CN216778469U - 一种工业烟气脱硫脱硝脱碳系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种工业烟气脱硫脱硝脱碳系统，涉及工业烟气处理技术领域，系统包括依次连接的海水电解单元、海水淡化废水处理单元和工业烟气处理单元，海水淡化废水处理单元包括金属离子分离模块和金属氢氧化物处理模块，工业烟气处理单元包括烟气脱硫模块、烟气脱硝模块和烟气脱碳模块；本实用新型利用电解海水产生的强碱性溶液来处理海水淡化废水得到Mg(OH)₂、Ca(OH)₂沉淀，可以实现金属离子的回收，将回收的Mg(OH)₂、Ca(OH)₂经处理后用于烟气脱硫脱碳，再从脱硫脱碳废液中分离出CaSO₄、MgCO₃、CaCO₃，既可实现烟气脱硫脱碳又可实现产品回收、资源再利用，达到了以废治废的目的，节约了烟气处理成本。

Description

一种工业烟气脱硫脱硝脱碳系统

技术领域

本实用新型属于工业烟气处理技术领域，尤其涉及一种工业烟气脱硫脱硝脱碳系统。

背景技术

海水淡化由于其原理简单、容易实现且淡水产量大，是制取淡水的有效方法之一，通过海水淡化可以有效解决部分地区淡水资源短缺问题。但是，淡化后的废水中含有高浓度的盐份，如果不经处理直接排放，会对自然生态造成严重影响。目前一般采用稀释的方法，对废水中盐分进行稀释后再排放入海，这样势必会导致资源的浪费。将海水淡化废水处理后再利用是解决淡化废水直接排放问题的有效途径。

工业烟气中含有大量的SO₂、NOx和CO₂，工业烟气不经处理直接排放会对大气环境造成严重污染，国际上和国内均对工业烟气的排放做出了严格限制。目前普遍采用干法和湿法技术来对烟气进行脱硫处理，其中钙基湿法脱硫技术由于其具有脱硫效率高、设备操作维护简便、成本低等优势被广泛应用。目前较为成熟的烟气脱硝技术主要是SCR技术，但是存在设备投资大、运营成本高、反应温度窗窄、催化剂易中毒失效等问题；采用湿法技术来脱除烟气中的氮氧化物具有巨大前景，但工业烟气氮氧化物中NO占比高达90％以上，NO溶解性较差难以直接通过湿法技术去除，因此采用氧化法将NO氧化为高价态易溶的NOx再通过湿法技术去除是一种行之有效的方法。CO₂是一种温室气体，对烟气中的CO₂进行吸收处理，减少CO₂排放对于缓解温室效应具有重要意义，但目前尚无较为成熟的烟气CO₂去除技术。

为了解决以往工业烟气处理中脱硫、脱硝独立进行，导致所需设备多、工艺复杂、成本高的问题，授权公告号为CN208406557U的专利公开了一种工业烟气处理系统，脱硫反应器与脱硝反应器相连，在脱硫反应器上有脱硫剂以及氨入口，同时还配有烟气除尘器，该系统具有联合脱硫脱硝的特点，具有较好的硫氧化物和氮氧化物去除率，同时可以去除烟气中的PM。但是，为了维持脱硫效果，需要额外添加脱硫剂，增加脱硫成本；且该系统无法有效去除烟气中的CO₂。

所以提供一种利用海水淡化废水处理工业烟气的系统显得十分重要，不仅可以变废为宝，将海水淡化废水利用起来，还可以废治废，实现资源回收。

实用新型内容

针对现有技术中存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种利用海水淡化废水对工业烟气进行脱硫脱硝脱碳的系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供一种工业烟气脱硫脱硝脱碳系统，包括依次连接的海水电解单元、海水淡化废水处理单元和工业烟气处理单元，所述海水淡化废水处理单元包括金属离子分离模块和金属氢氧化物处理模块，所述工业烟气处理单元包括烟气脱硫模块、烟气脱硝模块和烟气脱碳模块。

