專利名稱：一種同時治理廢氣中氮氧化物和二氧化硫的裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種脫除和回收廢氣中NO和S02的工藝和裝置，具體涉及用堿性溶 液脫除和回收廢氣中NO和S02的工藝和裝置。
背景技術：
二氧化硫和氮氧化物是形成酸雨的主要污染物質，氮氧化物還會形成光化學污染、 產(chǎn)生溫室效應、破壞臭氧層、對人體有致毒作用。我國2000年所排放的氮氧化物為1200 萬噸，如果不采取有效的污染控制措施，2020年氮氧化物排放量將達到2900萬噸左右，
SO2排放量將達到4350多萬噸。大量S02和NOx氣體的排放，不僅造成環(huán)境污染，同
時也是資源的巨大浪費。近年來，我國一些特大型城市的空氣氮氧化物濃度超標，氮氧 化物的環(huán)境容量已基本處于飽和狀態(tài)， 一些地方甚至產(chǎn)生光化學煙霧現(xiàn)象，我國酸性降 水中，硝酸根和硫酸根離子濃度比例已由2000年的0. 15:1發(fā)展為2004年的0.20:1， 表明我國未來的酸雨污染可能將由硫酸型向硫酸/硝酸復合型發(fā)展，控制S02和NO的排 放己是迫在眉睫。
NOx是氮氧化物的統(tǒng)稱，包括&0、 NO、 N203、 N02、 ^05等，大氣中95%以上 的NOx為NO， N02只占很少量，煙道氣中的NOx90。/。以上也是NO。由于NO反應能 力較差，因此，其脫除在技術上也就相當困難。經(jīng)過多年的研究已經(jīng)開發(fā)了多種的脫硝 方法。目前，工業(yè)上采用較多的為催化還原法，如專利US Patent 4,221,768、 Swedish Patent 8404840-4、 US Patent 4,101,238、 US Patent 4,048,112所公開的方法，但該方法反 應需消耗大量的還原劑，而且煙氣中的NO不能回收利用。
日本專利P1659565j(1976)、 P181759c(1976)、 P63100918，A2(1988)所提出的同時脫 除NOx和S02的方法所采用氧化劑，如氯酸、高錳酸鉀、雙氧水、臭氧等，液相氧化 NOx等由于成本高等原因而未能推廣開來。另一種方法采用黃磷(見文獻Nature, 1990, 343(11):151-153)，能同時脫除煙氣中的NOx和S02,但屬于全拋棄法。該法要消耗大 量的磷資源，而且其毒性大，操作要求較高。煙氣脫硫方法分為氨法、石灰石/石灰法、雙堿法、氧化鎂法、鈉堿法、海水法、 活性碳法、爐內噴鈣法、電子束法、非平衡等離子體法以及金屬氧化物吸收法等。濕氨 法工藝和其它濕法脫硫工藝相比具有特有的優(yōu)點，它能提供化學肥料硫銨作為副產(chǎn)品， 還能脫除除S02外的其它酸性氣體(如S03和HC1)，是一種具有前途的脫除高硫煤S02 煙氣的方法。副產(chǎn)品硫銨(NH4)2S04，和硝銨(NH4N03)以及少量的飛灰混合在一起 可以作為含硫和氮的農(nóng)用化肥，這種農(nóng)用化肥尤其適合于高堿性土壤。
專利ZLOl 1 05004.7提出將可溶性鈷鹽溶解在氨水溶液中，利用生成的二價鈷氨絡 合物做催化劑，煙道氣中的02作氧化劑，在液相中實現(xiàn)NO的催化氧化和回收，并且 同時脫除和回收S02，另加碘或溴等鹵素的陰離子作催化劑，采用光催化的方法實現(xiàn)三 價鈷氨絡離子催化還原，保持吸收劑脫除NO的能力。文獻(CN1544126A)公開了一 種用氨溶液脫除和回收廢氣中NO和S02的方法，其原理是這樣的
將可溶性的鈷鹽溶解在氨水溶液中，形成的鈷絡合物(如Co(NH^+等)能與氧形
成過氧化物(式l)，該過氧化物具有較強的氧化能力，能將NO氧化成易溶于水的N02 (式2、 3)， N02溶于水中與氨形成銨鹽(式4);
