CN108939767A - 一种含单质硫烟气湿法高效净化的方法 - Google Patents

一种含单质硫烟气湿法高效净化的方法 Download PDF

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Abstract

一种含单质硫烟气湿法高效净化的方法，该方法包括以下步骤：1)将固体吸附剂加入到含单质硫的烟气中；2)将含有固体吸附剂和单质硫的烟气通入到洗涤塔中，并采用溶液对烟气进行洗涤，烟气被洗涤净化后排放；3)将洗涤塔中洗涤烟气后产生的废水加入到沉降槽中，实现固液分离，得到上清液和沉降下来的含硫固体吸附剂。本发明利用固体吸附剂和胶体硫表面电荷相吸的性质，破坏了胶体硫的稳定性，提高了洗涤液中胶体硫的去除率，从而解决了胶体硫粘附于设备表面堵塞设备的问题。

Description

一种含单质硫烟气湿法高效净化的方法
技术领域
本发明涉及一种烟气净化方法，具体涉及一种含单质硫烟气湿法高效净化方法，属于资源环境保护领域。
背景技术
随着经济建设的发展，我国对环境保护日益重视。雾霾的大量出现，使得人们对大气与粉尘污染越来越关注。在这些污染物中，工业烟气的排放占有较大比例，因此须对工业烟气采取合理有效的脱硫、脱硝工艺，使烟气达到排放标准后进行排放。
而对于含单质硫的工业烟气的脱硫，其中湿法脱硫的反应速度快、效率高，且脱硫添加剂的利用率高。但是，含单质硫的烟气在湿法洗涤过程中会形成胶体硫，洗涤下来的胶体硫尺寸在1-100nm之间，纳米级的胶体硫小颗粒往往难以沉降，不溶于水；同时胶体硫易粘附，易造成工艺设备的堵塞。目前这一问题尚未得到有效处理，国内外也没有可借鉴的相关技术。
发明内容
针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明在大量研究及工程实践的基础上提出了一种含单质硫烟气湿法高效净化的方法。该方法利用固体吸附剂和胶体硫表面电荷相吸的性质，破坏了胶体硫的稳定性，提高了洗涤液中胶体硫的去除率，从而解决了胶体硫粘附于设备表面堵塞设备的问题；同时该方法具有处理效率高、副产价值高及设备运行稳定的优势。
根据本发明的实施方案，提供一种含单质硫烟气湿法高效净化的方法：
一种含单质硫烟气湿法高效净化的方法，该方法包括以下步骤：
1)混合烟气和吸附剂：将固体吸附剂加入到含单质硫的烟气中；
2)湿法洗涤：将含有固体吸附剂和单质硫的烟气通入到洗涤塔中，并采用溶液对该烟气进行洗涤，烟气被洗涤净化后排放；
3)固液分离：将洗涤塔中洗涤烟气后产生的废水加入到沉降槽中，实现固液分离，得到上清液和沉降下来的含硫固体吸附剂。
在本发明中，该方法还包括：
4)将步骤3)中得到的上清液输送至洗涤塔中循环再利用。
在本发明中，该方法还包括：
5)将步骤3)中得到的含硫固体吸附剂用于脱汞、外售和/或填埋。
在本发明中，步骤1)中固体吸附剂加入到含单质硫的烟气之后，混合均匀后再通入洗涤塔。
作为优选，所述的固体吸附剂为活性炭、分子筛、MOFs材料中的一种或几种。
优选的是，步骤1)中所述的固体吸附剂的粒径大小为1-100μm，优选为5-80μm，更优选为10-50μm。
在本发明中，步骤1)中所述的固体吸附剂的加入量为烟气中含单质硫的量与单位固体吸附剂的吸附量的比值的1-3倍，优选为1.1-2倍，更优选为1.2-1.5倍。