进一步地，所述海水电解单元包括隔膜电解池和氢气储罐。

进一步地，所述海水淡化废水处理单元包括金属离子分离模块和金属氢氧化物处理模块；

所述金属离子分离模块包括一级沉淀池、二级沉淀池、第一固液分离器、第二固液分离器、Mg(OH)₂储柜、Ca(OH)₂储柜和碱液池；

所述隔膜电解池阴极池出液口分别与所述一级沉淀池、二级沉淀池连接，所述一级沉淀池与所述第一固液分离器连接，所述第一固液分离器的沉淀出口与所述Mg(OH)₂储柜连接，所述第一固液分离器的溶液出口与所述二级沉淀池连接，所述二级沉淀池与所述第二固液分离器连接，所述第二固液分离器的沉淀出口与Ca(OH)₂储柜连接，所述第二固液分离池的溶液出口与所述碱液池连接；

所述金属氢氧化物处理模块包括Mg(OH)₂处理池和ca(OH)₂浆液池，所述Mg(OH)₂处理池与所述Mg(OH)₂储柜连接，所述Ca(OH)₂浆液池与所述Ca(OH)₂储柜连接。

进一步地，所述烟气脱硫模块包括烟气脱硫模块、烟气脱硝模块和烟气脱碳模块；

所述烟气脱硫模块包括依次连接的脱硫塔、第三固液分离器和CaSO₄储柜，所述脱硫塔与所述Ca(OH)₂浆液池连接；

所述烟气脱硝模块包括依次连接的脱硝塔和脱硝废液处理池，所述脱硝塔与所述隔膜电解池阳极池出液口连接，所述脱硫塔的排烟口与所述脱硝塔的进烟口连接；

所述烟气脱碳模块包括CO₂吸收塔、第一碳酸盐处理池、第二碳酸盐处理池、第四固液分离器、第五固液分离器、CaCO₃储柜和MgCO₃储柜；

所述脱硝塔的排烟口与所述CO₂吸收塔的进烟口连接；所述CO₂吸收塔与所述碱液池连接，所述CO₂吸收塔的排液口分别与所述第一碳酸盐处理池、第二碳酸盐处理池连接，所述第一碳酸盐处理池、第四固液分离器和所述CaCO₃储柜依次连接，所述第二碳酸盐处理池、第五固液分离器和MgCO₃储柜依次连接，所述第一碳酸盐处理池与所述Ca(OH)₂储柜连接，所述第二碳酸盐处理池与所述Mg(OH)₂处理池连接。

一种工业烟气脱硫脱硝脱碳的处理方法，包括如下步骤：

步骤S1：电解海水；

步骤S2：分离海水淡化废水中的金属离子；

步骤S3：处理金属氢氧化物；

步骤S4：烟气脱硫；

步骤S5：烟气脱硝；

步骤S6：烟气脱碳。

进一步地，采用上述的工业烟气脱硫脱硝脱碳系统；步骤S1的具体过程为，利用隔膜电解池电解海水，在阳极池中产生具有氧化性的含氯溶液，在阴极池中产生NaOH溶液和氢气，将氢气储存在氢气储罐中；

利用隔膜电解池电解海水过程中所涉及的主要反应如下：

阳极：2Cl^-→Cl₂+2e^-

阴极：2H₂O+2e^-→2OH^-+H₂

阳极池：Cl₂+OH^-→ClO^-+Cl^-+H₂O

ClO^-+H₂O→HClO+OH^-

HClO→H⁺+ClO^-

步骤S2的具体过程为，采用变pH法分离金属离子，首先在一级沉淀池中加入经步骤S1电解海水产生的NaOH溶液，使得海水淡化废水中的Mg²⁺完全沉淀，采用第一固液分离器将Mg(OH)₂沉淀和溶液分离，Mg(OH)₂沉淀储存在Mg(OH)₂储柜中，分离后的溶液排入二级沉淀池；向二级沉淀池中加入经步骤S1电解海水产生的NaOH溶液，使得Ca²⁺完全沉淀，采用第二固液分离器将Ca(OH)₂沉淀和溶液分离，Ca(OH)₂沉淀储存在Ca(OH)₂储柜中，分离后的溶液排入碱液池。

