所屬技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種煙氣催化吸附協(xié)同脫汞裝置及其方法，屬于電廠、金屬冶煉、水泥、化工、石油煉制等領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

能源的燃燒利用過程中會(huì)產(chǎn)生sox、nox、粉塵、汞等諸多大氣污染物，其中汞作為重金屬污染物，對(duì)環(huán)境和人體健康產(chǎn)生重大危害。燃煤電廠、燃煤工業(yè)鍋爐、有色金屬冶煉、水泥行業(yè)是在我國(guó)主要的汞排放源，占整個(gè)行業(yè)汞排放的80％以上。

由于我國(guó)的煤中氯含量低，煤燃燒過程中汞絕大部分都以氣態(tài)元素汞(hg⁰)的形式進(jìn)入煙氣中；隨著煙氣的冷卻，部分hg⁰同其他燃燒產(chǎn)物相互作用，一部分轉(zhuǎn)化成氣態(tài)氧化汞(hg²⁺)和顆粒態(tài)汞(hg^p)。目前，我國(guó)關(guān)于煙氣汞控制方面還沒有單獨(dú)的汞控制裝置，大部分利用現(xiàn)有的脫硝、除塵、脫硫設(shè)備進(jìn)行污染物協(xié)同控制，但其整體脫汞效率較低。

近幾年，國(guó)內(nèi)外關(guān)于煙氣汞控制方面進(jìn)行了大量研究，其主要的技術(shù)可分為兩種，一種是汞的氧化吸收技術(shù)，該技術(shù)是通過在煙氣中加入各類催化劑或氧化劑，加強(qiáng)hg⁰在煙氣中向hg²⁺的轉(zhuǎn)化，再利用吸收裝置把汞從煙氣中去除，其中研究的汞氧化催化劑主要集中在scr催化劑、炭基催化劑和金屬/金屬氧化物催化劑。比如中國(guó)專利cn102527205a(2012)公開了一種基于低溫催化氧化的煙氣脫汞方法，催化劑選用pt-mn/tio2-zro2，在100～200℃范圍內(nèi)利用催化劑汞氧化結(jié)合堿液吸收的方法進(jìn)行脫汞；另一方面是汞的吸附技術(shù)，主要是利用吸附劑吸附煙氣中的hg²⁺和hg^p，再利用除塵設(shè)備把汞從煙氣中去除，比如中國(guó)專利cn103223290a(2013)公開了一種煙氣除汞的煙氣調(diào)質(zhì)劑及其凈化方法，調(diào)制劑選用溴化銨，利用煙氣自身溫度對(duì)煙氣調(diào)質(zhì)劑實(shí)施活化，活化的煙氣調(diào)質(zhì)劑對(duì)汞的氧化、吸附同時(shí)進(jìn)行，再利用系統(tǒng)已有的煙氣凈化設(shè)備實(shí)現(xiàn)煙氣脫汞。

然而，在常用的scr催化劑表面，nh3和hg在活性中心位存在競(jìng)爭(zhēng)吸附，nh3的吸附往往占優(yōu)，對(duì)hg的吸附起抑制作用，而且這些催化劑氧化汞時(shí)對(duì)煙氣中氯含量依賴很大，煙氣中無氯或少氯時(shí)這些催化劑汞氧化能力明顯降低，而煙氣汞中hg⁰相比hg²⁺也更難轉(zhuǎn)化為hg^p，這些都限制著后續(xù)除塵裝置和濕法吸收裝置協(xié)同脫汞的能力。

目前在商業(yè)應(yīng)用的脫汞技術(shù)主要是氧化吸收或吸附等單一技術(shù)，如果有效的結(jié)合這兩種技術(shù)，不僅在進(jìn)一步挖掘汞的協(xié)同脫除潛力，而且更有效地控制技術(shù)成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種煙氣催化吸附協(xié)同脫汞裝置，包括依次連接的鍋爐，脫硝反應(yīng)器，空氣預(yù)熱器，除塵裝置，吸收裝置和煙囪，其特征在于，還包括吸附劑噴射裝置，脫汞催化劑層、脫硝催化劑層、噴氨格柵；所述脫硝反應(yīng)器進(jìn)口與鍋爐的排煙口連接，空氣預(yù)熱器煙氣側(cè)進(jìn)口與脫硝反應(yīng)器出口連接，空氣預(yù)熱器煙氣側(cè)出口與除塵裝置進(jìn)口連接，吸附劑噴射裝置位于空氣預(yù)熱器下游與除塵裝置上游煙道之間；所述脫汞催化劑層、脫硝催化劑層與噴氨格柵設(shè)置在空氣預(yù)熱器上游的脫硝反應(yīng)器內(nèi)，所述的脫汞催化劑層位于脫硝噴氨格柵上游或/和煙氣脫硝催化劑層下游。

