一种利用离子液体同时脱除SO2与NOx的方法及装置与流程

本发明属于燃煤烟气净化技术领域，更具体地，涉及一种利用离子液体同时脱除so2与nox的方法及装置。

背景技术：

煤燃烧过程产生的烟气中含有硫氧化物(sox与nox)和氮氧化物(nox)等酸性气体，这些污染物是引起酸雨现象、破坏臭氧层、产生光化学烟雾等环境问题和危害人类健康的主要来源。目前针对燃煤烟气中的so2和nox，研究者们一直在不断致力于开发各种高效低排放控制技术，但大多集中于单一污染物控制技术。烟气中对so2的脱除主要采用比较成熟的湿法烟气脱硫技术，脱除nox主要采用选择性催化还原技术(scr)以及低nox燃烧技术，但是这些技术工艺复杂，成本较高，同时显著地降低了锅炉效率。国内外现有的烟气净化技术中，已经进行工业应用的脱硫脱硝工艺基本上都是各自独立的运行系统，在联合脱硫脱硝方面仅仅是简单地将脱硫装置和脱硝装置串联起来，一体化脱硫脱硝方法较少。利用同一工艺实现多种污染物一体化协同脱除是一种极具竞争潜力的燃煤烟气净化技术，具有占地面积小，结构紧凑，投资少，经济环保等诸多优点。

离子液体具有蒸汽压极低、化学与热稳定性好、结构可调，重复利用等优良特性，是一种绿色的烟气净化吸收剂。大量研究表明离子液体对so2吸收具有良好的选择性以及较高的吸收容量，该研究已有部分中试应用。而相对于so2的吸收分离，目前利用离子液体对烟气中nox脱除的相关研究甚少。因此本领域亟待提出一种利用离子液体同时脱除so2与nox的方法，以实现燃煤烟气中so2与nox的一体化有效脱除。

技术实现要素：

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种利用离子液体同时脱除so2与nox的方法及装置，其目的在于，实现燃煤烟气中so2与nox的一体化有效脱除。

为了实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供一种利用离子液体同时脱除so2与nox的方法，包括如下步骤：

s1对锅炉尾部烟气进行冷凝和加压预处理，在冷凝温度与压力下烟气中部分nox被o2氧化；

s2对步骤s1中烟气进行二次增压处理，随后进入装载吸收剂的吸收塔中，烟气中酸性气体so2与被氧化的nox同时被吸收分离，净化后的烟气排出；

s3将已吸收so2与nox的吸收剂输入解析塔进行释压，在加热条件下完成吸收剂的解析，解析之后的吸收剂可送入吸收塔重复利用，解析之后富集的so2与nox气体可作为化工原料加以利用。

进一步地，所述的吸收剂为离子液体，该离子液体可选用常规型或功能型离子液体。

进一步地，所述离子液体的阴离子为硝酸根阴离子、醋酸根阴离子、硫氰根阴离子、二氮唑阴离子或四氮唑阴离子中的一种或多种。

进一步地，所述离子液体的浓度为40wt％～100wt％，优选的，所述离子液体的浓度为70wt％。

进一步地，步骤s1中，所述冷凝的温度为30℃～50℃，优选地，所述冷凝的最佳温度为40℃。

进一步地，步骤s1中，所述加压预处理的压力为4bar～10bar，优选的，所述加压预处理的压力为7bar。

进一步地，步骤s2中，所述二次增压处理的压力为10bar～30bar，优选的，所述二次增压处理的压力为20bar。

按照本发明的另一个方面，提供一种装置，用于实现所述的利用离子液体同时脱除so2与nox的方法，该装置包括吸收塔和解析塔，二者通过热换器实现循环连接；其中，

所述吸收塔通过富液泵、热换器与解析塔连通，便于吸收完so2与nox的富液从吸收塔流向解析塔；

所述解析塔通过贫液泵、热换器与吸收塔连通，便于离子液体从解析塔回流到吸收塔重复利用。

进一步地，所述吸收塔与锅炉尾部烟气管道之间设有第一压缩机和第二压缩机，其中，所述第一压缩机用于对锅炉尾部烟气进行加压预处理，所述第二压缩机用于烟气在进入吸收塔之前对其进行二次增压。

进一步地，所述吸收塔内部设有搅拌器，所述吸收塔一侧还设有背压阀。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

