一种基于光催化氧化脱硝脱汞及深度脱硫的系统及方法
【专利摘要】本发明属于大气污染控制【技术领域】，特别涉及一种基于光催化氧化脱硝脱汞及深度脱硫的系统及方法。本发明系统由锅炉、除尘器、脱硫装置、光催化反应器、氨液吸收塔和烟囱顺次相连构成；本发明方法利用纳米二氧化钛催化剂在紫外光照射下产生的强氧化自由基将NO和Hg0氧化成NO2和Hg2+，并将上一级湿法脱硫后剩余的SO2氧化为SO3，通过后续的碱液吸收同时脱除。与SCR法脱硝相比，该方法不需要添加外来的氧化剂或者还原剂，避免了还原剂泄露和设备的腐蚀的问题，并且可以将SO2的脱除效率提高至100％，实现烟气多污染物综合控制及深度脱硫的目的，该光催化氧化方法成本低，反应条件温和、易操作。
【专利说明】一种基于光催化氧化脱硝脱汞及深度脱硫的系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明属于大气污染控制【技术领域】，特别涉及一种基于光催化氧化脱硝脱汞及深度脱硫的系统及方法。
【背景技术】
[0002]随着火电厂大气污染物排放新标准的实施，烟气脱硫形势日益严峻，如何采用更加经济、闻效的技术和工艺进一步提闻脱硫效率是燃煤电站亟待解决的问题。
[0003]SCR脱硝技术因其效率高、运行方便、无副产品而成为电站烟气脱硝的主流技术，但是SCR技术投资和运行费用较高，运行过程中SO3的生成易导致设备腐蚀，且存在催化剂中毒现象，因此，寻求低成本、高效率、无二次污染的脱硝工艺成为新的研究目标。
[0004]随着汞排放标准的出台，经济、高效、一体化脱除烟气中的多种污染物控制技术和工艺成为未来发展方向。气态单质汞是烟气气相汞的主要成分，由于其挥发性强、水溶性低而成为燃煤烟气脱汞的重点。所以，通过催化氧化将单质汞转化为离子汞则是多污染控制技术中的重要环节。
[0005]在众多脱除单质汞的氧化法中，利用T12等纳米材料的特殊效应进行汞的脱除是当前新兴的研究领域，T12是当前最有应用潜力的一种光催化剂，以波长小于385nm的光照射其表面时，激发产生电子-空穴对，价带空穴和导带电子分别是良好的氧化剂和还原剂，能够与H2O和O2反应生成强氧化性羟基自由基，可将许多有机和无机污染物氧化去除。其反应条件温和，光催化活性好，耐光腐蚀能力强，可再生循环利用，在环保领域有着广阔的应用前景。
[0006]基于上述分析，若能利用光催化氧化的方法将烟气中的单质汞和NO氧化，并将湿法脱硫后烟气中少量的SO2进一步氧化后一并脱除，则是一种深度脱硫及烟气多污染物控制技术的理想途径。
【发明内容】
[0007]针对现有技术不足，本发明提供了一种基于光催化氧化脱硝脱汞及深度脱硫的系统及方法。
[0008]实现本发明的技术措施及步骤如下:
[0009](I)在烟气湿法脱硫后设置光催化反应器，光催化反应器中装有紫外灯及负载型纳米光催化剂，光催化反应最佳温度为50°C?60°C。
[0010](2)在紫外光照射下，负载型纳米光催化剂及烟气组分02、H2O共同作用产生强氧化性自由基将NO、Hg0和烟气中剩余的SO2氧化。
[0011](3)经过光催化氧化处理后的烟气通入碱吸收液，氧化产物N02、Hg2+和SO3经碱液吸收脱除，实现资源化及烟气多污染同时脱除。
[0012](4)光催化氧化NO的脱除效率可达90%，Hg0在催化剂和紫外灯的照射的共同作用下脱除效率达100%，SO2在催化氧化和溶解吸收的共同作用下脱除效率达100%。
[0013]一种基于光催化氧化脱硝脱汞及深度脱硫的方法，包括以下步骤:
[0014](I)在除尘和湿法脱硫后的烟道内设置光催化反应器，所述光催化反应器中设置紫外灯和促进NO、Hg0氧化的负载型纳米光催化剂；
[0015](2)烟气经除尘、脱硫后进入所述光催化反应器，在紫外光照射和催化剂作用下NO、Hg0被.0H、.02-超氧自由基及O2氧化为N02、Hg2+，经过脱硫的烟气中剩余的少量SO2进一步被氧化为SO3，完成深度脱硫过程；经过前期脱硫和光催化氧化脱硫两个过程，脱硫效率达到100%。
[0016](3)在光催化反应器中完成氧化过程的烟气通入氨液吸收塔中，将氧化产物N02和SO2转化为硝酸铵和硫酸铵肥料资源化利用，Hg2+被溶解固定，洁净烟气排放至大气。
