一种利用光助芬顿反应净化烟气的方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种利用光助芬顿反应净化烟气的方法及装置，该方法是光助芬顿反应将颗粒粉尘转换成为二氧化碳，二氧化硫变成了硫酸，该装置包括光能仓和净化仓，因此，本装置的硫酸回收的利益超过设备本身的运行成本，使用者可获得更多的利润。此外，此技术非常的灵活，它可以被纳入到燃煤锅炉现有的系统用来提高其有效性，或完全取代原来的旧系统。本发明也可适用在任何燃煤锅炉工业市场，包括水泥厂、钢铁厂、市政府废物燃烧厂、医疗废物燃烧厂、氯气制造厂、纸浆和纸张生产厂等。
【专利说明】一种利用光助芬顿反应净化烟气的方法及装置
(—)【技术领域】:
[0001]本发明涉及一种光能净化方法及装置，特别是一种利用光助芬顿反应净化烟气的方法及装置。
(二)【背景技术】:
[0002]在中国经济持续快速发展的形式下，能源消耗需求急剧上升；仅以煤炭为例，改革开发以来每年煤炭的需求递增量大约在8?12%，以此而产生的最大垢病就是严重的空气污染。
[0003]今日的中国是世界上大气污染最严重的国家之一(仅次于印度)。前不久在中国国务院的例行会议上专项提出‘消除民众心肺之患’的主题；把治理污染与民态、民生结合起来，下决心摒除污染大国的帽子。中国政府决定不但要在经济上腾飞还要在环境上为国家、人民、后代、乃至世界做出积极的贡献。在中国建设的道路上，新型清洁能源受到储量及国际政治的限制而无法成为国内工业需求主要的替代动能。因此、煤炭在长时间内仍会是中国主要的动能能源。随着工业需求不断增展意味着大气污染将会更加严重，有效减轻与防治污染将永远是个繁重的课题。
[0004]众所周知，严重的大气污染会带给地球上所有的生物不可逆转的灾难，而污染的空气主要来源于含有大量有毒有害物质的工业烟尘。这些有害烟尘绝大多数是由煤炭燃烧过程中所产生的。然而、世界上没有绝对的清洁煤炭，只有因地质条件的不同而产生的有毒物质含量比重不同的煤炭资源。譬如，中国北部产的煤是高品质的低硫煤，含硫量只有1%?2% ;而云南、贵州与内蒙所产的煤其硫含量可以达到5%以上。据测算:中国工业烟尘中的二氧化硫年排放量高达两千万吨以上。在113个大气污染重点治理的城市中，有40个城市二氧化硫排放量超过国家制定的二级标准线，39个城市甚至劣于国家三级标准线！由空气污染引发的酸雨污染已经肆虐中国三分之一的国土。工业进程增速越快与之同行的污染指数将会越高，有关部门对环境的控制会越加艰难。
[0005]近20年来中国对烟尘脱硫开展了不间断的技术研究。以烟气脱硫技术来控制二氧化硫的污染是国内环保应用领域里的一个重要环节。就以低硫煤(含硫量1%)来计算:燃一吨煤会产生16公斤(1600x1%，公斤)的二氧化硫。一个中型的燃煤锅炉每天大约燃烧150?200吨的煤；也就是说每天会产生2.4?3.2吨的二氧化硫。目前的脱硫技术包括煤炭混配石灰或添加剂；炉内直接喷钙和沸腾床石灰石干法脱硫；以及钙碱法、氨碱法、钠碱法、镁碱法等湿法脱硫。经过多年实践验证和市场经济技术的淘汰，只有少数的技术设备真正进入燃煤产业锅炉应用。其中以旋流板塔式装置为目前主要应用对象。旋流板塔式装置在90年代经过技术改造后用于燃煤产业锅炉的烟气脱硫和除尘。这种装置的优点是烟气和液体的接触面积大、结构简单、阻力较小、运行稳定为主要特点。其缺点则是现有的技术脱硫效率平均只达到60?80%，而且成本极大。现今脱硫的运行费用为每瓦0.3元，一个中型一万二千兆瓦的燃煤电厂每年的运行费用为四千四百三十万元；而且其脱硫装置的成本为3.6亿元！