一种微波喷淋活化自由基的多污染物联合脱除方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种微波喷淋活化自由基的多污染物联合脱除方法及系统，属于烟气净化技术领域；来自排放源的含SO2﹑NO和Hg

A multi pollutant removal method and system for microwave spray activated free radicals

The invention relates to a multi pollutant joint removal method and system for activating free radicals by microwave spraying, which belongs to the field of flue gas purification technology, and contains SO2, NO and Hg from emission sources.

【技术实现步骤摘要】
一种微波喷淋活化自由基的多污染物联合脱除方法及系统
本专利技术涉及烟气净化领域，具体涉及一种基于微波喷淋活化自由基的烟气多污染物联合脱除方法及系统。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种微波喷淋活化自由基的烟气多污染物联合脱除方法及系统。本专利技术首先提供一种微波喷淋活化自由基的烟气多污染物联合脱除系统；该系统能够实现SO2﹑NO和Hg0的100％脱除，且脱除产物可资源化利用，具有广阔的市场应用前景。所述系统包括除尘器、冷却器、催化剂磁力分离塔、臭氧发生器、微波喷淋反应器、烟道和风机；其中，所述除尘器、冷却器、微波喷淋反应器和风机通过烟道依次串联，臭氧发生器位于冷却器与微波喷淋反应器中间，通过烟道连接；所述的微波喷淋反应器包括雾化喷嘴﹑微波发射器﹑微波喷淋反应区﹑鼓泡器﹑烟气入口﹑烟气出口﹑补充溶液入口﹑反应溶液出口﹑溶液储存区﹑溶液出口、循环泵﹑除雾器﹑溶液泵以及溶液/催化剂补充塔；所述微波喷淋反应区由两层以上雾化喷嘴构成的喷淋层和微波发射器组成，所述雾化喷嘴与微波发射器依次间隔布置；所述溶液储存区位于微波喷淋反应器的底部，溶液储存区设置有鼓泡器和溶液出口，所述烟气入口与鼓泡器连通；所述溶液出口通过循环泵与雾化喷嘴连通；所述微波喷淋反应器的底部设有补充溶液入口，所述补充溶液入口与通过溶液泵与溶液/催化剂补充塔连通；所述微波喷淋反应器的顶部还设置有除雾器，所述除雾器的顶面上设置有烟气出口；所述反应溶液出口与催化剂磁力分离塔连接。所述系统还包括后处理系统，所述后处理系统包括依次连接的汞分离塔、中和塔和蒸发结晶分离塔；所述除尘器与冷却器之间的烟道上设置有烟气余热利用系统，利用烟气的余热为蒸发结晶分离塔提供热量，所述汞分离塔还与催化剂磁力分离塔连接。所述臭氧发生器与微波喷淋反应器的距离为0.3m-10m之间。所述微波喷淋反应器的横向截面为圆形或矩形，微波喷淋反应器的最佳高度H在0.2m-30m之间。当微波喷淋反应器横向截面为圆形时，所述雾化喷嘴与微波发射器采用依次相邻的同心圆布置；雾化喷嘴与微波发射器间隔交叉布置在中心线上，且相邻两条中心线之间的夹角n位于15度-35度之间；相邻两个雾化喷嘴之间的间距与相邻两个微波发射器之间的间距相同为f，f的最佳间距位于0.1m-2m之间；所述微波发射器位于同心圆最外层，微波发射器与微波喷淋反应器壁面的间距为0.5f。微波喷淋反应器横向截面为矩形时，所述雾化喷嘴与微波发射器依次间隔布置；所述微波反射器之间的间距为g，雾化喷嘴之间的间距的最佳间距为2g，g位于0.1m-2m之间；所述微波发射器与微波喷淋反应器壁面的间距为0.5g。本专利技术还提供一种微波喷淋活化自由基的烟气多污染物联合脱除方法，所述方法基于上述脱除系统完成，具体的，按照如下步骤进行：(1)来自排放源的含SO2﹑NO和Hg0的烟气经除尘冷却后，利用臭氧在烟道中预先氧化一部分SO2﹑NO和Hg0；然后进入微波喷淋反应器；(2)微波喷淋反应器中，来自微波发射器的微波激发来自雾化喷嘴的可磁性分离催化剂，活化来自雾化喷嘴的过氧化物溶液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﹑硝酸和二价汞混合溶液；(3)产生的混合溶液进入催化剂磁力分离塔中进行磁力分离回收催化剂，回收的催化剂进入溶液/催化剂补充塔进行循环利用；剩下溶液中的二价汞进入汞分离塔分离回收，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。