1.本发明的方法，利用离子液体在特定条件下，实现燃煤烟气中so2与nox的一体化有效脱除。

2.本发明的方法，整个过程充分利用增压空气与增压富氧燃烧电厂压缩冷凝的条件和烟气中存在的氧化气氛，在冷凝加压预处理和二次增压过程中，烟气在进入吸收塔前，大量no气体被烟气中o2氧化为no2，随后烟气中的so2与被氧化的no2溶解于离子液体吸收剂中达到协同脱除的效果，并且在释压加热后吸收剂可再生。

3.本发明的方法，其中so2与nox的同时脱除效率分别为98％和93％，具有经济高效和可重复利用等优点。

4.本发明的方法，离子液体直接参与吸收反应的主反应液，同时吸收燃煤烟气中so2与nox，不需要额外添加催化剂。

5.本发明的方法，利用压缩机将原烟气压缩至10～30bar，增压之后的压力由吸收塔反应器出口的背压阀进行调控，利用压缩烟气中的o2进行no氧化。

6.本发明的方法，整个过程充分利用电厂压缩冷凝的条件和烟气中存在的氧化气氛，具有占地面积小，结构紧凑，经济高效和吸收剂可重复利用等优点。

附图说明

图1为本发明实施例一种利用离子液体同时脱除so2与nox的方法的流程示意图；

图2为本发明实施例一种利用离子液体同时脱除so2与nox的方法涉及的动态高压反应装置示意图；

图3为本发明实施例离子液体单独脱硝曲线；

图4为本发明实施例离子液体协同脱硫脱硝nox出口浓度曲线；

图5为本发明实施例离子液体协同脱硫脱硝so2出口浓度曲线。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图2所示为本发明实施例一种利用离子液体同时脱除so2与nox的方法涉及的动态高压反应装置示意图。该装置包括吸收塔和解析塔，二者通过热换器实现循环连接，其中，吸收塔通过富液泵、热换器后与解析塔连通，便于吸收完so2与nox的富液从吸收塔流向解析塔；同时，解析塔通过贫液泵、热换器后与吸收塔连通，便于离子液体从解析塔回流到吸收塔重复利用。此外，吸收塔与锅炉尾部烟气管道之间设有第一压缩机和第二压缩机，其中，第一压缩机用于对锅炉尾部烟气进行加压预处理，第二压缩机用于烟气在进入吸收塔之前对其进行二次增压。吸收塔内部设有搅拌器，便于对吸收剂(如离子液体)进行搅拌，使烟气中的so2与nox充分被吸收。吸收塔一侧设有背压阀，用于将吸收完so2与nox的净化烟气排出。解析塔内衬聚四氟乙烯，富液经换热器输送至该解析塔后进行释压，在加热条件下完成吸收剂的解析，解析之后的吸收剂可送入吸收塔进行重复利用，而解析之后富集的so2与nox气体可作为化工原料加以后续利用。

如图1所示，本发明实施例提供一种利用离子液体同时脱除so2与nox的方法，包括如下步骤：

(1)第一阶段烟气预处理：锅炉尾部烟气通过冷凝器与第一压缩机进行冷凝与加压预处理，在冷凝温度与压力下烟气中部分no被o2氧化为no2；

(2)第二阶段同时脱硫脱硝：烟气在进入吸收塔之前通过第二压缩机进行二次增压；随后进入装载吸收剂的吸收塔反应器中，烟气中酸性气体so2与被氧化的no2可同时被吸收分离，净化后的烟气排出；

(3)第三阶段吸收液的再生：富液经换热器输送至聚四氟乙烯内衬的解析塔进行释压，在加热条件下完成吸收剂的解析，解析之后的吸收剂可送入吸收塔进行重复利用，而解析之后富集的so2与nox气体可作为化工原料加以后续利用。

优选地，上述步骤(1)中，所述的预处理条件是冷凝温度30～50℃和压力4～10bar。

优选地，上述步骤(2)中，所述的二次增压是达到压力10～30bar；增压之后的压力由吸收塔反应器出口的背压阀进行调控。本发明的方法，利用压缩机将原烟气压缩至10～30bar，增压之后的压力由吸收塔反应器出口的背压阀进行调控，利用压缩烟气中的o2进行no氧化。

