專利名稱：一種微波間歇輻照活性炭脫硫脫硝的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種煙氣凈化方法，特別是采用微波間歇輻照活性炭脫硫脫硝的方法及裝置，屬煙氣凈化技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
為了環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展，世界各國都對二氧化硫和氮氧化物的排放制定了日趨嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，對火電廠S02、NOx排放要求有了大幅度的提高。通過不斷的技術(shù)創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)高效、低耗的煙氣污染控制，是解決煙氣污染物控制問題的重要途徑。煙氣脫硫是目前世界上控制酸雨和SA污染的最為有效和主要的技術(shù)手段。其主流技術(shù)是石灰石石膏洗滌法，該技術(shù)比較成熟、脫除效率高，但缺點(diǎn)是投資高、工藝復(fù)雜。除此之外，容易產(chǎn)生設(shè)備堵塞、腐蝕、泄漏以及脫硫石膏難以再利用等問題。SO2雖是污染物質(zhì)，但也是寶貴的硫資源，直接將 SO2還原為可回收的單質(zhì)硫提供了另一有前景的煙氣脫硫方法。在還原劑的選擇上，炭材料相比于CO、H2和CH4等，具有價(jià)格便宜、來源充足、生產(chǎn)和運(yùn)輸便利等特點(diǎn)。因此，利用炭材料作為SA的還原劑將是環(huán)境友好和低成本的。但是在傳統(tǒng)加熱方法下，SO2和碳之間的反應(yīng)經(jīng)常要求高溫，比如采用油砂焦炭作為還原劑用于SA的還原，發(fā)現(xiàn)在600°C以上才能達(dá)到有效的SA還原溫度，從而使該技術(shù)在工業(yè)上難以實(shí)現(xiàn)。所以，降低還原反應(yīng)溫度是還原法煙氣硫回收的關(guān)鍵。
在大量脫除SA后，在環(huán)保要求較高的地區(qū)，NOx就成為酸雨前體物減排的主要控制目標(biāo)。目前，在實(shí)際工業(yè)應(yīng)用中，被廣泛采納的NOx控制技術(shù)主要有兩類燃燒NOx控制和煙氣脫硝技術(shù)。燃燒NOx控制技術(shù)通過優(yōu)化燃燒過程來減少NOx的生成，該技術(shù)安裝和運(yùn)行成本相對低廉，但脫硝率較低，一般為309Γ40%。因此，當(dāng)對NOx排放要求較高時(shí)(比如前述新標(biāo)準(zhǔn))，單純采用燃燒控制技術(shù)往往不能達(dá)到排放要求，就需要采用尾部煙氣脫硝技術(shù)來進(jìn)一步降低NOx排放。目前國內(nèi)外應(yīng)用較多的煙氣脫硝技術(shù)為選擇性催化還原法(SCR)， SCR法技術(shù)相對成熟，可靠性高，脫硝率可達(dá)90%以上，但投資巨大，催化劑昂貴且耗用大量的氨氣或尿素，運(yùn)行成本偏高。
微波是一種頻率范圍從0. 3^300GHz的電磁波，相應(yīng)的波長范圍為lmnTlm，在電磁波譜中，微波區(qū)位于紅外線和無線電波頻率之間。微波加熱技術(shù)是一種全新的熱能技術(shù)，應(yīng)用微波加熱物體可快速升溫，由于“熱點(diǎn)”效應(yīng)，在加熱介質(zhì)中出現(xiàn)多個(gè)“熱源”，不僅可以充分加熱介質(zhì)，而且可加速化學(xué)反應(yīng)速率。微波加熱的上述特點(diǎn)使其可以應(yīng)用于活性炭的再生。