(10)授权公告号 (45)授权公告日 2014.10.29
C N 203899431
U (21)申请号 201320825210.5
(22)申请日 2013.12.13
B01D 53/76(2006.01)
B01D 53/78(2006.01)
B01D 53/60(2006.01)
B01D 53/64(2006.01)
(73)专利权人江苏大学
地址212013 江苏省镇江市学府路301号
(72)发明人刘杨先 张军 潘剑锋
(74)专利代理机构南京知识律师事务所 32207
代理人
卢亚丽
(54)实用新型名称
一种基于光活化过硫酸铵的脱硫脱硝脱汞的
(57)摘要
本实用新型公开了一种基于光活化过硫酸铵
的脱硫脱硝脱汞的系统，主要设有锅炉或窑炉、除
以及产物后处理系统。来自锅炉或窑炉排放的烟
气经过除尘和调温后进入设在烟道上的光化学反
应器，而来自喷液系统的过硫酸铵溶液以雾状喷
入光化学反应器。光化学反应器内的紫外灯发射
紫外光催化分解过硫酸铵，并释放具有强氧化性
的硫酸根自由基(SO 4-·)同时氧化脱除烟气中的
SO 2、NO x 和汞。氧化产物经过产物后处理系统处理
后实现资源化利用。该方法能够同时脱除燃煤烟
气多种污染物、脱除过程无二次污染，且易于实现
老机组改造等突出优势，是一种具有广阔应用前
景的新型烟气净化系统。
(51)Int.Cl.(ESM)同样的发明创造已同日申请发明专利
权利要求书1页 说明书5页 附图2页
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)实用新型专利权利要求书1页 说明书5页 附图2页(10)授权公告号CN 203899431 U
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1.一种基于光活化过硫酸铵的脱硫脱硝脱汞的系统，其特征在于：所述系统包括锅炉或窑炉、除尘器、烟气温度调节器、光化学反应器、喷液系统以及产物后处理系统；锅炉或窑炉与除尘器的入口连接，除尘器的出口连接第一烟气温度调节器的入口，第一烟气温度调节器的出口连接光化学反应器，喷液系统通过循环泵接入光化学反应器，喷液系统中装有过硫酸铵溶液，光化学反应器的出口分为两路，一路是烟气管道，另一路是氧化产物的产物后处理系统。
2.根据权利要求1所述的一种基于光活化过硫酸铵的脱硫脱硝脱汞的系统，其特征在于：光化学反应器内设有紫外灯管和雾化喷嘴，所述的紫外灯管和雾化喷嘴间隔排列；紫外灯管中心线与光化学反应器中轴线平行布置，光化学反应器内的紫外光辐射强度为15
-150，紫外线有效波长为160nm-290nm 。
3.根据权利要求1所述的一种基于光活化过硫酸铵的脱硫脱硝脱汞的系统，其特征在于：紫外灯管采用顺列布置，紫外灯管外套有石英套管，紫外灯管的长度在30cm-200cm 之间。
4.根据权利要求1所述的一种基于光活化过硫酸铵的脱硫脱硝脱汞的系统，其特征在于：紫外灯管之间的最小间距不小于20cm ，两根紫外灯管之间中心处的紫外线辐射强度不小于15。
5.根据权利要求1所述的一种基于光活化过硫酸铵的脱硫脱硝脱汞的系统，其特征在于：光化学反应器内布设的雾化喷嘴均为实心锥形喷嘴，所述喷嘴采用陶瓷；喷嘴布置在紫外灯管之间的中间线处，喷嘴的纵向间距不大于20cm 。
6.根据权利要求1所述的一种基于光活化过硫酸铵的脱硫脱硝脱汞的系统，其特征在于：所述的光化学反应器的一路出口设有烟气管道，烟气管道与烟囱连接；烟气管道与烟囱之间设有第二烟气温度调节器和引风机。
7.根据权利要求1所述的一种基于光活化过硫酸铵的脱硫脱硝脱汞的系统，其特征在于：所述的光化学反应器的一路出口的氧化产物的产物后处理系统，包括汞分离塔和后处理塔。权 利 要 求 书CN 203899431 U
一种基于光活化过硫酸铵的脱硫脱硝脱汞的系统
技术领域
[0001] 本发明涉及烟气排放污染物的控制，尤其涉及一种基于光活化过硫酸铵脱硫脱硝脱汞系统及方法。
背景技术
