CN102489107A

CN102489107A - 一种微波间歇辐照活性炭脱硫脱硝的方法

Info

Publication number: CN102489107A
Application number: CN2011104176288A
Authority: CN
Inventors: 马双忱; 姚娟娟; 张博; 石荣雪; 董松
Original assignee: North China Electric Power University
Current assignee: North China Electric Power University
Priority date: 2011-12-14
Filing date: 2011-12-14
Publication date: 2012-06-13
Anticipated expiration: 2031-12-14
Also published as: CN102489107B

Abstract

一种微波间歇辐照活性炭脱硫脱硝的方法，它由两台或多台装有活性炭颗粒的吸附床交替对锅炉烟气进行吸附或微波辐照处理，烟气由引风机送入一台吸附床，该吸附床进入工作状态，由活性炭吸附烟气中的硫氮氧化物，待工作状态吸附床的活性炭吸附饱和后，再生该吸附床进入再生状态，烟气切换到另一进入工作状态的吸附床进行烟气吸附，再生再生状态吸附床采用微波辐照活性炭颗粒，吸附在活性炭表面的硫氮氧化物在高温下被炭快速还原分解为单质硫和氮气，各吸附床工作状态、再生再生状态交替循环进行。为降低还原降解温度，减少炭损失，采用了金属氧化物作为还原反应催化剂。本发明可大大降低微波辐照的能耗，减少炭损失，实现活性炭的原位再生，具有脱除效果好、活性炭再生时间短、脱除成本低、回收率高、易于工业化实施等特点。

Description

一种微波间歇辐照活性炭脱硫脱硝的方法

技术领域

本发明涉及一种烟气净化方法，特别是采用微波间歇辐照活性炭脱硫脱硝的方法及装置，属烟气净化技术领域。

背景技术

为了环境保护和可持续发展，世界各国都对二氧化硫和氮氧化物的排放制定了日趋严格的标准，对火电厂SO₂、NO_X排放要求有了大幅度的提高。通过不断的技术创新，实现高效、低耗的烟气污染控制，是解决烟气污染物控制问题的重要途径。烟气脱硫是目前世界上控制酸雨和SO₂污染的最为有效和主要的技术手段。其主流技术是石灰石石膏洗涤法，该技术比较成熟、脱除效率高，但缺点是投资高、工艺复杂。除此之外，容易产生设备堵塞、腐蚀、泄漏以及脱硫石膏难以再利用等问题。SO₂虽是污染物质，但也是宝贵的硫资源，直接将SO₂还原为可回收的单质硫提供了另一有前景的烟气脱硫方法。在还原剂的选择上，炭材料相比于CO、H₂和CH₄等，具有价格便宜、来源充足、生产和运输便利等特点。因此，利用炭材料作为SO₂的还原剂将是环境友好和低成本的。但是在传统加热方法下，SO₂和碳之间的反应经常要求高温，比如采用油砂焦炭作为还原剂用于SO₂的还原，发现在600℃以上才能达到有效的SO₂还原温度，从而使该技术在工业上难以实现。所以，降低还原反应温度是还原法烟气硫回收的关键。

在大量脱除SO₂后，在环保要求较高的地区，NO_x就成为酸雨前体物减排的主要控制目标。目前，在实际工业应用中，被广泛采纳的NO_x控制技术主要有两类：燃烧NO_x控制和烟气脱硝技术。燃烧NO_x控制技术通过优化燃烧过程来减少NO_x的生成，该技术安装和运行成本相对低廉，但脱硝率较低，一般为30%~40%。因此，当对NO_x排放要求较高时（比如前述新标准），单纯采用燃烧控制技术往往不能达到排放要求，就需要采用尾部烟气脱硝技术来进一步降低NO_x排放。目前国内外应用较多的烟气脱硝技术为选择性催化还原法（SCR），SCR法技术相对成熟，可靠性高，脱硝率可达90%以上，但投资巨大，催化剂昂贵且耗用大量的氨气或尿素，运行成本偏高。