專利C擬680；343、CN101249412和CN101693162A都涉及到微波脫硫脫硝技術(shù)，利用微波獨(dú)一無二的選擇性加熱性能，結(jié)合炭對和NOx的還原能力，大大提高了同時(shí)脫硫、脫硝的效率。但是上述微波脫硫脫硝技術(shù)所存在的共性問題如下1.微波連續(xù)輻照活性炭， 活性炭在高溫下持續(xù)工作，炭損失嚴(yán)重；2.微波發(fā)生器屬于高能耗設(shè)備，微波連續(xù)輻照使得脫硫、脫硝運(yùn)行成本較高，影響了該技術(shù)的工業(yè)化實(shí)施；3.催化劑選擇有待改進(jìn)，如專利 CN101693162A公開技術(shù)中采用CuCl為催化劑，存有CuCl制備困難、化學(xué)特性不穩(wěn)定、煙氣中的氧對CuCl存在氧化作用、本身易于吸收水蒸汽而潮解等問題，這些都不同程度損害了其催化活性；4、高溫條件下，連續(xù)微波輻照會使煙氣中氧會大量消耗活性炭，從而使工藝經(jīng)濟(jì)性變得較差。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的問題是提供一種低能耗、高脫除效率的微波間歇輻照活性炭脫硫脫硝的方法。
本發(fā)明所稱問題是由以下技術(shù)方案解決的一種微波間歇輻照活性炭脫硫脫硝的方法，其特別之處是它由兩臺或多臺裝有活性炭顆粒的吸附床交替對鍋爐煙氣進(jìn)行吸附或微波輻照處理，其中，高效除塵后煙氣由引風(fēng)機(jī)送入一臺吸附床，該吸附床進(jìn)入工作狀態(tài)，由活性炭吸附煙氣中的硫氮氧化物，待工作狀態(tài)吸附床的活性炭吸附飽和后，該吸附床進(jìn)入再生狀態(tài)，將煙氣切換到另一進(jìn)入工作狀態(tài)的吸附床進(jìn)行煙氣吸附，微波輻照備用床情況下，吸附在活性炭表面的硫氮氧化物在高溫下隔絕煙氣被炭還原分解為單質(zhì)硫和氮?dú)?，各吸附床工作狀態(tài)和再生狀態(tài)交替循環(huán)進(jìn)行， 實(shí)現(xiàn)煙氣連續(xù)凈化。
上述微波間歇輻照活性炭脫硫脫硝的方法，所述吸附床再生狀態(tài)時(shí)微波輻照頻率為2. 45GHz，使活性炭在300 600°C溫度條件下微波輻射15-30min。
上述微波間歇輻照活性炭脫硫脫硝的方法，所述活性炭中加入氧化銅、氧化錳等金屬氧化物作為催化劑，催化劑加入過程按照下述步驟進(jìn)行a.將活性炭顆粒用去離子水充分清洗去除表面的雜質(zhì)，再用去離子水充分浸泡2飛h去除活性炭吸附的雜質(zhì)離子； b.稱取相應(yīng)于活性炭質(zhì)量0. 59Γ5%的金屬催化劑用等體積浸漬法負(fù)載于活性炭上；c.將含有催化劑的活性炭顆粒在65 100°C真空干燥4h，然后繼續(xù)在10(Γ120 真空干燥5 10h。
上述微波間歇輻照活性炭脫硫脫硝的方法，所述再生狀態(tài)吸附床微波輻照加熱過程，活性炭中經(jīng)微波輻照脫附出來的氣體和硫蒸氣進(jìn)入硫回收池回收單質(zhì)硫，清潔的煙氣排出。
本發(fā)明針對現(xiàn)有微波脫硫脫硝技術(shù)高能耗、炭損失大等問題進(jìn)行了改進(jìn)，提供了一種選用高效催化劑結(jié)合微波間歇輻照活性炭床同時(shí)脫硫脫硝方法，該方法屬于微波誘導(dǎo)催化還原氧化物的范疇，它有效地利用了活性炭的吸附以及微波的高效降解特性，是一種高效率、高吸附容量、高催化活性的煙氣污染物脫除方法，采用該方法可大大降低微波輻照能耗，減少炭損失，實(shí)現(xiàn)活性炭的原位再生，具有操作簡單靈活、脫除效果好、活性炭再生時(shí)間短、脫除成本低、回收率高、易于工業(yè)化實(shí)施等特點(diǎn)。


