一种以硫化氢为还原剂的燃煤烟气同步脱硫脱硝工艺的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种以硫化氢为还原剂的燃煤烟气同步脱硫脱硝工艺。
【背景技术】
[0002] 煤炭是我国的主体能源，长期以来煤炭在一次能源消费中的比重一直维持在70% 左右，这决定了我国以煤炭为主的一次能源生产和消费结构在未来相当长一段时间内难以 改变。大量燃煤产生的SOjP NO x以及由此形成的酸雨、光化学烟雾和雾霾等对人体健康 和生态环境具有严重的危害，制约着社会和经济的可持续发展。因此，很有必要对烟气中的 SO# NOx进行控制。
[0003] 按国家"十二五"规划，2015年我国的燃煤总量将达38亿吨，而SO2排放量将降到 2086. 4万吨。按照平均含硫率2%计算，意味着将产生超过6500万吨的含硫废弃物。这还 只是仅以S计，若以最终产物如CaS04、Na2SO3、Na2SOJ+，则远远大于此数。大量的脱硫废弃 物进入自然环境，实际上造成了二次污染，同时也浪费了大量的硫资源。目前，到"十一五" 末期全国累计建成运行5. 65亿千瓦燃煤电厂脱硫设施，其中有90%以上采用的都是石灰 石-石膏法。在此工艺中，石灰石和SO2K应生成副产品，即脱硫石膏。然而，我国天然石 膏资源丰富，且脱硫石膏品质差，很难直接利用，以至于每年有近4000万吨脱硫石膏被抛 弃或填埋而继续形成二次污染。
[0004] 目前，脱硝主要采用选择性催化还原技术，以氨气等作为还原性气体通过催化剂 催化把NO还原成N2。工业上，烟气进行脱硫脱硝往往是两个各自独立的工艺，而非真正意 义上的一体化，还存在占地面积大、建设和运行成本高、工艺流程长、大量消耗氨水、会产生 脱硫石膏等废弃物等缺点。
[0005] 近年来，同步催化脱硫脱硝工艺可以在一个装置中实现烟气脱硫脱硝，建设成本 较低而且可以回收单质硫，得到了许多关注。然而，该工艺需要以H2XH4或者CO为还原剂。 NH3作为还原剂时，投资与运行成本高，反应会生成N 20,造成温室效应；014作为还原剂时， 反应需要高温，能量消耗高，易产生CO2，易积炭；CO作为还原剂时，会产生大量CO2，造成温 室效应。而且，H2XHjP CO均无法从锅炉厂或者烟气产生地产生，其购置、运输、储存、使用 成本高昂，制约了同步催化烟气脱硫脱硝工艺的应用。
[0006] 因此，亟需开发一种简单、经济、高效率的同步催化烟气脱硫脱硝工艺。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的在于提供一种以硫化氢为还原剂的燃煤烟气同步脱硫脱硝工艺。
[0008] 本发明所采取的技术方案是： 一种以硫化氢为还原剂的燃煤烟气同步脱硫脱硝工艺的装置，包括厌氧生物硫还原反 应器、通过管道和厌氧生物硫还原反应器相连的气液分离器、通过管道和气液分离器相连 的脱硫脱硝反应器。
[0009] 所述的厌氧生物硫还原反应器设有有机源输入管道，所述的气液分离器底端设有 燃煤烟气输入管道，所述的脱硫脱硝反应器设有单质硫收集装置和单质硫输出管道。
[0010] 所述的厌氧生物硫还原反应器为填料床生物膜反应器、完全搅拌式反应器、序批 式反应器、上流式厌氧污泥床反应器、厌氧膜生物反应器、厌氧折流板反应器中的一种。 [0011] 所述的气液分离器为喷淋吹脱塔。
[0012] 所述的脱硫脱硝反应器为管式反应器、炉式反应器、悬挂式反应器、直立式反应 器、固定流化床反应器中的一种。
[0013] 所述的单质硫收集装置为冷凝器。
[0014] 一种采用上述装置的以硫化氢为还原剂的燃煤烟气同步脱硫脱硝工艺，包括以下 步骤： 1) 溶解态H2S的制备：将有机源、单质硫和硫还原菌加入厌氧生物硫还原反应器，使有 机源、单质硫和硫还原菌充分接触，在硫还原菌的作用下，有机物被氧化去除，单质硫转化 为H2S,反应器的出水富含溶解态H2S ; 2) H2S、N0、N02、SO2M合气体的制备：将富含溶解态H2S的出水从顶部通入气液分离器， 同时将燃煤烟气从底部通入气液分离器，水流与烟气逆向接触，进行气液分离，得到H2S、 NO、N02、302混合气体； 3) 同步脱硫脱硝4#H2S、N0、N02、S02混合气体和催化剂加入脱硫脱硝反应器，于100~ 800°C下进行催化反应，将NO和NO2转化为N 2和水，将H 2S和SO2转化成高温下气态的单质 硫，再冷凝、富集、回收单质硫，回收的单质硫一部分加入到厌氧生物硫还原反应器中再利 用，多余的单质硫收集备用。
