一种基于光化学自由基的硫化氢脱除系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及燃烧烟气污染控制领域，具体涉及一种基于光化学自由基的硫化 氢脱除系统。
【背景技术】
[0002] 工业原料气、工业废气和垃圾焚烧尾气中的硫化氢是一种高刺激性的剧毒气体， 是大气污染物之一。在有氧和湿热条件下，硫化氢不仅会引起设备腐蚀和催化剂中毒，还会 严重威胁人身安全。随着经济的快速发展和人们环保意识的提高，尾气中硫化氢脱除问题 越来越受到人们的关注。同时国家也制定了相应的法律法规对硫化氢的排放作了严格的限 制。研究开发硫化氢的高效脱除技术已成为世界各国关注的热点问题。
[0003] 在过去的几十年中，国内外研究人员对废气中硫化氢脱除问题作了大量的研究并 开发了许多硫化氢脱除方法。按照脱除过程的干湿形态，废气硫化氢脱除方法大体可分为 干法和湿法两大类。干法是利用硫化氢的还原性和可燃性，以固定氧化剂或吸收剂来脱硫 或直接燃烧。该方法包括克劳斯法、不可再生的固定床吸附法、膜分离法、分子筛法、变压吸 附（PSA)法、低温分离法等。所用脱硫剂、催化剂主要有活性炭、氧化铁、氧化锌、二氧化锰 及铝矾土等，一般可回收硫磺、二氧化硫、硫酸和硫酸盐等资源。干法脱除工艺效率较高、但 存在设备投资大、脱硫剂需间歇再生和硫容量低等不足，一般适于气体的精细脱硫。克劳斯 法虽然可以用于高浓度硫化氢的脱除，但存在脱除效率差等不足。
[0004] 湿法脱除技术按照脱除机理可以分为化学吸收法、物理吸收法、物理化学吸收法 和湿式氧化法。化学吸收法是利用硫化氢与化学溶剂之间发生的可逆反应来脱除硫化氢。 常用方法包括胺法、热碳酸盐法和氨法等。物理吸收法是利用不同组分在特定溶剂中溶解 度差异而脱除硫化氢，然后通过降压闪蒸等措施析出硫化氢而再生吸收剂。常用的物理溶 剂法包括低温甲醇法、聚乙二醇二甲醚法、N-甲基吡咯烷酮法等。物理化学吸收法是将物 理溶剂和化学溶剂混合，使其兼有两种溶剂的特性，其典型代表为砜胺法。湿式氧化法是指 采用氧化剂将硫化氢氧化为单质硫或硫酸溶液进行回收。根据氧化机理的不同，湿式氧化 法主要可分为以铁基、钒基等为代表的催化氧化法和以双氧水、高锰酸钾等为代表的直接 氧化法。目前，硫化氢湿法脱除工艺也存在很多问题，例如新合成的各种有机吸收剂或氧化 剂价格高、性能不稳定、甚至还具有毒性。高锰酸钾等氧化剂反应过程会产生复杂的副产 物，导致产物利用困难。双氧水等氧化剂虽然洁净环保，但氧化效率很低，导致脱除过程无 法满足日益严格的环保要求。
[0005] 综上所述，目前还没有一种稳定可靠、经济有效，且适合于中低浓度废气硫化氢 脱除的工艺。因此，在完善现有脱除技术的同时，积极开发经济高效的新型废气硫化氢脱除 技术具有重要理论和现实意义。
【发明内容】
[0006] 本实用新型涉及一种基于光化学自由基的硫化氢脱除系统，所述的方法是采用紫 外光辐射分解过氧化物产生强氧化性的羟基或硫酸根自由基作为硫化氢的氧化剂，在撞击 床中氧化脱除烟气中的有害气体硫化氢。
[0007] 本实用新型所采用方法的反应过程及原理如下：
[0008] 由图1所示，采用电子自旋共振光普仪可测定到紫外光辐射双氧水系统中产生了 羟基自由基。因此，紫外光辐射分解过氧化氢首先是释放了具有强氧化性的羟基自由基，具 体过程可用如下的化学反应（1)表示：
[0009] H202+UV - 2 · OH (1)
[0010] 由图2所示，采用电子自旋共振光普仪可测定到紫外光辐射过硫酸铵系统中产生 了硫酸根和羟基自由基。因此，紫外光辐射分解过硫酸盐首先是释放了具有强氧化性的硫 酸根和羟基自由基，具体过程可用如下的化学反应（2)和（3)表示：
[0013] 产生的强氧化性的硫酸根和羟基自由基可将烟气中的硫化氢，氧化脱除：
[0016] 反应产生的硫酸溶液可作为工业原料回收利用。例如，可通过添加氨中和硫酸产 生硫酸铵溶液，利用锅炉烟气余热蒸发结晶后获得可用于农业肥料的固态硫酸铵，整个脱 汞过程无二次污染。
[0017] 为实现脱除硫化氢的目的，根据上述原理，本实用新型采用的技术方案如下：
[0018] -种基于光化学自由基的硫化氢脱除系统，所述脱除系统设有燃烧器、风机、烟 气温度调节器、撞击床、循环栗一和循环栗二、氧化剂添加塔及添液栗、烟肉、中和塔 、蒸发结晶塔和烟气余热利用系统；所述撞击床的顶部设有除雾器、被净化的烟气经撞击 床顶部除雾器除雾后由出口 e通入烟囱并排入大气；撞击床的内部分别设有至少一组紫 外灯及高速喷嘴，所述撞击床底部出口设有阀门；