作为优选，步骤1)中加入固体吸附剂后，含有固体吸附剂和单质硫的烟气的含尘率低于3000mg/m3，优选为低于2500mg/m3，更优选为低于2000mg/m3。
在本发明中，步骤2)中所述的溶液为酸性溶液。
作为优选，酸性溶液的pH为0-7，优选为1-5。
在本发明中，步骤2)中所述的洗涤塔为填料塔、喷淋塔、筛板塔、湿式水膜除尘器、自激动式湿式除尘器、文丘管除尘器、动力波洗涤塔中的一种。优选洗涤塔为文丘管除尘器或动力波洗涤塔。
在本发明中，步骤3)中所述的沉降槽为圆锥沉降槽、斜板沉降槽、辐流式沉淀槽中的一种。优选沉降槽为圆锥沉降槽。
在本发明中，所述含单质硫的烟气来源为硫化矿燃烧不完全烟气、焦炉煤气脱硫尾气、吸附/解析工艺高温解析气、二氧化硫气相催化还原制备硫尾气中的一种或几种。
本发明的一种含单质硫烟气湿法高效净化的方法，其涉及的工艺过程与技术原理如下：
a、气固混合：本发明的步骤1)将固体吸附剂加入到含单质硫的烟气中，该步骤利用了粉尘发生器的工作原理，通过气流涡流和固体吸附剂的重力作用，实现了气固的均匀混合。
b、酸性洗涤：本发明的步骤2)将含有固体吸附剂的烟气通入到洗涤塔中，并采用酸性溶液对烟气进行洗涤，该步骤基于水滴和颗粒的惯性碰撞，通过在气体中引入固体吸附剂的大颗粒固体，使气液接触时发生湍流作用，强化洗涤过程，极大的提高了微小单质硫的捕集效率。
c、胶体硫高效吸附：本发明的步骤2)中洗涤下来的胶体硫表面为负电荷，加入的固体吸附剂表面带正电荷，通过电性中和原理，破坏了胶体硫的稳定性，实现洗涤液中胶体硫的高效去除，从而防止了胶体硫粘附于设备表面，造成设备堵塞和影响正常工作。
d、沉降分离：本发明的步骤3)中，由于固体吸附剂为微米级大颗粒，其可通过重力自然沉降而分离，纳米级单质硫被固体吸附剂吸附后，由难沉降的纳米颗粒转化为易沉降分离的大颗粒，极大地提高单质硫的分离率。
在本发明中，步骤3)中固液分离得到的上清液可返回洗涤塔进行再利用。而单质硫可用于冶炼行业熔炼时造渣，或用于气相液相脱汞，或作为燃料补充热量等，因此，步骤3)中固液分离得到的固体含硫吸附剂可外售，实现废物的资源化回收和利用。此外，也可将其进行填埋处理。
本发明步骤1)中的固体吸附剂主要是指表面带有正电荷的固体物质，例如固体吸附剂可以为活性炭、分子筛、MOFs等多种材料中的一种或几种。作为优选，本发明中所加入的固体吸附剂的粒径大小一般为1-100μm，优选为5-80μm，更优选为10-50μm。其中，固体吸附剂的加入量一般为烟气中含单质硫的量与单位固体吸附剂吸附量的比值的1-3倍，优选为1.1-2倍，更优选为1.2-1.5倍。同时需控制加入固体吸附剂后，含有固体吸附剂和单质硫的烟气的含尘率低于3000mg/m3，优选为低于2500mg/m3，更优选为低于2000mg/m3。
此外，本发明中固体吸附剂从气相加入，可避免传统方法中从液相加入时造成的喷嘴及循环泵堵塞的问题。此外，从气相中加入固体吸附剂，通过气流涡流的作用，可以使得固体吸附剂和气体中的单质硫混合更加均匀，便于固体吸附剂对单质硫的吸附。如果在液相中加入固体吸附剂，固体吸附剂在液相中很难分散均匀，吸附剂溶剂结团沉淀；同时，液相的环境，由于烟气的温度较高，导致液体的蒸发，蒸发的液体容易堵塞固体吸附剂的喷嘴。而且本发明中加入的固体吸附剂来源较广，无需额外加工定制，可利用废弃或磨损的固体吸附剂，如废弃的活性炭粉，实现以废治废。
