臭氧联合微波激发可磁性分离催化剂同时脱硫脱硝脱汞的方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种臭氧联合微波激发可磁性分离催化剂同时脱硫脱硝脱汞的系统，首先将燃煤锅炉或工业窑炉的烟气除尘冷却，采用臭氧在烟道中将部分SO2﹑NO和Hg

A method and system for simultaneous desulfurization, denitrification and dehydration of a magnetic separation catalyst with ozone combined with microwave excitation

The invention provides a system of ozone combined with microwave excitation, magnetic separation catalyst and simultaneous desulphurization, denitration and mercury removal. First, the flue gas of the coal-fired boiler or industrial furnace is dedusting and cooled, and ozone is applied to some SO2, NO and Hg in the flue.

【技术实现步骤摘要】
臭氧联合微波激发可磁性分离催化剂同时脱硫脱硝脱汞的方法及系统
本专利技术涉及烟气净化领域，具体涉及一种基于臭氧﹑羟基和硫酸根自由基高级氧化的同时脱硫脱硝脱汞系统。
技术介绍
锅炉和窑炉燃烧过程中产生的SO2﹑NOx以及Hg会引起酸雨﹑光化学烟雾和致癌/致畸等严重的空气污染。因此，研发经济有效的烟气脱硫脱硝脱汞方法是各国环保科技工作者的重要任务。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钙基/氨基湿法烟气脱硫技术和氨选择性催化还原(NH3-SCR)/选择性非催化还原法(SNCR)技术。这几种方法虽然可以单独脱硫脱硝，但无法在一个反应器内实现多污染物的同时脱除。两种脱除工艺的叠加使用造成了整个系统复杂，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已经出台，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，进而减少投资与运行费用，具有广阔的市场开发和应用前景。因此，积极开发经济有效的烟气硫/氮/汞同时脱除技术是该领域当前的研究热点和前沿课题。中国专利201010296492.5提出了一种利用光辐射过氧化氢产生自由基的同时脱硫脱硝系统，而中国专利201310683135.8则提出了一种基于喷淋塔的光活化过硫酸盐同时脱硫脱硝脱汞系统。以上两个专利均由专利技术人团队提出，与本专利技术最大的区别在于这两个专利均采用了紫外光作为激发源。但我们都知道，紫外光在水中的穿透距离极短。有相关报道表明，即使是在纯净水中，254nm短波紫外光的有效传播距离也仅有几厘米，这会导致反应装置难以大型化。此外，实际燃煤烟气中存在颗粒物等杂质会严重阻碍紫外光的传递，进而影响光化学脱除系统的安全高效运行。因此，以上不足严重制约了光化学脱除系统的工业应用。
技术实现思路
针对现有技术中存在不足，本专利技术提供了一种臭氧联合微波激发可磁性分离催化剂同时脱硫脱硝脱汞的方法及系统，该系统能够实现SO2﹑NO和Hg0的100％脱除，且脱除过程无二次污染，具有广阔的市场应用前景。本专利技术是通过以下技术手段实现上述技术目的的。一种臭氧联合微波激发可磁性分离催化剂同时脱硫脱硝脱汞的系统，其特征在于：主要包括依次装在烟道上的除尘器﹑冷却器﹑臭氧供应系统﹑微波喷雾反应器﹑喷淋塔和风机，所述微波喷雾反应器内部由石英玻璃隔板分割成若干个微波磁控管安装区和溶液喷雾反应区，所述微波磁控管安装区内安装数个微波磁控管，所述溶液喷雾反应区内设置多个雾化喷嘴，所述雾化喷嘴与溶液/催化剂补充塔相连，所述雾化喷嘴与溶液/催化剂补充塔之间还设置有溶液泵；每个溶液喷雾反应区均带有烟气出口和烟气入口，所述烟气入口和烟气出口分别经由烟气总入口、烟气总出口与烟道连通；每个微波磁控管安装区均具有冷却空气入口﹑冷却空气出口，冷却空气入口﹑冷却空气出口分别与冷却空气总入口、冷却空气总出口连通；所述喷淋塔还依次与催化剂磁力分离塔﹑汞分离塔﹑中和塔﹑蒸发结晶分离塔相连，所述除尘器与冷却器之间的烟道上设置烟气余热利用旁通管路引流部分烟气，利用烟气的余热为蒸发结晶分离塔提供热量；所述催化剂磁力分离塔还与溶液/催化剂补充塔相连。进一步地，所述微波喷雾反应器的横向和纵向截面均为矩形，溶液喷雾反应区与微波磁控管安装区依次间隔布置，多个溶液喷雾反应区为并联关系。