分离海水淡化废水中的金属离子的过程中所涉及的主要反应如下：

Mg²⁺+2OH^-→Mg(OH)₂

Ca²⁺+2OH^-→Ca(OH)₂

进一步地，步骤S3的具体过程为，处理金属氢氧化物，将经步骤S2得到的Mg(OH)₂沉淀排入Mg(OH)₂处理池中，向Mg(OH)₂处理池中加入盐酸对Mg(OH)₂进行酸化处理制得MgCl₂溶液；将经步骤S2得到的部分Ca(OH)₂沉淀排入到Ca(OH)₂浆液池中制成浆液。

处理金属氢氧化物的过程中所涉及的主要反应如下：

Mg(OH)₂+2H⁺→Mg²⁺+2H₂O

进一步地，步骤S4的具体过程为，烟气脱硫，将经步骤S3得到的Ca(OH)₂浆液从脱硫塔的塔顶喷入脱硫塔中，工业烟气从脱硫塔底部的进烟口通入脱硫塔中，对工业烟气进行脱硫，脱硫废液经过第三固液分离器分离出CaSO₄沉淀，并储存在CaSO₄储柜中。

烟气脱硫的过程中所涉及的主要反应如下：

SO₂+H₂O→SO₃ ^2-+2H⁺

SO₃ ^2-+O₂+2H⁺→SO₄ ^2-+H₂O

Ca(OH)₂+SO₄ ^2-+2H⁺→CaSO₄+2H₂O

进一步地，步骤S5的具体过程为，烟气脱硝，将经步骤S1电解海水产生的含氯溶液从脱硝塔的塔顶喷入脱硝塔中，经步骤S4脱硫后的烟气从脱硝塔底部的进烟口通入脱硝塔中，对工业烟气进行脱硝，脱硝废液排入脱硝废液处理池中处理后排放。

烟气脱硝的过程中所涉及的主要反应如下：

NO+ClO^-→NO₂+Cl^-

NO+NO₂+H₂O→2H⁺+2NO₂ ^-

2NO₂+H₂O→2H⁺+NO₃ ^-+NO₂ ^-

2NO₂+ClO^-+H₂O→2NO₃ ^-+Cl^-+2H⁺

NO₂ ^-+ClO^-→NO₃ ^-+Cl^-

3NO₂+H₂O→2H⁺+2NO₃ ^-+NO

进一步地，步骤S6的具体过程为，烟气脱碳，将步骤S2碱液池中的碱液从CO₂吸收塔的塔顶喷入CO₂吸收塔中，经步骤S5脱硝后的烟气从CO₂吸收塔底部的进烟口通入CO₂吸收塔中，对工业烟气进行脱碳，脱碳后烟气直接排放，脱碳废液排入第一碳酸盐处理池和第二碳酸盐处理池中，将经步骤S3得到的MgCl₂溶液加入第二碳酸盐处理池中，通过第五固液分离器分离得到MgCO₃沉淀储存在MgCO₃储柜，将经步骤S2得到的部分Ca(OH)₂沉淀加入到第一碳酸盐处理池中，通过第四固液分离器分离得到CaCO₃沉淀储存在CaCO₃储柜。