Co(NH^+在催化氧化NO的過程中本身也被氧化成CoOv/^t ， C0(iW3X+不具載 氧能力。然而Co(A^Jf在活性碳的催化下，能氧化水分子，還原為二價鈷離子(式5)，
這樣就能實現(xiàn)CoOvi^t的循環(huán)再生，保持溶液的催化活性。
通過這樣一個過程，實現(xiàn)NO的催化氧化和吸收，總反應見(式7)。
Co(AW3)" ") + M7(叫)——^C。0^3 )5 M)]2+ (叫)+ M/3 (1 )
2Co(M/3 )〗+ + 6>2 <~>[(服3 )5 Co _ O _ O - Co(季)5 ]4+ + 2M/3 (2)4+ +//20+2A7/3 +[Co(AW3)5M3]2+——>2Co(AWj6+ +2, +[Co(AW3)5M 2]2+ (3 )
2[Co(M/3 )5 M 2 ] + W20 + 3M/3 (/) — iW74M)2 (/) + AW4M 3 (/)+Co(M/3 )〗+ ( 4 )
2Co(碼)^ +liy20 ^艦>2Co2+ +l/2。2 +10O/T +12順7 (5)
Co2+ + 6冊3——> Co(碼)『 (6)
總反應為
2甜+即+2肌+<9，——>風脂7+肌戰(zhàn) (7)當廢氣中有S02時，S02與氨水反應生成亞硫酸鉸(式8)，亞硫酸銨又會被氧化成 硫酸銨(式9)，從而實現(xiàn)S02的氧化和吸收同時進行。
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上述過程可以實現(xiàn)NO的催化氧化和吸收同時進行、實現(xiàn)S02的催化氧化和吸收同 時進行，可對現(xiàn)有的濕氨法脫硫工藝進行改進，實現(xiàn)同時脫除NO和S02，副產(chǎn)氨肥，具 有較強的經(jīng)濟、技術優(yōu)勢。
由于氨易于揮發(fā)，在氣相中同時存在氨、S02、 S03，容易形成亞硫銨和硫酸銨霧， 煙氣中的飽和水蒸氣凝結在這些銨霧上成為濃密的白霧，既造成氨的損失，又形成二次 污染。

發(fā)明內容
本專利擬解決的技術問題是設計一種能實現(xiàn)同時脫除和回收廢氣中NO和S02的吸 收塔及其用途，以克服現(xiàn)有技術的缺陷。 本發(fā)明的技術方案-
吸收塔為圓柱形或方形的立式塔體；該吸收塔結構如下 設置在塔頂部的凈化煙氣出口 ；
設置在塔內上部、尾氣出口下面的除沫層，煙氣中夾帶的液滴經(jīng)過除沫層分離，使 煙氣的帶沫量小于lOOmgNm-3。除沫層為低阻力的規(guī)整填料，如板波紋填料或絲網(wǎng)填 料，推薦傳質面積為50 500m21^3，最佳值為150~250m2nT3，板波紋規(guī)整填料的材質 為聚丙烯或玻璃鋼，傳質構件層的高度為0.1 3tn，最佳值為0.2 2m。
設置在塔體內上部、除沫層下方有一個由泡罩塔板構成的氨回收層，材質采用聚丙 烯或玻璃鋼，既可用普通的泡罩，也可用扁平或傘形泡罩。
設置在塔體內上部的、氨回收層下方的、與設置在塔體上的吸收液入口相連接的吸 收液分布裝置，吸收液分布裝置可以是任何一種型式，只要分別均勻，優(yōu)選噴嘴，或多 孔管，或槽式分布器，材質采用聚丙烯或玻璃鋼。
設置在吸收液分布裝置下方的二氧化硫和氮氧化物吸收層，為吸收塔的核心結構， 要求傳質面積大、阻力低、耐腐蝕。傳質構件層可選用板波紋規(guī)整填料、格柵填料或篩 板，板波紋規(guī)整填料或格柵填料傳質面積為100~500m2m-3，最佳值為150-250 m2 m—3，傳質構件層的高度為0.5~7m，最佳值為1~5 m;篩板的開孔率為8-32%，孔徑為12-25 mm，篩板為2-6塊，適宜為3-5塊。吸收層的材質為聚丙烯或玻璃鋼。
設置在二氧化硫和氮氧化物吸收層下方的與煙氣入口相連接的煙氣分布器，吸收層
