一种烟气联合脱硫脱硝脱碳的方法
【专利摘要】本发明公开了一种烟气联合脱硫脱硝脱碳的方法，该处理方法步骤如下：（1）氧化阶段：将烟气通入NaOCl/NaOCl2复合液中进行氧化；（2）吸收阶段：将经氧化后的烟气通入氨水中，其余尾气排出即可。本发明能同时去除燃烧烟气中的SO2、NOx、CO2，且反应生成的(NH4)2SO4和NH4NO3颗粒可用作氮肥，二氧化碳可制成高浓度气体回收利用，部分氨水能循环使用，有效实现了大气污染物的资源化利用。
【专利说明】一种烟气联合脱硫脱硝脱碳的方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种燃煤烟气的处理技术。
【背景技术】
[0002]我国是以煤炭为主要能源的国家之一，这种格局在未来很长一段时间内不会改变。我国的发电量仅次于美国，2010年全国发电装机容量达到580GW左右，其中火电380GW，占65.5%;2020年全国发电装机容量达到900GW左右，其中火电580GW，占64.4% ；2030年，全国火电装机容量占有率仍将保持在58%左右，虽然煤电所占比重将逐年有所下降，但其在电力能源结构中的主导地位不会改变。在火电机组的燃料中，煤炭占了95%以上。2010年我国煤炭消费超过了 30亿吨，约70%用于发电。因此，我国的主要燃煤大户为电力工业，由其产生的大气污染占了整个大气污染的45%。据统计，全国烟尘排放量的70%、二氧化硫排放量的90%、氮氧化物的67%、二氧化碳的70%左右都来自于燃煤，是影响大气环境的主要污染源。
[0003]燃煤烟气污染物主要包括粉尘、so2、nox、co2、重金属等，其中粉尘、so2、nox都有比较成熟的脱除方法，CO2的脱除技术也正在蓬勃发展过程中。目前，燃煤烟气中二氧化硫和氮氧化物的污染控制是大气污染控制领域最主要的任务。已有多项脱硫技术进入工业应用；但低NOx燃烧技术不能满足NOx排放标准，势必采用烟气脱硝技术。但多个污染物逐个控制，会导致各种问题。这些工艺的共同特点是:一项工艺技术，通过一套专门的设备，仅脱除一种污染物。这种一对一的治理方式，存在一次投资大，运行成本高，占用土地多等问题。随着环保要求的逐步提高和排放标准不断提级，除脱硫、脱硝外，将进一步治理烟气中痕量重金属元素、PM2.5及温室气体CO2的治理，烟气污染治理链越来越长，能源企业无法承受越来越高的环保费用。因此，开发同时联合脱硫脱硝脱碳新技术、新设备已成为国内外新兴的研究方向，实现工业化脱硫脱硝一体化技术已迫在眉睫。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，提供一种能有效对燃烧烟气中SO2, NOx, CO2进行联合脱除的方法。
[0005]为了达到上述目的，本发明提供了一种烟气联合脱硫脱硝脱碳的方法，该处理方法步骤如下:(I)氧化阶段:将烟气通入NaOCl/NaOCl2复合液中进行氧化；
(2)吸收阶段:将经氧化后的烟气通入氨水中，其余尾气排出即可。
[0006]为了进一步回收利用资源，本发明方法还可改进如下:
(1)氧化阶段:将烟气通入NaOCl/NaOCl2复合液中进行氧化；
(2)吸收阶段:将经氧化后的烟气通入氨水中；
(3)回收利用阶段:将吸收烟气后的氨水加热，得到结晶、二氧化碳和氨气；所述结晶经脱水后得到(NH4)2SO4和NH4NO3颗粒；所述氨气通入水中可循环用于步骤(2)中。
[0007]其中，步骤(I)中NaOCl/NaOCl2复合液的pH值为5.5，采用NaOCl和NaOCl2混合液，NaOCl浓度为5mmol/L，NaOCl2浓度为3 mmol/L0该氧化阶段的温度为60°C，在喷淋塔内进行；NaOCl/NaOCl2复合液从喷淋塔上部喷嘴喷出；烟气从喷淋塔底部进入；NaOCl/NaOCl2复合液和烟气的通入比例为19L/m3 ;烟气的流量为0.5m3/h。喷淋塔内设有三层、每层四个喷嘴；每层喷嘴呈正方形放置，每个角一个，且对角线相邻的喷嘴之间间距为0.1m ；喷淋塔底部设有筛板；筛板上均匀分布69个气孔。
[0008]步骤(2)中氨水的浓度为10%。该吸收阶段采用鼓泡吸收装置，吸收温度为常温，优选20°C。
