CN111905542A - 前置氧化结合湿法催化联合脱硫脱硝系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供前置氧化结合湿法催化联合脱硫脱硝系统及方法，包括设置在烟道上的前置氧化系统、设置在烟道出口的吸收系统、以及分别与吸收系统连接设置的催化剂给入系统和烟囱；所述的前置氧化系统包括依次连接的H2O2储罐和超声雾化器，与超声雾化器入口连接的压缩气体罐；超声雾化器的出口接入烟道；所述的吸收系统包括吸收塔；所述的吸收塔采用湿法喷淋塔，底部设置有盛装碱性吸收液的浆液池；吸收塔的烟气入口连接烟道出口，烟气出口连接烟囱；所述的催化剂给入系统包括催化剂储罐和催化剂输送泵；所述的催化剂储罐通过催化剂输送泵与浆液池连接，催化剂储罐内盛装有用于在碱性吸收液中实现SO2和NO2协同脱除的催化剂。
Description
技术领域
本发明涉及燃煤电厂、钢厂烧结机、工业锅炉、生物质电厂、垃圾焚烧厂等行业废气进行综合治理的烟气净化领域，具体为一种前置氧化结合湿法催化联合脱硫脱硝系统及方法。
背景技术
我国95％以上大型燃煤机组实现超低排放，但治理工艺路线单一，运行成本高，面临迫切的转型需求，一体化脱除和资源化利用是未来发展的方向。与电力行业污染物治理相比，非电行业污染物排放分布广、烟气量小、烟气工况复杂、治理难度大，一体化脱除和低温脱硝技术具有迫切的市场需求。
现有湿法联合脱硫脱硝工艺中，多采用O3作为氧化剂，在O3/NO摩尔比大于2.0的情况下，将NO氧化成N2O5，利用现有湿法脱硫体系，实现SO2、NOx协同脱除。该工艺中，O3发生成本高(每产生1kgO3，电耗7～8kWh，O2耗量约10kg，按照商业用电0.7元/kWh计算，单位O3成本约为10500元/吨)、耗量投加量大(摩尔比一般大于2.0)，工艺中存在O3逃逸，产物为硝酸盐，需要处理后排放，导致工艺复杂，运行成本高。
与O3相比，H2O2是一种廉价清洁的氧化剂，单位质量成本仅为O3的1/10，且H2O2分子量小，同等摩尔比条件下，质量仅为O3的2/3；在同等摩尔比条件下氧化NO，H2O2成本仅为O3的1/15，且H2O2氧化过程只产生O2，不产生二次污染。因此，如能在湿法联合脱除工艺中采用H2O2取代O3，对于降低工艺成本具有重要意义。
但在H2O2氧化NO工艺中，H2O2氧化NO产物为NO2，多采用压缩雾化方式将喷入烟道氧化NO，这种工艺氧化效率低，一般小于60％；在现有湿法脱硫塔联合吸收SO2和NO2过程中，NO2吸收效率仅为10～20％，效率较低，不能满足NOx排放需求。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供前置氧化结合湿法催化联合脱硫脱硝系统及方法，能有效满足污染物一体化脱除需求，实现SO2和NOx的一体化脱除，同时脱硫脱硝效率高，工艺简单，投资和运行成本低。
本发明是通过以下技术方案来实现：
前置氧化结合湿法催化联合脱硫脱硝系统，包括设置在烟道上的前置氧化系统、设置在烟道出口的吸收系统、以及分别与吸收系统连接设置的催化剂给入系统和烟囱；
前置氧化系统包括依次连接的H2O2储罐和超声雾化器，与超声雾化器入口连接的压缩气体罐；超声雾化器的出口接入烟道；
吸收系统包括吸收塔；所述的吸收塔采用湿法喷淋塔，底部设置有盛装碱性吸收液的浆液池；吸收塔的烟气入口连接烟道出口，烟气出口连接烟囱；