和煙氣分布器之間的區(qū)域為煙氣激冷區(qū)。
設置在煙氣分布器下方的吸收液循環(huán)槽。 設置在吸收液循環(huán)槽中的一個循環(huán)吸收液出口 。 設置在吸收液循環(huán)槽下部的一個硫銨硝銨漿料出口 。 采用上述裝置實現(xiàn)從煙氣中同時脫硫脫硝包括如下步驟:
含二氧化硫濃度為700-4000ppm、氮氧化物濃度為200-800 ppm、溫度為110-180°C
的鍋爐煙氣，直接由煙氣入口通人塔內或經(jīng)過再熱器降溫至50 10(TC后進入塔內，通過 煙氣分布器分布后逆流向上，在煙氣分布激冷區(qū)與順流而下的吸收液接觸激冷，溫度降 低到40-6(TC左右，煙氣中的水汽接近飽和含量，然后進入二氧化硫和氮氧化物吸收區(qū)， 與吸收液分布裝置噴出的吸收液進行接觸，NO的催化氧化和吸收發(fā)生在這一區(qū)域， S02的催化氧化和吸收也在這一區(qū)域同時實現(xiàn)，生成硫銨(NH4)2S04和硝銨(NH4N03)。 然后煙氣進入氨回收層，與氨回收層泡罩塔板上的酸性液體發(fā)生反應，脫出氣體中夾帶 的氨，隨后煙氣進入除沫區(qū)，除去煙氣中的霧滴后由凈化煙氣出口排入大氣中。
在二氧化硫和氮氧化物吸收區(qū)吸收了二氧化硫和氮氧化物的吸收液(含有硫酸銨、 硫酸氫銨、硝酸銨混合液)，順流而下進入煙氣分布激冷區(qū)(部分硫酸銨、硫酸氫銨、 硝酸銨在此區(qū)域結晶出來)與高溫的煙氣接觸后，進入吸收塔下部的循環(huán)槽，上層清液 從循環(huán)液出口由循環(huán)泵輸送，經(jīng)換熱器加熱至65°C~95°C (優(yōu)選75°C 90°C)，進入吸 收液再生塔的底部，由下往上通過再生塔的催化劑床層，再從再生塔上部的出口經(jīng)換熱 器冷卻至40'C 5(TC后進入吸收塔上部的吸收液分布裝置。循環(huán)槽下層的含有硫銨硝銨 的漿料由漿料出口通過漿料泵輸送進入后續(xù)的分離裝置，收集固體硫銨硝銨，分離的母 液由循環(huán)母液出口回流進入吸收液再生塔。
為了保證高的吸收氮氧化物的效率，新鮮氨水在再生塔的出口處補充，以便氨和 鈷離子充分混合反應生成Co(NH^+后再進入吸收塔吸收二氧化硫和氮氧化物，并保證
進入吸收塔的吸收液pH值在8-12。
為了確保氣液兩相充分接觸，吸收液的噴淋密度在3-60i^n^h^之間，優(yōu)選5-20 m3 nr2hr4之間，煙氣和吸收液的體積流量比為20-200。為了確保NO吸收效果，吸收溶液的pH值為6~13，優(yōu)選8 12;溶液中氨的重量 百分比濃度為0.5-8，優(yōu)選1.5~5%;硫酸銨的重量百分濃度為1-40%，優(yōu)選15~25%; 硝酸銨的重量百分濃度為1-10%，優(yōu)選5~15%;鈷的重量百分濃度為0.01-0.5%，優(yōu)選 0.05~0.2%。可以通過補充新鮮的氨、鈷鹽和工藝水進行控制。
為了確保凈化尾氣氨含量的值低于10ppm，氨回收層泡罩塔板上的液體為1~50%(優(yōu) 選5-25%)(重量)硫酸和(或)硫酸氫銨的混合溶液，pH為l-7，優(yōu)選3-5。
為了確保吸收液的再生效果，再生塔內裝有碳催化劑，包括由椰殼、木屑以及煤質 等制備的活性碳，溫度為65。C 95。C (優(yōu)選75。C 90。C) ， pH為3 11。
脫硫塔是一個具有多功能結構的設備，具體有八個功能S02吸收、亞硫銨氧化、
NO氧化、氮氧化物吸收、硫銨濃縮、結晶、煙氣除塵、煙氣除水沫(霧)，可以達到的
技術標準如下
S02吸收(或脫出)效率 > 95-99%,
氮氧化物脫出率 280%，
凈化尾氣的含水沫(霧)含量Sl00mg/Nm3
除塵效果 > 70-95%，
凈化尾氣氨含量 510卯m。


圖l是本發(fā)明的一種流程圖。 符號說明.
