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基于催化氧化和深度冷凝的半干法脱硫脱硝脱汞装置及方法.pdf

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基于 催化 氧化 深度 冷凝 半干法 脱硫 脱硝脱汞 装置 方法
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摘要
申请专利号:

CN201910028989

申请日:

20190112

公开号:

CN109529621A

公开日:

20190329

当前法律状态:

实质审查的生效

有效性:

审中

法?#19978;?#24773;: 实质审查的生效
IPC分类号: B01D53/90;B01D53/60;B01D53/64;B01D53/80 主分类号: B01D53/90;B01D53/60;B01D53/64;B01D53/80
申请人: 西安交通大学
发明人: 王云刚;马亮;陈磊;赵钦新;李玉峰;梁志远
地址: 710049 陕西省西安市碑林区咸宁西路28号
优先权:
专利代理机构: 61215 代理人: 何会侠
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法律状态
申请(专利)号:

CN201910028989

授权公告号:

法律状态公告日:

20190423

法律状态类型:

实质审查的生效

摘要

本发明公开了一种基于催化氧化和深度冷凝的半干法脱硫脱硝脱汞装置及方法,其基本流程是除尘后烟气中的NOX,SO2和Hg经O3/H2O2结合催化剂的协同作用下生成NO3?、SO42?和Hg2+,然后通过多级冷凝的方式实现烟气中污染组分的深度脱除;净化后的烟气经除雾和再热工艺处理后排放?#20132;?#22659;中;通过调湿装置将烟气湿度控制在一定范围以保证催化剂活性,深度冷凝后的氧化产物经后续沉淀、浓缩、富集等工艺处理实现污染物的资源化利用,用于深度冷凝过程后的循环工?#35782;?#20928;化后的烟气进行再热处理,实现烟气消白;本发明不仅能深度脱除化石燃料燃烧后的NOX,SO2和Hg,还可实现处理后污染物的资源化利用,并且达到了消除“烟羽”的目的,最终实现烟气的超洁净排放。

