏水性中空纤维膜吸收器壳程，即中空纤维膜外壁流动，气液两相分布均匀，独立控制气液两相的流速，气液两相不直接接触。

本实用新型中，所述疏水性中空纤维膜吸收器选用管式膜吸收器、箱式气液接触膜吸收器和罐式气液接触膜吸收器中的一种，已有成熟产品及工艺，在此不作赘述。

所述疏水性中空纤维膜吸收器采用自动在线反向冲洗工艺设计。所述在线反洗操作采用液相定时正反向交替进出操作控制模式，防止吸收剂中的杂质污染堵塞膜吸收器进水端面。所述疏水性中空纤维膜吸收器的膜材料选自聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚氯乙烯、聚砜、聚醚砜、聚芳醚砜、聚醚酮、聚芳醚酮、聚醚砜酮、聚芳醚砜酮、聚苯硫醚、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚乙烯、聚丙烯、聚酯、硅橡胶中的一种，或其中两种以上聚合物共混或覆合的膜材料。所述疏水性中空纤维膜，其多孔膜平均直径范围为100μm～4000μm，壁厚为10μm～1500μm，孔隙率为30%～95%，其膜壁微孔的最大孔径范围为0.01μm～10.0μm。优选其多孔膜平均直径范围为100μm～3000μm，壁厚为20μm～300μm，孔隙率为30%～80%，其膜壁微孔的最大孔径范围为0.01μm～2.0μm。所述多孔膜不仅提供巨大的有效气液接触面积，而且可以在气液两相独立操作的情况下，使烟气中SO₂和NO_X与吸收剂快速反应，在膜表面形成不可逆反应层，气液传质速率快，反应产物被吸收液及时带走，脱硫脱硝效率高，并可以大大减轻因气液直接接触而导致的设备腐蚀。

在所实现的工艺中，所述烟气是经过除尘后的燃煤烟气或含SO₂和NO_X的工业废气；烟气中SO₂的浓度为50mg/m³～5000mg/m³，烟气中NO_X的浓度50mg/m³～3000mg/m³。

所述吸收剂由溶液和添加剂组成；所述溶液为NaClO₂溶液、H₂O₂溶液其中一种或两种组合；所述添加剂为Na₂CO₃、NaHCO₃、Na₂HPO₄、Ca(OH)₂、Ca(ClO)₂、NaClO、HClO和盐酸其中一种或几种的组合；其中：所述溶液浓度为0.001mol/L～0.200mol/L，所述添加剂的浓度为0.001mol/L～0.006mol/L。试验结果表明，使用配制的具有氧化性的吸收剂，可以使烟气的脱硫效率在95％以上，脱硝效率在90％以上。该过程化学反应的方程式如下：