[0015] 步骤1)中所述的单质硫为经步骤3)的同步脱硫脱硝工艺制备得到的单质硫。
[0016] 步骤1)中所述的有机源为有机污水、外加有机物中的至少一种。
[0017] 所述的有机污水为含有机物的工业废水或城市生活污水，所述外加有机物为糖 类、油脂、有机酸、有机酸酯、醇类、醚类中的至少一种。
[0018] 步骤1)中所述的硫还原菌为硫酸盐还原菌和单质硫还原菌。
[0019] 步骤 3)中所述的催化剂为 A1203、TiO2、稀土材料、Fe20 3/Al203、Cu0/A1203、Fe 2O3/ Ti02、Cu0/Ti02、Pt/Al203、Fe/Ce-Ti0 2、Fe/Ce-Al203、Ce/Mn-Al20 3、Ce/Mn-Ti02、Ce-Ti02_Sn02、 Na0-Al203-Si02、Na12 [ (AlO2) 12 (SiO2) 12] ·27Η20 中的至少一种。
[0020] 其中，厌氧生物硫还原反应装置中的有机源在硫还原菌的作用下与单质硫的反应 方程式如（1)所示：
其中，C"g为有机物，S °为单质硫。
[0021] 其中，H2S与燃煤烟气中的SO2、NO、NO2的反应方程式如（2)、（3)、（4)所示：
其中，S°为单质硫。
[0022] 本发明的有益效果是： 1) 与主流的分置式脱硫脱硝工艺相比，本发明真正实现了脱硫脱硝装置的一体化，利 用H2S催化还原燃煤烟气中的SO2、NO和NO2，将NO和NO 2转化为N 2和水，将SO 2和H 2S转化 为高纯度单质硫，进行收集利用，本工艺中单质硫产出高于消耗，除了一部分维持设备运转 进行循环利用外，剩余的单质硫可用于出售，起到降低工艺运行费用的目的； 2) H2S通过单质硫的原位生物还原制备得到，随用随制，无需外部购买，免去购置、运 输、储存环节的成本和潜在的安全风险； 3) H2S生物制备过程中可使用工业企业自身产生的有机污水作为电子供体，不但可以 高效产出H2S,而且可以去除污水中的有机物，不但实现了以废治废，还能显著降低后续污 水处理工段的负荷； 4) 燃煤烟气中含有大量C02、SO2等酸性气体，无需外部投加酸，就能够使得废水的pH 值较低，同时高温烟气提高了废水的温度，更利于H2S的吹脱； 5) 燃煤烟气的部分热量被脱硫液经过热交换器用于加热厌氧反应器，可以保证厌氧反 应过程在冬季低温时的高效率，实现余热利用； 6) 气提工序中，燃煤烟气在吹脱脱硫液中的H2S的同时，通过气液接触也降低了其中的 粉尘含量，达到除尘效果； 7) 本发明的同步脱硫脱硝装置在占地面积、建设成本和运行成本等方面都显著低于当 前主流装置。
【附图说明】
[0023] 图1本发明的一种以硫化氢为还原剂的燃煤烟气同步脱硫脱硝工艺示意图。
[0024] 图2本发明的一种以硫化氢为还原剂的燃煤烟气同步脱硫脱硝工艺反应装置图。
[0025] 图3实施例的一种以硫化氢为还原剂的燃煤烟气同步脱硫脱硝工艺反应装置图。
[0026] 图4实施例的硫还原反应器出水中H2S产量和进水、出水的pH图。
[0027] 图5实施例的硫还原反应器出水中有机物去除效果图。
[0028] 图6实施例的烟气同步催化脱硫脱硝效率图。
[0029] 图7实施例的烟气催化反应中单质硫产率与温度的关系图。
【具体实施方式】
[0030] 如图2所示，一种以硫化氢为还原剂的燃煤烟气同步脱硫脱硝工艺的装置，包括 厌氧生物硫还原反应器、通过溶解态H2S输送管道和厌氧生物硫还原反应器相连的气液分 离器、通过H2S、NO、N02、SOJg合气体输送管道和气液分离器相连的脱硫脱硝反应器。
[0031] 优选的，所述的厌氧生物硫还原反应器设有有机源输入管道，所述的气液分离器 底端设有燃煤烟气输入管道，所述的脱硫脱硝反应器设有单质硫收集装置和单质硫输出管 道。
[0032] 优选的，所述的厌氧生物硫还原反应器为填料床生物膜反应器、完全搅拌式反应 器、序批式反应器、上流式厌氧污泥床反应器、厌氧膜生物反应器、厌氧折流板反应器中的 一种。
[0033] 优选的，所述的气液分离器为喷淋吹脱塔。
[0034] 优选的，所述的脱硫脱硝反