一种脱除烟气中焦油的方法与流程

本发明涉及的是一种脱除烟气中焦油的方法，属于冶金、焦化领域。

背景技术：

焦油是具有强烈刺激性臭味的黑色或黑褐色黏稠状液体，而随烟气排放的焦油是以微细雾滴形式存在于烟气中的。烟气中的焦油是一种复杂的混合物，包括多环芳烃、杂环芳烃、苯并芘、二噁英、苯及苯的同系物等有害物质，其中大多是强致癌物质。如果将含焦油的烟气排放到大气中，不仅会降低大气质量，更会对人们的身体健康造成极大的危害。因此，研究如何高效地脱除焦炉烟气中的焦油具有重要意义。

大气中的焦油来源主要有三个方面：（1）煤燃烧时随烟气的排放；（2）炼焦过程中的出焦和熄焦过程中产生的烟气排放；（3）生物质热解、气化过程中（垃圾燃烧、秸秆燃烧、垃圾发电等）产生的气体排放。湿式除焦方法也称为水洗法，是使含有焦油的燃气通过水浴箱或喷淋塔（如，文丘里洗涤器），利用焦油颗粒和水滴之间的惯性碰撞将烟气中的部分焦油除去。干法除焦主要包括：过滤法、旋风分离法和静电除焦法。过滤法是将活性炭、玉米芯、碎木屑等吸附能力较强的物质装在容器中，使烟气通过吸附材料，焦油便粘着在吸附材料上而脱除，通常采用多次过滤的净化方法，但脱除效果不理想；旋风分离法是利用旋风分离器，焦油在离心力的作用下凝结在器壁上，但聚集在器壁上的焦油较难清理；静电除焦法是利用电捕焦油器将含有焦油雾滴的烟气通过两金属板间的高压电场，使气体分子电离成带有正、负电荷的离子，分别向阴极和阳极移动，焦油与带电离子和电子碰撞后带上电荷，在两极板上聚集而被除去，但该方法存在设备能耗高和工艺复杂问题。化学法除焦法包括：高温裂解法、耦合吸收法、微波诱导金属带放电法(等离子体法)等。催化裂解法即利用催化剂降低焦油裂解所需要的活化能，从而降低反应温度，使焦油在750～900℃时就可以完全裂解的方法。其它化学除焦方法技术尚未成熟，有待进一步研究和改进。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种利用乳状液膜技术脱除烟气中焦油的方法。

本发明的技术方案是：

利用乳状液膜分离体系中乳球微粒的巨大比表面积和w/o/w型乳状液膜乳液滴表面的油相与焦油相似相溶的原理，乳状液膜分离体系可将烟气中的焦油高效的脱除，分离机理如图1所示。在最佳的条件下，制备乳状液膜；在分离器中将乳状液膜分散在水中；在搅拌下，将含焦油的模拟烟气通过分离器中的乳状液膜体系；模拟烟气中焦油的含量通过焦油容器中焦油重量的较少和烟气通过的总量进行计算；将一填充棉花吸收容器连接在烟气排除的出口，净化后排除烟气通过该吸收容器，其焦油被棉花吸收，用溶剂将其洗脱并定容，通过分光光度法测定其中的焦油含量；脱除前烟气中焦油的总量和净化后烟气中焦油量之差即为脱除的焦油量，并由此计算焦油脱除效率。

具体实施方案:

1、乳液的制备

将表面活性剂溶解在煤油（膜溶剂）中，搅拌使其溶解并混合均匀，构成膜相液（油相）。将膜相液置于均质器中，在4000-10000r/min转数下进行高速搅拌的同时，按比例加入一定量的内相液（水），继续搅拌7-20分钟，制得稳定均匀的乳白色乳液。

2、烟气中焦油的脱除

在150-300r/min转数的低速搅拌下，将制得的乳液分散到焦油脱除容器中的外相液（水）中，得到w/o/w型乳状液膜分离体系，将含有焦油的烟气通过乳状液膜体系，在300-500r/min转数的低速搅拌下，使烟气中的焦油与乳球微粒充分接触，使烟气中的焦油得以脱除。操作流程如图2所示。

3、净化后烟气中焦油含量的测定

净化后的烟气通过充满的吸收容器，未脱除的焦油吸附在棉花上，吸收完成后，将容器中的棉花用二甲苯洗脱下来，用紫外可见分光光度计在290nm波长下测定吸光度，图3为二甲苯焦油溶液的紫外可见吸收光谱图。

4、焦油脱除效率的计算

采用下面公式计算焦油脱除效率：

式中：

—除焦率，%；

—焦油反应的质量，mg；

—脱脂棉过滤器中焦油浓度，mg/l；

—二甲苯体积，ml。

5、负载焦油乳液的破乳及分离

脱除烟气中焦油后负载焦油的乳液采用离心方式进行破乳，破乳结束后静止使其分层得到油相（膜相液）、水相（内相液）和未破乳的乳液三层，将油相、水相和未破乳相进行分离。根据原来负载乳液和油相液层的体积行计算破乳率：