[0002] 工业化生产的燃烧过程中产生的硫氧化物﹑氮氧化物以及汞能够引起酸雨﹑光化学烟雾，甚至有致癌和致畸等严重危害。因此，研发有效的烟气脱硫脱硝脱汞方法是各国环保科技人员的重要任务之一。近些年来，尽管人们开发了大量的烟气脱硫脱硝脱汞技术，但由于人类认识过程的局限性和科学技术发展的渐进性，现有的各种脱硫脱硝脱汞技术在研发当初仅针对单一污染物为脱除目标，一般无法实现烟气多污染物的同时脱除。例如，目前应用较多的烟气脱硫脱硝技术主要为湿法石灰石-石膏法烟气脱硫技术和氨选择性催化还原法。这两种方法虽然可以分别单独脱硫脱硝，但均无法在一个反应器内实现
同时脱除。两种工艺的联合叠加使用虽然可以实现同时脱硫脱硝，但同时也造成整个系统复杂，占地面积大，投资和运行成本高等不足。专利号为201010296492.5，名称为“一种基于光化学高级氧化的同时脱硫脱硝系统”，公开了一种采用紫外光激发分解过氧化氢，产生强氧化性的羟基自由基(·OH)与烟气在喷淋塔内接触后发生气液吸收反应，氧化脱除烟气中的NOx与SO2，但是没有公开脱硫脱硝的过程中同时脱汞的装置及方法。随着人类对环保要求的不断提高，针对烟气中汞排放控制的法律法规也逐渐出台，但目前还没有一种经济有效的烟气脱汞技术获得大规模商业应用。如果在现有的脱硫和脱硝系统尾部再次增加单独的烟气脱汞系统，则势必将造成整个系统的初始投资和运行费用进一步急剧增加，最终很难在发展中国家获得大规模商业应用。
[0003] 综上所述，如果能够在一个反应器内将硫氧化物﹑氮氧化物和汞实现同时脱除，则有望大大降低系统的复杂性和占地面积，进而减少系统的投资与运行费用。湿法烟气净化技术是一种传统的烟气处理技术，具有初投资小﹑工艺流程简单和易于实现多污染物同时脱除等特点，是一种具有良好开发和应用前景的烟气净化技术，但传统的湿法烟气净化技术的研究进展却一直相对缓慢，其主要原因就在于烟气氮氧化物和汞元素中分别含有90%以上难溶的NO和40-80%难溶的Hg0。由双膜理论可知，气相分子必须首先由气态经传质和扩散过程溶入液相，然后才能发生化学反应固定到吸收液中，而NO与Hg0难溶的特性使得其在液相的吸收传质阻力大大增加，仅通过调控吸收液pH和温度的方法难以显著提高NO与Hg0在液相的溶解度，这一特性造成了传统的湿法脱硫脱硝脱汞技术普遍存在脱硫效率高，但脱硝和脱
汞效率低等不足，实际上无法实现真正的同时脱硫脱硝脱汞。因此，寻能够将NO与Hg0快速转化为易溶形态的有效方法是解决该问题的关键之一。
发明内容
[0004] 本发明公开了一种基于光活化过硫酸铵的脱硫脱硝脱汞的系统及方法，利用紫外
-·)同时氧化灯发射紫外光催化分解过硫酸铵，并释放具有强氧化性的硫酸根自由基(SO
4
脱除烟气中的SO
2、NO
x
和汞。氧化产物经过产物后处理系统处理后实现资源化利用。该方
法能够同时脱除燃煤烟气多种污染物、脱除过程无二次污染，且易于用来实现老机组改造等突出优势，是一种具有广阔应用前景的新型烟气净化系统。
[0005] 为实现以上目的，本发明采用的实施方案如下：
[0006] 一种基于光活化过硫酸铵的脱硫脱硝脱汞的方法，烟气经过除尘和调温后进入设在烟道上的光化学反应器，喷液系统的过硫酸铵溶液以雾状喷入光化学反应器；光化学反应器内的紫外灯发射紫外光催化分解过硫酸铵，并释放具有强氧化性的硫酸根自由基(SO4-·)，硫酸根自由基(SO4-·)同时氧化脱除烟气中的SO2、NOx和汞。
[0007] 光化学反应器入口的烟气温度保持在20℃-75℃之间，喷入光化学反应器的溶液温度位于20℃-75℃之间；因为如果温度太高，则紫外灯会无法正常工作，且污染物在液相的脱除效率会降低。但如果温度太低，将会增加烟气冷却系统的工作负荷，造成能耗增加。光化学反应器的液气比为5L/m3-25L/m3，因为太高会造成能耗增加，反应器体积庞大，但太低则会造成脱除效率不达标。过硫酸铵的浓度太高会造成氧化剂自分解率增加，过低则会导致脱除效率下降。因此，过硫酸铵的最佳摩尔浓度在0.2mol/L-2.5mol/L之间。溶液的pH太低会造成脱除效率下降，但太高则容易与烟气中的二氧化碳发生复杂反应，故溶液的pH位一般可控制在3.0-8.0之间。