烟气脱碳的过程中所涉及的主要反应如下：

CO₂+2OH^-→CO₃ ^2-+H₂O

Mg²⁺+CO₃ ^2-→MgCO₃

Ca(OH)₂+CO₃ ^2-→CaCO₃+2OH^-

有益效果：

(1)本实用新型提供的一种工业烟气脱硫脱硝脱碳系统，包括依次连接的海水电解单元、海水淡化废水处理单元和工业烟气处理单元，海水淡化废水处理单元包括金属离子分离模块和金属氢氧化物处理模块，工业烟气处理单元包括烟气脱硫模块、烟气脱硝模块和烟气脱碳模块，通过海水电解单元电解海水产生的氢气可以收集利用，通过海水淡化废水处理单元处理高盐废水获得用于烟气脱硫脱碳的金属氢氧化物，达到以废治废的目的，既实现了资源回收利用又无需脱硫剂、脱硝剂、CO₂吸收剂的额外使用，节约了成本；具有较好的硫氧化物、氮氧化物和二氧化碳去除效果，从烟气处理废液中实现产品的二次回收。

(2)本实用新型提供的一种工业烟气脱硫脱硝脱碳系统，利用电解海水产生的强碱性溶液来处理海水淡化废水得到Mg(OH)₂、Ca(OH)₂沉淀，可以实现金属离子的回收；将回收的Mg(OH)₂、Ca(OH)₂经处理后用于烟气脱硫脱碳，再从脱硫脱碳废液中分离出CaSO₄、MgCO₃、CaCO₃，既可实现烟气脱硫脱碳又可实现产品回收、资源再利用。同时，电解海水产生的强氧化性溶液可以用于烟气脱硝；通过上述方法不仅解决了海水淡化废水排放问题和工业烟气处理问题，同时还实现了资源的回收，达到了以废治废的目的，节约了烟气处理成本，实现了资源再利用，具有重要现实意义。

以下将结合附图对本实用新型的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本实用新型的目的、特征和效果。

附图说明

图1为本实用新型优选的实施例的结构示意图；

附图说明：

1、隔膜电解池；2、氢气储罐；3、一级沉淀池；4、第一固液分离器；5、二级沉淀池；6、Mg(OH)₂储柜；7、第二固液分离器；8、碱液池；9、Mg(OH)₂处理池；10、Ca(OH)₂储柜；11、Ca(OH)₂浆液池；12、脱硫塔；13、脱硝塔；14、CO₂吸收塔；15、第三固液分离器；16、脱硝废液处理池；17、第一碳酸盐处理池；18、第二碳酸盐处理池；19、CaSO₄储柜；20、第四固液分离器；21、第五固液分离器；22、CaCO₃储柜；23、MgCO₃储柜。

具体实施方式

下面结合具体实施方式，进一步阐述本实用新型。应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外应理解，在阅读了本实用新型讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本实用新型并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。

实施例：

如图1所示，在一个较佳的实施例中，本实用新型提供一种工业烟气脱硫脱硝脱碳系统，包括依次连接的海水电解单元、海水淡化废水处理单元和工业烟气处理单元，海水淡化废水处理单元包括金属离子分离模块和金属氢氧化物处理模块，工业烟气处理单元包括烟气脱硫模块、烟气脱硝模块和烟气脱碳模块。

海水电解单元包括隔膜电解池1和氢气储罐2；

金属离子分离模块包括一级沉淀池3、二级沉淀池5、第一固液分离器4、第二固液分离器7、Mg(OH)₂储柜6、Ca(OH)₂储柜10和碱液池8；

隔膜电解池1的阴极池出液口分别与一级沉淀池3、二级沉淀池5连接，一级沉淀池3与第一固液分离器4连接，第一固液分离器4的沉淀出口与Mg(OH)₂储柜6连接，第一固液分离器4的溶液出口与二级沉淀池5连接，二级沉淀池5与第二固液分离器7连接，第二固液分离器7的沉淀出口与Ca(OH)₂储柜10连接，第二固液分离池的溶液出口与碱液池8连接。

金属氢氧化物处理模块包括Mg(OH)₂处理池9和Ca(OH)₂浆液池11，Mg(OH)₂处理池9与Mg(OH)₂储柜6连接，Ca(OH)₂浆液池11与Ca(OH)₂储柜10连接。

