烟气中金属元素的脱除系统的制作方法

本实用新型涉及烟气净化领域，具体而言，涉及一种烟气中金属元素的脱除系统。
背景技术：
：我国有色金属行业涉及金属共计64种，其中包括重金属、轻金属、贵金属、半金属以及稀有金属五大类。目前我国工业生产中主要包括铅、锌、铜、铝、锡、锑、汞、镁、钛、镍、钴等。近些年来，虽然有色金属单位产品污染物排放量呈现下降趋势，但重有色金属产量增长较快，污染物排放总量依然较大，且重金属污染物排放主要集中在铜、铅、锌冶炼过程中。烟气焚烧因具有减容化、无害化、资源化等优点，成为很多国家主要的垃圾处理方式，但垃圾焚烧会引起有毒重金属污染，重金属不能被微生物所分解，而是在生物体内逐渐富集或者经过一系列化学反应形成其它毒性更强的化合物，对生物体具有严重的危害作用。垃圾中所含有的重金属如汞，铅、镉、铬、铜、锌、锰、砷等在焚烧过程中将发生迁移和转化，挥发态的重金属及其化合物随着烟气离开焚烧区域将经历冷凝过程，这些富集了有毒金属的烟气将被排放到大气中最终被人类所吸收，危害人类的身体健康。固体废弃物城市生活废弃物、工业固体废物、农业废弃物焚烧烟气中污染物中含有颗粒物粉尘，酸性气体hcl、hf、sox、nox等、重金属hg、pb、cr等和有机剧毒性污染物二噁英、呋喃等等四大类物质。对于人类的危害极大，虽然固废焚烧处理企业已安装烟气净化装置，但部分金属物在炉中参与反应生成的氧化物或氯化物，比原金属元素更易气化挥发。这些氧化物及氯化物因挥发、热解、还原及氧化等作用，可能进一步发生复杂的化学反应，最终产物包括元素态重金属、重金属氧化物及重金属氯化物等。元素态重金属、重金属氧化物及重金属氯化物在尾气中将以特定的平衡状态存在。目前现有技术主要通过水洗法、石膏法、碱洗法、scr法、sncr法脱硝、硫化法、吸附剂脱除重金属。石膏法产生大量的硫石膏，碱洗等方法产生污酸，让脱除过程存在处理处置难的问题。scr、sncr催化法对催化条件要求严格，适用条件有限制。这些方法通常只能对单一污染物进行净化，需要多种工艺联合使用，此外工程建设设备、用地等投资大。中国专利申请cn104841256a报道了一种用吸附剂脱除重金属的方法。又一篇中国专利申请cn103055668a报道了一种去除烟气中烟尘、so2、砷和重金属的方法，利用氨水、硫酸铵溶液、铁氧体法脱除重金属的方法。这些方法可以同时脱除烟气中的so2和重金属，但是脱除工艺较长，成本较高，难以工业化应用。中国专利申请cn102188882a报道了一种烟气脱硫脱硝脱重金属一体化方法及专用设备，其利用一种酸性气体捕捉剂，在同一套吸收装置中对原烟气中的so2和高价氮氧化物nox进行捕获，通过强氧化剂氧化no。利用脱除吸收剂氨水置换酸性气体捕捉剂。在同一套吸收装置中，重金属被吸附在所述酸性气体捕捉剂里。该实用新型可以同时脱硫、硝和重金属，不仅需要利用强氧化剂氧化亚硫酸和亚硝酸，还需要酸性气体捕捉剂。同时上述方法均是将重金属转移至液体中，然后对液体进行处理，重金属在转移至液体的过程中不是很完全，且液体需要经过多道工艺才能将重金属去除，流程较长。技术实现要素：本实用新型的主要目的在于提供一种烟气中金属元素的脱除系统，以解决采用现有的处理方法去除烟气中的重金属时存在工艺流程长和重金属去除率不高的问题。为了实现上述目的，本实用新型提供了一种烟气中金属元素的脱除系统，该脱除系统包括：催化还原装置、金属元素捕捉装置和固液分离装置，催化还原装置设置有烟气入口、溶剂入口和催化还原产物出口，且催化还原装置的内部还设置有电连通的正极和负极，且负极的至少部分表面包覆有活化材料层，正极、负极、溶剂吸收烟气后形成的电解质溶液组成原电池；固液分离装置设置有催化还原产物入口、上清液出口和固相出口，催化还原产物入口与催化还原产物出口通过催化还原产物输送管路连通；金属元素捕捉装置设置有捕捉剂入口，且金属元素捕捉装置设置在催化还原装置与固液分离装置之间的催化还原产物输送管路上。进一步地，脱除系统包括ph调节装置，ph调节装置设置有ph调节剂入口，ph调节装置设置在催化还原装置与金属元素捕捉装置之间的催化还原产物输送管路上。进一步地，脱除系统还包括絮凝装置，絮凝装置设置在金属元素捕捉装置与固液分离装置之间的催化还原产物输送管路上。进一步地，脱除系统包括溶剂供应装置，溶剂供应装置设置有溶剂供应口，溶剂供应口与溶剂入口连通。进一步地，脱除系统包括喷淋装置，喷淋装置设置在溶剂入口。