微波是一种频率范围从0.3~300GHz的电磁波，相应的波长范围为1mm~1m，在电磁波谱中，微波区位于红外线和无线电波频率之间。微波加热技术是一种全新的热能技术，应用微波加热物体可快速升温，由于“热点”效应，在加热介质中出现多个“热源”，不仅可以充分加热介质，而且可加速化学反应速率。微波加热的上述特点使其可以应用于活性炭的再生。专利CN2680343、CN101249412和CN101693162A都涉及到微波脱硫脱硝技术，利用微波独一无二的选择性加热性能，结合炭对SO₂和NO_x的还原能力，大大提高了同时脱硫、脱硝的效率。但是上述微波脱硫脱硝技术所存在的共性问题如下：1. 微波连续辐照活性炭，活性炭在高温下持续工作，炭损失严重；2. 微波发生器属于高能耗设备，微波连续辐照使得脱硫、脱硝运行成本较高，影响了该技术的工业化实施；3. 催化剂选择有待改进，如专利CN101693162A公开技术中采用CuCl为催化剂，存有CuCl制备困难、化学特性不稳定、烟气中的氧对CuCl存在氧化作用、本身易于吸收水蒸汽而潮解等问题，这些都不同程度损害了其催化活性；4、高温条件下，连续微波辐照会使烟气中氧会大量消耗活性炭，从而使工艺经济性变得较差。

发明内容

本发明所要解决的问题是提供一种低能耗、高脱除效率的微波间歇辐照活性炭脱硫脱硝的方法。

本发明所称问题是由以下技术方案解决的：

一种微波间歇辐照活性炭脱硫脱硝的方法，其特别之处是：它由两台或多台装有活性炭颗粒的吸附床交替对锅炉烟气进行吸附或微波辐照处理，其中，高效除尘后烟气由引风机送入一台吸附床，该吸附床进入工作状态，由活性炭吸附烟气中的硫氮氧化物，待工作状态吸附床的活性炭吸附饱和后，该吸附床进入再生状态，将烟气切换到另一进入工作状态的吸附床进行烟气吸附，微波辐照备用床情况下，吸附在活性炭表面的硫氮氧化物在高温下隔绝烟气被炭还原分解为单质硫和氮气，各吸附床工作状态和再生状态交替循环进行，实现烟气连续净化。

上述微波间歇辐照活性炭脱硫脱硝的方法，所述吸附床再生状态时微波辐照频率为2.45GHz，使活性炭在300～600℃温度条件下微波辐射15-30min。

上述微波间歇辐照活性炭脱硫脱硝的方法，所述活性炭中加入氧化铜、氧化锰等金属氧化物作为催化剂，催化剂加入过程按照下述步骤进行： a.将活性炭颗粒用去离子水充分清洗去除表面的杂质，再用去离子水充分浸泡2~6h去除活性炭吸附的杂质离子；b.称取相应于活性炭质量0.5%~5%的金属催化剂用等体积浸渍法负载于活性炭上；c.将含有催化剂的活性炭颗粒在65~100℃真空干燥4h，然后继续在100~120℃真空干燥5~10h。

上述微波间歇辐照活性炭脱硫脱硝的方法，所述再生状态吸附床微波辐照加热过程，活性炭中经微波辐照脱附出来的气体和硫蒸气进入硫回收池回收单质硫，清洁的烟气排出。

本发明针对现有微波脱硫脱硝技术高能耗、炭损失大等问题进行了改进，提供了一种选用高效催化剂结合微波间歇辐照活性炭床同时脱硫脱硝方法，该方法属于微波诱导催化还原氧化物的范畴，它有效地利用了活性炭的吸附以及微波的高效降解特性，是一种高效率、高吸附容量、高催化活性的烟气污染物脱除方法，采用该方法可大大降低微波辐照能耗，减少炭损失，实现活性炭的原位再生，具有操作简单灵活、脱除效果好、活性炭再生时间短、脱除成本低、回收率高、易于工业化实施等特点。

