CN106215697A - 一种负载离子液体催化剂的氨法联合脱硫脱硝方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种负载离子液体催化剂的氨法联合脱硫脱硝方法及装置，负载离子液体催化剂的氨法联合脱硫脱硝装置，包括洗涤塔、ILs催化反应器、除雾塔、供氨***和供氧***，述洗涤塔内设有冷却喷淋层，洗涤塔外设有将洗涤塔下部和冷却喷淋层连通的浆液循环管道，除雾塔内设有除雾层，洗涤塔的烟气出口和ILs催化反应器的烟气入口连接，ILs催化反应器的烟气出口与除雾塔的烟气入口连接，ILs催化反应器和除雾塔底部均通过浆液输送管道与洗涤塔下部连通，供氨***包括氨贮槽，氨贮槽通过反应器氨输送管道和洗涤塔氨输送管道分别与ILs催化反应器和洗涤塔连接，供氧***包括连接在反应器氨输送管道上的氧化风机。本发明脱硫脱硝效率高，结构简单，占地小。

Description

一种负载离子液体催化剂的氨法联合脱硫脱硝方法及装置
技术领域
本发明属于环境保护领域，涉及到一种燃煤烟气中二氧化硫、氮氧化物的脱除工艺，具体的说是涉及一种负载离子液体催化剂的氨法联合脱硫脱硝方法及装置。
背景技术
随着工业化的发展，我国对能源的需求与消耗大幅度地增加，与此同时，大量的化石燃料在工业使用中所释放出SO2和NOx等污染物更是带来了严重的环境问题。SO2是酸雨和细颗粒物的主要前体物，造成了多种危害。NOx总称为氮氧化物，危害最大的主要是NO和NO2。NOx 的主要危害如下：(1) 对人体有毒害作用；(2) 对植物有毒害作用；(3) 可形成酸雨、酸雾；(4) 与碳氢化合物形成光化学烟雾；(5) 破坏臭氧层。此外，在国家颁布的有关污染物排放标准中，对NOx的排放有了更加严格的规定：NOx最高允许排放浓度为100mg/m3。因此，无论从环境还是法律角度，治理此类含SO2和NOx的烟气已经刻不容缓。
目前国内烟气脱硫较多采用的是石灰石-石膏法，这种脱硫方法投资较大，要消耗大量的石灰石资源，且产生大量脱硫废水和副产石膏，副产物价值不高。由于脱硫效率高、无二次污染、运行费用低、装置可行性高等优势，氨法烟气脱硫技术在国内应用越来越广泛，但其脱硝能力并不高。
烟气脱硝技术主要有选择性催化还原法（SCR）、选择性非催化还原法（SNCR）和选择性非催化还原与选择性催化还原联合法（SNCR-SCR），其中SCR 法脱硝效率高，但其工艺和设备***较复杂，装置运行成本高，且催化剂价格高、耗量大；SNCR 法工艺和设备***较简单，装置运行成本虽然不高，但脱硝效率不能保证。SNCR-SCR 法则结合了两者工艺的特点，有效降低了催化剂的耗量，但其总体结构仍较复杂。有着非常大的改进空间。此外，上述三种工艺都需要在高温下反应，能耗过高。
在烟气处理技术发展过程中，首先用于烟气脱硫、脱硝等工艺和设备绝大多数还是独立开发的，形成各自的技术体系和工艺流程，工艺复杂、投资较大。随着技术的发展，出现了脱硫脱硝联合工艺装置，主要有以下三类：一、将NOx还原成氮气或氧化为NO2后再进行脱硫及进一步处理，这类工艺运行成本高，吸收剂耗量大等问题；二、脱硫脱硝一体化净化塔，该类工艺实现了脱硫脱硝一体化，但未能充分利用烟气热量，副产处理的能耗较大；三、脱硫脱硝和浓缩结晶的组合装置，该类装置存在着占地面积大，运行调试繁琐的问题。由此可见，如能开发一种***结构简单、能耗低、效率高的脱硫脱硝联合工艺，必将对氨法脱硫脱硝的推广和应用带来深远影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种催化效率高、能耗低和无额外三废产生的负载离子液体催化剂的氨法联合脱硫脱硝方法及装置，以解决现有技术的一种脱硫脱硝工艺结构复杂、能耗高、效率低的技术问题。
