一种光辐射臭氧/双氧水同时脱硫脱硝脱汞方法技术

本发明专利技术涉及一种光辐射臭氧/双氧水同时脱硫脱硝脱汞方法，所述的方法是采用紫外光联合臭氧/双氧水产生强氧化性的羟基自由基在撞击床中氧化脱除SO2﹑NOx和Hg0。来自锅炉的部分烟气与部分臭氧/双氧水混合后由撞击器喷入撞击床，另一部分烟气与另一部分臭氧/双氧水混合后由同轴对向布置的撞击器喷入撞击床，两股气流在撞击床内发生撞击混合。紫外光辐射分解臭氧/双氧水产生强氧化性的羟基自由基氧化SO2﹑NOx和Hg0生成可资源化利用的二价汞﹑硫酸和硝酸。该系统能够实现硫﹑氮﹑汞一体化脱除，且没有二次污染，具有广阔的市场应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种光辐射臭氧/双氧水同时脱硫脱硝脱汞方法
本专利技术涉及大气环保的污染物控制
，具体涉及一种光辐射臭氧/双氧水同时脱硫脱硝脱汞的方法。
技术介绍
燃烧过程中产生的SO2﹑NOx以及Hg能够引起酸雨﹑光化学烟雾和致癌等严重的大气污染问题，危害人类健康和生态平衡。在过去的几十年，尽管人们开发了大量的烟气脱硫脱硝脱汞技术，但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，无法实现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石灰石-石膏湿法烟气脱硫技术和氨选择性催化还原法。这两种方法虽可以单独脱硫脱硝，但无法在一个反应器内实现同时脱除。两种工艺叠加使用虽然可以实现同时脱硫脱硝，但造成整个系统复杂，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投资和运行费用进一步增加，最终很难以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SO2﹑NOx﹑Hg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。因此，开发经济有效的硫/氮/汞同时脱除技术是该领域当前的热点问题。
技术实现思路
本专利技术涉及一种光辐射臭氧/双氧水同时脱硫脱硝脱汞系统，所述的系统是采用紫外光联合臭氧/双氧水产生强氧化性的羟基自由基在撞击床中氧化脱除SO2﹑NOx和Hg0。本专利技术所提供的方法基于的原理及反应过程：1、由图1所示，采用电子自旋共振(ESR)光普仪可测定到反应系统中产生了羟基自由基。因此，该系统首先是释放了具有强氧化性的羟基自由基，具体过程可用如下的化学反应(1)-(5)表示：H2O2+UV→2·OH(1)O3+UV→·O+O2(2)H2O2→HO-2+H+(3)O3+HO-2→·OH+O-2+O2(4)·O+H2O2→·OH+HO2·(5)2、产生的强氧化性的羟基自由基可将烟气中的SO2﹑NOx和Hg0氧化生成二价汞﹑硫酸和硝酸混合溶液。具体过程可用如下反应(6)-(8)表示：a·OH+bSO2→cH2SO4+otherproducts(6)a·OH+bNO→cHNO3+otherproducts(7)a·OH+bHg0→cHgO+otherproducts(8)3、氧化产生的二价汞﹑硫酸和硝酸在尾部的产物后处理系统中被分离回收。例如，二价汞可先通过添加二价硫离子反应产生硫化汞沉淀物分离回收，而剩余的硫酸和硝酸混合溶液可通过添加铵生成硫酸铵和硝酸铵农业肥料。该系统能够实现硫﹑氮﹑汞一体化脱除，且反应产物可资源化利用，具有广阔的市场应用前景。为实现以上目的，本专利技术采用的实施方案如下：一种光辐射臭氧/双氧水同时脱硫脱硝脱汞方法，排放的烟气经过除尘器除尘后进入降温器。紫外光联合臭氧/双氧水产生强氧化性的羟基自由基在撞击床中氧化脱除SO2﹑NOx和Hg0，二价汞﹑硫酸和硝酸。