权利要求书

1.一种基于催化氧化和深度冷凝的半干法脱硫脱硝脱汞装置,包括反应塔(2),其特征在于:所述反应塔(2)中部布置有多级冷凝换热器(9),其表面冷凝液直接落入冷凝液回收装置(19)中进入后续处理?#29615;?#24212;塔(2)顶部开有与除尘器(1)连通的烟气入口,将通过除尘器(1)处理后的烟气通过?#25628;?#27668;入口送入反应塔(2)中;顶部的烟气入口与冷凝换热器(9)之间依此布置有格栅(7)和催化剂单元(8),格栅(7)通过反应塔(2)上部一侧的第一上部开口(18)连通调湿装置(3),格栅(7)通过反应塔(2)上部另一侧的第二上部开口(17)连通氧化?#26519;?#22791;与存储装置(4),在与氧化?#26519;?#22791;与存储装置(4)连通的管路上设置有流量计(5)和输送泵(6),当烟气湿度低?#20445;?#35843;湿装置(3)通过反应塔第一上部开口(18)将水送入格栅(7)增加烟气湿度;氧化?#26519;?#22791;与存储装置(4)中制得的氧化剂依次通过流量计(5)和输送泵(6)从反应塔第二上部开口(17)处送入格栅(7)与烟气混合;所述反应塔(2)底部设置有冷凝液回收装置(19),冷凝液回收装置(19)直接通过管道与酸液分离处理装置(10)连通?#29615;?#24212;塔(2)底部烟气管道内依次设置有除雾器(11)和多级烟气再热器(12),除雾器(11)所得冷凝液也送入酸液分离处理装置(10)中处理,末级烟气再热器的烟气出口通过管道和引风机(15)与烟囱(16)相连通;多级烟气再热器(12)的数量与多级冷凝换热器(9)的数量相同,且每级冷凝换热器的进出口分别与对应的烟气再热器的进出口连通,为对应的烟气再热器提供热量。 2.根据权利要求1所述的一种基于催化氧化和深度冷凝的半干法脱硫脱硝脱汞装置,其特征在于:所述多级冷凝换热器(9)的换热元件采用管?#20132;?#31649;板?#20132;?#28909;器,换热元件采用2205/2507双相不锈钢材料或氟塑料,或换热元件外侧敷设聚四氟乙烯、搪瓷涂层、Cr2O3或TiO2类?#36879;?#34432;材料,防止多级冷凝换热器(9)外表面被冷凝酸液腐蚀,换热元件内侧材料采用强导热系数的材?#21688;?#38050;,增强换热。 3.根据权利要求1所述的一种基于催化氧化和深度冷凝的半干法脱硫脱硝脱汞装置,其特征在于:所述多级冷凝换热器(9)用来确保烟气中氧化产物的完全冷凝,第一级冷凝换热器主要对烟气的显热进行回收,后续各级冷凝换热器分别?#36816;?#38706;点依次?#26723;?#30340;不同气态酸蒸气进行冷凝回收,经过多级冷凝换热器后烟气温度水平为25-35℃。 4.根据权利要求1所述的一种基于催化氧化和深度冷凝的半干法脱硫脱硝脱汞装置,其特征在于:所述多级冷凝换热器(9),以冷?#27492;?#20026;第一级冷凝工质,其获取方便,?#39029;?#26412;较低;后续各级冷凝工质使用液态金属、氨水或溴化锂类相变介质,逐级降温冷凝确保烟气中气态酸蒸气的充分冷凝。 5.根据权利要求1所述的一种基于催化氧化和深度冷凝的半干法脱硫脱硝脱汞装置,其特征在于:所述氧化?#26519;?#22791;与存储装置(4)中使用的氧化剂为臭氧或过氧化氢蒸气,其中氧化剂与烟气中污染物的摩尔比为(0.8~1.1):1。 6.根据权利要求1所述的一种基于催化氧化和深度冷凝的半干法脱硫脱硝脱汞装置,其特征在于:所述催化剂单元(8)中的催化剂选取以α-MnO2为活性成分的复合型过渡性金属氧化物,复合型过渡性金属氧化物的负载浓度为10-20%。 7.根据权利要求6所述的一种基于催化氧化和深度冷凝的半干法脱硫脱硝脱汞装置,其特征在于:所述复合型过渡性金属氧化物为?#22635;?#27687;化物、?#22635;?#27687;化物或锰钒氧化物。 8.根据权利要求1所述的一种基于催化氧化和深度冷凝的半干法脱硫脱硝脱汞装置,其特征在于:所述氧化?#26519;?#22791;与存储装置(4)、反应塔(2)内氧化剂与烟气混合区域以及二者之间的连接管路涂覆聚四氟乙烯或陶瓷类惰性材料,用于防止氧化剂的无效分解和设备腐蚀。 9.根据权利要求1所述的一种基于催化氧化和深度冷凝的半干法脱硫脱硝脱汞装置,其特征在于:所述催化剂单元(8)为蜂窝状。 10.权利要求1至9?#25105;?#39033;所述的基于催化氧化和深度冷凝的半干法脱硫脱硝脱汞装置进行脱硫脱硝脱汞的方法,其特征在于: 氧化?#26519;?#22791;与存储装置(4)中的氧化剂由流量计(5)精确计量后通过输送泵(6)从反应塔第二上部开口(17)送入格栅(7),与通过除尘器(1)处理后的烟气进行混合,混合气体通过催化剂单元(8)进行反应,反应温度为110-160℃,烟气中的NOX、SO2和Hg0经催化氧化过程转化成为HNO3、H2SO4以及HgO;为保证催化剂的催化活性,通过调湿装置(3)将进入催化剂单元(8)前的烟气湿度控制在10%~15%范围内;经过多级冷凝换热器(9)后烟气中的氧化产物通过深度冷凝的方式?#28903;?#27773;转化生成为液体产物,然后经除雾器(11)实现烟气中酸性产物完全凝并脱除;多级冷凝换热器(9)和除雾器(11)中冷凝产物送入酸液分离处理装置(10)中通过沉淀、浓缩和富集处理,进行资源化回收利用;净化后烟气通过多级烟气再热器(12)加热,然后通过引风机(15)输送由烟囱(16)排入大气中;所述多级烟气再热器(12)是使用深度冷凝过程中回收余热将净化烟气加热到45℃,从而实现消除“烟羽”的目的。