附图说明

图1是本发明的工艺流程图；

图2是不同温度下两种活性炭脱硝效率关系图。

图中标号含义如下：1.第一阀门；2. 第二阀门； 3. 第三阀门； 4. 第四阀门；5. 第五阀门；6.第六阀门；7.第七阀门；8.引风机；，9-1、第一吸附床；9-2。第二吸附床；10-1.第一微波发生器，10-2.第二微波发生器；11-1.第一硫回收池；11-2. 第二硫回收池。

具体实施方式

本发明方法采用两台或多台装有活性炭颗粒的吸附床交替对锅炉烟气进行吸附处理，技术要点是采用微波间歇辐照，在连续脱除烟气中SO₂、NO_x的过程中可以大大降低微波辐照的能耗，并减少炭损失。所述方法实施过程如下：将烟气引入工作状态吸附床，由该吸附床中的颗粒活性炭吸附烟气中的硫氮氧化物，待工作状态吸附床烟气的出口浓度即将超出国家大气污染物控制标准时，说明该工作状态吸附床的活性炭颗粒已达到吸附饱和，将烟气切换至另一吸附床进行烟气吸附，而已到达吸附饱和状态的吸附床进入再生状态。对所述再生状态吸附床的活性炭采用微波辐照，使吸附在活性炭表面的硫氮氧化物在高温下被碳还原分解为单质硫和氮气，微波加热过程中，脱附出来的气体和硫蒸气经硫回收池回收单质硫，清洁的烟气排出。再生状态吸附床的活性炭原位再生结束后，准备进入下一工作状态。两台或多台吸附床工作状态、再生状态交替循环进行，使烟气得以连续处理。

吸附床再生状态时，微波辐照频率为2.45GHz，使活性炭在300～600℃温度条件下微波辐射15-30min。在高温条件下，SO₂和NO_X通过活性炭床在微波照射下发生还原反应，方程式如下：

(1)

(2)

为进一步提高脱硫脱硝效率，在活性炭颗粒中加入氧化铜、氧化锰等金属氧化物做催化剂，以降低反应温度，增进对目标污染物脱除的选择性。所述活性炭加入催化剂的过程按照下述步骤进行：

将活性炭颗粒用去离子水充分清洗去除表面的杂质，再用去离子水充分浸泡2~6 h去除活性炭吸附的杂质离子；②称取相应于活性炭质量0.5%~5%的金属催化剂用等体积浸渍法负载于活性炭上；③.在65~100℃真空干燥4 h；④.继续100~120℃真空干燥5~10 h。

本发明方法在实验室条件下对模拟烟气脱硝的实验结果如下：称取负载一定量铜基催化剂的活性炭和没负载催化剂的基炭各15g，调节烟气流速0.08m³/h，NO浓度650 mg/m³，调节微波功率改变反应温度，对比不同温度条件下采用两种不同活性炭的脱硝效果，如图1所示。

以下结合附图给出本发明实施例：

实施例1：

将活性炭颗粒用去离子水充分清洗去除表面的杂质，再用去离子水充分浸泡6h去除活性炭吸附的杂质离子；②称取相应于活性炭质量0.5%的氧化铜用等体积浸渍法负载于活性炭上；③.在100℃真空干燥4h；④.继续120℃真空干燥5h；

实施例2：

将活性炭颗粒用去离子水充分清洗去除表面的杂质，再用去离子水充分浸泡2h去除活性炭吸附的杂质离子；②称取相应于活性炭质量1%的氧化铜用等体积浸渍法负载于活性炭上；③.在100℃真空干燥4h；④.继续120℃真空干燥5h；

实施例3：将活性炭颗粒用去离子水充分清洗去除表面的杂质，再用去离子水充分浸泡4h去除活性炭吸附的杂质离子；②称取相应于活性炭质量5%的氧化锰用等体积浸渍法负载于活性炭上；③.在85℃真空干燥4h；④.继续110℃真空干燥8h。