圖1是本發(fā)明的工藝流程圖；圖2是不同溫度下兩種活性炭脫硝效率關(guān)系圖。
圖中標(biāo)號含義如下1.第一閥門；2.第二閥門；3.第三閥門；4.第四閥門； 5.第五閥門；6.第六閥門；7.第七閥門；8.引風(fēng)機(jī)；，9-1、第一吸附床；9-2。第二吸附床； 10-1.第一微波發(fā)生器，10-2.第二微波發(fā)生器；11-1.第一硫回收池；11-2.第二硫回收池。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明方法采用兩臺或多臺裝有活性炭顆粒的吸附床交替對鍋爐煙氣進(jìn)行吸附處理，技術(shù)要點(diǎn)是采用微波間歇輻照，在連續(xù)脫除煙氣中so2、NOx的過程中可以大大降低微波輻照的能耗，并減少炭損失。所述方法實(shí)施過程如下將煙氣引入工作狀態(tài)吸附床，由該吸附床中的顆?；钚蕴课綗煔庵械牧虻趸?，待工作狀態(tài)吸附床煙氣的出口濃度即將超出國家大氣污染物控制標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，說明該工作狀態(tài)吸附床的活性炭顆粒已達(dá)到吸附飽和， 將煙氣切換至另一吸附床進(jìn)行煙氣吸附，而已到達(dá)吸附飽和狀態(tài)的吸附床進(jìn)入再生狀態(tài)。 對所述再生狀態(tài)吸附床的活性炭采用微波輻照，使吸附在活性炭表面的硫氮氧化物在高溫下被碳還原分解為單質(zhì)硫和氮?dú)猓⒉訜徇^程中，脫附出來的氣體和硫蒸氣經(jīng)硫回收池回收單質(zhì)硫，清潔的煙氣排出。再生狀態(tài)吸附床的活性炭原位再生結(jié)束后，準(zhǔn)備進(jìn)入下一工作狀態(tài)。兩臺或多臺吸附床工作狀態(tài)、再生狀態(tài)交替循環(huán)進(jìn)行，使煙氣得以連續(xù)處理。
吸附床再生狀態(tài)時(shí)，微波輻照頻率為2. 45GHz，使活性炭在300 600°C溫度條件下微波輻射15-30min。在高溫條件下，SO2和NOx通過活性炭床在微波照射下發(fā)生還原反應(yīng)，方程式如下xC + 2NOx ^M2+ xC02(1)C+SO2 ^S+ CO2(2)為進(jìn)一步提高脫硫脫硝效率，在活性炭顆粒中加入氧化銅、氧化錳等金屬氧化物做催化劑，以降低反應(yīng)溫度，增進(jìn)對目標(biāo)污染物脫除的選擇性。所述活性炭加入催化劑的過程按照下述步驟進(jìn)行①將活性炭顆粒用去離子水充分清洗去除表面的雜質(zhì)，再用去離子水充分浸泡2飛h去除活性炭吸附的雜質(zhì)離子；②稱取相應(yīng)于活性炭質(zhì)量0. 59Γ5%的金屬催化劑用等體積浸漬法負(fù)載于活性炭上；③.在65 100°C真空干燥4 h;④.繼續(xù)10(Tl2(rC 真空干燥5 10 h。
本發(fā)明方法在實(shí)驗(yàn)室條件下對模擬煙氣脫硝的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下稱取負(fù)載一定量銅基催化劑的活性炭和沒負(fù)載催化劑的基炭各15g，調(diào)節(jié)煙氣流速0.08m3/h，N0濃度650 mg/ m3，調(diào)節(jié)微波功率改變反應(yīng)溫度，對比不同溫度條件下采用兩種不同活性炭的脫硝效果，如圖1所示。