说明书


基于催化氧化和深度冷凝的半干法脱硫脱硝脱汞装置及方法
技术领域


本发明属于氮、硫氧化物及重金属汞环境污?#23616;?#29702;技术领域,具体涉及一种基于
催化氧化和深度冷凝的半干法脱硫脱硝脱汞装置及方法。


?#23576;?#25216;术


大气污染现象是危害人类生存环境的重大问题,由燃煤电厂排放的SO
2、NO
X和Hg
0
对人类健康和生态环境危害显著;其中,SO2是形成酸雨的主要原因,NOx能发生光化学烟
雾、破坏臭氧层及产生温室效应,单质汞(Hg
0)毒性强、形态稳定且难生物?#21040;狻?#30446;前针对三
种污染物脱除的最为成熟的方法分别是湿法脱硫、SCR脱硝和活性炭注入脱汞技术。但是采
用单一设备脱除单一污染物的方法的主要问题有:(1)未充分考虑各设备之间的协同效应;
(2)在达到相同效率的情况下,?#20302;?#25237;资和运行成本较大;(3)难?#28304;?#21040;“超净排放”的要求。
因此,要经济、高效地实现燃煤电厂烟气污染物的脱除,必须从整个烟气治理?#20302;?#30340;角度考
虑,充分利用烟气各污染物脱除设备之间的协同作用。而现有的一体化脱除工艺中,传统湿
法烟气污染物一体化脱除技术虽然具有较高的脱除效率,但存在投资运行费用高,占地面
积大,用水量大,易产生二次污染和氧化?#21015;?#38706;等问题,并且由于脱除烟气中污染物后烟气
湿度较大,为了防止“烟羽”现象,?#20013;?#21152;装烟气消白装置,增加电厂的初投资成本。传统干
法烟气污染物一体化脱除技术,虽然克服了湿法的技术?#28895;猓?#20294;也存在脱除效?#23454;停?#21103;产物
无法综合利用,吸附昂贵,吸附性能下?#26723;燃?#26415;?#28895;猓?#36825;给它的推广和应用带来了一定困
?#36873;?#32780;半干法一体化脱硫、脱硝、脱汞技术因其既有湿法一体化污染物脱除技术的反应速度
快、脱除效率高的优点,又有干法无污水废酸排出、脱除污染物后产物易于处理的优势而受
到人们广泛的关注。


发明内容


为了克服上述现有技术存在的问题,本发明的目的在于提供了一种基于催化氧化
和深度冷凝的半干法脱硫脱硝脱汞装置及方法,温度范围?#36127;?#31526;合所有电厂排烟水平,可
对除尘后的烟气中的NO
x、SO
2及重金属汞等实现深度氧化并脱除,实现超净排放,收集的废
液也可回收利用,并省去了传统消烟羽装置。


为了达到上述目的,本发明所采取的技术方案如下:


一种基于催化氧化和深度冷凝的半干法脱硫脱硝脱汞装置,包括反应塔2,其特征
在于:所述反应塔2中部布置有多级冷凝换热器9,其表面冷凝液直接落入冷凝液回收装置
19中进入后续处理?#29615;?#24212;塔2顶部开有与除尘器1连通的烟气入口,将通过除尘器1处理后的
烟气通过?#25628;?#27668;入口送入反应塔2中;顶部的烟气入口与冷凝换热器9之间依此布置有格栅
7和催化剂单元8,格栅7通过反应塔2上部一侧的第一上部开口18连通调湿装置3,格栅7通
过反应塔2上部另一侧的第二上部开口17连通氧化?#26519;?#22791;与存储装置4,在与氧化?#26519;?#22791;与
存储装置4连通的管路上设置有流量计5和输送泵6,当烟气湿度低?#20445;?#35843;湿装置3通过反应
塔第一上部开口18将水送入格栅7增加烟气湿度;氧化?#26519;?#22791;与存储装置4中制得的氧化剂
依次通过流量计5和输送泵6从反应塔第二上部开口17处送入格栅7与烟气混合;所述反应
塔2底部设置有冷凝液回收装置19,冷凝液回收装置19直接通过管道与酸液分离处理装置
10连通?#29615;?#24212;塔2底部烟气管道内依次设置有除雾器11和多级烟气再热器12,除雾器11所得
冷凝液也送入酸液分离处理装置10中处理,末级烟气再热器的烟气出口通过管道和引风机
15与烟囱16相连通;多级烟气再热器12的数量与多级冷凝换热器9的数量相同,且每级冷凝
换热器的进出口分别与对应的烟气再热器的进出口连通,为对应的烟气再热器提供热量。


所述多级冷凝换热器9的换热元件采用管?#20132;?#31649;板?#20132;?#28909;器,换热元件采用2205/
2507双相不锈钢材料或氟塑料,或换热元件外侧敷设聚四氟乙烯、搪瓷涂层、Cr
2O
3或TiO
2类
?#36879;?#34432;材料,防止多级冷凝换热器9外表面被冷凝酸液腐蚀,换热元件内侧材料采用强导热
系数的材?#21688;?#38050;,增强换热。


所述多级冷凝换热器9用来确保烟气中氧化产物的完全冷凝,第一级冷凝换热器
主要对烟气的显热进行回收,后续各级冷凝换热器分别?#36816;?#38706;点依次?#26723;?#30340;不同气态酸蒸
气进行冷凝回收,经过多级冷凝换热器后烟气温度水平为25-35℃。


所述多级冷凝换热器9,以冷?#27492;?#20026;第一级冷凝工质,其获取方便,?#39029;?#26412;较低;后
续各级冷凝工质使用液态金属、氨水或溴化锂类相变介质,逐级降温冷凝确保烟气中气态
酸蒸气的充分冷凝。


所述氧化?#26519;?#22791;与存储装置4中使用的氧化剂为臭氧或过氧化氢蒸气,其中氧化
剂与烟气中污染物的摩尔比为0.8~1.1:1。


所述催化剂单元8中的催化剂选取以α-MnO
2为活性成分的复合型过渡性金属氧化
物,复合型过渡性金属氧化物的负载浓度为10-20%。


所述复合型过渡性金属氧化物为?#22635;?#27687;化物、?#22635;?#27687;化物或锰钒氧化物。


所述氧化?#26519;?#22791;与存储装置4、反应塔2内氧化剂与烟气混合区域以及二者之间的
连接管路涂覆聚四氟乙烯或陶瓷类惰性材料,用于防止氧化剂的无效分解和设备腐蚀。


所述催化剂单元8为蜂窝状。


所述的基于催化氧化和深度冷凝的半干法脱硫脱硝脱汞装置进行脱硫脱硝脱汞
的方法,氧化?#26519;?#22791;与存储装置4中的氧化剂由流量计5精确计量后通过输送泵6从反应塔
第二上部开口17送入格栅7,与通过除尘器1处理后的烟气进行混合,混合气体通过催化剂
单元8进行反应,反应温度为110-160℃,烟气中的NO
X、SO
2和Hg
0经催化氧化过程转化成为
HNO
3、H
2SO
4以及HgO;为保证催化剂的催化活性,通过调湿装置3将进入催化剂单元8前的烟
气湿度控制在10%~15%范围内;经过多级冷凝换热器9后烟气中的氧化产物通过深度冷
凝的方式?#28903;?#27773;转化生成为液体产物,然后经除雾器11实现烟气中酸性产物完全凝并脱
除;多级冷凝换热器9和除雾器11中冷凝产物送入酸液分离处理装置10中通过沉淀、浓缩和
富集处理,进行资源化回收利用;净化后烟气通过多级烟气再热器12加热,然后通过引风机
15输送由烟囱16排入大气中;所述多级烟气再热器12是使用深度冷凝过程中回收余热将净
化烟气加热到45℃,从而实现消除“烟羽”的目的。


