一種基于光催化氧化脫硝脫汞及深度脫硫的系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于大氣污染控制【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種基于光催化氧化脫硝脫汞及深度脫硫的系統(tǒng)及方法。本發(fā)明系統(tǒng)由鍋爐、除塵器、脫硫裝置、光催化反應(yīng)器、氨液吸收塔和煙囪順次相連構(gòu)成；本發(fā)明方法利用納米二氧化鈦催化劑在紫外光照射下產(chǎn)生的強(qiáng)氧化自由基將NO和Hg0氧化成NO2和Hg2+，并將上一級(jí)濕法脫硫后剩余的SO2氧化為SO3，通過(guò)后續(xù)的堿液吸收同時(shí)脫除。與SCR法脫硝相比，該方法不需要添加外來(lái)的氧化劑或者還原劑，避免了還原劑泄露和設(shè)備的腐蝕的問(wèn)題，并且可以將SO2的脫除效率提高至100％，實(shí)現(xiàn)煙氣多污染物綜合控制及深度脫硫的目的，該光催化氧化方法成本低，反應(yīng)條件溫和、易操作。
【專利說(shuō)明】一種基于光催化氧化脫硝脫汞及深度脫硫的系統(tǒng)及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于大氣污染控制【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種基于光催化氧化脫硝脫汞及深度脫硫的系統(tǒng)及方法。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著火電廠大氣污染物排放新標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，煙氣脫硫形勢(shì)日益嚴(yán)峻，如何采用更加經(jīng)濟(jì)、聞效的技術(shù)和工藝進(jìn)一步提聞脫硫效率是燃煤電站亟待解決的問(wèn)題。
[0003]SCR脫硝技術(shù)因其效率高、運(yùn)行方便、無(wú)副產(chǎn)品而成為電站煙氣脫硝的主流技術(shù)，但是SCR技術(shù)投資和運(yùn)行費(fèi)用較高，運(yùn)行過(guò)程中SO3的生成易導(dǎo)致設(shè)備腐蝕，且存在催化劑中毒現(xiàn)象，因此，尋求低成本、高效率、無(wú)二次污染的脫硝工藝成為新的研究目標(biāo)。
[0004]隨著汞排放標(biāo)準(zhǔn)的出臺(tái)，經(jīng)濟(jì)、高效、一體化脫除煙氣中的多種污染物控制技術(shù)和工藝成為未來(lái)發(fā)展方向。氣態(tài)單質(zhì)汞是煙氣氣相汞的主要成分，由于其揮發(fā)性強(qiáng)、水溶性低而成為燃煤煙氣脫汞的重點(diǎn)。所以，通過(guò)催化氧化將單質(zhì)汞轉(zhuǎn)化為離子汞則是多污染控制技術(shù)中的重要環(huán)節(jié)。
[0005]在眾多脫除單質(zhì)汞的氧化法中，利用T12等納米材料的特殊效應(yīng)進(jìn)行汞的脫除是當(dāng)前新興的研究領(lǐng)域，T12是當(dāng)前最有應(yīng)用潛力的一種光催化劑，以波長(zhǎng)小于385nm的光照射其表面時(shí)，激發(fā)產(chǎn)生電子-空穴對(duì)，價(jià)帶空穴和導(dǎo)帶電子分別是良好的氧化劑和還原劑，能夠與H2O和O2反應(yīng)生成強(qiáng)氧化性羥基自由基，可將許多有機(jī)和無(wú)機(jī)污染物氧化去除。其反應(yīng)條件溫和，光催化活性好，耐光腐蝕能力強(qiáng)，可再生循環(huán)利用，在環(huán)保領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。
[0006]基于上述分析，若能利用光催化氧化的方法將煙氣中的單質(zhì)汞和NO氧化，并將濕法脫硫后煙氣中少量的SO2進(jìn)一步氧化后一并脫除，則是一種深度脫硫及煙氣多污染物控制技術(shù)的理想途徑。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)不足，本發(fā)明提供了一種基于光催化氧化脫硝脫汞及深度脫硫的系統(tǒng)及方法。
[0008]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)措施及步驟如下:
[0009](I)在煙氣濕法脫硫后設(shè)置光催化反應(yīng)器，光催化反應(yīng)器中裝有紫外燈及負(fù)載型納米光催化劑，光催化反應(yīng)最佳溫度為50°C?60°C。