本发明负载离子液体催化剂的氨法联合脱硫脱硝方法采用如下技术方案：一种负载离子液体催化剂的氨法联合脱硫脱硝方法，包括以下步骤：（1）燃煤锅炉来的烟气首先进入洗涤塔中进行降温，在降温过程中同时脱除部分酸性气体，烟气温度降低至80℃～140℃进入到离子液体（ILs）催化反应器中；（2）经洗涤降温后烟气在离子液体（ILs）催化反应器中与含氧氨水在离子液体（ILs）作用下发生反应，烟气中的NO进行氧化反应生成NO2，烟气中的SO2与氨水反应生成亚硫酸铵和硫酸铵，NO2与氨水生成亚硝酸铵和硝酸铵，亚硫酸铵和亚硝酸铵进一步氧化生成硫酸铵和硝酸铵；（3）离子液体（ILs）催化反应器中反应后的浆液进入洗涤塔作为洗涤塔内的洗涤液，洗涤塔内的洗涤液在喷淋的同时向洗涤塔内通入液氨将洗涤液的pH 值调节至6.5～8；（4）烟气在离子液体（ILs）催化反应器中发生脱硫脱硝反应后送入除雾塔进行水洗除雾。
所述ILs催化反应器内的烟气的反应温度为100℃～120℃，所述洗涤塔内的洗涤液的pH 值为6.5～7.5。
将洗涤塔底部的溶液通入浆液后续处理装置，制成硫酸铵和硝酸铵产品。
本发明一种负载离子液体催化剂的氨法联合脱硫脱硝装置采用如下技术方案：一种负载离子液体催化剂的氨法联合脱硫脱硝装置，包括洗涤塔、ILs催化反应器、除雾塔、供氨***和供氧***，所述洗涤塔、ILs催化反应器、除雾塔上均设有烟气入口和烟气出口，所述洗涤塔内设有冷却喷淋层，所述洗涤塔外设有将洗涤塔下部和冷却喷淋层连通的浆液循环管道，所述除雾塔内设有除雾层，所述洗涤塔的烟气出口和ILs催化反应器的烟气入口连接，所述ILs催化反应器的烟气出口与除雾塔的烟气入口连接，所述ILs催化反应器和除雾塔底部均通过浆液输送管道与洗涤塔下部连通，所述供氨***包括氨贮槽，氨贮槽通过反应器氨输送管道和洗涤塔氨输送管道分别与ILs催化反应器和洗涤塔连接，所述供氧***包括连接在反应器氨输送管道上的氧化风机。
所述洗涤塔和ILs催化反应器位于同一水平面上，所述除雾塔的位置高于洗涤塔的位置。
所述洗涤塔的底部通过浆液输出管道连接有浆液后续处理装置，浆液输出管道上设有浆液输出泵。
所述ILs催化反应器的数量至少为两个，各ILs催化反应器串联或并联在一起。
所述ILs催化反应器中的支撑膜组件包括ILs离子液体和ILs半透膜，所述ILs离子液体为盐类或者金属，所述ILs半透膜材质为金属或者金属氧化物或者陶瓷或者多孔玻璃或者沸石。
所述ILs离子液体为咪唑盐类或者吡啶盐类或者磺酰胺酸盐类。
所述ILs离子液体是金属复合基或者是铁、锌、锰中的一种金属单基。
本发明可根据ILs催化反应器进口烟气流量及烟气中初始SO2 和NOx浓度进行多个ILs催化反应器的串联和并联操作，以保证所要求的脱硫、脱硝率；同时可通过调节洗涤塔中洗涤液量控制ILs催化反应器的温度在最佳反应温度。ILs催化反应器内烟气和吸收液在ILs支撑膜的作用下快速反应，催化效率高。针对不同处理量的燃煤烟气，所述ILs催化反应器既可以并联操作，也可以串联操作；此反应器寿命长，可以反复使用，一定周期内进行催化剂水洗再生处理，再生过程简单方便，不需要额外的催化剂再生***。洗涤塔塔底的浆液可以去往浆液后续处理装置，制成硫酸铵和硝酸铵产品，对外销售。本发明不仅能高效率地提高了脱硫脱硝效率，且工艺过程和装置结构简单，占地面积小，运行成本和投资成本低，而且无新三废产生，在达到环保要求的同时能变废为宝创造经济效益，具有广阔的工业应用前景。
附图说明
图1是本发明负载离子液体催化剂的氨法联合脱硫脱硝的一种实施例的流程示意图。
图中，1-除雾塔，2-氧化风机，3-氨贮槽，4-洗涤塔，5-除雾层，6- ILs催化反应器，7-反应器氨输送泵，8-洗涤塔氨输送泵，9-浆液输送泵，10-浆液循环泵，11-浆液输出泵。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
