CN210934478U - 一种用甲烷进行烟气脱硫脱硝的系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开的一种用甲烷进行烟气脱硫脱硝的系统，属于脱硫脱硝技术领域。包括甲烷贫氧燃烧反应装置、烟气脱硫脱硝反应装置、催化剂再生器、旋风分离器、冷却塔和换热器。先在甲烷贫氧燃烧反应装置中对烟气进行脱氧处理，然后烟气中的硫氧化物和甲烷在催化剂存在的情况下在流化床反应器中进行反应，生成单质硫，氮氧化物生成氮气，甲烷转化为二氧化碳和水蒸气。该系统结构设计合理，作为还原剂的甲烷来源广泛，成本低，储存和使用方便；脱硫脱硝同时进行，提高污染物处理效率，同时能够实现硫元素的回收利用，变废为宝，不产生其他废渣和废液，无二次污染，实现环境友好并带来经济效益。

Description

一种用甲烷进行烟气脱硫脱硝的系统

技术领域

本实用新型属于脱硫脱硝技术领域，具体涉及一种用甲烷进行烟气脱硫脱硝的系统。

背景技术

造成酸雨形成的主要来源是以燃煤为主的能源消耗过程中排放的大量二氧化硫污染物。要治理酸雨污染，首先要控制硫氧化物和氮氧化物的排放总量，重点削减污染大户一火电厂的硫氧化物和氮氧化物的排放总量。

低浓度SO₂(浓度低于3％)若采用传统的氧化法、脱硫制酸，则技术上、经济上难度很大，而且湿法脱硫需要消耗大量的水，吸附法则需要催化剂频繁再生和后续处理，都存在二次污染的问题，且硫元素被浪费无法回收。现在研究的较多的是氨法同时脱硫脱硝技术，氨法同时脱硫脱硝技术也有自身的缺点，主要是炉膛尺寸大，锅炉压力变化大，且容易发生氨泄漏，易造成二次污染。

发明内容

为了解决上述现有问题，本实用新型的目的在于提供一种用甲烷进行烟气脱硫脱硝的系统，在脱硫脱销的同时实现硫元素的回收利用，且不产生其它废渣废液，无二次污染，成本低、经济效益高。

本实用新型通过以下技术方案来实现：

本实用新型公开了一种用甲烷进行烟气脱硫脱硝的系统，包括甲烷贫氧燃烧反应装置、烟气脱硫脱硝反应装置、催化剂再生器、旋风分离器、冷却塔和换热器；

甲烷贫氧燃烧反应装置的入口连接有待处理烟气管路和甲烷原料气第一支路，甲烷贫氧燃烧反应装置的出口与烟气脱硫脱硝反应装置的入口连接，烟气脱硫脱硝反应装置的入口还连接有甲烷原料气第二支路，烟气脱硫脱硝反应装置的固体出口与催化剂再生器的固体入口连接；烟气脱硫脱硝反应装置的气体出口与旋风分离器入口连接，催化剂再生器的出口与烟气脱硫脱硝反应装置的入口连接，旋风分离器的固体出口与催化剂再生器的固体入口连接，催化剂再生器的气体入口连接有甲烷原料气第三支路；旋风分离器的气体出口与冷却塔的入口连接，冷却塔的气体出口与换热器连接，换热器连接有甲烷原料气管路，甲烷原料气管路与甲烷原料气第一支路、甲烷原料气第二支路和甲烷原料气第三支路连接。

优选地，烟气脱硫脱硝反应装置的固体出口与催化剂再生器的固体入口的连接管路上设有旋塞阀。

优选地，甲烷贫氧燃烧反应装置和烟气脱硫脱硝反应装置内的催化剂为负载型金属氧化物催化剂。

进一步优选地，负载型金属氧化物催化剂的催化剂为铝、镁、铁、铈、钙、钯、铜、镍、镧和钒单质中的一种或几种，载体为铝、镁、铁、铈、钙、钯、铜、镍、镧和钒的氧化物中的一种或几种。

优选地，甲烷贫氧燃烧反应装置为固定床反应器。

优选地，烟气脱硫脱硝反应装置为流化床反应器。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果：

本实用新型公开的一种用甲烷进行烟气脱硫脱硝的系统，由于脱硫脱硝催化反应需要在无氧条件进行，因此在烟气脱硫脱硝反应前，先在甲烷贫氧燃烧反应装置中对烟气进行脱氧处理，然后烟气中的硫氧化物和甲烷在催化剂存在的情况下在流化床反应器中进行反应，生成单质硫，氮氧化物生成氮气，甲烷转化为二氧化碳和水蒸气。该系统结构设计合理，作为还原剂的甲烷来源广泛，成本低，储存和使用方便；脱硫脱硝同时进行，提高污染物处理效率，同时能够实现硫元素的回收利用，变废为宝，不产生其他废渣和废液，无二次污染，实现环境友好并带来经济效益。