[0017]所述光催化反应器中，紫外灯的功率为40W?100W，波长为254.7nm?365nm，光照强度不低于10mW/cm2。
[0018]所述负载型纳米光催化剂的载体为石英纤维布，不同元素掺杂的纳米T12催化剂负载于石英纤维布载体表面，构成所述负载型纳米光催化剂。
[0019]所述石英纤维布的紫外光透过率在99%以上。
[0020]所述纳米T12催化剂的掺杂元素包括金属元素Fe、Mn、Pt，和非金属元素N、C等。
[0021]所述光催化反应器的反应温度为50°C?170°C，优选为50°C?60°C ;烟气总流量在0.1OmVh?0.30m3/h范围内，其中氧气体积分数为4%?8%，水蒸气体积分数为3%?8 %，所述深度脱硫为经过湿法脱硫和光催化氧化脱硫两个过程，脱硫效率为100 %。
[0022]所述氨液吸收塔中氨喷入量以湿法脱硫剩余未脱除的SO2 (按湿法脱硫效率95%计算)及全部NOx当量计算喷入当量氨液量。
[0023]一种基于光催化氧化脱硝脱汞及深度脱硫的系统，该系统结构如下:
[0024]所述系统中，锅炉、除尘器、脱硫装置、光催化反应器、氨液吸收塔和烟囱顺次相连。
[0025]所述光催化反应器中设置紫外灯。
[0026]所述光催化反应器为环形聚光式反应器。
[0027]本发明的有益效果为:
[0028]本发明系统及方法利用纳米二氧化钛催化剂在紫外光照射下产生的强氧化自由基将NO和Hg°氧化成NO2和Hg2+，并将上一级湿法脱硫后剩余的SO2氧化为SO3,通过后续的碱液吸收同时脱除。与SCR法脱硝相比，该方法不需要添加外来的氧化剂或者还原剂，避免了还原剂泄露和设备的腐蚀的问题，并且可以将SO2的脱除效率提高至100%，实现烟气多污染物综合控制及深度脱硫的目的。本发明可用于烟气同时脱硝、脱汞及深度脱硫。本发明所涉及的光催化反应的最佳温度为50?60°C，反应条件温和、能耗低、易操作、无污染，且可实现废物资源化利用。所涉及的纳米催化剂效率高、成本低、可再生利用。本发明所涉及的烟气脱硫、脱硝、脱汞系统整体经济效益好、安全性能高，是一项符合国家低碳循环经济的绿色工艺。
【专利附图】
【附图说明】
[0029]图1为本发明一种基于光催化氧化脱硝脱汞及深度脱硫的系统结构示意图；
[0030]图中标号:1-锅炉、2-除尘器、3-脱硫装置、4-光催化反应器、5-氨液吸收塔、 6-烟囱。
【具体实施方式】
[0031]本发明提供了一种基于光催化氧化脱硝脱汞及深度脱硫的系统及方法，下面结合附图和【具体实施方式】对本发明做进一步说明。
[0032]如图1所示，一种基于光催化氧化脱硝脱汞及深度脱硫的系统，该系统结构如下:
[0033]所述系统中，锅炉1、除尘器2、脱硫装置3、光催化反应器4、氨液吸收塔5和烟囱6顺次相连。
[0034]所述光催化反应器4中设置紫外灯。
[0035]所述光催化反应器4为环形聚光式反应器。
[0036]实施例1
[0037]采用环形聚光式反应器，在环形聚光式反应器内安装波长为254.7nm、光照强度为40W的紫外灯，将负载型纳米光催化剂填充于环形聚光式反应器内，烟气总流量为0.128m3/h，烟气流速为2m/s，待处理的烟气经除尘和脱硫后SO2浓度为200mg/m3，NO浓度为800mg/m3，Hg°浓度为0.lmg/m3，水蒸气含量为30000ppmv，氧气体积分数为4%，光催化反应温度为600C。烟气经过环形聚光式反应器后，N0、Hg°和SO2在紫外光照射催化条件下被超氧化自由基02_、.0H等活性物质氧化，其中NO氧化效率为80%，经碱液吸收后脱硝效率达到90%，紫外光照本身可以氧化Hg°，辅以光催化氧化后其氧化效率达到90 %，经碱液吸收后达到100%的脱汞效率。SO2经过湿法脱硫后浓度显著降低，剩余部分再经过光催化氧化后生成SO3,被碱液吸收后其脱硫效率为100 %。
[0038]实施例2
[0039]采用环形聚光式反应器，在环形聚光式反应器内安装波长为300nm、光照强度为60W的紫外灯，将负载型纳米光催化剂填充于环形聚光式反应器内，烟气总流量为0.128m3/h,烟气流速为2m/s，待处理的烟气经除尘和脱硫后SO2浓度为300mg/m3，NO浓度为1200mg/m3，Hg°浓度为0.15mg/m3，水蒸气含量为50000ppmv，氧气体积分数为8 %，光催化反应温度为170°C。烟气经过环形聚光式反应器后，NO、Hg0和SO2在紫外光照射催化条件下被超氧化自由基02_、.0H等活性物质氧化，其中NO氧化效率为75%，经碱液吸收后脱硝效率达到80 %，紫外光照本身可以氧化Hg°，辅以光催化氧化后其氧化效率达到90 %，经碱液吸收后达到100%的脱汞效率。SO2经过湿法脱硫后浓度显著降低，剩余部分再经过光催化氧化后生成SO3，被碱液吸收后其脱硫效率为100%。