本发明的技术方案中，通过在含单质硫的烟气中加入固体吸附剂，固体吸附剂与单质硫在烟气中充分混合，固体吸附剂吸附单质硫；然后通过湿法洗涤，烟气被净化，可以排放。单质硫和固体吸附剂进入洗涤液中，然后通过沉降槽处理，基于电荷作用，单质硫和固体吸附剂结合，沉降下来；沉降槽中的上清液可以循环至洗涤塔中继续使用。由于固体吸附剂的加入，可以很好的吸附单质硫，减少了上清液中的硫胶体含量，再者，固体吸附剂的尺寸较单质硫的大，便于沉降和分离，解决了胶体硫难以沉降、堵塞设备的问题。
作为优选，固体吸附剂为带有正电荷的固体物质。由于胶体硫表面为负电荷，加入固体吸附剂后，固体吸附剂通过电荷作用与胶体硫吸附和结合，从而减少了上清液中的硫胶体含量。作为优选，湿法洗涤采用酸性溶液，避免了胶体硫(或称为硫磺)发生副反应。
本发明步骤2)中优选采用酸性溶液洗涤，其作用主要是防止硫磺在碱性条件下发生歧化反应。其中，酸性溶液的pH一般为0-7，优选为1-6，更优选为2-5。
此外，本发明可以净化处理多种情况下的含单质硫的烟气，例如硫化矿燃烧不完全烟气、焦炉煤气脱硫尾气、吸附/解析工艺高温解析气或二氧化硫气相催化还原制备硫尾气等。
本发明的技术方案处理含单质硫的烟气，通过实验发现，在气相状态下加入固体吸附剂，对于烟气中单质硫的去除效果极佳，经过湿法洗涤之后，单质硫很少形成胶体硫，而都被固体吸附剂所吸附，然后沉淀下来。此外，加入固体吸附剂后，在沉降槽中，固液分离的速度较不加入固体吸附剂的速度快3-5倍，节约了固液分离时间，提高了固液分离的效果。
在本发明中，固体吸附剂的粒径大小优选为1-100μm，更优选为5-80μm，进一步优选为10-50μm。如果固体吸附剂的粒径过大，则吸附剂的比表面积有限，对单质硫的吸附能力受限制；如果固体吸附剂的粒径过小，不利于后续在沉降槽中的固液分离。
在本发明中，加入固体吸附剂的量必须控制在一定的范围内，一般的，固体吸附剂的加入量为烟气中含单质硫的量与单位固体吸附剂的吸附量的比值的1-3倍，优选为1.1-2倍，更优选为1.2-1.5倍。如果固体吸附剂的加入量过大，一是造成资源的浪费，二是增大含硫固体吸附剂的量，增大了后续含硫固体吸附剂的处理难度；如果故土吸附剂的加入量过小，则不能最大量的吸附烟气中的单质硫，导致处理不彻底。
在本发明中，加入固体吸附剂后，控制烟气的含尘率低于3000mg/m3，优选为低于2500mg/m3，更优选为低于2000mg/m3。目的是：控制固体吸附剂的加入量，避免加入过多，影响湿法洗涤的效果。
在本申请中，“洗涤液”和“洗涤烟气后产生的废水”是同一意思表述。
与现有技术相比，本发明具有如下有益技术效果：
(1)本发明利用固体吸附剂和胶体硫表面电荷相吸的性质，破坏了胶体硫的稳定性，提高了洗涤液中胶体硫的去除率；
(2)本发明利用大颗粒固体吸附剂增大气液接触界面，在洗涤塔内发生强烈湍流作用，强化气液洗涤过程，提高了气态单质硫的捕集率；同时，固体吸附剂从气相加入，可避免从液相加入时造成的喷嘴及循环泵堵塞的问题；
(3)本发明中加入的固体吸附剂来源较广，无需额外加工定制，可利用废弃或磨损的固体吸附剂，实现以废治废。
(4)单质硫可用于冶炼行业熔炼时造渣，或用于气相液相脱汞，或作为燃料补充热量等，即本发明中吸附胶体硫后的固体吸附剂可外售，实现废物的资源化回收和利用；另外，由于固体吸附剂与胶体硫作用为化学吸附，在转运过程中，不会存在硫胶体二次释放的威胁。