参看图1，实施本发明方法的装置包括两台附设微波发生器的活性炭吸附床、两个硫吸收池、连接管路和数个三通阀。各吸附床中置入上述实施例负载催化剂的活性炭颗粒。在第一吸附床9-1旁设有第一微波发生器10-1，并附设第一硫回收池11-1；在第二吸附床旁设有第二微波发生器10-2，并附设第二硫回收池11-2。装置工作过程如下：烟气由引风机8经第一阀门1的c-a口送入第一吸附床9-1，该吸附床进入工作状态，由活性炭吸附烟气中的硫氮氧化物，经吸附净化的烟气经第三阀门3的 c- b口、第七阀门7的a –b 口排出。第一吸附床工作时，第二吸附床为再生状态。待第一吸附床9-1排出烟气中的SO₂和NO_X浓度超出国家大气污染物控制标准时，第一吸附床9-1进入再生状态，第二吸附床9-2进入工作状态，切换第一阀门1，将烟气经第一阀门送c- b口送入第二吸附床9-2，由活性炭吸附烟气中的硫氮氧化物，经吸附净化的烟气经第五阀门5的 c- b口、第七阀门7的c-b口排出。与此同时，开启微波发生器10-1的电源，对第一吸附床9-1的活性炭颗粒进行微波辐照，微波辐照频率为2.45GHz，使活性炭在300～600℃温度条件下微波辐射15-30min，吸附在活性炭表面的硫氮氧化物在高温下被碳还原分解为单质硫和氮气。在微波辐照过程中，第三阀门3的c-a连通，间断切换第二阀门2的b-c口和b- a口，当第二阀门切换到时b-c口位时，脱附出来部分的气体和硫蒸气进入第一硫回收池11-1回收单质硫，清洁的烟气经第六阀门6的a- c口排出；当第二阀门切换到时b- a 口位时，脱附出来的气体再回到第一吸附床，上述过程直至微波辐照结束，第一吸附床再生完成。待第二吸附床的活性炭吸附饱和后，已经再生活化的第一吸附床再次成为工作床，第二吸附床进入再生状态，其过程与上述第一吸附床辐照过程相同，此处不再赘述。上述两吸附床工作和辐照再生状态交替循环进行。

本发明也可以设置多台吸附床，几台吸附床同时工作，另外几台吸附床同时再生，以满足大流量、高浓度烟气净化要求。

Claims

1.一种微波间歇辐照活性炭脱硫脱硝的方法，其特征在于：它由两台或多台装有活性炭颗粒的吸附床交替对锅炉烟气进行吸附或微波辐照处理，其中，除尘后烟气由引风机送入一台吸附床，该吸附床进入工作状态，由活性炭吸附烟气中的硫氮氧化物，待工作状态吸附床的活性炭吸附饱和后，该吸附床进入隔绝烟气被炭还原分解为单质硫和氮气再生状态，将烟气切换到另一进入工作状态的吸附床进行烟气吸附，所述再生状态吸附床采用微波辐照活性炭颗粒，吸附在活性炭表面的硫氮氧化物在高温下隔绝烟气被炭还原分解为单质硫和氮气，各吸附床工作状态和再生状态交替循环进行，实现连续净化烟气。

2.根据权利要求1所述的微波间歇辐照活性炭脱硫脱硝的方法，其特征在于：所述吸附床再生状态时微波辐照频率为2.45GHz，使活性炭在300～600℃温度条件下微波辐射15-30min。

3.根据权利要求2所述的微波间歇辐照活性炭脱硫脱硝的方法，其特征在于：所述活性炭中加入氧化铜、氧化锰等金属氧化物作为催化剂，催化剂加入过程按照下述步骤进行： a.将活性炭颗粒用去离子水充分清洗去除表面的杂质，再用去离子水充分浸泡2~6h去除活性炭吸附的杂质离子；b.称取相应于活性炭质量0.5%~5%的金属催化剂用等体积浸渍法负载于活性炭上；c.将含有催化剂的活性炭颗粒在65~100℃真空干燥4h，然后继续在100~120℃真空干燥5~10h。

4.根据权利要求3所述的微波间歇辐照活性炭脱硫脱硝的方法，其特征在于：所述再生状态吸附床微波辐照加热过程中，活性炭中经微波辐照脱附出来的气体和硫蒸气进入硫回收池回收单质硫，清洁烟气排出。