A—吸收塔，B—再生塔；
l一吸收層，2—氨回收層，3—液體分布器，4一循環(huán)吸收液出口， 5—煙氣出口， 6—除沫層，7—氣體分布器，8—儲液罐，9一煙氣入口， 10—離心泵， ll一換熱器，12—活性炭層， 13—吸收液進口， 14一吸收液出口， 15—儲氨槽，16—氨回收液循環(huán)槽，17—硫銨硝銨漿液出口。
具體實施例方式
以下結合實施例對本發(fā)明作進一步闡述，但不能限制本發(fā)明的內容。
實施例1一股流量為100 Nm3/hr煙氣進入吸收塔，煙氣中氮氧化物含量為400 ppm， S02 含量為800ppm，含塵量為90mg/Nm3，溫度為130°C。
如附圖1所示，吸收塔(A)的直徑0.5m，高5m，塔內吸收層(l)采用100m2m—3 板波紋規(guī)整填料，高度為2m;除沫層(6)為傳質面積為1501112111—3的聚丙烯板波紋填 料，高度為0.5m;氨回收層泡罩塔板(2)的孔徑為80mm、間距為300mm。
再生塔(B)高2.5 m，直徑0.3 m，內裝20-40目的椰殼活性碳，活性碳層高1. 5 m。
煙氣從吸收塔的煙氣入口 (9)進入吸收塔，經(jīng)氣體分布器由下往上通過吸收層(l)、 除氨層(2)和除沫層(6)后，由煙氣出口 (5)排入大氣。離開吸收塔后，尾氣中S02 含量為8ppm，氮氧化物含量為30ppm，氨含量為1卯m，水沫(霧)含量為40mg/Nm3。
液體分布器由液體分布器(3)自上往下噴入吸收層，在吸收層吸收氮氧化物和S02 后進入塔底的循環(huán)槽，再由泵輸送，經(jīng)換熱器加熱至80-90'C后從再生塔的吸收液進口 (13)進入再生塔，自下而上經(jīng)過塔內的活性碳催化劑床層，由吸收液出口(14)離開 再生塔，和新鮮氨水混合后由換熱器冷卻至40-50°C，再一次進入吸收塔。吸收液流量 0.8m3/hr， pH值為8 10，氨含量為0.7-1.2% (重量)，硫酸銨含量為8-14% (重量)， 硝酸銨含量為4-4.3% (重量)，鈷含量為0.05% (重量)，
新鮮氨水由儲氨槽(15)經(jīng)泵輸送在再生塔出口處補入吸收循環(huán)液，進氨量為 0.25kg/hr。
氨回收液由氨回收液循環(huán)槽(16)經(jīng)泵輸送進入吸收塔氨回收層泡罩塔板，在泡罩 塔板上徑向流動，吸收氨后又流回氨回收液循環(huán)槽。氨回收液流量為0.3 m3/hr， pH4-5， 含10-18% (重量)硫酸氫銨溶液。
實施例2
一臺270T/h的燃煤鍋爐，煙氣流量為30萬Nm3/hr，氮氧化物含量為480 ppm， S02 含量為1500 ppm，含塵量為90mg/Nm3，煙氣溫度為130'C。吸收(脫硫脫硝)塔直徑 7m，高15m。離開吸收塔后，尾氣中SCh含量為15ppm，氮氧化物含量為40ppm，氨 含量為2 ppm，水沫(霧)含量為80mg/Nm3。
如附圖l，吸收塔中的吸收層采用100 1112111—3板波紋規(guī)整填料，高度為6m。吸收 液流量200 mVhr， pH值為8~10，氨含量為1.0-1.5% (重量)，硫酸銨含量為16-17% (重量)，硝酸銨含量為4.5-4.7% (重量)，鈷為0.07% (重量)，進氨量為850kg/hr。
除沫層為傳質面積為150 m2 m—3的聚丙烯板波紋填料，高度為0.5 m。氨回收層泡罩塔板的孔徑為150mm、孔間距為600mm，液體采用徑向流動，液體 流量為70mS/hr， pH4-5，含15-20% (重量)硫酸氫銨溶液。
實施例3
一臺670T/h的燃煤鍋爐，煙氣流量為85萬Nm3/hr，氮氧化物含量為540 ppm， S02 含量為2100ppm，含塵量為190mg/Nm3，煙氣溫度為170°C。吸收(脫硫脫硝)塔直徑 9m，高17m。離開吸收塔后，尾氣中S02含量為30 ppm，氮氧化物含量為50 ppm， 氨含量為1 ppm，水沫(霧)含量為70mg/Nm3。
