本发明专利技术公开了一种臭氧活化过硫酸盐的烟气净化方法和装置，烟气中的臭氧与溶液中的过硫酸盐在鼓泡-喷淋两段反应器内接触后产生强氧化性的硫酸根自由基和羟基自由基氧化脱除烟气中的SO2、NOx、汞、H2S和VOCs；反应产物溶液首先进入汞分离塔除汞，除汞后的硫酸和硝酸溶液进入加氨塔，反应生成的硫酸铵和硝酸铵溶液再进入产物结晶塔，利用烟气余热利用装置蒸发结晶产生可资源化利用的农业肥料硫酸铵和硝酸铵。本发明专利技术主要采用臭氧诱导过硫酸盐产生具有极强氧化性的硫酸根和羟基双自由基，硫酸根和羟基双自由基的氧化能力在自然界仅次于氟，远远高于单一的臭氧或过硫酸盐，能够高效地同时脱除5种污染物。
【技术实现步骤摘要】
一种臭氧活化过硫酸盐的烟气净化方法和装置
本专利技术涉及燃烧过程中烟气排放污染物的控制，尤其涉及一种臭氧活化过硫酸盐 的烟气净化方法及装置。
技术介绍
燃烧产生的S02、N0X、Hg、H2S以及VOCs能够引起酸雨、光化学烟雾以及致 癌、致畸等严重危害。因此，研发有效的烟气脱硫脱硝脱汞脱VOCs脱H 2S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脱VOCs脱H2S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脱VOCs脱H 2S 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。例如专利技术专利，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，其只能进行脱硫脱硝，不能同时脱除上述五种污染物。 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。另外，随着人类对环保要求的不断提高，针对 烟气中汞、VOCs和H 2S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、脱VOCs和脱H2S技术获得大规模商业应用。例如，专利技术专利201010296492. 5和 201310683135中采用紫外光作为过氧化氢和过硫酸铵的诱导剂催化分解产生自由基，但紫 外光穿透距离极短，尤其是实际燃煤烟气中含有大量的颗粒物，会严重影响紫外光的有效 辐射距离。另外，长期使用后紫外灯表面会沉积大量的污垢，从而恶化系统的长期运行效 率，甚至有可能导致系统运行失效。 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、脱VOCs和脱H2S 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。综上所述，如果能够在一个反应器内将S0 2、N0X、Hg、VOCs 以及H2S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，是当前燃煤烟气污染控制领域和国内环保企业竞相研发的重要技术之一。
技术实现思路
本专利技术公开了一种臭氧活化过硫酸盐自由基的烟气净化方法及装置，利用臭氧活 化过硫酸盐产生强氧化性的自由基同时氧化脱除烟气中的S0 2、N0X、Hg、VOCs以及H2S。 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中的 四种污染物，设备简单可靠，且脱除过程无二次污染（产物可资源化利用）。 本专利技术方法的反应过程的基本原理如下： 1、臭氧活化过硫酸盐首先是释放了具有强氧化性的SCV ·和· 0H自由基，具体过 程可用如下的化学反应（1)表示： S2Ox2· + 〇3 + H20 ^ 2 · OH + 2SO； · -h02 (1) 2、产生的强氧化性的S04_ ·和·0Η自由基可将烟气中的S02、N0X、H2S、Hg°以 及VOCs氧化生成H 2S04、HN03和Hg2+混合溶液以及C02、H 20和02无害气体和产物，从而 达到多污染物同时的脱除目的： ?OH + NO^H' +N02 (2) SO^+NO + H2O^NO； +HSO； + H+ (3) OH + NO； NO' + -H (4) 2 · 0H+S02 - H2S04 (5) · 0H+Hg〇 - HgO+H · (6) SSO^+Hg^Hg'-1 +2S〇f (7) · OH+VOCs - C02+02+H20 (8) SO? +VOCs 4 CO: + 02 + H20 (9) S20^' + NO； ^ NO, + S〇4 · +SO^' (10) SOj +NO；^N02+SO^' (11) 3、反应产生的Hg2+能够被添加的二价硫离子（S2+)吸收并反应生成难溶的HgS沉 淀物，然后经过沉淀分离后回收利用： Hg2++S2- - HgS I (12) 4、汞元素被捕获回收以后，溶液中仅剩下硫酸铵与硝酸铵混合溶液可作为工业原 料回收利用，例如通过提纯和蒸发结晶来制取农业肥料，而VOCs的最终降解产物主要是无 害的0) 2、02和!120。该方法能够同时脱除烟气中的五种污染物，且设备简单可靠，脱除过程 无二次污染，是一种具有广阔应用前景的新型烟气净化方法及装置。 