综上，本发明提供的单质硫烟气湿法高效净化方法有效解决了现有技术的缺陷和不足，且具有处理效率高、副产价值高、设备运行稳定的优势，可以预见其在未来市场具有很高的价值。
附图说明
图1为本发明一种含单质硫烟气湿法高效净化的方法流程图；
图2为本发明实施例1中以合适量活性炭固体吸附剂处理含单质硫后的XRD图；
图3为本发明对比例1以不足量活性炭固体吸附剂处理时溶液；
图4为本发明对比例1以不足量活性炭固体吸附剂处理后的XRD图。
具体实施方式
根据本发明的实施方案，提供一种含单质硫烟气湿法高效净化的方法：
一种含单质硫烟气湿法高效净化的方法，该方法包括以下步骤：
1)混合烟气和吸附剂：将固体吸附剂加入到含单质硫的烟气中；
2)湿法洗涤：将含有固体吸附剂和单质硫的烟气通入到洗涤塔中，并采用溶液对该烟气进行洗涤，烟气被洗涤净化后排放；
3)固液分离：将洗涤塔中洗涤烟气后产生的废水加入到沉降槽中，实现固液分离，得到上清液和沉降下来的含硫固体吸附剂。
在本发明中，该方法还包括：
4)将步骤3)中得到的上清液输送至洗涤塔中循环再利用。
在本发明中，该方法还包括：
5)将步骤3)中得到的含硫固体吸附剂用于脱汞、外售和/或填埋。
在本发明中，步骤1)中固体吸附剂加入到含单质硫的烟气之后，混合均匀后再通入洗涤塔。
作为优选，所述的固体吸附剂为活性炭、分子筛、MOFs材料中的一种或几种。
优选的是，步骤1)中所述的固体吸附剂的粒径大小为1-100μm，优选为5-80μm，更优选为10-50μm。
在本发明中，步骤1)中所述的固体吸附剂的加入量为烟气中含单质硫的量与单位固体吸附剂的吸附量的比值的1-3倍，优选为1.1-2倍，更优选为1.2-1.5倍。
作为优选，步骤1)中加入固体吸附剂后，含有固体吸附剂和单质硫的烟气的含尘率低于3000mg/m3，优选为低于2500mg/m3，更优选为低于2000mg/m3。
在本发明中，步骤2)中所述的溶液为酸性溶液。
作为优选，酸性溶液的pH为0-7，优选为1-5。
在本发明中，步骤2)中所述的洗涤塔为填料塔、喷淋塔、筛板塔、湿式水膜除尘器、自激动式湿式除尘器、文丘管除尘器、动力波洗涤塔中的一种。优选洗涤塔为文丘管除尘器或动力波洗涤塔。
在本发明中，步骤3)中所述的沉降槽为圆锥沉降槽、斜板沉降槽、辐流式沉淀槽中的一种。优选沉降槽为圆锥沉降槽。
在本发明中，所述含单质硫的烟气来源为硫化矿燃烧不完全烟气、焦炉煤气脱硫尾气、吸附/解析工艺高温解析气、二氧化硫气相催化还原制备硫尾气中的一种或几种。
实施例1
一种含单质硫烟气湿法高效净化的方法，该方法包括以下步骤：
1)混合烟气和吸附剂：将固体吸附剂加入到含单质硫的烟气中；
2)湿法洗涤：将含有固体吸附剂和单质硫的烟气通入到洗涤塔中，并采用溶液对该烟气进行洗涤，烟气被洗涤净化后排放；
3)固液分离：将洗涤塔中洗涤烟气后产生的废水加入到沉降槽中，实现固液分离，得到上清液和沉降下来的含硫固体吸附剂。
其中，步骤1)中所述的固体吸附剂为活性炭。固体吸附剂的粒径大小为20μm。固体吸附剂的加入量为烟气中含单质硫的量与单位固体吸附剂的吸附量的比值的1.3倍，且加入固体吸附剂后，烟气的含尘率＜2000mg/m3。
步骤2)中所述的酸性溶液的pH为2。步骤2)中所述的洗涤塔为文丘管除尘器。