進(jìn)一步的，所述除塵裝置為靜電除塵器、袋式除塵器或者電袋除塵器。

進(jìn)一步的，所述吸收裝置采用濕法吸收裝置或其他吸收裝置，其吸收液采用常規(guī)堿液。

進(jìn)一步的，所述吸收裝置采用填料塔、鼓泡塔、板塔或旋流板塔。

一種煙氣催化吸附協(xié)同脫汞方法，采用脫汞催化劑和煙道噴射吸附劑協(xié)同技術(shù)進(jìn)行脫汞；

(一)空氣經(jīng)空氣預(yù)熱器與煙氣換熱進(jìn)入鍋爐助燃，燃料燃燒產(chǎn)生的煙氣通過脫汞催化劑層時(shí)煙氣中的汞發(fā)生催化氧化反應(yīng)，使hg0轉(zhuǎn)化成氧化態(tài)汞；

(二)經(jīng)過汞催化氧化后的煙氣由空氣預(yù)熱器的煙氣側(cè)出口排出，排往除塵裝置，在除塵裝置的上游，煙氣與吸附劑噴射裝置噴射的吸附劑混合均勻，隨后吸附有汞的吸附劑隨煙氣進(jìn)入除塵裝置，并在除塵裝置中將吸附劑脫除；

(三)處理后的煙氣排往吸收裝置，在吸收裝置中將煙氣中殘余的汞吸收后，煙氣經(jīng)由煙囪并排出。

進(jìn)一步的，所述的脫汞催化劑層布置在噴氨格柵上游，或布置在脫硝催化劑層下游，或同時(shí)布置在噴氨格柵上游和脫硝催化劑層下游。

進(jìn)一步的，所述的脫汞催化劑層中所包括的脫汞催化劑以al2o3或tio2為載體，該脫汞催化劑主要活性組分為mn或co氧化物或mn-co混合氧化物。

進(jìn)一步的，所述的脫汞催化劑中mn的負(fù)載量為1.0％～10％，co的負(fù)載量1.0wt％～10wt％，mn與co的摩爾比為0.5～2.0。

進(jìn)一步的，所述的脫汞催化劑層設(shè)置在煙道中。

進(jìn)一步的，所述的脫汞催化劑層所在的煙道溫度范圍為300～380℃。

進(jìn)一步的，所述的催化氧化反應(yīng)在5000～15000h-1的空速下進(jìn)行；

進(jìn)一步的，所述的吸附劑為活性炭或載br的改性活性炭。

進(jìn)一步的，所述的吸附劑的噴射量與煙氣中汞的質(zhì)量比為1000～5000：1。

本發(fā)明的目的是提供一種煙氣催化吸附協(xié)同脫汞方法及裝置，該方法采用脫汞催化劑，在脫汞催化劑作用下促進(jìn)hg向hg²⁺的轉(zhuǎn)化，同時(shí)在煙道噴射吸附劑，最大限度提高系統(tǒng)脫汞率。本發(fā)明的脫汞催化劑反應(yīng)溫度窗口較寬，在低氯條件下也具有較好的脫汞能力，而且煙氣中nox和so2的存在條件下也有良好的汞氧化能力。

本發(fā)明提供的煙氣催化吸附協(xié)同脫汞方法把協(xié)同脫汞作用最大化，且利用現(xiàn)成的污染物脫除設(shè)備，因此具有工藝簡(jiǎn)單，操作方便，脫汞效率高，成本低等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明可用于鍋爐煙氣脫汞外，還可以用于金屬冶煉、水泥、化工、石油煉制等行業(yè)的煙氣脫汞。