如图1所示，本发明负载离子液体催化剂的氨法联合脱硫脱硝的一种实施例包括洗涤塔2、ILs催化反应器6、除雾塔5、供氨***和供氧***，所述洗涤塔2、ILs催化反应器6、除雾塔5上均设有烟气入口和烟气出口，所述洗涤塔2内设有冷却喷淋层4，所述洗涤塔4外设有将洗涤塔下部和冷却喷淋层连通的浆液循环管道，浆液循环管道上设有浆液循环泵10，所述除雾塔1内设有除雾层5，所述洗涤塔2的烟气出口和ILs催化反应器6的烟气入口连接，所述ILs催化反应器6的烟气出口与除雾塔1的烟气入口连接，所述ILs催化反应器6和除雾塔1底部均通过浆液输送管道与洗涤塔2下部连通，ILs催化反应器6和洗涤塔4之间的浆液输送管道上设有浆液输送泵9，所述洗涤塔4的底部通过浆液输出管道连接有浆液后续处理装置，浆液输出管道上设有浆液输出泵11。所述供氨***包括氨贮槽3，氨贮槽3通过反应器氨输送管道和洗涤塔氨输送管道分别与ILs催化反应器和洗涤塔连接，反应器氨输送管道和洗涤塔氨输送管道上分别设有反应器氨输送泵7和洗涤塔氨输送泵8，所述供氧***包括连接在反应器氨输送管道上的氧化风机2。本实施例中，所述洗涤塔4和ILs催化反应器6位于同一水平面上，所述除雾塔1的位置高于洗涤塔4的位置。所述ILs催化反应器6中的支撑膜组件包括ILs离子液体和ILs半透膜。
本实例的运行流程如图1所示，燃煤烟气从洗涤塔4上烟气入口进入洗涤塔4内，在洗涤塔4出口处设有冷却喷淋层不断喷洒浆液，对入口烟气进行初步洗涤降温到合适温度后进入ILs催化反应器6，洗涤塔4通过浆液循环管道和浆液循环泵10进行循环喷淋浆液使烟气降温，由洗涤塔氨输送泵8从氨贮槽3中向洗涤塔4泵入氨液，对洗涤塔4中浆液的pH值进行适量调节；供氧***的氧化风机2向ILs催化反应器6提供反应所需的氧气，供氨***的氨贮槽3通过反应器氨输送泵7 向ILs催化反应器6提供脱硫脱硝吸收剂氨液，氨液和氧气在ILs催化反应器的入口处混合均匀之后进入ILs催化反应器中的流道，烟气在ILs支撑膜6的作用下与吸收液催化氧化生成相应的硫酸铵和硝酸铵浆液，该浆液被浆液输送管道上的浆液输送泵9送入洗涤塔4中，当洗涤塔4中浆液达到一定的浓度后，通过浆液输出管道和浆液输出泵11输送至浆液后续处理装置进行结晶浓缩干燥等处理，形成硝酸铵和硫酸铵产品直接对外进行销售；进入ILs催化反应器6的烟气发生脱硫脱硝反应后，烟气中的二氧化硫和氮氧化物得到净化，再进入除雾塔1，通过工艺水对烟气进行深度脱硫脱硝后，经过除雾层5除雾后烟气直接达标排放，使用一段时间后，通过工艺水对除雾层5进行水洗；除雾塔1底部吸收浆液经高度差送入洗涤塔4中。
在实际应用中， ILs离子液体为咪唑盐类或者吡啶盐类或者磺酰胺酸盐类， ILs离子液体是金属复合基或者是铁、锌、锰中的一种金属单基。当然，ILs离子液体可以是其它盐类或者金属。ILs半透膜材质可以为金属或者金属氧化物或者陶瓷或者多孔玻璃或者沸石。
在本发明负载离子液体催化剂的氨法联合脱硫脱硝装置其它的实施例中，ILs催化反应器的数量至少为两个，各ILs催化反应器串联或并联在一起。
本发明负载离子液体催化剂的氨法联合脱硫脱硝方法的实施例包括以下步骤：（1）燃煤锅炉来的烟气首先进入洗涤塔中进行降温，在降温过程中同时脱除部分酸性气体，烟气温度降低至80℃～140℃进入到离子液体（ILs）催化反应器中；（2）经洗涤降温后烟气在离子液体（ILs）催化反应器中与含氧氨水在离子液体（ILs）作用下发生反应，烟气中的NO进行氧化反应生成NO2，烟气中的SO2与氨水反应生成亚硫酸铵和硫酸铵，NO2与氨水生成亚硝酸铵和硝酸铵，亚硫酸铵和亚硝酸铵进一步氧化生成硫酸铵和硝酸铵；（3）离子液体（ILs）催化反应器中反应后的浆液进入洗涤塔作为洗涤塔内的洗涤液，洗涤塔内的洗涤液在喷淋的同时向洗涤塔内通入液氨将洗涤液的pH 值调节至6.5～8；（4）烟气在离子液体（ILs）催化反应器中发生脱硫脱硝反应后送入除雾塔进行水洗除雾。