与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:


1.本发明采用催化氧化和深度冷凝的半干法工艺,利用不同酸的酸露点不同这一
属性,使催化氧化生成的气态酸蒸气在各级冷凝换热器表面上深度冷凝回收,从而达到脱
除烟气污染物的目的。此工艺路线能深度脱除化石燃料燃烧后的氮、硫氧化物和汞,实现超
净排放。


2.本发明中将多级冷凝换热器冷凝气态酸蒸气时回收的烟气的显热以及气态酸
蒸气的潜热,用于烟气再热?#20302;常?#20351;烟气再热到45℃,满足相关行业排烟标准,以热量互补
的形式实现了能量的优化利用,同?#24065;?#36798;到了消除“烟羽”的目的。


3.本发明中通过多级冷凝换热器和除雾器回收的冷凝产物,最终送入酸液分离处
理装置中通过沉淀、浓缩、富集等工艺进行分离回收,实现污染物的资源化利用。


4.本发明所用催化剂类型为以α-MnO
2为活性成分的复合型过渡性金属氧化物,如
?#22635;?#27687;化物、?#22635;?#27687;化物或锰钒氧化物。α-MnO
2为活性成分的复合型过渡性金属氧化物中,
α-MnO
2的负载浓度为10-20%。本发明所用氧化剂及催化剂具有催化温度水平低、脱除污染
物效率高、工艺设计合理、环保无毒、造价低、产?#20998;?#37327;稳定的优点。


附图说明


图1为本发明一种基于催化氧化和深度冷凝的半干法脱硫脱硝脱汞装置及方法示
意图。


图中:1-除尘器;2-反应塔;3-调湿装置;4-氧化?#26519;?#22791;与存储装置;5-流量计;6-
输送泵;7-格栅;8-催化剂单元;9-多级冷凝换热器;10-酸液分离处理装置;11-除雾器;12-
多级烟气再热器;13-第一冷凝工质泵;14-第二冷凝工质泵;15-引风机;16-烟囱;17-反应
塔第二上部开口;18-反应塔第一上部开口;19-冷凝液回收装置。


具体实施方式


为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图及具
体实施例进行详细描述。


如图1所示,本发明一种基于催化氧化和深度冷凝的半干法脱硫脱硝脱汞装置,包
括反应塔2,其特征在于:所述反应塔2中部布置有多级冷凝换热器9,其表面冷凝液直接落
入冷凝液回收装置19中进入后续处理?#29615;?#24212;塔2顶部开有与除尘器1连通的烟气入口,将通
过除尘器1处理后的烟气通过?#25628;?#27668;入口送入反应塔2中;顶部的烟气入口与冷凝换热器9
之间依此布置有格栅7和催化剂单元8,格栅7通过反应塔2上部一侧的第一上部开口18连通
调湿装置3,格栅7通过反应塔2上部另一侧的第二上部开口17连通氧化?#26519;?#22791;与存储装置
4,在与氧化?#26519;?#22791;与存储装置4连通的管路上设置有流量计5和输送泵6,当烟气湿度低?#20445;?br>调湿装置3通过反应塔第一上部开口18将水送入格栅7增加烟气湿度;氧化?#26519;?#22791;与存储装
置4中制得的氧化剂依次通过流量计5和输送泵6从反应塔第二上部开口17处送入格栅7与
烟气混合;所述反应塔2底部设置有冷凝液回收装置19,冷凝液回收装置19直接通过管道与
酸液分离处理装置10连通?#29615;?#24212;塔2底部烟气管道内依次设置有除雾器11和多级烟气再热
器12,除雾器11所得冷凝液也送入酸液分离处理装置10中处理,末级烟气再热器的烟气出
口通过管道和引风机15与烟囱16相连通;多级烟气再热器12的数量与多级冷凝换热器9的
数量相同,且每级冷凝换热器的进出口分别与对应的烟气再热器的进出口连通,为对应的
烟气再热器提供热量。