优选地，上述步骤(2)中，所述的吸收剂是离子液体，离子液体可选用常规型和功能型离子液体，其中阴离子可选用硝酸根阴离子[no3]，醋酸根阴离子[ac]，硫氰根阴离子[scn]、二氮唑阴离子[im]、四氮唑阴离子等；或者为上述离子液体与水的混合溶液，离子液体浓度为40wt％～100wt％。本发明的方法，离子液体直接参与吸收反应的主反应液，同时吸收燃煤烟气中so2与nox，不需要额外添加催化剂。

优选地，上述步骤(3)中，所述的释压过程是指压力逐渐降低至1bar。

整个过程充分利用增压空气与增压富氧燃烧电厂压缩冷凝的条件和烟气中存在的氧化气氛，在冷凝加压预处理和二次增压过程中，烟气在进入吸收塔前，大量no气体被烟气中o2氧化为no2，随后烟气中的so2与被氧化的no2溶解于离子液体吸收剂中达到协同脱除的效果，并且在释压加热后吸收剂可再生。该方法能够有效实现燃煤烟气脱硫脱硝一体化，其中so2与nox的同时脱除效率分别为98％和93％，具有经济高效和可重复利用等优点。

实施例1

离子液体对模拟烟气中nox的脱除性能实验在动态高压反应装置上进行，包含模拟烟气预处理系统，反应器主体和烟气在线检测系统，见图1所示，在离子液体单独脱除no的实验中，模拟烟气中o2初始浓度控制在5.5％左右，no初始浓度控制在1000ppm左右。选用的吸收剂为离子液体[c4mim][ac]，在1.0mpa下nox的出口浓度曲线见图3所示，脱除效率在84％左右。

实施例2

离子液体对模拟烟气中so2与nox的协同脱除性能实验在动态高压反应装置上进行，包含模拟烟气预处理系统，反应器主体和烟气在线检测系统，见图1所示，在离子液体同时脱除no和so2的实验中，o2初始浓度控制在5.5％左右，no和so2初始浓度分别控制在1000ppm和1500ppm左右。选用的吸收剂为离子液体[c4mim][ac]，在1.0mpa下各组分气体的出口浓度曲线见图4和图5所示，so2与nox的同时脱除效率分别为98％和93％左右。

实施例3

对锅炉尾部烟气进行冷凝和加压预处理，在冷凝温度与压力下烟气中部分nox被o2氧化；所述冷凝的温度为30℃，所述加压预处理的压力为4bar，对烟气进行二次增压处理，随后进入装载离子液体的吸收塔中，烟气中酸性气体so2与被氧化的nox同时被吸收分离，净化后的烟气排出；其中，所述离子溶液中的阴离子为硫氰根阴离子，离子液体的浓度为40wt％，所述二次增压处理的压力为10bar。

将已吸收so2与nox的吸收剂输入解析塔进行释压，在加热条件下完成吸收剂的解析，解析之后的吸收剂可送入吸收塔重复利用，解析之后富集的so2与nox气体可作为化工原料加以利用。

实施例4

对锅炉尾部烟气进行冷凝和加压预处理，在冷凝温度与压力下烟气中部分nox被o2氧化；所述冷凝的温度为40℃，所述加压预处理的压力为7bar，对烟气进行二次增压处理，随后进入装载离子液体的吸收塔中，烟气中酸性气体so2与被氧化的nox同时被吸收分离，净化后的烟气排出；其中，所述离子溶液中的阴离子为二氮唑阴离子，离子液体的浓度为70wt％，所述二次增压处理的压力为20bar。

将已吸收so2与nox的吸收剂输入解析塔进行释压，在加热条件下完成吸收剂的解析，解析之后的吸收剂可送入吸收塔重复利用，解析之后富集的so2与nox气体可作为化工原料加以利用。

实施例5

对锅炉尾部烟气进行冷凝和加压预处理，在冷凝温度与压力下烟气中部分nox被o2氧化；所述冷凝的温度为50℃，所述加压预处理的压力为10bar，对烟气进行二次增压处理，随后进入装载离子液体的吸收塔中，烟气中酸性气体so2与被氧化的nox同时被吸收分离，净化后的烟气排出；其中，所述离子溶液中的阴离子为二氮唑阴离子，离子液体的浓度为100wt％，所述二次增压处理的压力为30bar。

将已吸收so2与nox的吸收剂输入解析塔进行释压，在加热条件下完成吸收剂的解析，解析之后的吸收剂可送入吸收塔重复利用，解析之后富集的so2与nox气体可作为化工原料加以利用。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。