[0009]本发明相比现有技术具有以下优点:本发明能同时去除燃烧烟气中的S02、NOx,CO2,且反应生成的(NH4)2SO4和NH4NO3颗粒可用作氮肥，二氧化碳可制成高浓度气体回收利用，部分氨水能循环使用，有效实现了大气污染物的资源化利用。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1为本发明烟气联合脱硫脱硝脱碳方法的流程图；
图2为图1中喷淋塔的结构示意图。
[0011]图中，1-喷淋塔，2-鼓泡吸收装置，3-回收反应器，4-氧化复合液罐，5-氨水罐，11-喷嘴，12-筛板。
【具体实施方式】
[0012]下面结合附图对本发明进行详细说明。
[0013](一)氧化阶段
喷淋塔I内布置3层喷嘴，每层设有四个喷嘴，呈正方形设置，且对角线相邻的喷嘴间距为0.1m。喷射角度>60°，可覆盖整个塔径截面。此外，喷淋塔底部设置了筛板12，筛板上69个气孔均匀分布，可以进一步增大气液接触面积。将烟气从喷淋塔I底部通过筛板12通入喷淋塔I内，控制烟气流量为0.5m3/h。氧化复合液罐4内装有NaOCl/NaOCl2复合液，氧化复合液罐4内的NaOCl/NaOCl2复合液通入喷淋塔I内，从上部的喷嘴11处喷出，控制NaOCl/NaOCl2复合液和烟气的液气比为19L/m3。烟气与复合液充分接触，发生氧化反应:
(1)硫的氧化:
Φ SO2的水解
so2+h2o=hso3>h+
iZ HSOf的氧化
ClO2^ + 2HSCV =2S0 广 +2H+ +CF
2C102+5HS(V +H2O =5S0 广 +7H.+2CF
HClO+ HSOf= SO 广 +2H+ +CF
C12+HS(V +H2O= SO广+3H.+2CF
(2)氮的氧化 Φ气相反应:
C102+N0=N02+C10C1+ NO= N02+C1
Cl+ Cl=Cl2
no2+no=n2o3
no2+no2=n2o4
?液相反应:
液相中存在的物质有H20、C102、C12、C10_、C102-和ClO3'Cl—等，上述气相反应的产物扩散进入液相时，会发生如下反应:
2N02+H20=HN02+HN03
n2o4+h2o= hno2+hno3
N203+H20=2HN02
液相中存在的C12和Cl2也会氧化NO，发生下列反应:
C102+N0=N02+C10
ClO+ NO= N02+C1
HC10+2N0+H20=2N(V +3H+ +CF
ClO2+ NO2- =NOf + C1
C1+ NO2- = NOf + Cl
HClO+ NO2- = N03_ + CF +H+
该阶段采用NaOCl和NaOCl2的混合液，NaOCl/NaOCl2复合液的氧化性要明显高于它们的单独氧化能力。NaOCl和NaOCl2的氧化性会随着吸收液pH的增加而降低，从而降低了对二氧化硫的氧化吸收作用。一氧化氮难溶于水,在水中并无水解过程,吸收液pH的升高对其溶解度影响不大，其吸收作用主要依赖于亚氯酸钠和次氯酸钠溶液的氧化性。因此，当其他条件不变，随着PH值的升高，脱硝效率明显下降。所以，pH值越低烟气脱除效果越好，但考虑到强酸性吸收液会对设备造成强烈的腐蚀，因此氧化反应选取pH值在5.5左右。且NaOCl2所占比例越大，复合液的氧化性越高，但考虑到经济性，本发明采用NaOCl浓度为 5mmol/L, NaOCl2 浓度为 3 mmol /I,η
[0014]温度过高会使SO2的溶解度降低，从传质角度上说，高温不利于传质。当其他参数都不变时，反应温度越高，传质阻力越大，脱硫率下降。实际工程运行中，喷淋塔低温的吸收液和高温的烟气进行热交换后，使得浆液温度为40-70°C。在烟气出口处，烟气温度会降至与槽内吸收液的温度相当。综合上述分析，氧化反应选用最佳反应温度为60°C。
[0015](二)吸收阶段
氨水罐5中的氨水通入鼓泡吸收装置2内，经氧化阶段后的烟气由气相通道进入鼓泡吸收装置2,由氨水进行吸收反应。
[0016]H2S04+2NH3= (NH4) 2S04
hno3+nh3=nh4no3
C02+2NH3+H20= (NH4) 2co3
