一种基于超声波激发过硫酸钠脱除烟气汞的方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于超声波激发过硫酸钠脱除烟气汞的方法及系统，主要设有锅炉、烟气温度调节器、声化学反应器、新液系统以及产物后处理系统。来自锅炉排放的烟气经过烟气温度调节器调温后进入声化学反应器。来自新液系统的过硫酸钠溶液由循环泵通过超细雾化喷头喷入声化学反应器。被雾化的过硫酸钠在超声波的激发作用下释放强氧化性的过硫酸根自由基氧化脱除烟气中的汞，反应产物主要是可资源化利用的二价汞离子和硫酸钠，通过添加二价硫离子沉淀分离后即可回收利用。该装置及系统能够高效脱除烟气中的汞，并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脱汞装置及系统。
【专利说明】一种基于超声波激发过硫酸钠脱除烟气汞的方法及系统【技术领域】
[0001]本发明涉及燃烧烟气污染物控制领域，具体涉及一种基于超声波激发过硫酸钠脱除烟气汞的方法及系统。
【背景技术】
[0002]汞是一种剧毒性和在生物体内易于沉积的重金属痕量元素，对人体健康和生态环境具有极大的危害。联合国环境规划署在发表的一份调查报告中指出，燃煤锅炉是汞排放的最大人为污染源。我国是世界第一大煤炭消费国，能源结构中煤炭的比例高达75%，并且这种格局在今后相当长的一段时间内仍不会有大的改变。随着燃煤污染物大气环保标准的日益严格，预计在不久的将来，燃煤烟气汞污染控制标准的出台将是必然趋势。因此，研究和开发有效的燃煤烟气汞污染控制方法是我国环保科技人员面临的重要任务之一。
[0003]近年来，国内外学者在研究脱汞新理论和新【技术领域】做了大量卓有成效的工作。目前，在众多脱汞方法中，吸附剂吸附和湿法洗涤被认为是燃煤烟气脱汞领域的两个最有发展潜力的主流脱汞技术。湿法洗涤脱汞技术中研究最多的是应用现有的湿法烟气脱硫系统联合洗涤脱汞。该技术可以实现较高的Hg2+(g)脱除率，但是对难溶的Hg°(g)没有明显的脱除效果，部分氧化态汞还可能被还原为单质汞。不少学者尝试用一些氧化技术在脱硫塔前将烟气中的Hg°(g)先氧化为Hg2+(g)，然后再用湿法烟气脱硫系统洗涤脱除Hg2+(g)。目前研究较多的选择性催化还原(SCR)催化氧化脱汞可实现部分Hg°(g)转化为Hg2+(g)，但脱汞效果受到燃煤组分、催化剂类型、燃烧方式以及燃烧器结构的明显影响，相关催化氧化机理仍不十分清楚。其它氧化技术，例如等离子体氧化、光催化氧化和臭氧氧化等尚处于实验室探索阶段。利用高锰酸钾、过硫酸钾和亚氯酸钠等传统氧化剂在吸收塔中氧化吸收Hg°(g)也取得了良好效果，但也存在吸收剂昂贵或产物成分复杂难处理等不足，相关技术还有待于进一步完善。吸附法主要是通过活性炭或者其它吸附剂吸附烟气中的Hg2+(g)和Hg°(g)，先将其转化为颗粒汞，然后利用现有的除尘设备将其捕获而达到脱汞目的。目前研究较多且技术最成熟的活性炭吸附法具有较高的脱汞效率，但应用成本极高，企业难以承受。其它吸附剂，例如贵金属、金属氧化物、飞灰、活性焦、钙基材料、分子筛以及天然矿物材料等虽然具有潜在的发展前景，但由于在应用成本，脱汞效率，吸附剂稳定性以及吸附机理研究等方面的欠缺与不足，目前还无法获得大规模工业应用。综上所述，目前还没有一种适合于大规模商业化的燃煤烟气脱汞技术。因此，在完善现有脱汞技术的同时，积极开发经济高效的新型燃煤烟气脱汞技术具有重要理论和现实意义。
【发明内容】
[0004]本发明公开了一种基于超声波激发过硫酸钠脱除烟气汞的方法及系统，利用超声波激发过硫酸钠分解释放具有强氧化性的硫酸根自由基(so4-.)氧化脱除烟气中的汞。反应产物主要是可资源化利用的二价汞离子和硫酸钠，通过添加二价硫离子生成硫化汞沉淀分离后即可回收利用。该装置及系统能够高效脱除烟气中的汞，并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脱汞装置及系统。
[0005]为实现以上目的，本发明采用的实施方案如下:
[0006]一种基于超声波激发过硫酸钠脱除烟气汞的方法，来自锅炉排放的烟气经过烟气温度调节器调温后进入声化学反应器；来自新液系统的过硫酸钠溶液由循环泵通过超细雾化喷嘴由顶部喷入声化学反应器；被雾化的过硫酸钠在超声波的激发作用下释放强氧化性的过硫酸根自由基，过硫酸根自由基氧化脱除烟气中的汞。过硫酸根自由基氧化脱除烟气中的汞的反应产物是二价汞离子和硫酸钠，添加二价硫离子，二价汞离子沉淀，分离。
[0007]声化学反应器入口的烟气温度不高于60°C，通入声化学反应器的溶液温度也不高于60°C ;声化学反应器内的超声波的有效频率范围为18KHz-60KHz，有效辐射强度为30W/cm2-300ff/cm2。 [0008]声化学反应器的有效液气比为5L/m3_35L/m3，过硫酸钠的物质的量浓度在 0.2mol/L-3.0mol/L之间，溶液的pH位于1.5-9.5之间，溶液温度为10。。-60。。;来自锅炉烟气中汞的有效入口浓度为0-300 μ g/m3。
