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一种光解过 氧化物的上下对喷雾化床脱硫脱硝方法

阅读：615发布：2021-06-05

专利汇可以提供一种光解过氧化物的上下对喷雾化床脱硫脱硝方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种光解过氧化物的上下对喷雾化床脱硫脱硝方法，主要设有排放源、风机、除尘器、烟气冷却器、上下对喷雾化床、循环泵一和循环泵二、填料层、紫外灯管、雾化喷嘴、除雾器、储液箱以及产物后处理系统。来自排放源的SO2和NO与紫外光分解过氧化物产生的硫酸根和羟基自由基反应产生可资源化利用的硫酸和硝酸溶液。该系统能够高效脱除烟气中的SO2和NO，且脱除过程无二次污染，是一种具有广阔应用前景的新型烟气净化系统。，下面是一种光解过氧化物的上下对喷雾化床脱硫脱硝方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种光解过氧化物的上下对喷雾化床脱硫脱硝方法，其特征在于，排放源的烟气经过风机引入除尘器，经除尘器除尘后进入烟气冷却器，经过烟气冷却器降温后，由底部进入上下对喷雾化床，上下对喷雾化床的烟气入口温度为20-70℃，有效液气比为0.1-5.0L/m3；
储液箱通过循环泵一将储液箱内的过氧化物溶液由雾化喷嘴雾化后喷入上下对喷雾化床，反应后的过氧化物溶液经过循环泵二引入储液箱循环利用，过氧化物的浓度为0.1mol/L-
3.5mol/L之间，溶液的pH位于1.0-9.5之间，溶液温度为20-70℃，所述的上下对喷雾化床的雾化喷嘴相对设置，雾化的过氧化物溶液喷射撞击，所述相对设置的雾化喷嘴中间设有紫外灯管，紫外灯发射的紫外光激化过氧化物产生羟基自由基，氧化烟气中的SO2和NO，紫外光的有效辐射强度为10 -400 ，紫外线有效波长150nm-365nm；经过净化的烟气由上下对喷雾化床的顶部烟气出口排出；反应后产生的反应产物由上下对喷雾化床的产物出口通入产物后处理系统；烟气中SO2和NO的含量分别不高于10000ppm和2000ppm。
2.根据权利要求1所述的一种光解过氧化物的上下对喷雾化床脱硫脱硝方法，其特征在于，上下对喷雾化床的烟气入口温度为55℃，液气比为1.0L/m3，过硫酸铵浓度为3.0mol/L，溶液pH为3.5，溶液温度为50℃，紫外光有效辐射强度为82 ，紫外线有效波长为
254nm。
3.根据权利要求1所述的一种光解过氧化物的上下对喷雾化床脱硫脱硝方法，其特征在于：所述的过氧化物包括双氧水和过硫酸铵中的一种或两种的混合。
4.根据权利要求1所述的一种光解过氧化物的上下对喷雾化床脱硫脱硝方法，其特征在于：所述的排放源包括燃煤锅炉﹑内燃机﹑工业窑炉﹑冶炼/炼焦尾气﹑垃圾焚烧炉以及石油化工设备尾气中的一种或多种的组合。

说明书全文

一种光解过氧化物的上下对喷雾化床脱硫脱硝方法

技术领域

[0001] 本发明涉及大气污染控制领域，具体涉及一种光解过氧化物的上下对喷雾化床脱硫脱硝方法。

背景技术

[0002] 燃烧过程中产生的SO2﹑NOx以及Hg能够引起酸雨﹑光化学烟雾和致癌等严重的大气污染问题，危害人类健康和生态平衡。在过去的几十年，尽管人们开发了大量的烟气脱硫脱硝脱汞技术，但现有的各种脱硫脱硝脱汞技术在研发当初仅针对单一污染物为脱除目标，无法实现多污染物的同时脱除。

[0003] 例如，目前应用较多的烟气脱硫脱硝技术主要为石灰石-石膏湿法烟气脱硫技术和氨选择性催化还原法。这两种方法虽可以单独脱硫脱硝，但无法在一个上下对喷雾化床内实现同时脱除。两种工艺叠加使用虽然可以实现同时脱硫脱硝，但造成整个系统复杂，占地面积大，投资和运行成本高等不足。另外，随着人类对环保要求的不断提高，针对烟气中汞排放控制的法律法规也逐渐出台，但目前还没有一种经济有效的烟气脱汞技术获得大规模商业应用。如果在现有的脱硫和脱硝系统尾部再次增加单独的烟气脱汞系统，则势必将造成整个系统的初投资和运行费用进一步增加，最终很难以在发展中国家获得大规模商业应用。