为实现以上目的和采用上述原理，本专利技术采用的实施方案及要求如下： 一种臭氧活化过硫酸盐的烟气净化方法，锅炉中的烟气通过管道进入烟气冷却器 冷却后进入鼓泡-喷淋两段反应器；烟气中的臭氧与溶液中的过硫酸盐在鼓泡-喷淋两段 反应器内接触后产生强氧化性的硫酸根自由基和羟基自由基氧化脱除烟气中的S02、NOx、 汞、H2S和VOCs ;反应产物溶液首先进入汞分离塔除汞，除汞后的硫酸和硝酸溶液进入加氨 塔，反应生成的硫酸铵和硝酸铵溶液再进入产物结晶塔，利用烟气余热利用装置蒸发结晶 产生硫酸铵和硝酸铵，硫酸铵和硝酸铵是可资源化利用的农业肥料；蒸发产生的水蒸气通 过水蒸气凝结回收装置回收后循环再利用，以节约水资源，而VOCs的最终降解产物主要是 无害的C02、02和H20。该方法能够同时脱除烟气中的五种主要污染物，且设备简单可靠， 脱除过程无二次污染。 由于臭氧在高温下极不稳定，容易自分解为02,从而造成浪费。应当在高温烟气经 过烟气冷却器降温后再注入鼓泡-喷淋两段反应器，同时，臭氧添加器位于烟气冷却器和 鼓泡-喷淋两段反应器入口之间的烟道上。由于臭氧注入距离太短，则臭氧混合时间和距 离太短，不均匀性增加，会影响整个反应效率，故臭氧添加器入口与鼓泡-喷淋两段反应器 入口之间的最佳距离Η是50-300cm。另外，所述的过硫酸盐，是指过硫酸铵、过硫酸钾、过 硫酸钠中的一种或几种的混合物。 提高温度有利于化学反应速率的提高，但温度过高会降低气体在液相的溶解度， 且温度过高会加速臭氧和过硫酸盐的自分解率。因此，进入鼓泡-喷淋两段反应器的烟气 温度不高于80°C，添液塔内的溶液温度不高于80°C。提高液气比能够增加脱除效率，但同 时也会增加泵的功耗,从而增加成本，因此，反应器的液气比为2-30L/m 3之间。过硫酸盐 和臭氧的浓度太低，脱除效率无法满足，太高则副反应增加，成本增加。因此，过硫酸盐的摩 尔浓度在0. 05-6. Omol/L之间，臭氧的体积浓度在20-2000ppm之间。溶液的pH太高会导 致过硫酸盐和臭氧加速自分解，故溶液的pH不大于10. 0。污染物入口的浓度太高无法满 足脱除环保要求。因此，来自锅炉烟气中S02、N0X、汞、H 2S和VOCs的入口浓度分别不大于 lOOOOppm，2000ppm，800 μ g/m3, 5000ppm 和 500mg/m3。 -种臭氧活化过硫酸盐的烟气净化装置，所述装置由锅炉、引风机、烟气冷却器、 臭氧添加器、鼓泡-喷淋两段反应器、隔板分布器、填液塔本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种臭氧活化过硫酸盐的烟气净化方法，其特征在于：锅炉中的烟气通过管道进入烟气冷却器冷却后进入鼓泡‑喷淋两段反应器；烟气中的臭氧与溶液中的过硫酸盐在鼓泡‑喷淋两段反应器内接触后产生强氧化性的硫酸根自由基和羟基自由基氧化脱除烟气中的SO2、NOx、汞、H2S和VOCs；反应产物溶液首先进入汞分离塔除汞，除汞后的硫酸和硝酸溶液进入加氨塔，反应生成的硫酸铵和硝酸铵溶液再进入产物结晶塔，利用烟气余热利用装置蒸发结晶产生硫酸铵和硝酸铵；蒸发产生的水蒸气通过水蒸气凝结回收装置回收后循环再利用。
【技术特征摘要】
1. 一种臭氧活化过硫酸盐的烟气净化方法，其特征在于：锅炉中的烟气通过管道进入 烟气冷却器冷却后进入鼓泡-喷淋两段反应器；烟气中的臭氧与溶液中的过硫酸盐在鼓 泡-喷淋两段反应器内接触后产生强氧化性的硫酸根自由基和羟基自由基氧化脱除烟气 中的S02、N0x、汞、H2S和VOCs ;反应产物溶液首先进入汞分离塔除汞，除汞后的硫酸和硝酸 溶液进入加氨塔，反应生成的硫酸铵和硝酸铵溶液再进入产物结晶塔，利用烟气余热利用 装置蒸发结晶产生硫酸铵和硝酸铵；蒸发产生的水蒸气通过水蒸气凝结回收装置回收后循 环再利用。2. 根据权利要求1所述的一种臭氧活化过硫酸盐的烟气净化方法，其特征在于：进入 鼓泡-喷淋两段反应器的烟气温度不高于80°C，添液塔内的溶液温度不高于80°C。3. 根据权利要求1所述的一种臭氧活化过硫酸盐的烟气净化方法，其特征在于：鼓 泡-喷淋两段反应器的液气比在2-30L/m3之间，过硫酸盐的摩尔浓度在0. 05-6. Omol/L之 间，臭氧的体积浓度在20-2000ppm之间，溶液的pH不大于10. 0。4. 根据权利要求1所述的一种臭氧活化过硫酸盐的烟气净化方法，其特征在于：来自 锅炉的烟气中S02、N0 X、汞、H2S和VOCs在鼓泡-喷淋两段反应器入口的浓度分别不大于 lOOOOppm，2000ppm，800 μ g/m3, 5000ppm 和 500mg/m3。5. -种臭氧活化过硫酸盐的烟气净化装置，其特征在于：所述装置由锅炉、引风机、烟 气冷却器、臭氧添加器、鼓泡-喷淋两段反应器、隔板分布器、填液塔、溶液循环泵、汞分离 塔、加氨塔、产物结晶塔、烟气余热利用装置以及水蒸气凝结回收装置组成；锅炉的烟道通 入烟气冷却器，然后烟气冷却器出口通过管道连接鼓泡-喷淋两段反应器；臭氧添加...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘杨先，王燕，张军，吴东波，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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