烟气脱硫模块包括依次连接的脱硫塔12、第三固液分离器15和CaSO₄储柜19，脱硫塔12与Ca(OH)₂浆液池11连接。

烟气脱硝模块包括依次连接的脱硝塔13和脱硝废液处理池16，脱硝塔13与隔膜电解池1的阳极池出液口连接，脱硫塔12的排烟口与脱硝塔13的进烟口连接。

烟气脱碳模块包括CO₂吸收塔14、第一碳酸盐处理池17、第二碳酸盐处理池18、第四固液分离器20、第五固液分离器21、CaCO₃储柜22和MgCO₃储柜23；

脱硝塔13的排烟口与CO₂吸收塔14的进烟口连接；CO₂吸收塔14与碱液池8连接，CO₂吸收塔14的排液口分别与第一碳酸盐处理池17、第二碳酸盐处理池18连接，第一碳酸盐处理池17、第四固液分离器20和CaCO₃储柜22依次连接，第二碳酸盐处理池18、第五固液分离器21和MgCO₃储柜23依次连接，第一碳酸盐处理池17与Ca(OH)₂储柜10连接，第二碳酸盐处理池18与Mg(OH)₂处理池9连接。

利用上述的工业烟气脱硫脱硝脱碳系统处理工业烟气的方法，包括如下步骤：

步骤S1：利用隔膜电解池1电解海水，在阳极池中产生具有氧化性的含氯溶液，在阴极池中产生NaOH溶液和氢气，将氢气储存在氢气储罐2中；

步骤S2：采用变pH法分离金属离子，首先在一级沉淀池3中加入经步骤S1电解海水产生的NaOH溶液，调节pH使得海水淡化废水中的Mg²⁺完全沉淀，采用第一固液分离器4将Mg(OH)₂沉淀和溶液分离，Mg(OH)₂沉淀储存在Mg(OH)₂储柜6中，分离后的溶液排入二级沉淀池5；然后向二级沉淀池5中加入经步骤S1电解海水产生的NaOH溶液调节pH，使得Ca²⁺完全沉淀，采用第二固液分离器7将Ca(OH)₂沉淀和溶液分离，Ca(OH)₂沉淀储存在Ca(OH)₂储柜10中，分离后的溶液排入碱液池8。

步骤S3：将经步骤S2得到的Mg(OH)₂沉淀排入Mg(OH)₂处理池9中，向Mg(OH)₂处理池9中加入盐酸对Mg(OH)₂进行酸化处理制得MgCl₂溶液；将经步骤S2得到的部分Ca(OH)₂沉淀排入到Ca(OH)₂浆液池11中制成浆液。

步骤S4：将经步骤S3得到的Ca(OH)₂浆液通过浆液泵从脱硫塔12的塔顶喷入脱硫塔12中，脱硫塔12为喷淋塔，工业烟气从脱硫塔12底部的进烟口通入脱硫塔12中，对工业烟气进行脱硫，通过气液逆流接触提高脱硫效率，脱硫废液经过第三固液分离器15分离出CaSO₄沉淀，并储存在CaSO₄储柜19中，分离后废液直接排放。

步骤S5：将经步骤S1电解海水产生的含氯溶液通过喷淋泵从脱硝塔13的塔顶喷入脱硝塔13中，脱硝塔13为喷淋塔，经步骤S4脱硫后的烟气从脱硝塔13底部的进烟口通入脱硝塔13中，对工业烟气进行脱硝，通过气液逆流接触提高脱硝效率，脱硝废液排入脱硝废液处理池16中处理后排放。