[0004] 综上所述，如果能够在一个上下对喷雾化床内将SO2﹑NOx﹑Hg同时脱除，则有望大大降低系统的复杂性和占地面积，进而减少系统的投资与运行费用。因此，开发经济有效的硫/氮/汞同时脱除技术是该领域当前的热点问题。

发明内容

[0005] 本发明涉及一种光解过氧化物的上下对喷雾化床脱硫脱硝方法。来自排放源的SO2﹑NO和Hg0在烟道中先被臭氧预氧化为SO3﹑NO2和Hg2+。紫外灯辐射紫外光激发过氧化物产生硫酸根和羟基自由基进一步氧化SO2﹑NO﹑Hg0以及被臭氧氧化产生的SO3和NO2，反应产物主要是可资源化利用的硫酸﹑硝酸和二价汞离子。该系统能够高效脱除烟气中的SO2﹑NO和Hg0，且脱除过程无二次污染，是一种具有广阔应用前景的新型烟气净化系统。

[0006] 本发明记载的方法基于的原理及反应过程如下：

[0007] 1﹑由图1所示，采用电子自旋共振(ESR)仪可测定到系统中产生了硫酸根自由基和羟基自由基。因此，光辐射过氧化物首先是释放了具有强氧化性的硫酸根自由基和羟基自由基，具体过程可用如下的化学反应(1)-(5)表示：

[0008] H2O2+UV→2·OH (1)

[0009]

[0010] O3+UV→·O+O2 (3)

[0011]

[0012]

[0013] ·O+H2O2→·OH+HO2· (6)

[0014] 2、产生的强氧化性的硫酸根自由基和羟基自由基可将烟气中的硫/氮/汞氧化脱除：

[0015] a·OH+bSO2→cSO3++other products (7)

[0016] a·OH+bNO→cNO2++other products (8)

[0017]

[0018]

[0019] 3、反应产生的硫酸﹑硝酸混合溶液可作为工业原料回收利用(例如，通过添加氨中和后产生硫酸铵和硝酸铵农业肥料回收利用)。该系统能够高效脱除烟气中的SO2和NO，且脱除过程无二次污染，是一种具有广阔应用前景的新型烟气净化系统。

[0020] 为实现脱硫脱硝的目的，基于上述原理，本发明采用的技术方案如下：

[0021] 一种光解过氧化物的上下对喷雾化床脱硫脱硝方法，排放源的烟气经过风机引入除尘器，经除尘器除尘后进入烟气冷却器，经过烟气冷却器降温后，由底部进入上下对喷雾化床，上下对喷雾化床的烟气入口温度为20-70℃，有效液气比为0.1-5.0L/m3；储液箱通过循环泵一将储液箱内的过氧化物溶液由雾化喷嘴雾化后喷入上下对喷雾化床，反应后的过氧化物溶液经过循环泵二引入储液箱循环利用，过氧化物的浓度为0.1mol/L-3.5mol/L之间，溶液的pH位于1.0-9.5之间，溶液温度为20-70℃，所述的上下对喷雾化床的雾化喷嘴相对设置，雾化的过氧化物溶液喷射撞击，所述相对设置的雾化喷嘴中间设有紫外灯管，紫外灯发射的紫外光激化过氧化物产生羟基自由基，氧化烟气中的SO2和NO，紫外光的有效辐射强度为10μW/cm2-400μW/cm2，紫外线有效波长为150nm-365nm；经过净化的烟气由上下对喷雾化床的顶部烟气出口排出；反应后产生的反应产物由上下对喷雾化床的产物出口d通入产物后处理系统，烟气中SO2和NO的含量分别不高于10000ppm和2000ppm。

[0022] 烟气入口温度过高会导致过氧化物发生提前自分解浪费，但如果烟气入口温度过低则会降低化学反应速率，从而降低污染物的脱除效率。20-70℃是发明人根据正交实验和综合分析后获得的最佳烟气入口温度，烟气入口温度超过70℃后过氧化物的分解速率大幅度增加，但烟气入口温度低于20℃时化学反应速率则显著降低，导致污染物的脱除效率大幅度下降。因此，上下对喷雾化床最佳烟气入口温度为20-70℃。

[0023] 液气比过低，污染物的脱除效率太低，无法满足环保要求，但液气比设置的太高，循环泵的功率过大会导致系统的能耗大大增加。发明人经过系统的实验和理论研究发现，有效液气比为0.1-5.0L/m3。过氧化物浓度太低无法释放充足的自由基氧化脱除污染物，但一次投放太高浓度的过氧化物会导致额外的自分解和副反应，自分解会导致过氧化物氧化剂消耗严重，增加运行成本，副反应会导致反应产物中产生各种有害成分，影响最终产物的循环利用。经过发明人的实验和检测分析后发现，过氧化物的最佳浓度为0.1mol/L-3.5mol/L。