（1）SO₂+H₂O→H⁺+HSO₃ ^﹣

（2）4NO+3CLO₂ ^-+2H₂O→4H⁺+4NO₃ ^-+3CL^-

（3）2HSO₃ ^﹣+CLO₂ ^-→2SO₄ ^2﹣+2H⁺+CL^-

（4）2NO+3H₂O₂→2H⁺+2NO₃ ^﹣+2H₂O

（5）HSO₃ ^﹣+H₂O₂→SO₄ ^2﹣+H⁺+H₂O

（6）H⁺+HCO₃ ^﹣→H₂O+CO₂

所述碱液可采用为市售碱配制的碱液或废弃的吸收剂。所述结晶器可选用冷析结晶器或多效蒸发结晶器，以最大限度地降低能耗，已有成熟产品及工艺，在此不作赘述。

以下通过实施例讲述本实用新型的详细过程，提供实施例是为了理解的方便，绝不是限制本实用新型。

采用如附图所示的资源回收型膜法烟气同时脱硫脱硝工艺，其装置的脱硫脱硝核心部分由3级罐式膜接触膜器1-1、1-2和1-3竖直串联装配而成。每级膜吸收器中空纤维膜填充面积500m²，膜填充密度约10%；采用经静电除尘预处理实际燃煤烟气2，烟气处理量1000Nm³/h，其SO₂浓度为1500mg/Nm³，NO浓度600mg/m³，NO₂浓度50mg/m³，烟尘浓度100mg/Nm³，温度110℃～120℃，烟气依次竖直向上流经3级膜吸收器壳程，烟气在膜吸收器中压力0.2kPa。采用NaClO₂溶液和NaClO添加剂组成的吸收剂，其中NaClO₂溶液浓度为0.100mol/L，NaClO的浓度为0.002mol/L，吸收剂循环流量为10m³/h，分别由3独立水泵5-1、5-2和5-3进入3级膜吸收器，吸收剂流经中空纤维膜壳程（中孔）；稳定运行后，脱硫率达到98%，脱硝率达到90%。自动控制系统采用吸收剂正向/反冲洗运行模式交替运行。中间箱6出口吸收液中质量百分浓度为20%-24%。中和碱液采用质量百分浓度为7%的废氨水。复合盐主要成分为硫酸铵、硝酸铵和氯化钠，纯度＞99%。

综上，本实用新型实现的工艺中，烟气和吸收剂分别进入所述疏水性中空纤维膜吸收器的壳程和管程；气液两相在疏水性中空纤维膜吸收器的膜壁微孔处形成反应界面，烟气中的SO₂和NO_X透过该膜壁微孔与吸收剂发生化学反应，反应产物被吸收液带走，从而实现烟气的同时脱硫脱硝，脱硫脱硝后的吸收液经处理制成复合盐。其工艺简单，操作维护方便，易于与大、中、小型锅炉和其它产生废气的设备匹配，脱硫脱硝效率高，运行稳定，可有效避免现有技术催化剂中毒及排放烟气含有大量水蒸气而造成设备腐蚀等问题，同时实现烟气污染物的资源化，获得高品质的复合盐。

尽管上面结合图对本实用新型进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨的情况下，还可以作出很多变形，这些均属于本实用新型的保护之内。

Claims (3)

1.一种资源回收型膜法烟气同时脱硫脱硝装置，包括至少一级疏水性中空纤维膜吸收器；其特征在于： 

所述疏水性中空纤维膜吸收器的气相进口连接有一增压风机（3），烟气（2）通过增压风机（3）进入所述疏水性中空纤维膜吸收器（1）的壳程；所述疏水性中空纤维膜吸收器的气相出口连接至一烟囱（4）； 

还包括中间箱（6）、吸收剂补给装置（7）、第一水泵（8）和中和装置（10）； 

所述吸收剂补给装置（7）与所述中间箱（6）相连，所述中间箱通过循环泵（5）与所述疏水性中空纤维膜吸收器的液相进口相连，吸收剂经吸收剂补给装置（7）进入中间箱（6），然后通过循环泵（5）进入所述疏水性中空纤维膜吸收器（1）的管程； 

所述疏水性中空纤维膜吸收器的液相出口连接至所述中间箱（6），所述中间箱（6）通过所述第一水泵（8）与所述中和装置（10）相连，所述中和装置（10）的出口依次连接至第二水泵（11）、结晶器（12）、脱水器（13）和干燥器（14）；所述中和装置（10）连接有一碱液箱（9）。 

2.根据权利要求1资源回收型膜法烟气同时脱硫脱硝装置，其特征在于，所述疏水性中空纤维膜吸收器选用管式膜吸收器、箱式气液接触膜吸收器和罐式气液接触膜吸收器中的一种。 

3.根据权利要求1资源回收型膜法烟气同时脱硫脱硝装置，其特征在于，所述疏水性中空纤维膜，其多孔膜平均直径范围为100μm～4000μm，壁厚为10μm～1500μm，孔隙率为30%～95%，其膜壁微孔的最大孔径范围为0.01μm～10.0μm。 

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