本发明基于催化氧化和深度冷凝的半干法脱硫脱硝脱汞装置进行脱硫脱硝脱汞
的方法如下:


氧化?#26519;?#22791;与存储装置4中的氧化剂由流量计5精确计量后通过输送泵6从反应塔
第二上部开口17送入格栅7,与通过除尘器1处理后的烟气进行混合,混合气体通过催化剂
单元8进行反应,反应温度为110-160℃,烟气中的NO
X、SO
2和Hg
0经催化氧化过程转化成为
HNO
3、H
2SO
4以及HgO;为保证催化剂的催化活性,通过调湿装置3将进入催化剂单元8前的烟
气湿度控制在10%~15%范围内;经过多级冷凝换热器9后烟气中的氧化产物通过深度冷
凝的方式?#28903;?#27773;转化生成为液体产物,然后经除雾器11实现烟气中酸性产物完全凝并脱
除;多级冷凝换热器9和除雾器11中冷凝产物送入酸液分离处理装置10中通过沉淀、浓缩和
富集处理,进行资源化回收利用;净化后烟气通过多级烟气再热器12加热,然后通过引风机
15输送由烟囱16排入大气中。


实施例1:


氧化?#26519;?#22791;与存储装置4中的氧化剂由流量计5精确计量通过输送泵6进入反应塔
2,氧化剂经过格栅7后与通过除尘器1处理后的烟气进行混合,混合气体通过(蜂窝状)催化
剂单元8进行反应,烟气中的NO
X、SO
2和Hg
0浓度分别为300mg/m
3、浓度2000mg/m
3和Hg浓度
20g/m
3,烟气入口温度为140℃,氧化剂与污染物的摩尔比为0.9:1,催化剂为?#22635;?#22797;合型氧
化物,其中α-MnO
2的负载浓度为15%;为保证催化剂的催化活性,通过调湿装置3将进入催
化剂单元8前的烟气湿度控制12%;经过多级冷凝换热器9后烟气中的氧化产物通过深度冷
凝的方式?#28903;?#27773;转化生成为液体产物,然后经除雾器11实现烟气中酸性产物完全凝并脱
除;多级冷凝换热器9和除雾器11中冷凝产物通过沉淀、浓缩、富集等工艺进行资源化回收
利用,其中冷凝工质分别选用水和液态金属Ga
68In
20Sn
12;净化后烟气通过多级烟气再热器
12加热,然后通过引风机15输送由烟囱16排入大气中。通过检测处理过程前后的污染物浓
度可知该工艺的脱硫效率99.2%,脱硝效率95.8%,脱汞效率100%。


实施例2:


氧化?#26519;?#22791;与存储装置4中的氧化剂由流量计5精确计量通过输送泵6进入反应塔
2,氧化剂经过格栅7后与通过除尘器1处理后的烟气进行混合,混合气体通过(蜂窝状)催化
剂单元8进行反应,烟气中的NO
X、SO
2和Hg
0浓度分别为350mg/m
3、浓度1900mg/m
3和Hg浓度
20g/m
3,烟气入口温度为130℃,氧化剂与污染物的摩尔比为1:1,催化剂为?#22635;?#22797;合型氧化
物,其中α-MnO
2的负载浓度为15%;为保证催化剂的催化活性,通过调湿装置3将进入催化
剂单元8前的烟气湿度控制10%;经过多级冷凝换热器9后烟气中的氧化产物通过深度冷凝
的方式?#28903;?#27773;转化生成为液体产物,然后经除雾器11实现烟气中酸性产物完全凝并脱除;
多级冷凝换热器9和除雾器11中冷凝产物通过沉淀、浓缩、富集等工艺进行资源化回收利
用,其中冷凝工质分别选用水和溴化锂;净化后烟气通过多级烟气再热器12加热,然后通过
引风机15输送由烟囱16排入大气中。通过检测处理过程前后的污染物浓度可知该工艺的脱
硫效率98.2%,脱硝效率93.2%,脱汞效率100%。


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