进一步地，采用旋塞阀能够控制催化剂的循环量，进而控制整个系统的反应速率。

进一步地，甲烷贫氧燃烧反应装置和烟气脱硫脱硝反应装置内的催化剂采用负载型金属催化剂，这类催化剂为工业上常用的催化剂，制备工艺成熟，加入载体可提高其耐磨性，催化剂可调变性好，可适用于不同组分的烟气处理流程；流化性能好可适用于流化床反应器，再生条件温，催化剂抗积碳性和耐硫性好使用寿命长。

更进一步地，负载型金属氧化物催化剂的催化剂为铝、镁、铁、铈、钙、钯、铜、镍、镧和钒单质中的一种或几种，载体为铝、镁、铁、铈、钙、钯、铜、镍、镧和钒的氧化物中的一种或几种，可根据烟气成分和脱硫脱硝效果进行催化剂载体和活性组分的筛选和配比调变，灵活性高。

进一步地，甲烷贫氧燃烧反应装置采用固定床反应器，烟气脱硫脱硝反应装置采用流化床反应器，反应效率高，操作简便。

附图说明

图1为本实用新型的用甲烷进行烟气脱硫脱硝的系统整体示意图。

图中：1-甲烷贫氧燃烧反应装置，2-烟气脱硫脱硝反应装置，3-催化剂再生器，4-旋风分离器，5-冷却塔，6-换热器，7-硫磺料仓，8-旋塞阀；10-甲烷原料气管路，11-待处理烟气管路，12-混合气管路，101-甲烷原料气第一支路，102-甲烷原料气第二支路，103-甲烷原料气第三支路，23-催化剂再生第一管路，24-处理后烟气管路，32-再生后催化剂管路，43-催化剂再生第二管路，45-含硫单质烟气管路，56-除硫烟气管路，57-固体硫磺，70-硫磺产品。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细描述，其内容是对本实用新型的解释而不是限定：

图1为本实用新型的用甲烷进行烟气脱硫脱硝的系统，包括甲烷贫氧燃烧反应装置1、烟气脱硫脱硝反应装置2、催化剂再生器3、旋风分离器4、冷却塔5和换热器6；

甲烷贫氧燃烧反应装置1的入口连接有待处理烟气管路11和甲烷原料气第一支路101，甲烷贫氧燃烧反应装置1的出口通过混合气管路12与烟气脱硫脱硝反应装置2的气体入口连接，烟气脱硫脱硝反应装置2的气体入口还连接有甲烷原料气第二支路102，烟气脱硫脱硝反应装置2的固体出口通过催化剂再生第一管路23与催化剂再生器3的固体入口连接，在催化剂再生第一管路23设有用于控制催化剂循环量的旋塞阀8；烟气脱硫脱硝反应装置2的气体出口通过处理后烟气管路24与旋风分离器4入口连接，催化剂再生器3的出口通过再生后催化剂管路32与烟气脱硫脱硝反应装置2的气体入口连接，催化剂被混合气管路12中的混合气和甲烷原料气第二支路102中的甲烷气体带至烟气脱硫脱硝反应装置2的内部，旋风分离器4的固体出口通过催化剂再生第二管路43与催化剂再生器3的固体入口连接，催化剂再生器3的气体入口连接有甲烷原料气第三支路103；旋风分离器4的气体出口通过含硫单质烟气管路45与冷却塔5的入口连接，冷却塔5的气体出口通过除硫烟气管路56与换热器6连接，换热器6连接有甲烷原料气管路10，甲烷原料气管路10与甲烷原料气第一支路101、甲烷原料气第二支路102和甲烷原料气第三支路103连接。

甲烷贫氧燃烧反应装置1优选采用固定床反应器，烟气脱硫脱硝反应装置2优选采用流化床反应器。

甲烷贫氧燃烧反应装置1和烟气脱硫脱硝反应装置2内的催化剂采用负载型金属氧化物催化剂，为铝、镁、铁、铈、钙、钯、铜、镍、镧和钒单质中的一种或几种，载体为铝、镁、铁、铈、钙、钯、铜、镍、镧和钒的氧化物中的一种或几种。