步骤S6：将步骤S2碱液池8中的碱液通过喷淋泵从CO₂吸收塔14的塔顶喷入CO₂吸收塔14中，经步骤S5脱硝后的烟气从CO₂吸收塔14底部的进烟口通入CO₂吸收塔14中，CO₂吸收塔14为喷淋塔，对工业烟气进行脱碳，通过气液逆流接触提高CO₂吸收效率，脱碳后烟气直接排放，脱碳废液排入第一碳酸盐处理池17和第二碳酸盐处理池18中，将经步骤S3得到的MgCl₂溶液加入第二碳酸盐处理池18中，通过第五固液分离器21分离得到MgCO₃沉淀储存在MgCO₃储柜23，将经步骤S2得到的部分Ca(OH)₂沉淀加入到第一碳酸盐处理池17中，通过第四固液分离器20分离得到CaCO₃沉淀储存在CaCO₃储柜22，经第四固液分离器20和第五固液分离器21分离后的废液直接排放。

Claims (4)

1.一种工业烟气脱硫脱硝脱碳系统，其特征在于，包括依次连接的海水电解单元、海水淡化废水处理单元和工业烟气处理单元，所述海水淡化废水处理单元包括金属离子分离模块和金属氢氧化物处理模块，所述工业烟气处理单元包括烟气脱硫模块、烟气脱硝模块和烟气脱碳模块。

2.如权利要求1所述的工业烟气脱硫脱硝脱碳系统，其特征在于，所述海水电解单元包括隔膜电解池(1)和氢气储罐(2)；

所述金属离子分离模块包括一级沉淀池(3)、二级沉淀池(5)、第一固液分离器(4)、第二固液分离器(7)、Mg(OH)₂储柜(6)、Ca(OH)₂储柜(10)和碱液池(8)；

所述隔膜电解池(1)的阴极池出液口分别与所述一级沉淀池(3)、二级沉淀池(5)连接，所述一级沉淀池(3)与所述第一固液分离器(4)连接，所述第一固液分离器(4)的沉淀出口与所述Mg(OH)₂储柜(6)连接，所述第一固液分离器(4)的溶液出口与所述二级沉淀池(5)连接，所述二级沉淀池(5)与所述第二固液分离器(7)连接，所述第二固液分离器(7)的沉淀出口与Ca(OH)₂储柜(10)连接，所述第二固液分离池的溶液出口与所述碱液池(8)连接。

3.如权利要求2所述的工业烟气脱硫脱硝脱碳系统，其特征在于，所述金属氢氧化物处理模块包括Mg(OH)₂处理池(9)和Ca(OH)₂浆液池(11)，所述Mg(OH)₂处理池(9)与所述Mg(OH)₂储柜(6)连接，所述Ca(OH)₂浆液池与所述Ca(OH)₂储柜(10)连接。

4.如权利要求3所述的工业烟气脱硫脱硝脱碳系统，其特征在于，所述烟气脱硫模块包括依次连接的脱硫塔(12)、第三固液分离器(15)和CaSO₄储柜(19)，所述脱硫塔(12)与所述Ca(OH)₂浆液池(11)连接；

所述烟气脱硝模块包括依次连接的脱硝塔(13)和脱硝废液处理池(16)，所述隔膜电解池(1)的阳极池出液口与所述脱硝塔(13)连接，所述脱硫塔(12)的排烟口与所述脱硝塔(13)的进烟口连接；

所述烟气脱碳模块包括CO₂吸收塔(14)、第一碳酸盐处理池(17)、第二碳酸盐处理池(18)、第四固液分离器(20)、第五固液分离器(21)、CaCO₃储柜(22)和MgCO₃储柜(23)；

所述脱硝塔(13)的排烟口与所述CO₂吸收塔(14)的进烟口连接；所述CO₂吸收塔(14)与所述碱液池(8)连接，所述CO₂吸收塔(14)的排液口分别与所述第一碳酸盐处理池(17)、第二碳酸盐处理池(18)连接，所述第一碳酸盐处理池(17)、第四固液分离器(20)和所述CaCO₃储柜(22)依次连接，所述第二碳酸盐处理池(18)、第五固液分离器(21)和MgCO₃储柜(23)依次连接，所述第一碳酸盐处理池(17)与所述Ca(OH)₂储柜(10)连接，所述第二碳酸盐处理池(18)与所述Mg(OH)₂处理池(9)连接。

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