所述蒸发结晶分离塔中结晶所需热量由烟气余热利用系统提供。所述臭氧的最佳投加距离J在0.3m-10m之间；臭氧的最佳投加浓度在40ppm-1500ppm之间。微波喷淋反应器内的温度应控制在20-99℃，过氧化物溶液与烟气的有效液气比为2-25L/m3，过氧化物溶液的有效浓度为0.02mol/L-3.0mol/L之间，溶液的pH位于0.2-10.5之间。雾化喷嘴喷出的雾化液滴粒径不大于120微米，微波喷淋反应器内的微波辐射功率密度为50W/m3-3500W/m3(微波辐射功率密度是指微波喷淋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)。所述可磁性分离催化剂的投加量按微波喷淋反应器体积的每立方米投加0.2-8kg，烟气中SO2﹑NO﹑Hg0的含量分别不高于20000ppm﹑5000ppm﹑2000μg/m3。所述的可磁性分离催化剂包括CoFe2O4﹑CuFe2O4﹑MnFe2O4中的一种或两种以上之间重新组合形成的多金属复合催化剂。所述的过氧化物是双氧水﹑过硫酸铵﹑过一硫酸氢钾复合盐﹑过硫酸钠和过硫酸钾中的一种或两种以上的混合。所述的排放源包括燃煤锅炉﹑工业窑路和垃圾焚烧炉。本专利技术系统的反应过程详述如下：(1)烟道中投加臭氧后会发生如下(1)-(3)的氧化反应。烟气中的NO﹑SO2﹑Hg0会被氧化为NO2﹑SO3和HgO：O3+NO→NO2+O2(1)O3+SO2→SO3+O2(2)O3+Hg0→HgO+O2(3)(2)微波(MW)激发可磁性分离催化剂(Catalyst)催化分解过氧化物和臭氧产生硫酸根自由基和羟基。烟道注入的臭氧与双氧水之间也可引发链式反应产生羟基自由基。具体过程可通过如下方程(4)-(10)表示。如图1所示，采用电子自旋共振光普仪(ESR技术)成功测定到了脱除系统中产生了硫酸根自由基和羟基自由基，从而证实了以上所述的基本原理的可行性。2O3+H2O2→2·OH+3O2(9)(3)以上反应(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。以上所述过程的氧化产物主要是HNO3﹑H2SO4和HgO。具体过程可用如下本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微波喷淋活化自由基的烟气多污染物联合脱除系统，其特征在于，所述系统包括除尘器（3）、冷却器（4）、催化剂磁力分离塔（9）、臭氧发生器（5）、微波喷淋反应器（6）、烟道（2）和风机（7）；其中，所述除尘器（3）、冷却器（4）、微波喷淋反应器（6）和风机通过烟道（2）依次串联，臭氧发生器（5）位于冷却器与微波喷淋反应器（6）中间，通过烟道（2）连接；所述的微波喷淋反应器（6）包括雾化喷嘴（603）﹑微波发射器（605）﹑微波喷淋反应区﹑鼓泡器（609）﹑烟气入口（607）﹑烟气出口（612）﹑补充溶液入口（606）﹑反应溶液出口（613）﹑溶液储存区（608）﹑溶液出口（614）、循环泵（610）﹑除雾器（611）﹑溶液泵（601）以及溶液/催化剂补充塔（602）；所述微波喷淋反应区由两层以上雾化喷嘴（603）构成的喷淋层和微波发射器（605）组成，所述雾化喷嘴（603）与微波发射器（605）依次间隔布置；所述溶液储存区（608）位于微波喷淋反应器（6）的底部，溶液储存区（608）设置有鼓泡器（609）和溶液出口（614），所述烟气入口（607）与鼓泡器（609）连通；所述溶液出口（614）通过循环泵（610）与雾化喷嘴（603）连通；所述微波喷淋反应器（6）的底部设有补充溶液入口（606），所述补充溶液入口（606）与通过溶液泵（601）与溶液/催化剂补充塔（602）连通；所述微波喷淋反应器（6）的顶部还设置有除雾器（611），所述除雾器（611）的顶面上设置有烟气出口（612）；所述反应溶液出口（613）与催化剂磁力分离塔（9）连接。...