进一步地，脱除系统还包括收集装置，收集装置设置在催化还原装置与ph调节装置之间的催化还原产物输送管路上。进一步地，脱除系统还包括污泥压滤装置，污泥压滤装置用于去除固液分离装置中排出的固相中的水分。进一步地，催化还原产物输送管路还设置有回流口，回流口与溶剂入口通过回流管路连通。应用本实用新型的技术方案，烟气与溶剂接触能够使重金属元素转移至溶剂中形成电解质溶液，负极上的活化层用于提高负极材料产生电子的速率通过在催化还原装置中设置正极和负极，使正极、负极与含有重金属元素的电解质溶液形成原电池，然后通过原电池反应将重金属元素由离子态还原至低价态，甚至金属单质。含有金属单质或低价态金属离子的催化还原产物输送至金属元素捕捉装置中，金属单质或低价态金属离子与金属元素捕捉剂发生螯合反应，形成不溶于水、低水分含量且易于过滤的絮状沉淀。最后经固液分离装置进行分离得到上清液和含有重金属单质的固相产物，从而实现脱除烟气中重金属元素的目的。由于负极材料能够源源不断地被氧化，并使重金属元素持续被还原，因而上述过程具有工艺流程短、可持续性及金属元素去除率高等优点。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：图1示出了根据本实用新型的一种典型的实施例提供的烟气中金属元素的脱除系统的结构示意图；图2示出了根据本实用新型的一种优选的实施例提供的烟气中金属元素的脱除系统的结构示意图。其中，上述附图包括以下附图标记：10、催化还原装置；101、溶剂入口；102、回流口；20、固液分离装置；30、金属元素捕捉装置；40、ph调节装置；50、絮凝装置；60、溶剂供应装置；70、收集装置；80、污泥压滤装置。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合实施例来详细说明本实用新型。正如
背景技术：
所描述的，采用现有的处理方法去除烟气中的重金属时存在工艺流程长和重金属去除率不高的问题。为了解决上述技术问题，本申请提供了一种烟气中金属元素的脱除系统，如图1所示，该脱除系统包括催化还原装置10、固液分离装置20和金属元素捕捉装置30。催化还原装置10设置有烟气入口、溶剂入口101和催化还原产物出口，且催化还原装置10的内部还设置有电连通的正极和负极，且负极的至少部分表面包覆有活化材料层，上述正极、负极、溶剂吸收烟气后形成的电解质溶液组成原电池；固液分离装置20还设置有催化还原产物入口、上清液出口和固相出口，催化还原产物入口与催化还原产物出口通过催化还原产物输送管路连通；金属元素捕捉装置30设置有捕捉剂入口，且金属元素捕捉装置30设置在催化还原装置10与固液分离装置20之间的催化还原产物输送管路上。烟气与溶剂接触能够使重金属元素转移至溶剂中形成电解质溶液，负极上的活化层用于提高负极材料产生电子的速率通过在催化还原装置10中设置正极和负极，使正极、负极与含有重金属元素的电解质溶液形成原电池，然后通过原电池反应将重金属元素由离子态还原至低价态，甚至金属单质。含有金属单质或低价态金属离子的催化还原产物输送至金属元素捕捉装置30中，金属单质或低价态金属离子与金属元素捕捉剂发生螯合反应，形成不溶于水、低水分含量且易于过滤的絮状沉淀。最后经固液分离装置20进行分离得到上清液和含有重金属单质的固相产物，从而实现脱除烟气中重金属元素的目的。由于负极材料能够源源不断地被氧化，并使重金属元素持续被还原，因而上述过程具有工艺流程短、可持续性及金属元素去除率高等优点。上述催化还原装置10中正极和负极可以使本领域常用的种类。只要正极和负极能够与吸收烟气后的电解质溶液发生原电池反应即可，具体种类不做限定。优选地，负极包括但不限于活性炭、石墨材料或石墨复合材料，正极包括但不限于金属铁、铜或金，活化材料包括但不限于氧化铝层、氧化镁层或二氧化锰层。烟气中金属元素进入电解质溶液中的方式可以采用本领域常用的方式，比如直接将烟气通入溶剂中，或者将酸性电解液以喷淋的方式与烟气接触。在一种优选的实施例中，上述脱除系统中，将烟气通入电解质溶液中进行吸收，形成含有金属元素的电解质溶液；选用活性炭作为正极材料，铁作为负极材料，将正负电极采用导线进行连接，然后插入上述含有金属元素的电解质溶液。在一种优选的实施例中，如图2所示，上述脱除系统包括：ph调节装置40，ph调节装置40设置有ph调节剂入口，ph调节装置40设置在催化还原装置10与所述金属元素捕捉装置30之间的催化还原产物输送管路上。