以下結(jié)合附圖給出本發(fā)明實(shí)施例實(shí)施例1 ①將活性炭顆粒用去離子水充分清洗去除表面的雜質(zhì)，再用去離子水充分浸泡他去除活性炭吸附的雜質(zhì)離子；②稱取相應(yīng)于活性炭質(zhì)量0. 5%的氧化銅用等體積浸漬法負(fù)載于活性炭上；③.在10(TC真空干燥4h ；④.繼續(xù)120°C真空干燥證；實(shí)施例2 ①將活性炭顆粒用去離子水充分清洗去除表面的雜質(zhì)，再用去離子水充分浸泡池去除活性炭吸附的雜質(zhì)離子；②稱取相應(yīng)于活性炭質(zhì)量1%的氧化銅用等體積浸漬法負(fù)載于活性炭上；③.在10(TC真空干燥4h ；④.繼續(xù)120°C真空干燥證；實(shí)施例3 ①將活性炭顆粒用去離子水充分清洗去除表面的雜質(zhì)，再用去離子水充分浸泡4h去除活性炭吸附的雜質(zhì)離子；②稱取相應(yīng)于活性炭質(zhì)量5%的氧化錳用等體積浸漬法負(fù)載于活性炭上；③.在85°C真空干燥4h ；④.繼續(xù)110°C真空干燥他。
參看圖1，實(shí)施本發(fā)明方法的裝置包括兩臺附設(shè)微波發(fā)生器的活性炭吸附床、兩個(gè)硫吸收池、連接管路和數(shù)個(gè)三通閥。各吸附床中置入上述實(shí)施例負(fù)載催化劑的活性炭顆粒。 在第一吸附床9-1旁設(shè)有第一微波發(fā)生器10-1，并附設(shè)第一硫回收池11-1 ；在第二吸附床旁設(shè)有第二微波發(fā)生器10-2，并附設(shè)第二硫回收池11-2。裝置工作過程如下煙氣由引風(fēng)機(jī)8經(jīng)第一閥門1的c-a 口送入第一吸附床9-1，該吸附床進(jìn)入工作狀態(tài)，由活性炭吸附煙氣中的硫氮氧化物，經(jīng)吸附凈化的煙氣經(jīng)第三閥門3的C- b 口、第七閥門7的a -b 口排出。第一吸附床工作時(shí)，第二吸附床為再生狀態(tài)。待第一吸附床9-1排出煙氣中的SO2和 NOx濃度超出國家大氣污染物控制標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，第一吸附床9-1進(jìn)入再生狀態(tài)，第二吸附床9-2 進(jìn)入工作狀態(tài)，切換第一閥門1，將煙氣經(jīng)第一閥門送C- b 口送入第二吸附床9-2，由活性炭吸附煙氣中的硫氮氧化物，經(jīng)吸附凈化的煙氣經(jīng)第五閥門5的C- b 口、第七閥門7的c-b 口排出。與此同時(shí)，開啟微波發(fā)生器10-1的電源，對第一吸附床9-1的活性炭顆粒進(jìn)行微波輻照，微波輻照頻率為2. 45GHz，使活性炭在300 600°C溫度條件下微波輻射15-30min， 吸附在活性炭表面的硫氮氧化物在高溫下被碳還原分解為單質(zhì)硫和氮?dú)?。在微波輻照過程中，第三閥門3的c-a連通，間斷切換第二閥門2口和b- a 口，當(dāng)?shù)诙y門切換到時(shí)b-c 口位時(shí)，脫附出來部分的氣體和硫蒸氣進(jìn)入第一硫回收池11-1回收單質(zhì)硫，清潔的煙氣經(jīng)第六閥門6的a- c 口排出；當(dāng)?shù)诙y門切換到時(shí)b- a 口位時(shí)，脫附出來的氣體再回到第一吸附床，上述過程直至微波輻照結(jié)束，第一吸附床再生完成。待第二吸附床的活性炭吸附飽和后，已經(jīng)再生活化的第一吸附床再次成為工作床，第二吸附床進(jìn)入再生狀態(tài)，其過程與上述第一吸附床輻照過程相同，此處不再贅述。上述兩吸附床工作和輻照再生狀態(tài)交替循環(huán)進(jìn)行。
本發(fā)明也可以設(shè)置多臺吸附床，幾臺吸附床同時(shí)工作，另外幾臺吸附床同時(shí)再生， 以滿足大流量、高濃度煙氣凈化要求。
權(quán)利要求