庞大的裝置与运行費用的确使中小企业面临著并厂的危机。[0006]除了二氧化硫，PM2.5对健康的影响已经在时下引起了广泛的关注。什么是颗粒物2.5(PM2.5) ?他们是指结合在地球大气中直径小于2.5微米的小片固体或液体物质。颗粒物组合物可引起明显的视觉效果，如烟尘，它由二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳、矿物粉尘、有机物质、和元素碳组成，也被称为黑色碳或煤烟。由于硫的存在，颗粒是吸湿的，并且S02会在高湿度及低温下转化为硫酸。这将导致能见度降低、黄色空气、臭氧、与刺痛的吸入感。人类与动物吸入微粒物质的影响已经被广泛地研究；PM2.5导致的的健康问题包括哮喘、肺癌、心血管问题、呼吸系统疾病、先天缺陷、和过早死亡。
[0007]颗粒物排放在大多数工业化国家都受到严格监管。由于环境问题，大多数行业都需要进行某种粉尘收集系统的操作，以控制颗粒物排放。这些系统包括离心除尘器(旋流除尘器)、纤维过滤除尘器(袋式除尘器)、湿式除尘器、和静电除尘器。然而、便宜的除尘设备效率很低，通常達不到80 % ;好的设备譬如静电除尘，雖然效率可高达99 %，但也有其致命缺点:(I)设备庞大，耗钢多，需高压变电和整流设备，故投资高。(2)除尘效率受粉尘比电阻的制约，一般对比电阻小于104~105欧姆每公分或大于1010~1011欧姆每公分的粉尘，若不采取一定措施，除尘效率将受到影响.(3)不具备离线检修功能，一旦设备出现故障，或者带病运行，或者只能停炉检修。总而言之，任何有效率除PM的设备建造与维护费用都是非常高的。
[0008]中国也已提出了对空气中颗粒物排放的限制(见下表)，各个工厂企业也都按規定裝了除尘设备。然而庞大的维护费的确使中小企业入不敷出。因此发展一个价廉而有效的除尘装置也应算是当务之急。
[0009]
【权利要求】
1.一种利用光助芬顿反应净化烟气的方法，其特征在于包括以下步骤: (1)在反应容器中加入含有芬顿试剂且使用α-羟基酸调节pH值至小于等于3的溶液，所述芬顿试剂包含能发生光助芬顿反应的金属系统和过氧化氢； 所述溶液配置过氧化氢与水的质量百分比为3%~5% ； 过氧化氢与金属系统摩尔比大于等于10 ； (2)根据金属系统的光吸收峰，设置光照系统； (3)将烟气通入反应容器，使烟气中的污染物与芬顿试剂充分接触并发生反应； (4)将反应后溶液导出，并定时监测导出溶液中芬顿试剂的浓度，根据监测的情况，添加新的含有芬顿试剂的溶液使反应容器中溶液成分保持稳定； (5)净化后的气体排出反应容器。
2.根据权利要求1所述一种利用光助芬顿反应净化烟气的方法，其特征在于所述步骤(I)中的金属系统为Fe ( II )/F(III)系统或Cu( I )/Cu(II)系统；当金属系统为Fe ( II )/F(III)系统时，则光照为波长为200nm~400nm的紫外光；当金属系统为Cu( I )/Cu( II )系统时，光照为波长为600nm~800nm的可见光。
3.根据权利要求2所述一种利用光助芬顿反应净化烟气的方法，其特征在于所述Fe( II )/F( III)系统由直径小于20纳米的FeSO4和Fe3O4颗粒构成。
4.根据权利要求2所述一种利用光助芬顿反应净化烟气的方法，其特征在于所述Cu( I ) /Cu ( II )系统由直径小于20纳米的Cu2O和CuSO4颗粒构成。