在催化还原装置10和金属元素捕捉装置30之间设置ph调节装置40可以通过调节催化还原产物的ph，实现进一步提高金属元素捕捉剂的捕捉效率和金属元素的去除率的效果。在一种优选的实施例中，如图2所示，脱除系统还包括絮凝装置50，该絮凝装置50设置在金属元素捕捉装置30与固液分离装置20之间的流路上。在金属元素捕捉装置30与固液分离装置20之间的流路上设置絮凝装置50有利于提高金属单质的沉降速率，从而有利于进一步提高金属元素的去除率。在原电池反应过程中，需要不断补充酸性电解质，为了便于操作，在一种优选的实施例中，如图2所示，脱除系统包括溶剂供应装置60，溶剂供应装置60设置有溶剂供应口，溶剂供应口与溶剂入口101连通。在一种优选的实施例中，脱除系统包括喷淋装置，喷淋装置设置在溶剂入口。在溶剂入口设置喷淋装置有利于提高电解质溶液与烟气的接触面积，从而有利于提高电解质溶液对烟气的吸收率，并提高后续金属元素的去除率。在一种优选的实施例中，如图2所示，脱除系统还包括收集装置70，该收集装置70设置在催化还原装置10与ph调节装置40之间的催化还原产物输送管路上。通常情况下，催化还原装置10和金属元素捕捉装置30的处理量不同，所以为了便于储存催化还原产物，可以在催化还原装置10与ph调节装置40之间的催化还原产物输送管路上设置收集装置70；同时催化还原产物在收集装置70还可以进行初步沉降，从而有利于在一定程度上减轻后续金属元素捕捉装置30的工作强度。通常经固液分离后得到的固相产物中仍含有一定量的水分，为了便于运输和后续处理，在一种优选的实施例中，如图2所示，脱除系统还包括污泥压滤装置80，以去除固液分离装置20中排出的固相中的水分。在一种优选的实施例中，如图2所示，催化还原产物输送管路还设置有回流口102，回流口102与溶剂入口101通过回流管路连通。设置回流口102不仅能够提高溶剂的利用率，还有利于提高电解质溶液中未反应金属元素的去除率。以下结合具体实施例对本申请作进一步详细描述，这些实施例不能理解为限制本申请所要求保护的范围。实施例中烟气的组成见表1。表1烟气条件so2，％as，mg/lni，mg/l含量0.54659实施例1采用图2所示的装置脱除烟气中的金属元素，其中正极为活性炭，负极为铁，活化层为氧化铝。烟气(含酸性气体浓度0.1～1％)直接通入催化还原装置10中，溶剂供应装置60以喷淋的方式将乙醇与水的混合物(体积比为1:2)加入催化还原装置10中。在上述正极、负极的作用下发生原电池反应，催化还原装置10中的浆液一部分被移出至下一工序，另一部分经过添加移出浆液等数量的溶剂后继续返回催化还原装置10反应。在金属元素捕捉装置30中，在移出的浆液(催化还原产物)中加入捕捉剂(edta)进行反应，然后将其反应产物输送至固液分离装置20进行固液分离，上清液回用，固相产物污泥经污泥压滤装置80(板框)压滤后，污泥外运处理。经处理后烟气中，so2含量为18mg/nm3，as的含量为0.2mg/l，ni的含量为0.1mg/l。实施例2采用图2所示的装置脱除烟气中的金属元素，其中正极为石墨，负极为铜，活化层为氧化镁。烟气(含酸性气体浓度1～1.5％)直接通入催化还原装置10中，溶剂供应装置60以喷淋的方式将乙醇与水的混合物(体积比为1:4)加入催化还原装置10中。在上述正极、负极的作用下发生原电池反应，催化还原装置10中的浆液一部分被移出至下一工序，另一部分经过添加移出浆液等数量的溶剂后继续返回催化还原装置10反应。在金属元素捕捉装置30中，在移出的浆液(催化还原产物)中加入捕捉剂(硫化物)进行反应，然后将其反应产物输送至固液分离装置20进行固液分离，上清液回用，固相产物污泥经污泥压滤装置80(板框)压滤后，污泥外运处理。经处理后烟气中，so2含量为15mg/nm3，as的含量为0.18mg/l，ni的含量为0.09mg/l。从以上的描述中，可以看出，本实用新型上述的实施例实现了如下技术效果：采用上述烟气中金属元素的脱除系统能够有效脱除烟气中的重金属元素，且具有工艺流程短、可持续性及金属元素去除率高等优点。需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式例如能够以除了在这里描述的那些以外的顺序实施。以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。当前第1页12