[0010](2)在紫外光照射下，負(fù)載型納米光催化劑及煙氣組分02、H2O共同作用產(chǎn)生強(qiáng)氧化性自由基將NO、Hg0和煙氣中剩余的SO2氧化。
[0011](3)經(jīng)過(guò)光催化氧化處理后的煙氣通入堿吸收液，氧化產(chǎn)物N02、Hg2+和SO3經(jīng)堿液吸收脫除，實(shí)現(xiàn)資源化及煙氣多污染同時(shí)脫除。
[0012](4)光催化氧化NO的脫除效率可達(dá)90%，Hg0在催化劑和紫外燈的照射的共同作用下脫除效率達(dá)100%，SO2在催化氧化和溶解吸收的共同作用下脫除效率達(dá)100%。
[0013]一種基于光催化氧化脫硝脫汞及深度脫硫的方法，包括以下步驟:
[0014](I)在除塵和濕法脫硫后的煙道內(nèi)設(shè)置光催化反應(yīng)器，所述光催化反應(yīng)器中設(shè)置紫外燈和促進(jìn)NO、Hg0氧化的負(fù)載型納米光催化劑；
[0015](2)煙氣經(jīng)除塵、脫硫后進(jìn)入所述光催化反應(yīng)器，在紫外光照射和催化劑作用下NO、Hg0被.0H、.02-超氧自由基及O2氧化為N02、Hg2+，經(jīng)過(guò)脫硫的煙氣中剩余的少量SO2進(jìn)一步被氧化為SO3，完成深度脫硫過(guò)程；經(jīng)過(guò)前期脫硫和光催化氧化脫硫兩個(gè)過(guò)程，脫硫效率達(dá)到100%。
[0016](3)在光催化反應(yīng)器中完成氧化過(guò)程的煙氣通入氨液吸收塔中，將氧化產(chǎn)物N02和SO2轉(zhuǎn)化為硝酸銨和硫酸銨肥料資源化利用，Hg2+被溶解固定，潔凈煙氣排放至大氣。
[0017]所述光催化反應(yīng)器中，紫外燈的功率為40W?100W，波長(zhǎng)為254.7nm?365nm，光照強(qiáng)度不低于10mW/cm2。
[0018]所述負(fù)載型納米光催化劑的載體為石英纖維布，不同元素?fù)诫s的納米T12催化劑負(fù)載于石英纖維布載體表面，構(gòu)成所述負(fù)載型納米光催化劑。
[0019]所述石英纖維布的紫外光透過(guò)率在99%以上。
[0020]所述納米T12催化劑的摻雜元素包括金屬元素Fe、Mn、Pt，和非金屬元素N、C等。
[0021]所述光催化反應(yīng)器的反應(yīng)溫度為50°C?170°C，優(yōu)選為50°C?60°C ;煙氣總流量在0.1OmVh?0.30m3/h范圍內(nèi)，其中氧氣體積分?jǐn)?shù)為4%?8%，水蒸氣體積分?jǐn)?shù)為3%?8 %，所述深度脫硫?yàn)榻?jīng)過(guò)濕法脫硫和光催化氧化脫硫兩個(gè)過(guò)程，脫硫效率為100 %。
[0022]所述氨液吸收塔中氨噴入量以濕法脫硫剩余未脫除的SO2 (按濕法脫硫效率95%計(jì)算)及全部NOx當(dāng)量計(jì)算噴入當(dāng)量氨液量。
[0023]一種基于光催化氧化脫硝脫汞及深度脫硫的系統(tǒng)，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下:
[0024]所述系統(tǒng)中，鍋爐、除塵器、脫硫裝置、光催化反應(yīng)器、氨液吸收塔和煙囪順次相連。
[0025]所述光催化反應(yīng)器中設(shè)置紫外燈。
[0026]所述光催化反應(yīng)器為環(huán)形聚光式反應(yīng)器。
[0027]本發(fā)明的有益效果為:
[0028]本發(fā)明系統(tǒng)及方法利用納米二氧化鈦催化劑在紫外光照射下產(chǎn)生的強(qiáng)氧化自由基將NO和Hg°氧化成NO2和Hg2+，并將上一級(jí)濕法脫硫后剩余的SO2氧化為SO3,通過(guò)后續(xù)的堿液吸收同時(shí)脫除。與SCR法脫硝相比，該方法不需要添加外來(lái)的氧化劑或者還原劑，避免了還原劑泄露和設(shè)備的腐蝕的問(wèn)題，并且可以將SO2的脫除效率提高至100%，實(shí)現(xiàn)煙氣多污染物綜合控制及深度脫硫的目的。本發(fā)明可用于煙氣同時(shí)脫硝、脫汞及深度脫硫。本發(fā)明所涉及的光催化反應(yīng)的最佳溫度為50?60°C，反應(yīng)條件溫和、能耗低、易操作、無(wú)污染，且可實(shí)現(xiàn)廢物資源化利用。所涉及的納米催化劑效率高、成本低、可再生利用。本發(fā)明所涉及的煙氣脫硫、脫硝、脫汞系統(tǒng)整體經(jīng)濟(jì)效益好、安全性能高，是一項(xiàng)符合國(guó)家低碳循環(huán)經(jīng)濟(jì)的綠色工藝。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0029]圖1為本發(fā)明一種基于光催化氧化脫硝脫汞及深度脫硫的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖中標(biāo)號(hào):1-鍋爐、2-除塵器、3-脫硫裝置、4-光催化反應(yīng)器、5-氨液吸收塔、 6-煙囪。