采用该系统用甲烷进行烟气脱硫脱硝的方法，包括：

本实用新型所针对对象待处理烟气中的污染物包括SO₂、NO、N₂O、N₂O₃、N₂O₄，N₂O₅和NO₂的一种或几种，污染物的总浓度为2000～20000ppm，待处理烟气中氧气的含量为1％～6％。对于该类烟气，这种同时含有硫氧化物及氮氧化物能够同时处理，且适用的污染物浓度范围广，对于不同浓度的各种硫氧化物及氮氧化物脱除率均较高，可适用于不同生产条件的工厂烟气处理流程。甲烷原料气管路10中的甲烷原料气分为甲烷原料气第一支路101、甲烷原料气第二支路102和甲烷原料气第三支路103，其中，甲烷原料气第一支路101中的甲烷原料气和待处理烟气管路11中的待处理烟气混合后进入甲烷贫氧燃烧反应装置1催化燃烧，甲烷原料气与待处理烟气中氧气的摩尔比为0.5～2:1，反应空速为5000～50000h^-1，反应温度为250～350℃，在该参数下，催化剂活性高，氧气脱除效率高，烟气处理量大，此反应条件能够与工厂的前序流程相匹配。生成一氧化碳和氢气后，连同未反应完的甲烷原料气和待处理烟气，与甲烷原料气第二支路102中的甲烷混合后进入烟气脱硫脱硝反应装置2，在催化剂作用下进行烟气脱硫脱硝反应，烟气脱硫脱硝反应装置中甲烷原料气与待处理烟气中污染物总量的摩尔比为0.5～2:1，反应空速为5000～20000h^-1，反应温度为450～650℃，在此反应条件下，催化剂活性高，氧气脱除效率高，烟气处理量大，此反应条件也比较适合与前序流程结合。脱硫脱硝后的烟气携带部分催化剂进入旋风分离器4，分离出的高温含硫单质烟气进入冷却塔5冷却后进入换热器6与甲烷原料气管路10中的甲烷原料气进行换热后排出系统，采用烟气分析仪在线分析处理后烟气中硫氧化物和氮氧化物浓度，并计算脱除率，脱除率越高说明效果越好，根据结果实时调整系统反应参数。冷却塔5得到固体硫磺57进入硫磺料仓7进行收集处理后得到硫磺产品70。

烟气脱硫脱硝反应装置2中反应后的催化剂和旋风分离器4分离出的催化剂和甲烷原料气第三支路103中的甲烷原料气进入催化剂再生器3进行再生后重新进入烟气脱硫脱硝反应装置2进行下一轮的反应。

下面结合实施例对本实用新型的效果进行进一步地验证：

实施例1

采用含有NO浓度为1200ppm，SO₂浓度为1000ppm，4％氧气，其余为氮气的模拟烟气进行反应，烟气脱氧采用氧化铈负载金属钯进行反应，烟气脱硫脱硝反应采用氧化铝为载体，氧化铈为活性组分进行反应，脱氧反应空速为5000h^-1，温度为250℃，烟气脱硫脱硝反应空速为5000～20000h^-1，反应温度为550℃。催化剂再生反应温度为500℃。烟气脱硫脱硝反应空速下污染物脱除率如表1所示，可见空速10000h^-1脱除效果最好。

表1不同空速下污染物脱除率

实施例2

采用含有NO浓度为1200ppm，SO₂浓度为1000ppm，4％氧气，其余为氮气的模拟烟气进行反应，烟气脱氧采用氧化铈负载金属钯进行反应，烟气脱硫脱硝反应采用氧化铝为载体，氧化铈为活性组分进行反应，脱氧反应空速为20000h^-1，温度为300℃，烟气脱硫脱硝反应空速为10000h^-1，反应温度为450℃-650℃。催化剂再生反应温度为500℃。烟气脱硫脱硝反应空速下污染物脱除率如表2所示，可见温度为550℃以上脱除效果较好。

表2不同烟气脱硫脱硝反应温度下污染物脱除率

实施例3

采用含有NO浓度为1200ppm，SO₂浓度为1000ppm，4％氧气，其余为氮气的模拟烟气进行反应，烟气脱氧采用氧化铈负载金属钯进行反应，烟气脱硫脱硝反应采用氧化铝为载体，氧化铈为活性组分进行反应，脱氧反应空速为20000h^-1，温度为350℃，烟气脱硫脱硝反应空速为10000h^-1，反应温度为550℃。催化剂再生反应温度为400℃-600℃。烟气脱硫脱硝反应空速下污染物脱除率如表3所示，可见温度为500℃脱除效果较好。