[0040]实施例3
[0041]采用环形聚光式反应器，在环形聚光式反应器内安装波长为285nm、光照强度为80W的紫外灯，将负载型纳米光催化剂填充于环形聚光式反应器内，烟气总流量为0.128m3/h,烟气流速为2m/s，待处理的烟气经除尘和脱硫后SO2浓度为500mg/m3，NO浓度为1600mg/m3，Hg°浓度为0.lmg/m3，水蒸气含量为80000ppmv，氧气体积分数为4 %，光催化反应温度为130°C。烟气经过环形聚光式反应器后，NO、Hgtl和SO2在紫外光照射催化条件下被超氧化自由基02_、.0H等活性物质氧化，其中NO氧化效率为75%，经碱液吸收后脱硝效率达到80 %，紫外光照本身可以氧化Hg°，辅以光催化氧化后其氧化效率达到90 %，经碱液吸收后达到100%的脱汞效率。SO2经过湿法脱硫后浓度显著降低，剩余部分再经过光催化氧化后生成SO3，被碱液吸收后其脱硫效率为100%。
【权利要求】
1.一种基于光催化氧化脱硝脱汞及深度脱硫的方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)在除尘和湿法脱硫后的烟道内设置光催化反应器，所述光催化反应器中设置紫外灯和促进NO、Hg0氧化的负载型纳米光催化剂； (2)烟气经除尘、脱硫后进入所述光催化反应器，在紫外光照射和催化剂作用下NO、Hg°被.0H、.02_超氧自由基及O2氧化为N02、Hg2+，经过脱硫的烟气中剩余的少量SO2进一步被氧化为SO3，完成深度脱硫过程； (3)在光催化反应器中完成氧化过程的烟气通入氨液吸收塔中，将氧化产物NO2和SO2转化为硝酸铵和硫酸铵肥料资源化利用，Hg2+被溶解固定，洁净烟气排放至大气。
2.根据权利I所述一种基于光催化氧化脱硝脱汞及深度脱硫的方法，其特征在于:所述光催化反应器中，紫外灯的功率为40W?100W，波长为254.7nm?365nm，光照强度不低于 10mW/cm2。
3.根据权利I所述一种基于光催化氧化脱硝脱汞及深度脱硫的方法，其特征在于:所述负载型纳米光催化剂的载体为石英纤维布，不同元素掺杂的纳米T12催化剂负载于石英纤维布载体表面，构成所述负载型纳米光催化剂。
4.根据权利3所述一种基于光催化氧化脱硝脱汞及深度脱硫的方法，其特征在于:所述石英纤维布的紫外光透过率在99%以上。
5.根据权利3所述一种基于光催化氧化脱硝脱汞及深度脱硫的方法，其特征在于:所述纳米T12催化剂的掺杂元素包括金属元素Fe、Mn、Pt，和非金属元素N、C。
6.根据权利I所述一种基于光催化氧化脱硝脱汞及深度脱硫的方法，其特征在于:所述光催化反应器的反应温度为50°C?170°C，烟气总流量在0.1OmVh?0.30m3/h范围内，其中氧气体积分数为4%?8%，水蒸气体积分数为3%?8%。
7.根据权利I所述一种基于光催化氧化脱硝脱汞及深度脱硫的方法，其特征在于:所述氨液吸收塔中氨喷入量以湿法脱硫剩余未脱除的SO2及全部NOx当量计算喷入当量氨液量。
8.一种基于光催化氧化脱硝脱汞及深度脱硫的系统，其特征在于，该系统结构如下: 所述系统中，锅炉(I)、除尘器(2)、脱硫装置(3)、光催化反应器(4)、氨液吸收塔(5)和烟囱(6)顺次相连。
9.根据权利要求8所述的一种基于光催化氧化脱硝脱汞及深度脱硫的系统，其特征在于:所述光催化反应器(4)中设置紫外灯。
10.根据权利要求8所述的一种基于光催化氧化脱硝脱汞及深度脱硫的系统，其特征在于:所述光催化反应器(4)为环形聚光式反应器。
【文档编号】B01D53/75GK104147909SQ201410384222
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年8月6日 优先权日:2014年8月6日
【发明者】赵莉, 李本善, 何青松, 陆强, 董长青 申请人:华北电力大学