进一步地，微波喷雾反应器的最佳总宽度W位于0.2m-8m之间；微波喷雾反应器的最佳总长度L位于0.2m-10m之间；微波喷雾反应器的最佳总高度H位于0.2m-8m之间。进一步地，每个溶液喷雾反应区的最佳宽度b位于0.1m-1m之间；微波磁控管之间的最佳横向间距a在0.1m-1m之间；雾化喷嘴的最佳横向布置间距为2a，纵向布置最佳间距为1.5a。进一步地，臭氧添加口与微波喷雾反应器之间的最佳距离J为0.1m-5m。一种臭氧联合微波激发可磁性分离催化剂同时脱硫脱硝脱汞的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：首先将来自燃煤锅炉或工业窑炉的含SO2﹑NO和Hg0的烟气除尘冷却，采用臭氧将部分SO2﹑NO和Hg0在烟道中发生反应式(1)-(3)所述的预先氧化，烟气中的NO﹑SO2﹑Hg0会被预氧化为NO2﹑SO3和HgO：O3+NO→NO2+O2(1)O3+SO2→SO3+O2(2)O3+Hg0→HgO+O2(3)步骤2：催化剂及过氧化物喷淋加入微波喷雾反应器中，微波协同可磁性分离催化剂在微波喷雾反应器中活化过氧化物产生羟基和硫酸根自由基，将余下的SO2﹑NO和Hg0以及预氧化产生的NO2和SO3最终氧化为硫酸﹑硝酸和二价汞气体混合物；具体的，微波(简称MW)激发可磁性分离催化剂(简称Catalyst)可有效催化分解过氧化物和臭氧产生高活性的硫酸根自由基和羟基自由基；此外，烟道注入的臭氧与双氧水也能够引发链式反应产生羟基自由基，具体反应过程可通过如下方程(4)-(10)表示：2O3+H2O2→2·OH+3O2(9)反应(4)-(10)产生的硫酸根自由基和羟基自由基具有超强的氧化性，能够氧化脱除烟气中的NO﹑SO2﹑Hg0，同时还能够进一步氧化以上反应(1)-(2)产生的中间产物NO2和SO3，具体过程可用如下的化学反应(11)-(29)所示。·OH+Hg0→Hg++OH-(22)·OH+Hg+→Hg2++OH-(23)上述反应过程的脱除产物主要是气体HNO3﹑H2SO4和HgO；步骤3：产生的硫酸﹑硝酸和二价汞气体混合物被尾部的喷淋塔洗涤吸收后产生硫酸﹑硝酸和二价汞混合溶液。进一步地，还包括步骤4，循环利用的后处理工序，在喷淋塔中产生的硫酸﹑硝酸和二价汞混合溶液进入催化剂磁力分离塔中进行磁力分离以回收再生催化剂；反应溶液中的二价汞在汞分离塔分离回收，而硫酸和硝酸溶液进入中和塔产生硫酸铵和硝酸铵溶液，最后进入蒸发结晶分离塔，蒸发结晶后获得固态硫酸铵和硝酸铵肥料。进一步地，蒸发结晶分离塔中结晶所需热量由高温烟气余热利用旁路系统提供。进一步地，臭氧的最佳投加浓度在20ppm-1000ppm之间；微波喷雾反应器内的最佳温度应控制在30-200℃，过氧化物溶液与烟气的最佳有效液气比为0.1-8.0L/m3，过氧化物的最佳有效浓度为0.01mol/L-2.5mol/L之间，溶液的最佳pH位于0.2-9.8之间，雾化喷嘴喷出的雾化液滴粒径不大于50微米，微波喷雾反应器内的最佳微波辐射功率密度为20W/m3～1500W/m3，所述微波辐射功率密度是指微波喷雾反应器内微波的输出功率与反应器空塔体积的比值，单位为瓦/立方米。进一步地，可磁性分离催化剂的投加量按微波喷雾反应器体积的每立方米投加0.2-6kg，烟气中SO2﹑NO﹑Hg0的含量分别不高于10000ppm﹑4000ppm﹑800μg/m3。进一步地，所述的可磁性分离催化剂包括三本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种臭氧联合微波激发可磁性分离催化剂同时脱硫脱硝脱汞的系统，其特征在于：主要包括依次装在烟道上的除尘器(1)﹑冷却器(2)﹑臭氧供应系统(13)﹑微波喷雾反应器(4)﹑喷淋塔(5)和风机(6)，所述微波喷雾反应器(4)内部由石英玻璃隔板(16)分割成若干个微波磁控管(15)安装区和溶液喷雾反应区，所述微波磁控管(15)安装区内安装数个微波磁控管(15)，所述溶液喷雾反应区内设置多个雾化喷嘴(14)，所述雾化喷嘴(14)与溶液/催化剂补充塔(11)相连，所述雾化喷嘴(14)与溶液/催化剂补充塔(11)之间还设置有溶液泵(12)；每个溶液喷雾反应区均带有烟气出口和烟气入口，所述烟气入口和烟气出口分别经由烟气总入口、烟气总出口与烟道连通；每个微波磁控管(15)安装区均具有冷却空气入口﹑冷却空气出口，冷却空气入口﹑冷却空气出口分别与冷却空气总入口、冷却空气总出口连通；所述喷淋塔(5)还依次与催化剂磁力分离塔(7)﹑汞分离塔(8)﹑中和塔(9)﹑蒸发结晶分离塔(10)相连，所述除尘器(1)与冷却器(2)之间的烟道上设置烟气余热利用旁通管路(3)引流部分烟气，利用烟气的余热为蒸发结晶分离塔(10)提供热量；所述催化剂磁力分离塔(7)还与溶液/催化剂补充塔(11)相连。...