步骤3)中所述的沉降槽为圆锥沉降槽。
所述含单质硫的烟气来源为烧结烟气吸附/解析工艺高温解析气。
通过检测，经检测步骤3)中得到的上清液中硫胶体浓度为0.96mg/L，溶液呈澄清透明状。
经检测步骤3)中得到的含硫固体吸附剂中出现明显的单质硫特征峰，结果如图2。
对比例1
一种含单质硫烟气湿法高效净化的方法，该方法包括以下步骤：
1)混合烟气和吸附剂：将固体吸附剂加入到含单质硫的烟气中；
2)湿法洗涤：将含有固体吸附剂和单质硫的烟气通入到洗涤塔中，并采用溶液对该烟气进行洗涤，烟气被洗涤净化后排放；
3)固液分离：将洗涤塔中洗涤烟气后产生的废水加入到沉降槽中，实现固液分离，得到上清液和沉降下来的含硫固体吸附剂。
其中，步骤1)中所述的固体吸附剂为活性炭。固体吸附剂的粒径大小为20μm。固体吸附剂的加入量为烟气中含单质硫的量与单位固体吸附剂的吸附量的比值的0.3倍，且加入固体吸附剂后，烟气的含尘率＜2000mg/m3。
步骤2)中所述的酸性溶液的pH为2。步骤2)中所述的洗涤塔为文丘管除尘器。
步骤3)中所述的沉降槽为圆锥沉降槽。
所述含单质硫的烟气来源为烧结烟气吸附/解析工艺高温解析气。
通过检测，经检测步骤3)中得到的上清液中硫胶体浓度为51mg/L，溶液呈乳白色状，结果如图3所示。
经检测步骤3)中得到的含硫固体吸附剂中仅出现了单质硫特征峰，表明固体吸附剂量不足，完全被单质硫覆盖，结果如图4。
实施例2
一种含单质硫烟气湿法高效净化的方法，该方法包括以下步骤：
1)混合烟气和吸附剂：将固体吸附剂加入到含单质硫的烟气中；
2)湿法洗涤：将含有固体吸附剂和单质硫的烟气通入到洗涤塔中，并采用酸性溶液对该烟气进行洗涤，烟气被洗涤净化后排放；
3)固液分离：将洗涤塔中洗涤烟气后产生的废水加入到沉降槽中，实现固液分离，得到上清液和沉降下来的含硫固体吸附剂。
4)将步骤3)中得到的上清液输送至洗涤塔中循环再利用。
其中，步骤1)中所述的固体吸附剂为活性炭。固体吸附剂的粒径大小为10μm。固体吸附剂的加入量为烟气中含单质硫的量与单位固体吸附剂的吸附量的比值的1.5倍，且加入固体吸附剂后，烟气的含尘率＜2000mg/m3。
步骤2)中所述的酸性溶液的pH为1。步骤2)中所述的洗涤塔为文丘管除尘器。
步骤3)中所述的沉降槽为圆锥沉降槽。
所述含单质硫的烟气来源为硫化矿燃烧不完全烟气。
通过检测，经检测步骤3)中得到的上清液中硫胶体浓度低于0.81mg/L，溶液呈澄清透明状。
实施例3
一种含单质硫烟气湿法高效净化的方法，该方法包括以下步骤：
1)混合烟气和吸附剂：将固体吸附剂加入到含单质硫的烟气中；
2)湿法洗涤：将含有固体吸附剂和单质硫的烟气通入到洗涤塔中，并采用酸性溶液对该烟气进行洗涤，烟气被洗涤净化后排放；
3)固液分离：将洗涤塔中洗涤烟气后产生的废水加入到沉降槽中，实现固液分离，得到上清液和沉降下来的含硫固体吸附剂。
4)将步骤3)中得到的上清液输送至洗涤塔中循环再利用。
其中，步骤1)中所述的固体吸附剂为分子筛。固体吸附剂的粒径大小为50μm。固体吸附剂的加入量为烟气中含单质硫的量与单位固体吸附剂的吸附量的比值的1.2倍，且加入固体吸附剂后，烟气的含尘率＜2500mg/m3。
步骤2)中所述的酸性溶液的pH为5。步骤2)中所述的洗涤塔为动力波洗涤塔。
步骤3)中所述的沉降槽为辐流式沉淀槽。
所述含单质硫的烟气来源为吸附/解析工艺高温解析气。