[0024] 过氧化物溶液的pH太高会导致过氧化物加速自分解而消耗，增加应用成本，但pH过低时会抑制化学吸收平衡，导致污染物脱除效率保持在低水平，无法满足环保指标。发明人经过系统的实验研究﹑理论研究和检测分析后发现，溶液最佳pH位于1.0-9.5之间。溶液温度过高会导致过氧化物发生提前自分解浪费昂贵的氧化剂，但如果溶液温度过低则会降低化学反应速率，从而降低污染物脱除效率。溶液温度超过70℃后过氧化物的分解速率大幅度增加，但溶液温度低于20℃时化学反应速率则显著降低，导致污染物的脱除效率大幅度下降。因此，上下对喷雾化床的最佳溶液温度为20-70℃。

[0025] 发明人采用电子自旋共振技术检测后发现，紫外光有效辐射强度设置的太低将无法生成足够浓度的自由基氧化脱除污染物，但紫外光辐射强度太高将会导致系统的能耗大幅度提高，降低系统的经济性。因此，紫外光有效辐射强度为10μW/cm2-400μW/cm2，紫外线有效波长如果选择太短，则紫外光在反应器内的传播距离太短，单位功率下的污染物处理量大大降低，无法满足基本的处理要求，但紫外光波长如果选择的太长，紫外光子的能量将明显降低，低能量的紫外光子无法破坏过氧化物的分子键，从而无法产生足够浓度的自由基氧化脱除污染物。经过综合的检测分析后发现，紫外线有效波长为150nm-365nm。

[0026] 发明人经过系统的实验和检测分析后发现，烟气中中SO2﹑NOx的含量太高将导致脱除效率大幅度下降，尾部未被吸收的中SO2﹑NOx逃逸量大幅度增加，容易造成严重的二次污染物，故经过研究后发现，烟气中SO2和NO的含量分别不高于10000ppm和2000ppm。

[0027] 优选的技术参数，烟气中的SO2﹑NO浓度分别为3000ppm，400ppm；上下对喷雾化床3
的烟气入口温度为55℃，液气比为1.0L/m ，过硫酸铵浓度为3.0mol/L，溶液pH为3.5，溶液温度为50℃，紫外光有效辐射强度为82μW/cm2，紫外线有效波长为254nm。采用上述参数，小试结果为，烟气中SO2和NO的同时脱除效率可分别达到100％和100％。

[0028] 所述的过氧化物包括双氧水和过硫酸铵中的一种或两种的混合。所述的排放源包括燃煤锅炉﹑内燃机﹑工业窑炉﹑冶炼/炼焦尾气﹑垃圾焚烧炉以及石油化工设备尾气中的一种或多种的组合。

[0029] 所述的一种光解过氧化物的上下对喷雾化床脱硫脱硝方法所基于的装置设有排放源、风机、除尘器、烟气冷却器、上下对喷雾化床、循环泵一和循环泵二、储液箱以及产物后处理系统；所述上下对喷雾化床自上而下依次设有烟气出口、除雾器、雾化喷嘴、紫外灯管、填料层以及底部出口；排放源通过烟道连接除尘器入口，除尘器的出口连接烟气冷却器的入口，所述烟气冷却器的出口连接上下对喷雾化床的底部，所述储液箱通过管道进入上下对喷雾化床内，所述管道上设有至少一组上下对称的雾化喷嘴；所述上下对喷雾化床内上下对称的雾化喷嘴之间设有紫外灯管排。

[0030] 所述储液箱进入上下对喷雾化床的管道上设有将过氧化物溶液引入的喷雾化床的循环泵一；所述上下对喷雾化床的溶液出口设有将过氧化物溶液引入储液箱的循环泵二。

[0031] 上下对喷雾化床的截面为正方形或矩形，内部设有一组以上的紫外灯管排，每组紫外灯管排上下均设有雾化喷嘴，紫外灯管排上部的雾化喷嘴向下喷溶液，紫外灯管排下部的雾化喷嘴向上喷溶液。相邻两组紫外灯管排之间的距离A位于10cm-50cm之间。紫外灯管排中相邻两根紫外灯管的间距B位于3cm-30cm之间，以达到最佳的光辐射效果。紫外灯管一端(右端)插入后固定在上下对喷雾化床壁中，另一端(左端)穿过上下对喷雾化床壁面后预留1cm以上便于紫外灯管更换和维修。每组紫外灯管排垂直方向(上下方向)上布置的最佳紫外灯管数目是5-10跟，水平方向布置的最佳紫外灯管数目可由上下对喷雾化床的截面积和选择的紫外灯管间距计算确定。