催化剂给入系统包括催化剂储罐和催化剂输送泵；所述的催化剂储罐通过催化剂输送泵与浆液池连接，催化剂储罐内盛装有用于在碱性吸收液中实现SO2和NO2协同脱除的催化剂。
优选的，前置氧化系统还包括依次设置在烟道内的断面混合器和喷射格栅；喷射格栅与超声雾化器出口连接；断面混合器设置在喷射格栅的上游侧。
优选的，H2O2储罐和超声雾化器之间设置有输送泵。
优选的，吸收塔的烟气入口通过引风机连接烟道出口。
优选的，催化剂储罐内盛装有磷酸三丁酯TBP和四丁基硫酸氢铵THS的任意一种或两种混合。
前置氧化结合湿法催化联合脱硫脱硝方法，基于上述所述的系统，包括，
将过氧化氢通过超声雾化后，利用压缩气体均匀喷入到吸收塔的烟道内，将含有SO2和NO烟气中的NO氧化为NO2；
含有SO2和NO2的烟气进入吸收塔，在吸收塔的碱性吸收液和催化剂的协同作用下，对SO2和NO2协同吸收脱除，实现烟气的脱硫脱硝后排放。
优选的，在烟气温度为250～500℃的烟道处均匀喷入超声雾化后的过氧化氢。
优选的，过氧化氢质量浓度为20～50％，喷入的过氧化氢与NO摩尔比为1～5。
优选的，碱性吸收液采用Ca(OH)2、CaCO3、NaOH和NH3·H2O中的至少一种；所述的催化剂采用磷酸三丁酯TBP和四丁基硫酸氢铵THS任意一种或两种混合。
进一步的，催化剂磷酸三丁酯TBP浓度为10～30％，所述的催化剂四丁基硫酸氢铵THS浓度为1～2％。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明系统设置前置氧化系统，并采用H2O2为氧化剂替代O3，通过超声雾化和压缩空气携带的雾化方式输送至烟道，相比于压缩空气直接雾化，H2O2分子雾化粒径更小，避免了H2O2蒸发过程中的无效分解，从而降低H2O2氧量，同时将H2O2氧化NO效率提升至98％以上，且同等条件下，H2O2氧化成本仅为O3氧化成本的1/15，整个设备简单，投资和运行成本低；同时，吸收系统采用湿法喷淋吸收塔，吸收塔与催化剂给入系统连接，吸收浆液内添加催化剂，促进SO2、NO2协同吸收，提升脱硝效率。
进一步，本发明系统还通过采用在喷射格栅上游侧设置断面混合器的方式，使H2O2和烟气能充分混合，提高处理效果。
进一步，本发明系统采用设置输送泵的方式，将过氧化氢送入超声雾化器，提高了处理效率。
进一步，本发明系统通过设置引风机将烟道内的烟气送入吸收塔内，确保吸收塔内的吸收效率。
本发明方法通过超声雾化+压缩空气携带的雾化方式，并采用H2O2为氧化剂，通过超声雾化，使H2O2分子雾化粒径更小，避免了H2O2蒸发过程中的无效分解，提升NO氧化为NO2的效率，使H2O2氧化NO效率提升至98％以上；在此基础上，向吸收塔中加入对SO2和NO2协同吸收脱除的催化剂，大幅提升NO2吸收效率，实现SO2、NOx一体化脱除，且氧化成本低，脱除效率高；因为采用H2O2为绿色氧化剂，其分解产物为H2O，避免了因过量O3喷入带来的二次污染问题；且H2O2氧化NO选择性强，不产生SO2氧化问题，可实现SO2、NOx、Hg、VOC等多种污染物一体化脱除，并可以实现低温脱硝，市场潜力巨大。
进一步，本发明方法通过在烟气温度为250～500℃的烟道处均匀喷入超声雾化后的过氧化氢，能有效保证雾化后的H2O2氧化效率。
进一步，本发明方法采用有机萃取剂磷酸三丁酯TBP、四丁基硫酸氢铵THS作为催化剂，稳定脱硫系统中的SO3 2-，从而提升NO2吸收效率，催化剂在吸收体系中只起催化作用，不消耗，因此运行成本较低。
附图说明
图1为本发明工艺系统结构示意图。