1.一種微波間歇輻照活性炭脫硫脫硝的方法，其特征在于它由兩臺或多臺裝有活性炭顆粒的吸附床交替對鍋爐煙氣進(jìn)行吸附或微波輻照處理，其中，除塵后煙氣由引風(fēng)機(jī)送入一臺吸附床，該吸附床進(jìn)入工作狀態(tài)，由活性炭吸附煙氣中的硫氮氧化物，待工作狀態(tài)吸附床的活性炭吸附飽和后，該吸附床進(jìn)入隔絕煙氣被炭還原分解為單質(zhì)硫和氮?dú)庠偕鸂顟B(tài)，將煙氣切換到另一進(jìn)入工作狀態(tài)的吸附床進(jìn)行煙氣吸附，所述再生狀態(tài)吸附床采用微波輻照活性炭顆粒，吸附在活性炭表面的硫氮氧化物在高溫下隔絕煙氣被炭還原分解為單質(zhì)硫和氮?dú)?，各吸附床工作狀態(tài)和再生狀態(tài)交替循環(huán)進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)連續(xù)凈化煙氣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波間歇輻照活性炭脫硫脫硝的方法，其特征在于所述吸附床再生狀態(tài)時(shí)微波輻照頻率為2. 45GHz,使活性炭在300 600°C溫度條件下微波輻射 15_30mino
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的微波間歇輻照活性炭脫硫脫硝的方法，其特征在于所述活性炭中加入氧化銅、氧化錳等金屬氧化物作為催化劑，催化劑加入過程按照下述步驟進(jìn)行 a.將活性炭顆粒用去離子水充分清洗去除表面的雜質(zhì)，再用去離子水充分浸泡2飛h去除活性炭吸附的雜質(zhì)離子；b.稱取相應(yīng)于活性炭質(zhì)量0. 59Γ5%的金屬催化劑用等體積浸漬法負(fù)載于活性炭上；c.將含有催化劑的活性炭顆粒在65 10(TC真空干燥4h，然后繼續(xù)在 10(Tl20°C真空干燥5 10h。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的微波間歇輻照活性炭脫硫脫硝的方法，其特征在于所述再生狀態(tài)吸附床微波輻照加熱過程中，活性炭中經(jīng)微波輻照脫附出來的氣體和硫蒸氣進(jìn)入硫回收池回收單質(zhì)硫，清潔煙氣排出。
全文摘要
一種微波間歇輻照活性炭脫硫脫硝的方法，它由兩臺或多臺裝有活性炭顆粒的吸附床交替對鍋爐煙氣進(jìn)行吸附或微波輻照處理，煙氣由引風(fēng)機(jī)送入一臺吸附床，該吸附床進(jìn)入工作狀態(tài)，由活性炭吸附煙氣中的硫氮氧化物，待工作狀態(tài)吸附床的活性炭吸附飽和后，再生該吸附床進(jìn)入再生狀態(tài)，煙氣切換到另一進(jìn)入工作狀態(tài)的吸附床進(jìn)行煙氣吸附，再生再生狀態(tài)吸附床采用微波輻照活性炭顆粒，吸附在活性炭表面的硫氮氧化物在高溫下被炭快速還原分解為單質(zhì)硫和氮?dú)?，各吸附床工作狀態(tài)、再生再生狀態(tài)交替循環(huán)進(jìn)行。為降低還原降解溫度，減少炭損失，采用了金屬氧化物作為還原反應(yīng)催化劑。本發(fā)明可大大降低微波輻照的能耗，減少炭損失，實(shí)現(xiàn)活性炭的原位再生，具有脫除效果好、活性炭再生時(shí)間短、脫除成本低、回收率高、易于工業(yè)化實(shí)施等特點(diǎn)。
文檔編號B01D53/60GK102489107SQ201110417628
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月14日
發(fā)明者姚娟娟, 張博, 石榮雪, 董松, 馬雙忱 申請人:華北電力大學(xué)(保定)