[0032] 需要特别注意的是：以上选择的各种优化参数，均是发明人通过大量的综合实验﹑理论计算和检测分析后才获得的。由于每个操作参数通常还会受到其它一个或多个参数的综合影响或干扰，因此无法通过简单的现场单因素实验或文献对比获得。另外本发明提供的优化参数是在小型设备和放大后的设备上综合对比后确定的，综合考虑了设备放大过程可能产生的“放大效应”，故现场技术人员不能通过对现有设备简单分析后推测获得安全可靠的优化参数。

[0033] 本发明的优点及显著效果：

[0034] 中国专利201010296492.5提出了一种利用光辐射过氧化氢产生自由基的同时脱硫脱硝系统，但该该专利所述的脱除工艺采用的是传质速率很低和市场应用潜力小的鼓泡塔反应器，而本发明提出的上下喷雾床具有更好的传质速率和脱除效率，从而大幅度提高污染物的脱除效率。例如，本发明系统能够实现SO2和NO两种污染物的100％脱除率即证明了该系统具有出色的脱除性能。附图说明

[0035] 图1.光解过氧化物上下对喷雾化床的电子自旋共振图。

[0036] 图2是本发明所述系统的工艺流程图。

[0037] 图3是上下对喷雾化床结构图。

[0038] 图4是上下对喷雾化床的截面及灯管布置图。

[0039] 图5是本发明的产物后处理系统。

具体实施方式

[0040] 下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。

[0041] 如图2所示，本发明涉及一种光解过氧化物的上下对喷雾化床脱硫脱硝的方法所基于装置，主要设有排放源1、风机2、除尘器3、烟气冷却器4、上下对喷雾化床6、循环泵一7和循环泵二8、填料层13、紫外灯管12、雾化喷嘴11、除雾器、10储液箱9以及产物后处理系统5。所述上下对喷雾化床6自上而下依次设有烟气出口c、除雾器10、雾化喷嘴11、紫外灯管
12、填料层13以及底部出口d；排放源1通过烟道连接除尘器3入口，排放源1与除尘器3之间设有风机2；除尘器3的出口连接烟气冷却器4的入口，所述烟气冷却器4的出口连接上下对喷雾化床6的底部，所述储液箱9通过管道连接上下对喷雾化床6内的雾化喷嘴11，所述管道上设有至少一组上下对称的雾化喷嘴11；所述上下对喷雾化床6内上下对称的雾化喷嘴11之间设有由紫外灯12组成的紫外灯管排。

[0042] 如图3和图4所示，上下对喷雾化床6的截面为正方形或矩形，内部设有一组以上的紫外灯管排，每组紫外灯管排上下均设有雾化喷嘴11；紫外灯管排上部的雾化喷嘴11向下喷溶液，紫外灯管排下部的雾化喷嘴11向上喷溶液。

[0043] 相邻两组紫外灯管排之间的距离A位于10cm-50cm之间；紫外灯管排中相邻两根紫外灯管的间距B位于3cm-30cm之间。

[0044] 如图5所示，该方法的产物后处理系统，产物后处理系统5与上下对喷雾化床6底部的产物出口d连接，产物后处理系统5设有溶液循环泵14，所述产物后处理系统5依次连接中和塔15和蒸发结晶塔16，蒸发结晶塔16采用烟气余热系统17加热；在中和塔14中通过添加氨中和，中和后进入蒸发结晶塔16中蒸发结晶，最后产生硫酸铵和硝酸铵农业肥料回收利用。

[0045] 反应过程如下：来自排放源1的烟气由风机2牵引，经除尘器3除尘和烟气冷却器4降温后，再由填料层13布风后进入上下对喷雾化床6。来自储液箱9的过氧化物溶液由循环泵一7抽吸，并由雾化喷嘴11雾化后喷入上下对喷雾化床6。紫外灯12辐射紫外光激发过氧化物产生硫酸根和羟基自由基氧化SO2和NO产生可资源化利用的硫酸和硝酸溶液。上下对喷雾化床6上部回落的硫酸和硝酸溶液由出口b，经循环泵二8重新吸入储液箱9循环雾化喷淋。反应产物由上下对喷雾化床6的产物出口d通入产物后处理系统5实现可资源化利用。