本实施例还包括以下步骤：将洗涤塔底部的溶液通入浆液后续处理装置，制成硫酸铵和硝酸铵产品。
在本发明负载离子液体催化剂的氨法联合脱硫脱硝方法其它的实施例中，优选的， ILs催化反应器内的烟气的反应温度为100℃～120℃，洗涤塔内的洗涤液的pH 值为6.5～7.5。

Claims (10)

1.一种负载离子液体催化剂的氨法联合脱硫脱硝方法，其特征在于，其包括以下步骤：（1）燃煤锅炉来的烟气首先进入洗涤塔中进行降温，在降温过程中同时脱除部分酸性气体，烟气温度降低至80℃～140℃进入到离子液体（ILs）催化反应器中；（2）经洗涤降温后烟气在离子液体（ILs）催化反应器中与含氧氨水在离子液体（ILs）作用下发生反应，烟气中的NO进行氧化反应生成NO2，烟气中的SO2与氨水反应生成亚硫酸铵和硫酸铵，NO2与氨水生成亚硝酸铵和硝酸铵，亚硫酸铵和亚硝酸铵进一步氧化生成硫酸铵和硝酸铵；（3）离子液体（ILs）催化反应器中反应后的浆液进入洗涤塔作为洗涤塔内的洗涤液，洗涤塔内的洗涤液在喷淋的同时向洗涤塔内通入液氨将洗涤液的pH 值调节至6.5～8；（4）烟气在离子液体（ILs）催化反应器中发生脱硫脱硝反应后送入除雾塔进行水洗除雾。
2.根据权利要求1所述的负载离子液体催化剂的氨法联合脱硫脱硝方法，其特征在于：所述ILs催化反应器内的烟气的反应温度为100℃～120℃，所述洗涤塔内的洗涤液的pH 值为6.5～7.5。
3.根据权利要求1所述的负载离子液体催化剂的氨法联合脱硫脱硝方法，其特征在于：将洗涤塔底部的溶液通入浆液后续处理装置，制成硫酸铵和硝酸铵产品。
4.一种负载离子液体催化剂的氨法联合脱硫脱硝装置，其特征在于：包括洗涤塔（4）、ILs催化反应器（6）、除雾塔（1）、供氨***和供氧***，所述洗涤塔（4）、ILs催化反应器（6）、除雾塔（1）上均设有烟气入口和烟气出口，所述洗涤塔（4）内设有冷却喷淋层，所述洗涤塔（4）外设有将洗涤塔下部和冷却喷淋层连通的浆液循环管道，所述除雾塔（1）内设有除雾层（5），所述洗涤塔（4）的烟气出口和ILs催化反应器（6）的烟气入口连接，所述ILs催化反应器（6）的烟气出口与除雾塔（1）的烟气入口连接，所述ILs催化反应器（6）和除雾塔（1）底部均通过浆液输送管道与洗涤塔下部连通，所述供氨***包括氨贮槽（3），氨贮槽（3）通过反应器氨输送管道和洗涤塔氨输送管道分别与ILs催化反应器（6）和洗涤塔（4）连接，所述供氧***包括连接在反应器氨输送管道上的氧化风机（2）。
5.根据权利要求4所述的负载离子液体催化剂的氨法联合脱硫脱硝装置，其特征在于：所述洗涤塔（4）和ILs催化反应器（6）位于同一水平面上，所述除雾塔（1）的位置高于洗涤塔（4）的位置。
6.根据权利要求4所述的负载离子液体催化剂的氨法联合脱硫脱硝装置，其特征在于：所述洗涤塔（4）的底部通过浆液输出管道连接有浆液后续处理装置，浆液输出管道上设有浆液输出泵（11）。
7.根据权利要求4所述的负载离子液体催化剂的氨法联合脱硫脱硝装置，其特征在于：所述ILs催化反应器（6）的数量至少为两个，各ILs催化反应器串联或并联在一起。
8.根据权利要求4所述的负载离子液体催化剂的氨法联合脱硫脱硝装置，其特征在于：所述ILs催化反应器（6）中的支撑膜组件包括ILs离子液体和ILs半透膜，所述ILs离子液体为盐类或者金属，所述ILs半透膜材质为金属或者金属氧化物或者陶瓷或者多孔玻璃或者沸石。
9.根据权利要求8所述的负载离子液体催化剂的氨法联合脱硫脱硝装置，其特征在于：所述ILs离子液体为咪唑盐类或者吡啶盐类或者磺酰胺酸盐类。
10.根据权利要求8所述的负载离子液体催化剂的氨法联合脱硫脱硝装置，其特征在于：所述ILs离子液体是金属复合基或者是铁、锌、锰中的一种金属单基。
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