5.根据权利要求1所述一种利用光助芬顿反应净化烟气的方法，其特征在于所述步骤(I)中的过氧化氢为直径小于50纳米的过氧化镁、过氧化钠或过氧化钙在所述溶液中反应后广生的。
6.根据权利要求1所述一种利用光助芬顿反应净化烟气的方法，其特征在于所述α -羟基酸为乙醇酸、丙酮酸或乳酸。
7.根据权利要求1所述一种利用光助芬顿反应净化烟气的方法，其特征在于所述步骤(3)中烟气中的污染物为二氧化硫、碳颗粒、一氧化碳或碳氢化合物中的至少一种，二氧化硫被氧化为三氧化硫并溶于溶液形成硫酸，碳颗粒被氧化为二氧化碳，一氧化碳被氧化为二氧化碳，碳氢化合物被分解为二氧化碳和水。
8.根据权利要求1所述一种利用光助芬顿反应净化烟气的方法，其特征在于所述步骤(3)中的充分接触的方式为气体直接通入液体或在反应容器中加入喷淋装置中的至少一种。
9.根据权利要求1所述一种利用光助芬顿反应净化烟气的方法，其特征在于所述步骤(3)中的污染物包括二氧化硫时，步骤(3)之后加入步骤(3’ )利用市售DOW chemical公司的Amberlite IRC748离子交换树脂涂层吸附回收所述金属系统物质，将含有硫酸的溶液净化。
10.根据权利要求1所述一种利用光助芬顿反应净化烟气的方法，其特征在于所述步骤(3)中烟气在通入反应容器之前经过了预处理，预处理过程除去了烟气中直径大于10微米的固体颗粒。
11.根据权利要求1所述一种利用光助芬顿反应净化烟气的方法，其特征在于所述步骤(6)中，芬顿试剂中的过氧化氢的消耗量通过定期收集样品被密切的监测，并且使用碘/高锰酸钾(I/KMn04)滴定法观察过氧化物的消耗率。
12.—种实现权利要求1所述方法的装置，包括光能仓，所述光能仓包括光能仓体、光能仓进气口、光能仓出气口、光能仓进液口、气液混合通道、光能仓抽水泵、光能仓出液口、光能仓喷淋装置和光照设备，所述光能仓进气口和光能仓出气口设置在光能仓体的上部，所述光能仓进液口设置在光能仓体的中部，所述光能仓出液口设置在光能仓体的底部，所述气液混合通道、光能仓喷淋装置和光照设备位于光能仓体内，气液混合通道的输入端连接光能仓进气口，气液混合通道2-4的输出端位于光能仓体下部接近仓底的位置，所述光能仓抽水泵通过管道连接光能仓体底部的输出端和光能仓喷淋装置的输入端。
13.根据权利要求12所述的一种利用光助芬顿反应净化烟气的装置，其特征在于所述光能仓体的侧壁上设置光能仓液位器，光能仓体顶部设置光能仓检修盖。
14.根据权利要求12所述的一种利用光助芬顿反应净化烟气的装置，其特征在于所述光照设备为石英管紫外灯或可见光灯。
15.根据权利要求12所述的一种利用光助芬顿反应净化烟气的装置，其特征在于所述利用光助芬顿反应净化烟气的装置还包括净化仓，所述净化仓包括净化仓体、净化板、液体流量控制栓和净化仓出液口，所述净化仓体上放置光能仓体，所述光能仓出液口伸入净化仓体中，所述液体流量控制栓安装在光能仓出液口上，所述光能仓出液口位于净化板上方，所述净化板固定在净化仓体内，所述净化仓出液口设置在净化仓体底部。
16.根据权利要求15所述的一种利用光助芬顿反应净化烟气的装置，其特征在于所述净化板为不锈钢板或陶瓷板，净化板上涂有市售DOW chemical公司的Amberlite IRC748离子交换树脂涂层。
【文档编号】B01D50/00GK103949153SQ201410166086
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年4月23日 优先权日:2014年4月23日
【发明者】傅国琳 申请人:林小晓, 车道岚