【具體實(shí)施方式】
[0031]本發(fā)明提供了一種基于光催化氧化脫硝脫汞及深度脫硫的系統(tǒng)及方法，下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0032]如圖1所示，一種基于光催化氧化脫硝脫汞及深度脫硫的系統(tǒng)，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下:
[0033]所述系統(tǒng)中，鍋爐1、除塵器2、脫硫裝置3、光催化反應(yīng)器4、氨液吸收塔5和煙囪6順次相連。
[0034]所述光催化反應(yīng)器4中設(shè)置紫外燈。
[0035]所述光催化反應(yīng)器4為環(huán)形聚光式反應(yīng)器。
[0036]實(shí)施例1
[0037]采用環(huán)形聚光式反應(yīng)器，在環(huán)形聚光式反應(yīng)器內(nèi)安裝波長(zhǎng)為254.7nm、光照強(qiáng)度為40W的紫外燈，將負(fù)載型納米光催化劑填充于環(huán)形聚光式反應(yīng)器內(nèi)，煙氣總流量為0.128m3/h，煙氣流速為2m/s，待處理的煙氣經(jīng)除塵和脫硫后SO2濃度為200mg/m3，NO濃度為800mg/m3，Hg°濃度為0.lmg/m3，水蒸氣含量為30000ppmv，氧氣體積分?jǐn)?shù)為4%，光催化反應(yīng)溫度為600C。煙氣經(jīng)過(guò)環(huán)形聚光式反應(yīng)器后，N0、Hg°和SO2在紫外光照射催化條件下被超氧化自由基02_、.0H等活性物質(zhì)氧化，其中NO氧化效率為80%，經(jīng)堿液吸收后脫硝效率達(dá)到90%，紫外光照本身可以氧化Hg°，輔以光催化氧化后其氧化效率達(dá)到90 %，經(jīng)堿液吸收后達(dá)到100%的脫汞效率。SO2經(jīng)過(guò)濕法脫硫后濃度顯著降低，剩余部分再經(jīng)過(guò)光催化氧化后生成SO3,被堿液吸收后其脫硫效率為100 %。
[0038]實(shí)施例2
[0039]采用環(huán)形聚光式反應(yīng)器，在環(huán)形聚光式反應(yīng)器內(nèi)安裝波長(zhǎng)為300nm、光照強(qiáng)度為60W的紫外燈，將負(fù)載型納米光催化劑填充于環(huán)形聚光式反應(yīng)器內(nèi)，煙氣總流量為0.128m3/h,煙氣流速為2m/s，待處理的煙氣經(jīng)除塵和脫硫后SO2濃度為300mg/m3，NO濃度為1200mg/m3，Hg°濃度為0.15mg/m3，水蒸氣含量為50000ppmv，氧氣體積分?jǐn)?shù)為8 %，光催化反應(yīng)溫度為170°C。煙氣經(jīng)過(guò)環(huán)形聚光式反應(yīng)器后，NO、Hg0和SO2在紫外光照射催化條件下被超氧化自由基02_、.0H等活性物質(zhì)氧化，其中NO氧化效率為75%，經(jīng)堿液吸收后脫硝效率達(dá)到80 %，紫外光照本身可以氧化Hg°，輔以光催化氧化后其氧化效率達(dá)到90 %，經(jīng)堿液吸收后達(dá)到100%的脫汞效率。SO2經(jīng)過(guò)濕法脫硫后濃度顯著降低，剩余部分再經(jīng)過(guò)光催化氧化后生成SO3，被堿液吸收后其脫硫效率為100%。
[0040]實(shí)施例3