表3不同再生温度下污染物脱除率

实施例4

采用含有SO₂、NO、N₂O、N₂O₃、N₂O₄，N₂O₅和NO₂，浓度均为1000ppm，4％氧气，其余为氮气的模拟烟气进行反应，烟气脱氧采用氧化铈负载金属钯进行反应，烟气脱硫脱硝反应采用氧化铝为载体，氧化铈为活性组分进行反应，脱氧反应空速为20000h^-1，温度为300℃，烟气脱硫脱硝反应空速为10000h^-1，反应温度为550℃。催化剂再生反应温度为500℃，污染物脱除率均达到95％以上。

实施例5

采用含有NO浓度为1200ppm，SO₂浓度为1000ppm，4％氧气，其余为氮气的模拟烟气进行反应，烟气脱氧采用氧化铈负载金属钯进行反应，采用不同成分催化剂进行脱硫脱硝反应，脱氧反应空速为20000h^-1，温度为300℃，烟气脱硫脱硝反应空速为10000h^-1，反应温度为550℃。催化剂再生反应温度为500℃。烟气脱硫脱硝反应空速下污染物脱除率如表5所示，可见氧化铝为载体，氧化铈为活性组分进行脱硫脱硝反应脱除效果最好。

表5-1不同脱硫脱硝催化剂催化下污染物脱除率

表5-2不同脱硫脱硝催化剂催化下污染物脱除率

表5-3不同脱硫脱硝催化剂催化下污染物脱除率

表5-4不同脱硫脱硝催化剂催化下污染物脱除率

需要说明的是，以上所述仅为本实用新型实施方式之一，根据本实用新型所描述的系统所做的等效变化，均包括在本实用新型的保护范围内。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实例做类似的方式替代，只要不偏离本实用新型的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均属于本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种用甲烷进行烟气脱硫脱硝的系统，其特征在于，包括甲烷贫氧燃烧反应装置(1)、烟气脱硫脱硝反应装置(2)、催化剂再生器(3)、旋风分离器(4)、冷却塔(5)和换热器(6)；

甲烷贫氧燃烧反应装置(1)的入口连接有待处理烟气管路(11)和甲烷原料气第一支路(101)，甲烷贫氧燃烧反应装置(1)的出口与烟气脱硫脱硝反应装置(2)的入口连接，烟气脱硫脱硝反应装置(2)的入口还连接有甲烷原料气第二支路(102)，烟气脱硫脱硝反应装置(2)的固体出口与催化剂再生器(3)的固体入口连接；烟气脱硫脱硝反应装置(2)的气体出口与旋风分离器(4)入口连接，催化剂再生器(3)的出口与烟气脱硫脱硝反应装置(2)的入口连接，旋风分离器(4)的固体出口与催化剂再生器(3)的固体入口连接，催化剂再生器(3)的气体入口连接有甲烷原料气第三支路(103)；旋风分离器(4)的气体出口与冷却塔(5)的入口连接，冷却塔(5)的气体出口与换热器(6)连接，换热器(6)连接有甲烷原料气管路(10)，甲烷原料气管路(10)与甲烷原料气第一支路(101)、甲烷原料气第二支路(102)和甲烷原料气第三支路(103)连接。

2.根据权利要求1所述的用甲烷进行烟气脱硫脱硝的系统，其特征在于，烟气脱硫脱硝反应装置(2)的固体出口与催化剂再生器(3)的固体入口的连接管路上设有旋塞阀(8)。

3.根据权利要求1所述的用甲烷进行烟气脱硫脱硝的系统，其特征在于，甲烷贫氧燃烧反应装置(1)和烟气脱硫脱硝反应装置(2)内的催化剂为负载型金属氧化物催化剂。

4.根据权利要求3所述的用甲烷进行烟气脱硫脱硝的系统，其特征在于，负载型金属氧化物催化剂的催化剂为铝、镁、铁、铈、钙、钯、铜、镍、镧和钒单质中的一种或几种，载体为铝、镁、铁、铈、钙、钯、铜、镍、镧和钒的氧化物中的一种或几种。

5.根据权利要求1所述的用甲烷进行烟气脱硫脱硝的系统，其特征在于，甲烷贫氧燃烧反应装置(1)为固定床反应器。

6.根据权利要求1所述的用甲烷进行烟气脱硫脱硝的系统，其特征在于，烟气脱硫脱硝反应装置(2)为流化床反应器。

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