一种基于光化学雾化床的硫化氢脱除系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于大气污染控制领域，具体涉及一种光化学雾化床的硫化氢脱除系统。
【背景技术】
[0002] 硫化氢是一种高刺激性的剧毒气体，是大气污染物之一。在有氧和湿热条件下，硫 化氢不仅会引起设备腐蚀和催化剂中毒，还会严重威胁人身安全。随着经济的快速发展和 人们环保意识的提高，工业废气中硫化氢脱除问题越来越受到人们的关注。同时国家也制 定了相应的法律法规对硫化氢的排放作了严格的限制。研宄开发硫化氢的高效脱除技术已 成为世界各国关注的热点问题。在过去的几十年中，国内外研宄人员对废气中硫化氢脱除 问题作了大量的研宄并开发了许多硫化氢脱除方法。按照脱除过程的干湿形态，废气硫化 氢脱除方法大体可分为干法和湿法两大类。干法是利用硫化氢的还原性和可燃性，以固定 氧化剂或吸收剂来脱硫或直接燃烧。该方法包括克劳斯法、不可再生的固定床吸附法、膜分 离法、分子筛法、变压吸附（PSA)法、低温分离法等。所用脱硫剂、催化剂主要有活性炭、氧 化铁、氧化锌、二氧化锰及铝矾土等，一般可回收硫磺、二氧化硫、硫酸和硫酸盐等资源。干 法脱除工艺效率较高、但存在设备投资大、脱硫剂需间歇再生和硫容量低等不足，一般适于 气体的精细脱硫。克劳斯法虽然可以用于高浓度硫化氢的脱除，但存在脱除效率差等不足。
[0003] 湿法脱除技术按照脱除机理可以分为化学吸收法、物理吸收法、物理化学吸收法 和湿式氧化法。化学吸收法是利用硫化氢与化学溶剂之间发生的可逆反应来脱除硫化氢。 常用方法包括胺法、热碳酸盐法和氨法等。物理吸收法是利用不同组分在特定溶剂中溶解 度差异而脱除硫化氢，然后通过降压闪蒸等措施析出硫化氢而再生吸收剂。常用的物理溶 剂法包括低温甲醇法、聚乙二醇二甲醚法、N-甲基吡咯烷酮法等。物理化学吸收法是将物 理溶剂和化学溶剂混合，使其兼有两种溶剂的特性，其典型代表为砜胺法。湿式氧化法是指 采用氧化剂将硫化氢氧化为单质硫或硫酸溶液进行回收。根据氧化机理的不同，湿式氧化 法主要可分为以铁基、钒基等为代表的催化氧化法和以双氧水、高锰酸钾等为代表的直接 氧化法。目前，硫化氢湿法脱除工艺也存在很多问题，例如新合成的各种有机吸收剂或氧化 剂价格高、性能不稳定、甚至还具有毒性。高锰酸钾等氧化剂反应过程会产生复杂的副产 物，导致产物利用困难。双氧水等氧化剂虽然洁净环保，但氧化效率低，导致脱除效率无法 满足日益严格的环保要求。
[0004] 专利（ZL 201310490922. 0)提出了一种利用碳酸钠吸收硫化氢，并用氧气再生的 脱除方法和工艺，但该方法工艺复杂，且反应产生的含有杂质的碳酸氢钠副产物无法回收 再利用；专利（ZL201310648205. 6)提出了一种利用离子液体捕获硫化氢的方法，但该方法 使用的离子液体合成方法非常复杂，应用成本高，吸收剂性能不稳定，且产物分离困难；专 利（ZL201310648205. 6)提出了一种利用离子液体捕获硫化氢的方法，但该方法使用的离子 液体合成方法非常复杂，应用成本高，吸收剂性能不稳定，且产物分离困难。等等。
[0005] 综上所述，目前还没有一种稳定可靠、经济高效，且适合于中低浓度废气硫化氢 脱除的工艺。因此，在完善现有脱除技术的同时，积极开发经济高效的新型废气硫化氢脱除 技术具有重要理论和现实意义。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种光化学雾化床的硫化氢 脱除系统。
[0007] 该系统主要设有除尘器、冷却器、光化学雾化床反应器、气体分布喷嘴、紫外灯管、 雾化喷嘴、循环泵、颗粒物过滤装置、加料塔、喷淋管道、分烟道、总烟道、除雾器以及产物后 处理系统。来自排放源的硫化氢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溶液。该系统能够高效脱除烟气中的硫化氢，且脱除产物可实现资 源化利用，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。