[0009]所述系统包括锅炉、烟气温度调节器、声化学反应器、新液系统以及产物后处理系统；锅炉通过烟道与烟气温度调节器的入口连接，烟气温度调节器的出口与声化学反应器的烟气入口连接，声化学反应器的烟气出口通过烟道与烟囱连通；所述的声化学反应器的顶部设有超细雾化喷嘴，两垂直垂直侧壁设有超声波发射器；声化学反应器的底部的溶液出口与产物后处理系统连接；新液系统中盛有过硫酸钠溶液，新液系统与超细雾化喷嘴连接。
[0010]声化学反应器截面为矩形或正方形，两个垂直侧面上均设有超声波发射器，且超声波发射器均与声化学反应器两侧面垂直布置。
[0011]多根超声波发射器在声化学反应器侧面上呈顺排布置；超声波发射器之间的间隔不小于10cm，长度不大于15cm ;多个超声波发射器发射的超声波频率必须保持相同。
[0012]声化学反应器中的超细雾化喷嘴布置在声化学反应器的顶部，采用顺排布置；超细雾化喷嘴采用的是实心喷嘴，喷雾夹角为45度-90度，喷出的雾滴直径为1微米-10微米；超细雾化喷嘴之间的间隔在20cm-50cm。
[0013]多个声化学反应器并联构成大型声化学反应器，适应大烟气量处理要求。
[0014]本发明系统的反应过程原理:
[0015]1、超声波激发分解过硫酸钠首先是释放了具有强氧化性的硫酸根自由基，具体过程可用如下的化学反应(1)表示:
[0016]
【权利要求】
1.一种基于超声波激发过硫酸钠脱除烟气汞的方法，其特征在于，来自锅炉排放的烟气经过烟气温度调节器调温后进入声化学反应器；来自新液系统的过硫酸钠溶液由循环泵通过超细雾化喷嘴由顶部喷入声化学反应器；被雾化的过硫酸钠在超声波的激发作用下释放强氧化性的过硫酸根自由基，过硫酸根自由基氧化脱除烟气中的汞。
2.根据权利要求1所述的一种基于超声波激发过硫酸钠脱除烟气汞的方法，其特征在于，过硫酸根自由基氧化脱除烟气中的汞的反应产物是二价汞离子和硫酸钠，添加二价硫离子与二价汞离子反应后可实现汞的沉淀分离。
3.根据权利要求1或者2所述的一种基于超声波激发过硫酸钠脱除烟气汞的方法，其特征在于，声化学反应器入口的烟气温度不高于60°C，通入声化学反应器的溶液温度也不高于60°C ;声化学反应器内的超声波的有效频率范围为18KHz-60KHz，有效辐射强度为30W/cm2-300W/cm2。
4.根据权利要求3所述的一种基于超声波激发过硫酸钠脱除烟气汞的方法，其特征在于:声化学反应器的有效液气比为5L/m3-35L/m3，过硫酸钠的物质的量浓度在0.2mol/L-3.0mol/L之间，溶液的pH位于1.5-9.5之间，溶液温度为10。。-60。。;来自锅炉烟气中汞的有效入口浓度为0-300 μ g/m3。
5.一种基于超声波激发过硫酸钠脱除烟气汞的系统，其特征在于:所述系统包括锅炉、烟气温度调节器、声化学反应器、新液系统以及产物后处理系统；锅炉通过烟道与烟气温度调节器的入口连接，烟气温度调节器的出口与声化学反应器的烟气入口连接，声化学反应器的烟气出口通过烟道与烟囱连通；所述的声化学反应器的顶部设有超细雾化喷嘴，两垂直垂直侧壁设有超声波发射器；声化学反应器的底部的溶液出口与产物后处理系统连接；新液系统中盛有过硫酸钠溶液，新液系统与超细雾化喷嘴连接。
6.根据权利要求5所述的一种基于超声波激发过硫酸钠脱除烟气汞的系统，其特征在于:声化学反应器截面为矩形或正方形，两个垂直侧面上均设有超声波发射器，且超声波发射器均与声化学反应器两侧面垂直布置。
7.根据权利要求6所述的一种基于超声波激发过硫酸钠脱除烟气汞的系统，其特征在于:多根超声波发射器在声化学反应器侧面上呈顺排布置；超声波发射器之间的间隔不小于10cm,长度不大于15cm ;多个超声波发射器发射的超声波频率必须保持相同。
8.根据权利要求5所述的一种基于超声波激发过硫酸钠脱除烟气汞的系统，其特征在于:声化学反应器中的超细雾化喷嘴布置在声化学反应器的顶部，采用顺排布置；超细雾化喷嘴采用的是实心喷嘴，喷雾夹角为45度-90度，喷出的雾滴直径为1微米-10微米；超细雾化喷嘴之间的间隔在20cm-50cm。
9.根据权利要求6至8任一项所述的一种基于超声波激发过硫酸钠脱除烟气汞的系统，其特征在于:多个声化学反应器并联构成大型声化学反应器，适应大烟气量处理要求。
【文档编号】B01D53/79GK103691280SQ201310687780
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年12月13日 优先权日:2013年12月13日
【发明者】刘杨先, 潘剑锋, 唐爱坤 申请人:江苏大学