[0041]采用環(huán)形聚光式反應(yīng)器，在環(huán)形聚光式反應(yīng)器內(nèi)安裝波長(zhǎng)為285nm、光照強(qiáng)度為80W的紫外燈，將負(fù)載型納米光催化劑填充于環(huán)形聚光式反應(yīng)器內(nèi)，煙氣總流量為0.128m3/h,煙氣流速為2m/s，待處理的煙氣經(jīng)除塵和脫硫后SO2濃度為500mg/m3，NO濃度為1600mg/m3，Hg°濃度為0.lmg/m3，水蒸氣含量為80000ppmv，氧氣體積分?jǐn)?shù)為4 %，光催化反應(yīng)溫度為130°C。煙氣經(jīng)過(guò)環(huán)形聚光式反應(yīng)器后，NO、Hgtl和SO2在紫外光照射催化條件下被超氧化自由基02_、.0H等活性物質(zhì)氧化，其中NO氧化效率為75%，經(jīng)堿液吸收后脫硝效率達(dá)到80 %，紫外光照本身可以氧化Hg°，輔以光催化氧化后其氧化效率達(dá)到90 %，經(jīng)堿液吸收后達(dá)到100%的脫汞效率。SO2經(jīng)過(guò)濕法脫硫后濃度顯著降低，剩余部分再經(jīng)過(guò)光催化氧化后生成SO3，被堿液吸收后其脫硫效率為100%。
【權(quán)利要求】
1.一種基于光催化氧化脫硝脫汞及深度脫硫的方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)在除塵和濕法脫硫后的煙道內(nèi)設(shè)置光催化反應(yīng)器，所述光催化反應(yīng)器中設(shè)置紫外燈和促進(jìn)NO、Hg0氧化的負(fù)載型納米光催化劑； (2)煙氣經(jīng)除塵、脫硫后進(jìn)入所述光催化反應(yīng)器，在紫外光照射和催化劑作用下NO、Hg°被.0H、.02_超氧自由基及O2氧化為N02、Hg2+，經(jīng)過(guò)脫硫的煙氣中剩余的少量SO2進(jìn)一步被氧化為SO3，完成深度脫硫過(guò)程； (3)在光催化反應(yīng)器中完成氧化過(guò)程的煙氣通入氨液吸收塔中，將氧化產(chǎn)物NO2和SO2轉(zhuǎn)化為硝酸銨和硫酸銨肥料資源化利用，Hg2+被溶解固定，潔凈煙氣排放至大氣。
2.根據(jù)權(quán)利I所述一種基于光催化氧化脫硝脫汞及深度脫硫的方法，其特征在于:所述光催化反應(yīng)器中，紫外燈的功率為40W?100W，波長(zhǎng)為254.7nm?365nm，光照強(qiáng)度不低于 10mW/cm2。
3.根據(jù)權(quán)利I所述一種基于光催化氧化脫硝脫汞及深度脫硫的方法，其特征在于:所述負(fù)載型納米光催化劑的載體為石英纖維布，不同元素?fù)诫s的納米T12催化劑負(fù)載于石英纖維布載體表面，構(gòu)成所述負(fù)載型納米光催化劑。
4.根據(jù)權(quán)利3所述一種基于光催化氧化脫硝脫汞及深度脫硫的方法，其特征在于:所述石英纖維布的紫外光透過(guò)率在99%以上。
5.根據(jù)權(quán)利3所述一種基于光催化氧化脫硝脫汞及深度脫硫的方法，其特征在于:所述納米T12催化劑的摻雜元素包括金屬元素Fe、Mn、Pt，和非金屬元素N、C。
6.根據(jù)權(quán)利I所述一種基于光催化氧化脫硝脫汞及深度脫硫的方法，其特征在于:所述光催化反應(yīng)器的反應(yīng)溫度為50°C?170°C，煙氣總流量在0.1OmVh?0.30m3/h范圍內(nèi)，其中氧氣體積分?jǐn)?shù)為4%?8%，水蒸氣體積分?jǐn)?shù)為3%?8%。
7.根據(jù)權(quán)利I所述一種基于光催化氧化脫硝脫汞及深度脫硫的方法，其特征在于:所述氨液吸收塔中氨噴入量以濕法脫硫剩余未脫除的SO2及全部NOx當(dāng)量計(jì)算噴入當(dāng)量氨液量。
8.一種基于光催化氧化脫硝脫汞及深度脫硫的系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下: 所述系統(tǒng)中，鍋爐(I)、除塵器(2)、脫硫裝置(3)、光催化反應(yīng)器(4)、氨液吸收塔(5)和煙囪(6)順次相連。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種基于光催化氧化脫硝脫汞及深度脫硫的系統(tǒng)，其特征在于:所述光催化反應(yīng)器(4)中設(shè)置紫外燈。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種基于光催化氧化脫硝脫汞及深度脫硫的系統(tǒng)，其特征在于:所述光催化反應(yīng)器(4)為環(huán)形聚光式反應(yīng)器。
【文檔編號(hào)】B01D53/75GK104147909SQ201410384222
【公開(kāi)日】2014年11月19日 申請(qǐng)日期:2014年8月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月6日
【發(fā)明者】趙莉, 李本善, 何青松, 陸強(qiáng), 董長(zhǎng)青 申請(qǐng)人:華北電力大學(xué)