通过检测，经检测步骤3)中得到的上清液中硫胶体浓度低于0.90mg/L，溶液呈澄清透明状。

Claims (10)

1.一种含单质硫烟气湿法高效净化的方法，该方法包括以下步骤：
1)混合烟气和吸附剂：将固体吸附剂加入到含单质硫的烟气中；
2)湿法洗涤：将含有固体吸附剂和单质硫的烟气通入到洗涤塔中，并采用溶液对该烟气进行洗涤，烟气被洗涤净化后排放；
3)固液分离：将洗涤塔中洗涤烟气后产生的废水加入到沉降槽中，实现固液分离，得到上清液和沉降下来的含硫固体吸附剂。
2.根据权利要求1所述的含单质硫烟气湿法高效净化的方法，该方法还包括：
4)将步骤3)中得到的上清液输送至洗涤塔中循环再利用；和/或
5)将步骤3)中得到的含硫固体吸附剂用于脱汞、外售和/或填埋。
3.根据权利要求1或2所述的含单质硫烟气湿法高效净化的方法，其特征在于：步骤1)中固体吸附剂加入到含单质硫的烟气之后，混合均匀后再通入洗涤塔；作为优选，所述的固体吸附剂为活性炭、分子筛、MOFs材料中的一种或几种。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的含单质硫烟气湿法高效净化的方法，其特征在于：步骤1)中所述的固体吸附剂的粒径大小为1-100μm，优选为5-80μm，更优选为10-50μm。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的含单质硫烟气湿法高效净化的方法，其特征在于：步骤1)中所述的固体吸附剂的加入量为烟气中含单质硫的量与单位固体吸附剂的吸附量的比值的1-3倍，优选为1.1-2倍，更优选为1.2-1.5倍。
6.根据权利要求5所述的含单质硫烟气湿法高效净化的方法，其特征在于：步骤1)中加入固体吸附剂后，含有固体吸附剂和单质硫的烟气的含尘率低于3000mg/m3，优选为低于2500mg/m3，更优选为低于2000mg/m3。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的含单质硫烟气湿法高效净化的方法，其特征在于：步骤2)中所述溶液为酸性溶液；作为优选，酸性溶液的pH为0-7，优选为1-6，更优选为2-5。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的含单质硫烟气湿法高效净化的方法，其特征在于：步骤2)中所述的洗涤塔为填料塔、喷淋塔、筛板塔、湿式水膜除尘器、自激动式湿式除尘器、文丘管除尘器、动力波洗涤塔中的一种；优选洗涤塔为文丘管除尘器或动力波洗涤塔。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的含单质硫烟气湿法高效净化的方法，其特征在于：步骤3)中所述的沉降槽为圆锥沉降槽、斜板沉降槽、辐流式沉淀槽中的一种；优选沉降槽为圆锥沉降槽。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的含单质硫烟气湿法高效净化的方法，其特征在于：所述含单质硫的烟气来源为硫化矿燃烧不完全烟气、焦炉煤气脱硫尾气、吸附/解析工艺高温解析气、二氧化硫气相催化还原制备硫尾气中的一种或几种。
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