[0008] 锅炉或窑炉烟气中的二氧化硫、氮氧化物和汞的入口浓度范围分别在50ppm-2500ppm、50ppm-1000ppm和2μg/m3-200μg/m3。
[0009] 一种基于光活化过硫酸铵的脱硫脱硝脱汞的系统，所述系统包括锅炉或窑炉、除尘器、烟气温度
调节器、光化学反应器、喷液系统以及产物后处理系统；锅炉或窑炉与除尘器的入口连接，除尘器的出口连接第一烟气温度调节器的入口，第一烟气温度调节器的出口连接光化学反应器，喷液系统通过循环泵接入光化学反应器，喷液系统中装有过硫酸铵溶液光化学反应器的出口分为两路，一路是烟气管道，另一路是氧化产物的产物后处理系统。
[0010] 光化学反应器内设有紫外灯管和雾化喷嘴，所述的紫外灯管和雾化喷嘴间隔排列；紫外灯管中心线与光化学反应器中轴线平行布置，紫外灯管中心线与光化学反应器中轴线需要平行布置，以保证光化学反应器内紫外光能的充分利用，同时还可有效降低光化学反应器内流体的流动阻力。光化学反应器内的紫外光辐射强度为15μW/cm2-150μW/cm2，紫外线辐射强度太小则无法催化分解过硫酸铵释放足够量的硫酸根自由基，但辐射强度太大则会造成能耗太高。紫外线有效波长为160nm-290nm紫外线波长太长，光子能量低，无法有效分解过硫酸铵，但波长太短则紫外光穿透距离降低。因此，紫外光辐射强度和波长应当在一个合适范围内。当需要布置多根紫外灯管时，紫外灯管需采用顺列布置，以保证溶液的雾化以及紫外光的传递效果达到最佳。紫外灯管外应当套有石英套管，用于保护紫外灯管正常工作。紫外灯管的长度在30cm-200cm之间，因为灯管如果太短，则污染物缺乏足够的反应时间，太长则造成反应器体积庞大，应用成本增高。
[0011] 紫外灯管之间的最小间距不小于20cm。最大间距的确定方法是：根据现场采用紫外灯功率大小的不同，一般需要现场采用紫外线辐照计进行测量。一般需要保证两根紫外灯管之间中间线处的紫外线辐
射强度不小于15μW/cm2，以此来确定紫外灯管所允许的最大间距。
[0012] 光化学反应器内布设的雾化喷嘴均为实心锥形喷嘴，金属对过硫酸铵具有催化分解功能，且塑料制喷嘴很容易被氧化性物质降解所述喷嘴采用陶瓷或碳化硅等材料；雾化液滴粒径如果太大则导致气液接触面积太小，脱除效率较低，无法满足要求，但如果雾化液滴太小，则液滴容易随烟气逃逸出反应器，给溶液搜集和后处理造成困难。。因此，喷嘴的雾化液滴直径位于10微米-100微米之间；喷嘴布置在紫外灯管之间的中间线处，喷嘴的横向间距可由布置好的紫外灯管间距确定，而喷嘴的纵向间距一般可根据喷嘴的雾化夹角确定，一般需要至少保证两只喷嘴之间的雾化有一定的交叉覆盖，以保证具有良好的雾化覆盖率，喷嘴的纵向间距不大于20cm。
[0013] 所述的光化学反应器的一路出口设有烟气管道，烟气管道与烟囱连接；烟气管道与烟囱之间设有第二烟气温度调节器和引风机。
[0014] 所述的光化学反应器的一路出口的氧化产物的产物后处理系统，包括汞分离塔和后处理塔。
[0015] 本发明系统的反应过程原理：
[0016] 1、光活化过硫酸铵首先是释放了具有强氧化性的硫酸根自由基，具体过程可用如下的化学反应（1）表示：
[0017]
[0018] 2、产生的强氧化性的硫酸根自由基可将烟气中的SO2﹑NO x以及Hg0氧化生成
H 2SO
4
﹑HNO
3
和Hg2+混合溶液，从而达到脱除目的：
[0019]
[0020]
[0021]
[0022]
[0023]
[0024]
[0025] 2·OH+SO2→H2SO4(8)
[0026] ·OH+Hg0→HgO+H·(9)
[0027] H2O+SO3→H2SO4(10)
[0028]
[0029] 3、反应产生的Hg2+能够被添加的S2+吸收并反应生成难溶的HgS沉淀物，然后经过
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