附圖說明

附圖1是本發(fā)明的一種煙氣催化吸附協(xié)同脫汞方法示意圖；

附圖2是本發(fā)明的一種脫汞催化劑層布置方式下煙氣催化吸附協(xié)同脫汞方法示意圖；

附圖3是本發(fā)明的另一種脫汞催化劑布置方式下煙氣催化吸附協(xié)同脫汞方法示意圖。

附圖標(biāo)號(hào)說明：

1—鍋爐、2—脫硝反應(yīng)器、3—空氣預(yù)熱器、4—吸附劑噴射裝置、5—除塵裝置、6—吸收裝置、7—煙囪、8—脫汞催化劑層、9—脫硝催化劑層、10—脫硝噴氨格柵。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。該實(shí)施例用于說明本發(fā)明而不限于本發(fā)明的范圍。

本發(fā)明的煙氣催化吸附協(xié)同脫汞方法通過以下技術(shù)實(shí)施：

脫汞催化劑層8布置在脫硝噴氨格柵10上游或(和)煙氣脫硝催化劑層9下游，有效避開nh3對(duì)hg的競(jìng)爭(zhēng)吸附，最大限度的發(fā)揮汞催化潛力，同時(shí)又保證催化劑最適溫度窗口。

如附圖1所示的一種煙氣催化吸附協(xié)同脫汞裝置，由鍋爐1、脫硝反應(yīng)器2、空氣預(yù)熱器3、吸附劑噴射4、除塵裝置5、吸收裝置6、煙囪7、脫汞催化劑層8、脫硝催化劑層9、脫硝噴氨格柵10等構(gòu)成。脫硝反應(yīng)器2進(jìn)口與鍋爐1的排煙口連接，空氣預(yù)熱器3煙氣側(cè)進(jìn)口與脫硝反應(yīng)器2出口連接，空氣預(yù)熱器3煙氣側(cè)出口與除塵裝置5進(jìn)口連接，吸附劑噴射4位置位于空氣預(yù)熱器3下游與除塵裝置5上游煙道之間，除塵裝置5、吸收裝置6和煙囪7依次由煙道連接。

脫汞催化劑層8設(shè)置在噴氨格柵10上游煙道或脫硝催化劑層9下游，并位于溫度窗口200～400℃范圍內(nèi)。所述的脫汞催化劑采用浸法法、沉淀沉積法、水熱法或溶膠-凝膠法制備。所述的脫汞催化劑以al2o3或tio2為載體，主要活性組分為mn或co氧化物的一種或mn-co混合氧化物。所述的脫汞催化劑中mn的負(fù)載量為1.0wt％～10wt％，co的負(fù)載量1.0wt％～10wt％，mn與co的摩爾比為0.5～2.0。脫汞催化劑設(shè)置在溫度窗口在300～380℃范位的煙道；脫汞催化劑上發(fā)生的催化氧化反應(yīng)在5000～15000h^-1的空速下進(jìn)行；

除塵裝置5采用靜電除塵器、袋式除塵器、電袋除塵器的一種，

吸收裝置6是濕法吸收器或其他吸收器，其吸收液采用常規(guī)堿液，吸收裝置6可以是填料塔、鼓泡塔、板塔或旋流板塔等，本發(fā)明涉及一種煙氣催化吸附協(xié)同脫汞方法，采用脫汞催化劑和煙道噴射吸附劑協(xié)同技術(shù)進(jìn)行脫汞；

(一)煙氣通過脫汞催化劑層8時(shí)煙氣中的汞發(fā)生催化氧化反應(yīng)，使hg⁰轉(zhuǎn)化成氧化態(tài)汞；

(二)經(jīng)過汞催化氧化后的煙氣由空氣預(yù)熱器3的煙氣側(cè)出口排出，排往除塵裝置5，在除塵裝置5的上游，煙氣與吸附劑噴射裝置4噴射的吸附劑混合均勻，從而使煙氣中汞與噴射進(jìn)入煙氣的吸附劑充分混勻、反應(yīng)吸附，被吸附劑吸附的汞在除塵裝置5隨顆粒物一并脫除，未被吸附的汞在吸收裝置6中被進(jìn)一步吸收，從而高效脫除煙氣中的汞。吸附劑為活性炭或載br的改性活性炭，吸附劑噴射量與煙氣中汞的質(zhì)量比為1000～5000：1。