[0008] 为实现以上目的，本发明采用的实施方案如下： 一种光化学雾化床的硫化氢脱除系统，所述系统包括除尘器、冷却器、光化学雾化床反 应器、气体分布喷嘴、循环泵、颗粒物过滤装置、加料塔、喷淋管道、总烟道、除雾器以及产物 后处理系统； 所述烟气入口 b与除尘器连接； 所述除尘器出口连接冷却器；冷却器与气体分布喷嘴连接；所述气体分布喷嘴通过烟 道连接入光化学雾化床反应器内； 所述加料塔与颗粒物过滤装置相连接，经过循环泵通过喷淋管道接入光化学雾化床反 应器； 其中所述光化学雾化床反应器内设置有紫外灯管、雾化喷嘴和分烟道； 所述紫外灯管环状均匀分布在灯管布置线上，所述灯管布置线为多圈，围绕光化学雾 化床反应器中轴线呈同心环状布置，每相邻两圈之间等距； 所述雾化喷嘴位于紫外灯管之间，且与分烟道位于同一直线上，该直线与光化学雾化 床反应器中轴线垂直，所述雾化喷嘴在垂直方向等间距布置，根据光化学雾化床反应器高 度设置多级雾化喷嘴。
[0009] 所述光化学雾化床反应器分有两个出口，一个烟气出口 c位于光化学雾化床反应 器上端，是总烟道，总烟道内设置有除雾器；另一个产物出口 d位于光化学雾化床反应器下 端，连接产物后处理系统。
[0010] 所述产物后处理系统包括溶液循环泵、中和塔和蒸发结晶塔，所述产物出口 d通 过溶液循环泵接入中和塔，中和塔与蒸发结晶塔相连；所述中和塔上端设置有入口 e ;所述 蒸发结晶塔设置有一个进口 f和2个出口 g和h，进口 f和出口 g位于蒸发结晶塔上端，出 口 h位于蒸发结晶塔下端。
[0011] 光化学雾化床反应器截面为圆形(见图4 )或矩形(见图5 )，圆形截面直径A或矩形 截面边长可根据空塔气速和总烟气流量计算。光化学雾化床反应器的空塔气速太高，污染 物的停留时间太短，无法充分反应，脱除效率低，但如果空塔气速太低，则反应器体积庞大， 投资和运行成本太高。根据发明人的计算和测试表明，光化学雾化床反应器最佳空塔气速 是0. 2 m/s-5. Om/s。光化学雾化床反应器的高度太低，污染物的停留时间短，同样无法充分 反应，降低污染物的脱除效率低，但如果高度太高，则反应器体积庞大，投资和运行成本也 将大大曾高。发明人的计算和测试表明，光化学雾化床反应器最佳高度B位于2m-5m之间 (见图2)， 为了防止紫外灯管过长干扰气体雾化喷嘴均匀布气，紫外灯管最佳长度D通常比光化 学雾化床反应器的最佳高度B至少短0. 3m，但两者之间的差距也不宜太大，否则无法充分 利用反应器空间，进而造成反应器空间的浪费。发明人的研宄表明，紫外灯管最佳长度D与 光化学雾化床反应器最佳高度B之间的最佳距离控制在0. 3m-l. Om范围之内较为合理(见 图2)。为了便于从反应器顶部抽出紫外灯管维修或更换，分烟道垂直高度C至少应当比紫 外灯管最佳长度D高0. 2m (见图2)。紫外灯管之间的间距如果太大，则会导致光化学雾化 床反应器内的紫外光强度无法满足激发要求，但如果紫外灯管之间的间距设置的太小，即 太过密集，则光源系统的投资和运行费用将大大增加，同时还会大大增加系统的流动阻力， 提高循环泵和风机的功耗。根据发明人的计算和实验发现，紫外灯管的布置间距H(圆形截 面，见图4)和I (矩形截面，见图5)的最佳间距为3cm-30cm之间。
[0012] 紫外灯管之间设有雾化喷嘴(具体布置见图2,图4和图5)，雾化喷嘴根据光化学 雾化床反应器最佳高度B通常需要设置多级喷雾，设置级数根据现场情况确定，但要保证 雾化覆盖无死角，且设置的雾化喷嘴在垂直方向采用等间距布置(见图2中的E)。雾化喷嘴 喷出的液滴雾化粒径如果太大则会导致气液接触面积太小，污染物脱除效率下降，故雾化 喷嘴喷出的雾化溶液粒径通常不大于20微米。光化学雾化床反应器的烟道采用先分烟道 再总烟道的两段布置，目的是防止气流发生偏斜，影响脱除效果(见图2)。
[0013] 本发明还提供一种一种光化学雾化床的硫化氢脱除方法，按照以下步骤进行： (1)来自排放源的烟气经除尘器除尘和冷却器降温后，再由气体分布喷嘴布风后进入 光化学雾化床反应器。
[0014] (2)来自加料塔的过氧化物溶液由循环泵抽吸，并由雾化喷嘴雾化后喷入光化学 雾化床反应器。紫外灯管辐射紫外光激发过氧化物产生硫酸根和羟基自由基氧化硫化氢产 生可资源化利用的硫酸溶液。
[0015] (3)光化学雾化床反应器上部回落的溶液再次进入加料塔循环使用，消耗的试剂 由试剂添加口 a补充。
[0016] (4)反应产物由光化学雾化床反应器的产物出口 d通入产物后处理系统实现可资 源化利用。
[0017] 例如，通过添加氨中和后产生硫酸铵肥料回收利用。
[0018] 由于光化学雾化床反应器的烟气入口温度过高会导致过氧化物发生提前自分解 浪费氧化剂，但如果温度太低又将导致化学反