图2为H2O2压缩雾化氧化NO特性示意图。
图3为H2O2超声雾化氧化NO特性示意图。
图4为TBP催化SO2/NO2协同吸收脱硝特性示意图。
图5为THS催化SO2/NO2协同吸收脱硝特性示意图。
图中：1为H2O2储罐、2为输送泵、3为压缩气体罐、4为超声雾化器、5为喷射格栅、6为断面混合器、7为引风机、8为吸收塔、9为催化剂储罐、10为催化剂输送泵、11为烟囱。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
本发明前置氧化结合湿法催化联合脱硫脱硝系统，如图1所示，包括前置氧化系统、吸收系统、催化剂给入系统和烟囱四部分。前置氧化系统包括依次连接的H2O2储罐1、输送泵2、超声雾化器4，雾化后的H2O2采用压缩气体携带，超声雾化器4入口与压缩气体罐3连接，出口与喷射格栅5连接，喷射格栅5前面设置断面混合器6，用于H2O2与烟气的充分混合。H2O2喷入烟道将NO氧化为NO2，含有SO2和NO2气体的烟气经引风机7进入吸收塔8，吸收塔8采用湿法喷淋塔，浆液池通过催化剂输送泵10与催化剂储罐9连接，用于维持浆液池内的催化剂浓度。催化剂采用磷酸三丁酯TBP或四丁基硫酸氢铵THS，吸收液为Ca(OH)2、CaCO3、NaOH、NH3·H2O等，SO2、NO2在吸收液和催化剂的作用下实现高效协同脱除，吸收塔8出口与烟囱11连接，脱硫脱硝后的烟气通过烟囱排放。
作为本发明优选的实施方式，所述的喷射格栅5前设置断面混合器6，用于H2O2和烟气的充分混合；
作为本发明优选的实施方式，所述的H2O2储罐1和超声雾化器4之间设置有输送泵2；
作为本发明优选的实施方式，所述的吸收塔8的烟气入口通过引风机7连接烟道出口；
作为本发明优选的实施方式，所述的催化剂储罐9内盛装有磷酸三丁酯TBP和四丁基硫酸氢铵THS的任意一种或两种混合。
本发明前置氧化结合湿法催化联合脱硫脱硝方法，通过控制超声雾化器4的功率和压缩气体的流量，控制氧化剂H2O2喷入量，H2O2储罐1和输送泵2用于补充超声雾化器4内H2O2量，在250～500℃条件下，雾化后的H2O2通过喷射格栅5均匀喷入烟道，将NO氧化为NO2，保证氧化效率＞98％；然后含有SO2、NO2的气体进入吸收塔8，在碱性吸收液和催化剂的作用下，强化SO2、NO2的协同吸收，实现SO2脱除效率＞98％，NO2脱除效率＞80％。
作为本发明优选的实施方式，所述喷射格栅5所处位置对应烟气温度为250～500℃；
作为本发明优选的实施方式，所述H2O2储罐1内H2O2质量浓度为20～50％，H2O2与NO摩尔比为1～5；
作为本发明优选的实施方式，所述催化剂磷酸三丁酯TBP对应浓度为10～30％，所属催化剂四丁基硫酸氢铵THS对应浓度为1～2％，催化剂为其中一种或两种混合。
在目前的H2O2氧化NO工艺中，采用压缩雾化方式将H2O2喷入烟道氧化NO进行脱硫脱硝处理的研究结果，如图2所示，工艺氧化效率低，一般小于60％；而采用本发明系统及方法进行脱硫脱硝处理的研究结果如图3所示，使H2O2氧化NO效率提升至98％以上；
同时，本发明提出的超声雾化+压缩空气携带的雾化方式，H2O2氧化NO产物为NO2，NO2难溶于水，在湿法脱硫体系中的吸收效率仅为20％左右，大量研究表明，SO3 2-可以促进NO2吸收，具体反应过程如式(1)、(2)所示。但在O2存在条件下，脱硫塔吸收SO2产生的SO3 2-会被快速氧化，导致NO2吸收效率较低。因此，本发明提出了采用向湿法脱硫塔中加入液体催化剂，提升NO2吸收效率，通过实验验证，发现TBP和THS可以稳定脱硫体系中的SO3 2-，提升NO2吸收效率，研究结果如图4、图5所示。