【技术特征摘要】
1.一种微波喷淋活化自由基的烟气多污染物联合脱除系统，其特征在于，所述系统包括除尘器（3）、冷却器（4）、催化剂磁力分离塔（9）、臭氧发生器（5）、微波喷淋反应器（6）、烟道（2）和风机（7）；其中，所述除尘器（3）、冷却器（4）、微波喷淋反应器（6）和风机通过烟道（2）依次串联，臭氧发生器（5）位于冷却器与微波喷淋反应器（6）中间，通过烟道（2）连接；所述的微波喷淋反应器（6）包括雾化喷嘴（603）﹑微波发射器（605）﹑微波喷淋反应区﹑鼓泡器（609）﹑烟气入口（607）﹑烟气出口（612）﹑补充溶液入口（606）﹑反应溶液出口（613）﹑溶液储存区（608）﹑溶液出口（614）、循环泵（610）﹑除雾器（611）﹑溶液泵（601）以及溶液/催化剂补充塔（602）；所述微波喷淋反应区由两层以上雾化喷嘴（603）构成的喷淋层和微波发射器（605）组成，所述雾化喷嘴（603）与微波发射器（605）依次间隔布置；所述溶液储存区（608）位于微波喷淋反应器（6）的底部，溶液储存区（608）设置有鼓泡器（609）和溶液出口（614），所述烟气入口（607）与鼓泡器（609）连通；所述溶液出口（614）通过循环泵（610）与雾化喷嘴（603）连通；所述微波喷淋反应器（6）的底部设有补充溶液入口（606），所述补充溶液入口（606）与通过溶液泵（601）与溶液/催化剂补充塔（602）连通；所述微波喷淋反应器（6）的顶部还设置有除雾器（611），所述除雾器（611）的顶面上设置有烟气出口（612）；所述反应溶液出口（613）与催化剂磁力分离塔（9）连接。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括后处理系统，所述后处理系统包括依次连接的汞分离塔、中和塔和蒸发结晶分离塔；所述除尘器（3）与冷却器（4）之间的烟道（2）上设置有烟气余热利用系统（13），利用烟气的余热为蒸发结晶分离塔（12）提供热量，所述汞分离塔（10）还与催化剂磁力分离塔（9）连接。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述微波喷淋反应器（6）的横向截面为圆形或矩形，微波喷淋反应器（6）的最佳高度H在0.2m-30m之间，所述臭氧发生器（5）与微波喷淋反应器（6）的距离为0.3m-10m之间。4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，当微波喷淋反应器（6）横向截面为圆形时，所述雾化喷嘴与微波发射器采用依次相邻的同心圆布置；雾化喷嘴与微波发射器间隔交叉布置在中心线上，且相邻两条中心线之间的夹角n位于15度-35度之间；相邻两个雾化喷嘴之间的间距与相邻两个微波发射器之...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘杨先，王燕，杨威，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