[0019] 所述燃烧器通过烟道与烟气温度调节器入口连通，烟气温度调节器的出口连通两 个烟道，所述的两个烟道分别通过循环栗一经入口 b由高速喷嘴和循环栗二经入口 c由高 速喷嘴喷入撞击床；所述高速喷嘴在撞击床内壁上对向布置；撞击床侧壁的底端设有入口 a，所述入口 a通过添液栗与氧化剂添加塔连通，所述过氧化物溶液经入口 a由添液栗通入 撞击床下部；
[0020] 撞击床底部阀门通过管道连接中和塔，反应产生的硫酸溶液由出口 d进入尾部中 和塔加氨生成硫酸铵，所述中和塔通过管道与蒸发结晶塔连接，所述硫酸铵在蒸发结晶塔 内利用烟气余热利用系统蒸发结晶产生固态硫酸铵肥料。
[0021] 过氧化物溶液经入口 a由添液栗通入撞击床下部。来自燃烧器排放的含硫化氢烟 气经烟气温度调节器调温后，部分烟气与部分过氧化物溶液混合后由溶液循环栗一通过入 口 b由高速喷嘴喷入撞击床。另一部分烟气与另一部分过氧化物溶液混合后由溶液循环栗 二通过入口 c由高速喷嘴喷入撞击床。两股雾化的气液混合物在撞击床内发生对向撞击混 合。紫外光辐射分解溶液中的过氧化物产生羟基或硫酸根自由基氧化脱除硫化氢，反应产 生的硫酸溶液由出口 d进入尾部中和塔加氨生成硫酸铵，然后进入蒸发结晶塔利用烟气余 热利用系统蒸发结晶产生固态硫酸铵肥料。被净化的烟气经撞击床顶部除雾器除雾后由出 口 e通入烟囱并排入大气。
[0022] 撞击床内的高速喷嘴和紫外灯管均采用多级交叉布置；高速喷嘴与紫外灯管相间 布置，且相邻的高速喷嘴与紫外灯管采用同向布置。高速喷嘴相邻两层之间的垂直间距H 位于20cm-100cm之间，且相邻两级采用90度错开的交叉布置。紫外灯管布置在相邻两级 高速喷嘴之间的中心点处，且同样采用90度错开的交叉布置。
[0023] 循环栗一和循环栗二必须具有相同的功率和流量，且对向同轴布置的高速喷嘴必 须具有相同的型号、出口流量和流速，以保证两股气流碰撞平衡点位于反应器中间位置。
[0024] 撞击床的烟气入口温度不高于70°C，有效液气比为lL/m3-15L/m 3,过氧化物的最 佳浓度为〇· 3mol/L-2. Omol/L之间，溶液的pH位于L 0-7. 5之间，溶液温度不高于70°C，烟 气中硫化氢的含量不高于2000ppm，紫外光有效辐射强度为30 μ W/cm2-300 μ W/cm2,紫外线 有效波长为170nm-280nm〇
[0025] 所述的燃烧器可以是燃煤锅炉、垃圾焚烧炉、石油化工设备、生物质燃烧锅炉 和医疗废弃物焚烧炉中的任一种。
[0026] 所述的过氧化物是双氧水、过硫酸铵、过硫酸钠和过硫酸钾中的一种或两种以 上的混合。
[0027] 本实用新型的优点及显著效果（与现有专利对比）：
[0028] 1.中国专利（ZL201310648205.6)提出了一种利用离子液体捕获硫化氢的方法， 但该方法使用的离子液体合成方法非常复杂，应用成本高，吸收剂性能不稳定，且产物分离 困难。本实用新型采用的光化学羟基自由基脱除硫化氢的方法非常简单，脱除过程稳定可 靠，应用成本较低。
[0029] 2.中国专利（ZL 201310490922. 0)提出了一种利用碳酸钠吸收硫化氢，并用氧气 再生的脱除方法和工艺，但该方法工艺复杂，且反应产生的含有杂质的碳酸氢钠副产物无 法回收再利用，而本实用新型提出的工艺相对简单，尤其是产生的反应产物硫酸铵是一种 良好的农业肥料，故整个脱除过程没有二次污染。
[0030] 3.中国专利（ZL201210075896.0)提出了双氧水氧化吸收和尾部膜分离的硫化氢 脱除方法和工艺，但该方法所用的双氧水吸收剂氧化能力差、脱除效率低，只能脱除低浓 度硫化氢，且尾部的膜容易被双氧水腐蚀，导致系统运行费用高、系统可靠性差。本实用新 型利用紫外光辐射分解产生的羟基或硫酸根自由基的氧化性比双氧水强得多，且类似的光 分解系统在水处理领域已有广泛的成功运行案例，故本系统的运行可靠性更高，技术更加 成熟可靠。
[0031] 4.中国专利（ZL201210410079. 6)提出了一种利用铁系脱除剂催化分解硫化氢的 方法及工艺，但该方法提出的脱除剂制备方法非常复杂，吸收剂稳定性不高，需要定期地再 生活化，而本实用新型所述的方法不需要制备复杂的脱除剂和再生活化工序，且运行可靠 性更高，可实现系统的连续运行，具有更好的工业应用前景。
【附图说明】
[0032] 图1 一种基于光化学自由基的电子自旋共振光普图（双氧水溶液）。
[0033] 图2 -种基于光化学自由基的电子自旋共振光普图（过硫酸铵溶液）。
[0034] 图3是本实用新型系统的工艺流程图。
[0035] 图4是本实用新型中撞击床内高速喷嘴和紫外灯管布置的结构示意图。
[0036] 图5是尚速喷嘴的结构不意