【技术特征摘要】
1.一种臭氧联合微波激发可磁性分离催化剂同时脱硫脱硝脱汞的系统，其特征在于：主要包括依次装在烟道上的除尘器(1)﹑冷却器(2)﹑臭氧供应系统(13)﹑微波喷雾反应器(4)﹑喷淋塔(5)和风机(6)，所述微波喷雾反应器(4)内部由石英玻璃隔板(16)分割成若干个微波磁控管(15)安装区和溶液喷雾反应区，所述微波磁控管(15)安装区内安装数个微波磁控管(15)，所述溶液喷雾反应区内设置多个雾化喷嘴(14)，所述雾化喷嘴(14)与溶液/催化剂补充塔(11)相连，所述雾化喷嘴(14)与溶液/催化剂补充塔(11)之间还设置有溶液泵(12)；每个溶液喷雾反应区均带有烟气出口和烟气入口，所述烟气入口和烟气出口分别经由烟气总入口、烟气总出口与烟道连通；每个微波磁控管(15)安装区均具有冷却空气入口﹑冷却空气出口，冷却空气入口﹑冷却空气出口分别与冷却空气总入口、冷却空气总出口连通；所述喷淋塔(5)还依次与催化剂磁力分离塔(7)﹑汞分离塔(8)﹑中和塔(9)﹑蒸发结晶分离塔(10)相连，所述除尘器(1)与冷却器(2)之间的烟道上设置烟气余热利用旁通管路(3)引流部分烟气，利用烟气的余热为蒸发结晶分离塔(10)提供热量；所述催化剂磁力分离塔(7)还与溶液/催化剂补充塔(11)相连。2.根据权利要求1所述的臭氧联合微波激发可磁性分离催化剂同时脱硫脱硝脱汞的系统，其特征在于：所述微波喷雾反应器(4)的横向和纵向截面均为矩形，溶液喷雾反应区与微波磁控管(15)安装区依次间隔布置，多个溶液喷雾反应区为并联关系。3.根据权利要求1所述的臭氧联合微波激发可磁性分离催化剂同时脱硫脱硝脱汞的系统，其特征在于：微波喷雾反应器(4)的最佳总宽度W位于0.2m-8m之间；微波喷雾反应器(4)的最佳总长度L位于0.2m-10m之间；微波喷雾反应器(4)的最佳总高度H位于0.2m-8m之间。4.根据权利要求1所述的臭氧联合微波激发可磁性分离催化剂同时脱硫脱硝脱汞的系统，其特征在于：每个溶液喷雾反应区的最佳宽度b位于0.1m-1m之间；微波磁控管(15)之间的最佳横向间距a在0.1m-1m之间；雾化喷嘴(14)的最佳横向布置间距为2a，纵向布置最佳间距为1.5a。5.根据权利要求1所述的臭氧联合微波激发可磁性分离催化剂同时脱硫脱硝脱汞的系统，其特征在于：臭氧添加口与微波喷雾反应器(4)之间的最佳距离J为0.1m-5m。6.一种臭氧联合微波激发可磁性分离催化剂同时脱硫脱硝脱汞的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：首先将来自燃煤锅炉或工业窑炉的含SO2﹑NO和Hg0的烟气除尘冷却，采用臭氧将部分SO2﹑NO和Hg0在烟道中发生反应式(1)-(3)所述的预先氧化，烟气中的NO﹑SO2﹑Hg0会被预氧化为NO2﹑SO3和HgO：O3+NO→NO2+O2(1)O3+SO2→SO3+O2(2)O3+Hg0→HgO+O2(3)步骤2：催化剂及过氧化物喷淋加入微波喷雾反应器(4)中，微波协同可磁...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘杨先，刘子洋，赵亮，王智化，张军，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32