[0046] 实施例1.烟气中的SO2﹑NO浓度分别为3000ppm，400ppm，上下对喷雾化床的烟气入口温度为55℃，液气比为1.0L/m3，双氧水浓度为1.0mol/L，溶液pH为3.5，溶液温度为50℃，紫外光有效辐射强度为40μW/cm2，紫外线有效波长为254nm。小试结果为：烟气中SO2和NO的同时脱除效率可分别达到100％和70.2％。

[0047] 实施例2.烟气中的SO2﹑NO浓度分别为3000ppm，400ppm，上下对喷雾化床的烟气入口温度为55℃，液气比为1.0L/m3，过硫酸铵浓度为1.0mol/L，溶液pH为3.5，溶液温度为50℃，紫外光有效辐射强度为40μW/cm2，紫外线有效波长为254nm。小试结果为：烟气中SO2和NO的同时脱除效率可分别达到100％和67.4％。

[0048] 实施例3.烟气中的SO2﹑NO浓度分别为3000ppm，400ppm，上下对喷雾化床的烟气入口温度为55℃，液气比为1.0L/m3，双氧水浓度为1.5mol/L，溶液pH为3.5，溶液温度为50℃，紫外光有效辐射强度为40μW/cm2，紫外线有效波长为254nm。小试结果为：烟气中SO2和NO的同时脱除效率可分别达到100％和79.9％。

[0049] 实施例4.烟气中的SO2﹑NO浓度分别为3000ppm，400ppm，上下对喷雾化床的烟气入口温度为55℃，液气比为1.0L/m3，过硫酸铵浓度为1.5mol/L，溶液pH为3.5，溶液温度为50℃，紫外光有效辐射强度为40μW/cm2，紫外线有效波长为254nm。小试结果为：烟气中SO2和NO的同时脱除效率可分别达到100％和76.5％。

[0050] 实施例5.烟气中的SO2﹑NO浓度分别为3000ppm，400ppm，上下对喷雾化床的烟气入口温度为55℃，液气比为1.0L/m3，双氧水浓度为1.5mol/L，溶液pH为3.5，溶液温度为50℃，紫外光有效辐射强度为82μW/cm2，紫外线有效波长为254nm。小试结果为：烟气中SO2和NO的同时脱除效率可分别达到100％和88.3％。

[0051] 实施例6.烟气中的SO2﹑NO浓度分别为3000ppm，400ppm，上下对喷雾化床的烟气入口温度为55℃，液气比为1.0L/m3，过硫酸铵浓度为1.5mol/L，溶液pH为3.5，溶液温度为50℃，紫外光有效辐射强度为82μW/cm2，紫外线有效波长为254nm。小试结果为：烟气中SO2和NO的同时脱除效率可分别达到100％和86.3％。

[0052] 实施例7.烟气中的SO2﹑NO浓度分别为3000ppm，400ppm，上下对喷雾化床的烟气入口温度为55℃，液气比为1.0L/m3，双氧水浓度为2.0mol/L，溶液pH为3.5，溶液温度为50℃，紫外光有效辐射强度为82μW/cm2，紫外线有效波长为254nm。小试结果为：烟气中SO2和NO的同时脱除效率可分别达到100％和95.7％。

[0053] 实施例8.烟气中的SO2﹑NO浓度分别为3000ppm，400ppm，上下对喷雾化床的烟气入口温度为55℃，液气比为1.0L/m3，过硫酸铵浓度为2.0mol/L，溶液pH为3.5，溶液温度为50℃，紫外光有效辐射强度为82μW/cm2，紫外线有效波长为254nm。小试结果为：烟气中SO2和NO的同时脱除效率可分别达到100％和93.9％。

[0054] 实施例9.烟气中的SO2﹑NO浓度分别为3000ppm，400ppm，上下对喷雾化床的烟气入口温度为55℃，液气比为1.0L/m3，双氧水浓度为3.0mol/L，溶液pH为3.5，溶液温度为50℃，紫外光有效辐射强度为82μW/cm2，紫外线有效波长为254nm。小试结果为：烟气中SO2和NO的同时脱除效率可分别达到100％和100％。

[0055] 实施例10.烟气中的SO2﹑NO浓度分别为3000ppm，400ppm，上下对喷雾化床的烟气入口温度为55℃，液气比为1.0L/m3，过硫酸铵浓度为3.0mol/L，溶液pH为3.5，溶液温度为2
50℃，紫外光有效辐射强度为82μW/cm ，紫外线有效波长为254nm。小试结果为：烟气中SO2和NO的同时脱除效率可分别达到100％和100％。

[0056] 经过以上实施例的综合对比可知，实施例9和10具有最佳的同时脱硫脱硝效果，可作为最佳实施例参照使用。

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