co2+nh3+h2o=nh4hco3
在该吸收反应中，氨水易挥发，受温度影响较大。采用浓度为10%的氨水，pH为7.5-8.5，在常温下进行吸收反应最佳。
[0017](三)回收利用阶段进行吸收反应结束后的溶液通入回收反应器3中，浓缩结晶脱水后可以得到(NH4)2SO4和NH4NO3颗粒，用作化肥或化肥原料；C02与氨水生成的碳酸铵和碳酸氢铵，经加热分解生成CO2气体和氨气。将CO2气体和氨气的混合气体通入水中，氨气因溶解度极大而溶于水中，溶解度较小的CO2则被排出。高浓度CO2作为产品回收利用,氨气通入水中循环利用。
[0018] (NH4) 2C03=2NH3+C02+H20
nh4hco3=nh3+co2+h2o
ΝΗ3+Η20=ΝΗ3.H2O
我们在实验室中进行了如下烟气脱除实验=SO2初始浓度为500mg/m3，NO初始浓度为125mg/m3，CO2初始浓度为2000mg/m3，缓冲气体为纯氮气。将该待处理的烟气通入反应装置，进行氧化吸收反应，经测试，脱硫率平均值为94.2% ;脱硝率最低为86.8%,最高为93.2%,平均值为90% ;脱碳率最低为87.5%，最高为94.3%，平均为90.9%。
【权利要求】
1.一种烟气联合脱硫脱硝脱碳的方法，其特征在于:包括以下步骤: (1)氧化阶段:将烟气通入NaOCl/NaOCl2复合液中进行氧化； (2)吸收阶段:将经氧化后的烟气通入氨水中，其余尾气排出即可。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于:所述方法包括以下步骤: (1)氧化阶段:将烟气通入NaOCl/NaOCl2复合液中进行氧化； (2)吸收阶段:将经氧化后的烟气 通入氨水中； (3)回收利用阶段:将吸收烟气后的氨水加热，得到结晶、二氧化碳和氨气；所述结晶经脱水后得到(NH4)2SO4和NH4NO3颗粒；所述氨气通入水中可循环用于步骤(2)中。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于:所述步骤(1)中NaOCl/NaOCl2复合液的pH值为5.5。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于:所述步骤(1)NaOCl/NaOCl2复合液中 NaOCl 浓度为 5mmol/L, NaOCl2 浓度为 3 mmol /I,η
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于:所述步骤(2)中氨水的浓度为10%。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于:所述步骤(1)氧化阶段的温度为600C ;所述步骤(2)吸收阶段的温度为20°C。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于:所述步骤(1)氧化阶段在喷淋塔内进行；所述NaOCl/NaOCl2复合液从喷淋塔上部喷嘴喷出；所述烟气从喷淋塔底部进入；所述NaOCl/NaOCl2复合液和烟气的通入比例为19L/m3 ;所述烟气的流量为0.5m3/h。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于:所述喷淋塔内设有三层、每层四个喷嘴；所述每层喷嘴呈正方形放置，且对角线相邻的喷嘴之间间距为0.1m ;所述喷淋塔底部设有筛板；所述筛板上均匀分布69个气孔。
9.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于:所述步骤(2)吸收阶段采用鼓泡吸收装置。
【文档编号】B01D53/62GK104069723SQ201410340249
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2014年7月17日 优先权日:2014年7月17日
【发明者】周宏仓, 王镇乾, 仝英豪, 蒋烨林, 石雅媛, 张阳 申请人:南京信息工程大学