式中：

—破乳率，%。

—破乳后的油相体积，ml；

—破乳后的水相体积，ml；

—负载乳液的体积，ml。

6、膜相液的重复利用

将破乳后得到的油相液补充新的膜相液或将破乳后的油相液和未破乳的乳液一起与新的内相液（水）进行重新制备乳液，并将其用于进行烟气脱除焦油，重复“破乳—制乳—焦油脱除”的步骤。

发明具有如下优点：

1、乳状液膜技术脱除烟气中的焦油利用了：（1）利用乳状液膜分离体系中乳球微粒具有巨大比表面积，使得烟气中焦油与脱除介质得以充分接触；（2）w/o/w型乳状液膜乳液滴表面的油相与焦油的极性相似，使得焦油很容易地被乳液滴吸收而从烟气中脱除。因此，该技术可将烟气中的焦油高效脱除。

2、经过破乳，可使负载的乳液与内相液分离，分离得到的乳状液膜的膜相液可用于重新制备乳液，节约了烟气脱除焦油的运行成本。

3、在利用乳状液膜进行烟气脱除焦油的操作过程中，没有废液和废渣的排除，避免了对环境的二次污染，因此，该项烟气脱除焦油技术是绿色环保的。

实例1

膜相液采用span-80浓度4%（v/v）的煤油溶液，内相液为水，膜相液与内水相的体积比（油内比）为2∶3，在制乳转数为6000转/分下进行乳液的制备，制乳时间为13分钟，得到均匀稳定的乳白色油包水型乳液。

将制备的乳液与水比例（乳水比）按1∶5，将乳液倒入水中，乳状液膜的总体积为220ml，在250r/min转速的搅拌下，使乳液在水中进行分散，得到w/o/w型乳状液膜体系。在525r/min的搅拌转速下，使含有焦油的烟气通过总体积为ml的乳状液膜进行焦油分离，烟气流速为120ml/min，焦油含量为130mg/l，分离时间为80min。计算焦油脱除率为93%。将分离后负载的乳液在7000r/min转数下进行离心破乳20min，破乳率为68%，将破乳后得到的油相液与补充的膜相液一起重新制备乳液，进而进行烟气焦油的脱除，重复制乳—脱焦10次，焦油的脱除率仍可达到90%。

实例2

采用含有表面活性剂l-113b浓度为3%（v/v）的煤油溶液作为膜相液，内相液为水，油内比3∶2，在搅拌转速为4000r/min下进行乳液制备，制乳时间为15min。得到稳定均匀的乳白色油包水型乳液。

将制备好的乳液加入到水中，乳水比是1∶4，在搅拌转数为200r/min下使其均匀分散，得到w/o/w型乳状液膜分离体系，乳状液膜的总体积为200ml。将含有焦油的烟气通入到乳状液膜中，采用450r/min的搅拌速度使烟气与乳液滴进行充分接触，使烟气中的焦油进行脱除。烟气流速为为100ml/min，烟气中焦油浓度约为137.5mg/l，分离时间为40min。计算得到的烟气中焦油脱除率为98.2%。将负载的乳液在转数为10000r/min下进行破乳12min，破乳率为73%。将分离得到的油相补充新的膜相液后与内相液（水）一起进行重新制备乳液，用重新制备的乳液进行烟气脱焦实验，重复破乳—脱焦实验5次，烟气中焦油脱除率仍可达到97.8%。

实例3

采用含有表面活性剂l-113b浓度为4.5%（v/v）的煤油溶液作为膜相液，内相液为水，油内比3∶3，在搅拌转速为7000r/min下进行乳液制备，制乳时间为10min。得到稳定均匀的乳白色油包水型乳液。

将制备好的乳液加入到水中，乳水比是1∶5，在搅拌转数为200r/min下使其均匀分散，得到w/o/w型乳状液膜分离体系，乳状液膜的总体积为250ml。将含有焦油的烟气通入到乳状液膜中，采用400r/min的搅拌速度使烟气与乳液滴进行充分接触，使烟气中的焦油进行脱除。烟气流速为为110ml/min，烟气中焦油浓度约为120.5mg/l，分离时间为45min。计算得到的烟气中焦油脱除率为98.5%。将负载的乳液在转数为9000r/min下进行破乳15min，破乳率为72%。将分离得到的油相和没破乳的乳液一起进行重新制备乳液，用重新制备的乳液进行烟气脱焦实验，重复破乳—脱焦实验4次，烟气中焦油脱除率仍可达到98.1%。

附图说明：

图1烟气焦油脱除机理示意图。

图2乳状液膜法脱除烟气焦油工艺路线图。

图3二甲苯焦油溶液的紫外可见吸收光谱图。。