由于撞击床的烟气入口温度过高会导致臭氧和双氧水发生提前自分解浪费昂贵的氧化剂，但如果温度太低又将导致化学反应速率降低，进而影响脱除效率。专利技术人的研究发现，烟气至撞击床的最佳入口温度为30-75℃。液气比过低，污染物的脱除效率太低，无法满足环保要求，但液气比设置的太高，循环泵的功率过大会导致系统的能耗大大增加。专利技术人经过系统的实验和理论研究发现，最佳液气比为0.2-3.5L/m3。经过降温的烟气与臭氧、双氧水混合后形成气液混合物。臭氧、双氧水浓度太低无法释放充足的自由基氧化脱除污染物，但一次投放太高浓度的臭氧、双氧水会导致额外的自分解和副反应，自分解会导致臭氧、双氧水氧化剂消耗严重，增加运行成本，副反应会导致反应产物中产生各种有害成分，影响最终产物的循环利用。经过专利技术人的实验和检测分析后发现，臭氧的最佳入口浓度为20ppm-500ppm，双氧水的最佳投入浓度为0.2mol/L-2.5mol/L之间。气液混合物分别由同轴对向布置的撞击器喷入撞击床，两股气流在撞击床内发生撞击混合。专利技术人的研究发现，当所述两股雾化的气液混合物的撞击平衡点位于撞击床的垂直中心线上时，反应器内气液混合物可达到最佳的撞击强度(此时传质速率最高)和最佳的混合效果，污染物的脱除效率最高。相反，当所述的两股气液混合物撞击发生偏斜时(即不在垂直中心线上时)，反应器内气液混合物无法实现均匀的混合，传质速率大大降低，污染物脱除效率明显下降，无法满足环保指标。因此，所述气液混合物的撞击平衡点应当位于撞击床的中心线上。专利技术人采用电子自旋共振技术检测后发现，紫外光有效辐射强度设置的太低将无法生成足够浓度的自由基氧化脱除污染物，但紫外光辐射强度太高将会导致系统的能耗大幅度提高，降低系统的经济性。因此，撞击床内的有效紫外光辐射强度为20μW/cm2-500μW/cm2。紫外线有效波长如果选择太短，则紫外光在反应器内的传播距离太短，单位功率下的污染物处理量大大降低，无法满足基本的处理要求，但紫外光波长如果选择的太长，紫外光子的能量将明显降低，低能量的紫外光子无法破坏过氧化物的分子键，从而无法产生足够浓度的自由基氧化脱除污染物。经过综合的检测分析后发现，紫外线有效波长为160nm-365nm。过氧化物溶液的pH太高会导致过氧化物加速自分解而消耗，增加应用成本，但pH过低时会抑制化学吸收平衡，导致污染物脱除效率保持在低水平，无法满足环保指标。专利技术人经过系统的实验研究﹑理论研究和检测分析后发现，溶液的最佳pH位于1.0-7.5之间。溶液温度过高会导致过氧化物发生提前自分解，但如果温度过低则会降低化学反应速率，从而降低污染物脱除效率。20-65℃是专利技术人根据正交实验和综合分析后获得的最佳溶液温度，溶液温度超过65℃后臭氧和双氧水的分解速率大幅度增加，但低于20℃后化学反应速率降低，导致污染物的脱除效率大幅度下降。因此，最佳的溶液温度为20-65℃。专利技术人经过系统的实验和检测分析后发现，烟气中中SO2﹑NOx﹑Hg0的含量太高将导致脱除效率大幅度下降，尾部未被吸收的中SO2﹑NOx﹑Hg0逃逸量大幅度增加，容易造成严重的二次污染物，故经过研究后发现，烟气中SO2﹑NOx﹑Hg0的含量分别不高于8000ppm﹑2000ppm﹑300μg/m3。所述的撞击器由溶液导管和烟气加速管构成，所述的溶液导管一端带有双氧水溶液入口，另一端设有雾化喷嘴；来自锅炉的烟气经除尘器除尘和降温器降温后进入撞击器的烟气加速管；来自臭氧发生器的臭氧气体也进入撞击器的烟气加速管；臭氧气流与烟气在撞击器的烟气加速管内预先混合；双氧水经过溶液导管顶部的雾化喷嘴雾化后产生雾化液滴；臭氧与烟气混合后经烟气加速管加速后携带双氧水的雾化液滴进入高速喷嘴。优选的技术参数，烟气中的SO2﹑NOx与Hg0浓度分别为2000ppm，400ppm以及50μg/m3，撞击床的烟气入口温度为60℃，液气比为1.0L/m3，双氧水浓度为0.5mol/L，溶液pH为3.1，溶液温度为60℃，紫外光有效辐射强度为30μW/cm2，紫外线有效波长为254nm。