吸收塔中
吸收層采用150 m2 m—3板波紋規(guī)整填料，高度為7 m。吸收液流量320 m3/hr， pH 值為8~10，氨含量為0.8-1.4% (重量)，硫酸銨含量為18-22% (重量)，硝酸銨含量 為5.5-5.9% (重量)，鈷含量為0.07% (重量)，進氨量為2800kg/hr。 除沫層為傳質面積為150n^m—s的聚丙烯板波紋填料，高度為1 m。 氨回收層泡罩塔板的孔徑為150mm、孔間距為600mm，液體采用徑向流動，液體 流量為90m3/1^， pH4-5，含15-20% (重量)硫酸氫銨溶液。
權利要求
1，一種從煙氣中回收二氧化硫和氮氧化物實現(xiàn)氧化和吸收同時進行的吸收塔，其特征在于，所述的吸收塔由圓柱型或方型的塔體；在塔頂部的有一個氣出口；在塔內部、凈化煙氣出口下方有一除沫層，除沫層中設有除沫部件；在塔體內上部、除沫層下方有由泡罩塔板構成的氨回收層；在塔體內上部、氨回收層下方、并與塔體上的吸收液入口相連接的一個吸收液分布裝置；設置在所述的吸收液分布裝置下方的二氧化硫和氮氧化物吸收層；設置在二氧化硫和氮氧化物吸收層下方的煙氣分布器；設置在煙氣分布器下方的吸收液儲液罐和設置在吸收液循環(huán)槽下部的一個硫銨硝銨漿液出口構成。
2，根據(jù)權利要求1所述的從煙氣中回收二氧化硫和氮氧化物實現(xiàn)氧化和吸收同時 進行的吸收塔，特征在于，所述的除沫層為低阻力的板波紋填料或絲網(wǎng)填料，層的高度 為0.1-3 m，傳質面積為50~500m2m—3，板波紋規(guī)整填料的材質為聚丙烯或玻璃鋼。
3，根據(jù)權利要求1所述的從煙氣中回收二氧化硫和氮氧化物實現(xiàn)氧化和吸收同時 進行的塔，其特征在于，所述的氨回收層由泡罩塔板構成，材質采用聚丙烯或玻璃鋼； 所述的泡罩為普通的泡罩、扁平或傘形泡罩。
4，根據(jù)權利要求1所述的從煙氣中回收二氧化硫和氮氧化物實現(xiàn)氧化和吸收同時 進行的塔，其特征在于，所述的吸收液分布裝置是噴嘴，或多孔管，或槽式分布器。
5，根據(jù)權利要求1所述的從煙氣中回收二氧化硫和氮氧化物實現(xiàn)氧化和吸收同時 進行的塔，其特征在于，所述的二氧化硫和氮氧化物吸收層選用板波紋規(guī)整填料、格柵 填料或篩板，板波紋規(guī)整填料或格柵填料傳質面積為100~500m2m'3，傳質構件層的高 度為0.5~7m;篩板的開孔率為8-32%，孔徑為12-25 mm，篩板為2-6塊，吸收層的材 質為聚丙烯或玻璃鋼。
6， 一種從煙氣中回收二氧化硫和氮氧化物實現(xiàn)氧化和吸收同時進行的吸收塔，其 特征在于，所述的二氧化硫和氮氧化物吸收液的pH值為6 13，溶液中氨的重量百分比 濃度為0.5~8%，硫酸銨的重量百分濃度為1-40%，硝酸銨的重量百分濃度為1-10%，鈷 的重量百分濃度為0.01-0.5%。
全文摘要
本發(fā)明一種從煙氣中回收二氧化硫和氮氧化物實現(xiàn)氧化和吸收同時進行的吸收塔，所述的吸收塔由塔體；在塔頂部的有一個氣出口；在塔內部、凈化煙氣出口下方有一除沫層，除沫層中設有除沫部件；在塔體內上部、除沫層下方有由泡罩塔板構成的氨回收層；在塔體內上部、氨回收層下方、并與塔體上的吸收液入口相連接的一個吸收液分布裝置；設置在所述的吸收液分布裝置下方的二氧化硫和氮氧化物吸收層；設置在二氧化硫和氮氧化物吸收層下方的煙氣分布器；設置在煙氣分布器下方的吸收液儲液罐和設置在吸收液循環(huán)槽下部的一個硫銨硝銨漿液出口構成。
文檔編號B01D53/60GK101444697SQ200810204309
公開日2009年6月3日 申請日期2008年12月10日 優(yōu)先權日2008年12月10日
發(fā)明者朱海嵩, 毛彥鵬, 袁渭康, 陶力三, 龍湘犁 申請人:華東理工大學