基于以上研究结果，本发明提出前置氧化结合湿法催化联合脱硫脱硝系统及方法，即采用H2O2为氧化，通过超声雾化，提升NO氧化为NO2的效率，在此基础上，向脱硫塔中加入TBP、THS作为催化剂，大幅提升NO2吸收效率，实现SO2、NOx一体化脱除，且氧化成本低，脱除效率高。
Claims (10)
1.前置氧化结合湿法催化联合脱硫脱硝系统，其特征在于，包括设置在烟道上的前置氧化系统、设置在烟道出口的吸收系统、以及分别与吸收系统连接设置的催化剂给入系统和烟囱(11)；
所述的前置氧化系统包括依次连接的H2O2储罐(1)和超声雾化器(4)，与超声雾化器(4)入口连接的压缩气体罐(3)；超声雾化器(4)的出口接入烟道；
所述的吸收系统包括吸收塔(8)；所述的吸收塔(8)采用湿法喷淋塔，底部设置有盛装碱性吸收液的浆液池；吸收塔(8)的烟气入口连接烟道出口，烟气出口连接烟囱(11)；
所述的催化剂给入系统包括催化剂储罐(9)和催化剂输送泵(10)；所述的催化剂储罐(9)通过催化剂输送泵(10)与浆液池连接，催化剂储罐(9)内盛装有用于在碱性吸收液中实现SO2和NO2协同脱除的催化剂。
2.根据权利要求1所述的前置氧化结合湿法催化联合脱硫脱硝系统，其特征在于，所述的前置氧化系统还包括依次设置在烟道内的断面混合器(6)和喷射格栅(5)；喷射格栅(5)与超声雾化器(4)出口连接；断面混合器(6)设置在喷射格栅(5)的上游侧。
3.根据权利要求1所述的前置氧化结合湿法催化联合脱硫脱硝系统，其特征在于，所述的H2O2储罐(1)和超声雾化器(4)之间设置有输送泵(2)。
4.根据权利要求1所述的前置氧化结合湿法催化联合脱硫脱硝系统，其特征在于，所述的吸收塔(8)的烟气入口通过引风机(7)连接烟道出口。
5.根据权利要求1所述的前置氧化结合湿法催化联合脱硫脱硝系统，其特征在于，所述的催化剂储罐(9)内盛装有磷酸三丁酯TBP和四丁基硫酸氢铵THS的任意一种或两种混合。
6.前置氧化结合湿法催化联合脱硫脱硝方法，其特征在于，包括，
将过氧化氢通过超声雾化后，利用压缩气体均匀喷入到吸收塔(8)的烟道内，将含有SO2和NO烟气中的NO氧化为NO2；
含有SO2和NO2的烟气进入吸收塔(8)，在吸收塔(8)的碱性吸收液和催化剂的协同作用下，对SO2和NO2协同吸收脱除，实现烟气的脱硫脱硝后排放。
7.根据权利要求6所述的前置氧化结合湿法催化联合脱硫脱硝方法，其特征在于，在烟气温度为250～500℃的烟道处均匀喷入超声雾化后的过氧化氢。
8.根据权利要求6所述的前置氧化结合湿法催化联合脱硫脱硝方法，其特征在于，所述的过氧化氢质量浓度为20～50％，喷入的过氧化氢与NO摩尔比为1～5。
9.根据权利要求6所述的前置氧化结合湿法催化联合脱硫脱硝方法，其特征在于，所述的碱性吸收液采用Ca(OH)2、CaCO3、NaOH和NH3·H2O中的至少一种；所述的催化剂采用磷酸三丁酯TBP和四丁基硫酸氢铵THS任意一种或两种混合。
10.根据权利要求9所述的前置氧化结合湿法催化联合脱硫脱硝方法，其特征在于，所述的催化剂磷酸三丁酯TBP浓度为10～30％，所述的催化剂四丁基硫酸氢铵THS浓度为1～2％。
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