优选的技术参数，烟气中的SO2﹑NOx与Hg0浓本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光辐射臭氧/双氧水同时脱硫脱硝脱汞方法，其特征在于：排放的烟气经过除尘器除尘后进入降温器，降温后烟气至撞击床的入口温度为30‑75℃；经过降温的烟气与臭氧、双氧水混合后形成气液混合物，臭氧的入口浓度为20ppm‑500ppm，双氧水的浓度为0.2mol/L‑2.5mol/L之间，有效液气比为0.2‑3.5L/m3；气液混合物分别由同轴对向布置的撞击器喷入撞击床，两股气流在撞击床内发生撞击混合，所述气液混合物的撞击平衡点位于撞击床的中心线上；撞击床内的紫外灯发射出紫外光，紫外光有效辐射强度为20μW/cm2‑500μW/cm2，紫外线有效波长为160nm‑365nm；紫外光联合臭氧/双氧水产生强氧化性的羟基自由基在撞击床中氧化脱除SO2﹑NOx和Hg0，二价汞﹑硫酸和硝酸。

【技术特征摘要】
1.一种光辐射臭氧/双氧水同时脱硫脱硝脱汞方法，其特征在于：排放的烟气经过除尘器除尘后进入降温器，降温后烟气至撞击床的入口温度为30-75℃；经过降温的烟气与臭氧、双氧水混合后形成气液混合物，臭氧的入口浓度为20ppm-500ppm，双氧水的浓度为0.2mol/L-2.5mol/L之间，有效液气比为0.2-3.5L/m3；气液混合物分别由同轴对向布置的撞击器喷入撞击床，两股气流在撞击床内发生撞击混合，所述气液混合物的撞击平衡点位于撞击床的中心线上；撞击床内的紫外灯管发射出紫外光，紫外光有效辐射强度为20μW/cm2-500μW/cm2，紫外线有效波长为160nm-365nm；紫外光联合臭氧/双氧水产生强氧化性的羟基自由基在撞击床中氧化脱除SO2﹑NOx和Hg0，生成二价汞﹑硫酸和硝酸；所述的撞击器由溶液导管和烟气加速管构成，所述的溶液导管一端带有双氧水溶液入口，另一端设有雾化喷嘴；来自锅炉的烟气经除尘器除尘和降温器降温后进入撞击器的烟气加速管；来自臭氧发生器的臭氧气体也进入撞击器的烟气加速管；臭氧气流与烟气在撞击器的烟气加速管内预先混合；双氧水经过溶液导管顶部的雾化喷嘴雾化后产生雾化液滴；臭氧与烟气混合后经烟气加速管加速后携带双氧水的雾化液滴进入高速喷嘴；撞击床内的撞击器和紫外灯管采用多级交叉布置；撞击器和紫外灯管相间布置，且相邻的撞击器和紫外灯管采用同向平行布置；紫外灯管相邻两层之间的垂直间距A位于5cm-60cm之间，以达到最佳的光辐射效果；两个相对布置的撞击器顶端，之间的距离B位于20cm-350cm之间，以达到最佳的雾化效果；撞击器布置在相邻两层紫外灯管之间的中心点处；相邻两级撞击器采用90度错开的交叉布置，且相邻两级的紫外灯管同样采用90度错开的交叉布置撞击器由溶液导管和烟气加速管构成；溶液导管一端带有双氧水溶液入口，另一端设有雾化喷嘴，烟气加速管带有臭氧入口和烟气入口，且臭氧入口和烟气入口采用同轴相对布置，溶液导管的最佳长度C位于60cm-150cm之间，烟气加速管的最佳长度D位于50cm-130cm之间；溶液导管的直径与溶液流量有关，但要保证溶液从喷嘴喷出的雾化液滴粒径不大于15微米；烟气加速管的直径与烟气流量有关，但要保证烟气从导管出口流出的烟气流速位于5m/s-30m/s之间。2.根据权利要求1所述的一种光辐射臭氧/双氧水同时脱硫脱硝脱汞方法，其特征在于：双氧水溶液的pH位于1.0-7.5之间，双氧水溶液温度为20-65℃...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘杨先，王燕，邵霞，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32