(三)處理后的煙氣排往吸收裝置6，在吸收裝置6中將煙氣中殘余的汞吸收后，煙氣經(jīng)由煙囪7并排出。

如附圖1-3所示，本發(fā)明在除塵裝置5、吸收裝置6等煙氣凈化系統(tǒng)的基礎(chǔ)上實(shí)施煙氣脫汞，除塵裝置5的作用是將吸附汞的吸附劑粉末捕集；吸收裝置6的作用是吸收煙氣中殘余可溶的hg²⁺。

基準(zhǔn)情況

待處理煙氣so2濃度800ppm，no濃度300ppm，hg⁰濃度25～30μg/m³,hc1濃度30ppm，反應(yīng)溫度340℃，不設(shè)置脫汞催化劑、不噴射吸附劑。在此基準(zhǔn)條件下，煙氣經(jīng)過脫硝反應(yīng)器、除塵裝置、吸收裝置后的系統(tǒng)脫汞效率不超過45％。

實(shí)施例1mnox/al2o3催化脫汞

如附圖2所示，在噴氨格柵10上游煙道裝填浸漬法與溶膠-凝膠法相結(jié)合制得的mnox/al2o3脫汞催化劑，其中mnox負(fù)載量為10wt％，脫汞催化劑反應(yīng)空速15000h^-1，hc1濃度20ppm，反應(yīng)溫度300℃，其余條件與基準(zhǔn)情況相同，結(jié)果系統(tǒng)脫汞率達(dá)到90％；其次如附圖3所示，把mnox/al2o3脫汞催化劑裝填到脫硝催化劑層9下游，其中mnox負(fù)載量為1wt％，脫汞催化劑反應(yīng)空速5000h^-1，hc1濃度20ppm，反應(yīng)溫度380℃，其余條件與實(shí)施例1相同，結(jié)果系統(tǒng)脫汞率達(dá)到85％。

實(shí)施例2coox/tio2催化脫汞

如附圖2所示，噴氨格柵10上游煙道裝填浸漬法制得的coox/tio2脫汞催化劑，其中coox負(fù)載量為5wt％，反應(yīng)空速10000h^-1，hc1濃度20ppm，反應(yīng)溫度320℃，其余條件與基準(zhǔn)情況相同，結(jié)果系統(tǒng)脫汞率達(dá)到87％。

實(shí)施例3mnox/al2o3催化吸附協(xié)同脫汞

如附圖2所示，噴氨格柵10上游煙道裝填浸漬法與溶膠-凝膠法相結(jié)合制得的mnox/al2o3脫汞催化劑，其中mnox負(fù)載量為5wt％，反應(yīng)空速10000h^-1，hc1濃度20ppm，反應(yīng)溫度320℃，吸附劑分別采用活性炭和載br改性活性炭，性炭噴射量以活性炭：煙氣中總汞重量比5000:1來確定，改性活性炭噴射量以改性活性炭：煙氣中總汞重量比1000:1來確定，其余條件與基準(zhǔn)情況相同。結(jié)果系統(tǒng)脫汞率分別達(dá)到91.5％、92％。

實(shí)施例4mn-co-ox/al2o3催化吸附協(xié)同脫汞

如附圖2所示，噴氨格柵10上游煙道裝填浸漬法與溶膠-凝膠法相結(jié)合制得的mn-co-ox/al2o3脫汞催化劑，其中mn-co-ox負(fù)載量為5wt％，mn和co的摩爾比分別為0.5:1、2:1，反應(yīng)空速10000h^-1，hc1濃度20ppm，反應(yīng)溫度320℃，吸附劑采用載br改性活性炭，改性活性炭噴射量以改性活性炭：煙氣中總汞重量比1000:1來確定，其余條件與基準(zhǔn)情況相同。結(jié)果系統(tǒng)脫汞率分別達(dá)到93％、94％。

本發(fā)明提供的煙氣催化吸附協(xié)同脫汞方法把協(xié)同脫汞作用最大化，且利用現(xiàn)成的污染物脫除設(shè)備，因此具有工藝簡(jiǎn)單，操作方便，脫汞效率高，成本低等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明可用于鍋爐煙氣脫汞外，還可以用于金屬冶煉、水泥、化工、石油煉制等行業(yè)的煙氣脫汞。