本發(fā)明屬于燃煤煙氣污染物治理技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種H₂O₂催化氧化同時脫除煙氣中NO、SO₂和Hg⁰的系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

隨著國家對燃煤電廠煙氣污染物排放的標準進一步提高，現(xiàn)有的石灰石/石膏法煙氣濕法脫硫系統(tǒng)(WFGD)可以有效的脫除煙氣中的SO₂，脫除效率可達97％；選擇性催化還原技術(shù)(SCR)和選擇性非催化還原技術(shù)(SNCR)是國際上控制火電廠NOx排放的最主要的技術(shù)，通過向煙氣中噴入氨等還原劑，在催化劑的作用下將NOx還原成N₂和H₂O；重金屬汞在煙氣中的含量較小，屬于痕量元素，但危害極大，且不易控制。目前國內(nèi)外對煙氣中汞的控制技術(shù)主要集中于在電除塵設(shè)備之前通過向煙道中噴入活性炭等顆粒狀吸附劑的方法。目前較為成熟的煙氣凈化技術(shù)中，脫硫、脫硝、脫汞工藝普遍為多個獨立系統(tǒng)的簡單串聯(lián)，存在著占地面積大、系統(tǒng)與工藝復雜、投資和運行成本高等缺點，難以適應(yīng)大氣環(huán)境治理的要求。因此越來越多的研究人員集中于開發(fā)多種污染物聯(lián)合控制的技術(shù)。

中國發(fā)明專利說明書CN103463978中公開了一種基于過氧化氫催化氧化煙氣同時脫硫脫硝的裝置及方法。其系統(tǒng)主要由H₂O₂儲罐，注射泵，H₂O₂噴頭和催化分解裝置，鼓風機，活性物質(zhì)噴頭等組成。該系統(tǒng)將H₂O₂經(jīng)注射泵噴入H₂O₂催化分解裝置，與催化劑反應(yīng)產(chǎn)生大量活性物質(zhì)，活性物質(zhì)隨來自鼓風機的旁路氣流吹掃注入煙道中與煙氣中的二氧化硫(SO₂)和氮氧化物(NOx)反應(yīng)生成生成硫酸和硝酸。硫酸和硝酸以及煙氣中殘留的污染物通入氨法吸收塔最終生成硫酸銨和硝酸銨等化肥原料。這種方法投資和運行成本較低，但是，由于H2O2在催化劑表面生成的羥基自由基·OH壽命極短，噴入煙道后已所剩無幾，降低了氧化脫除效率。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種基于H₂O₂氣化—催化氧化同時脫除煙氣中NO、SO₂和Hg⁰的系統(tǒng)和方法，用于脫除煙氣中的多種污染物，解決現(xiàn)有系統(tǒng)龐大、工藝復雜、投資和運行成本高和氧化脫除效率低等問題。

本發(fā)明技術(shù)方案為：一種基于H₂O₂氣化催化氧化同時脫除煙氣中NO、SO₂和Hg⁰的系統(tǒng)，包括H₂O₂儲存罐、蒸發(fā)器、稀釋風機、空氣預熱裝置、空氣/H₂O₂混合器、H₂O₂注射格柵、催化氧化反應(yīng)器、氨水儲存罐、吸收塔、循環(huán)泵和吸收液噴頭；其中:

所述H₂O₂儲存罐與所述蒸發(fā)器連接，用于產(chǎn)生H₂O₂蒸氣；

所述稀釋風機與所述空氣預熱裝置連接，用于向空氣/H₂O₂混合器提供預熱空氣；

所述H₂O₂儲存罐的輸出端和空氣預熱裝置的輸出端均與所述空氣/H₂O₂混合器輸入端相連；所述空氣/H₂O₂混合器用于將輸入的預熱空氣和H₂O₂蒸氣混合為空氣/H₂O₂混合蒸氣；其輸出端接H₂O₂注射格柵；

所述H₂O₂注射格柵設(shè)在所述催化氧化反應(yīng)器上游煙道，包括多個均勻排列的噴口，用于將空氣/H₂O₂混合蒸氣和要脫除的煙氣注入催化氧化反應(yīng)器；

所述催化氧化反應(yīng)器下游煙道與吸收塔下部相通，其內(nèi)布放有催化劑，用于將空氣/H₂O₂混合蒸氣催化生成羥基自由基，并將煙氣中的NO、SO₂和Hg⁰氧化為NO₂、SO₃和Hg²⁺，送入吸收塔中；

所述吸收塔頂部設(shè)有煙囪，用于將潔凈煙氣排出；吸收塔底部與上部之間，設(shè)有一條布置于吸收塔外的吸收液管道，管道上部末端設(shè)有吸收液噴頭，管道上設(shè)有循環(huán)泵，用于將吸收塔內(nèi)底部吸收液抽出，通過吸收液噴頭從吸收塔內(nèi)上部噴出，周而復始，最終將NO、SO₂和Hg⁰產(chǎn)生的氧化物完全吸收；

所述氨水儲存罐與所述吸收塔相連，用于向其提供氨水吸收液，使其在吸收塔內(nèi)與煙氣中NO₂、SO₃和Hg²⁺反應(yīng)生成可回收利用的硝酸銨、硫酸銨和氫氧化汞；

工作時，除塵后的煙氣與從空氣/H₂O₂混合器輸出的混合預熱空氣和H₂O₂蒸氣經(jīng)H₂O₂注射格柵后，混合并輸送到催化氧化反應(yīng)器中，與催化劑發(fā)生化學反應(yīng)，由催化劑將H₂O₂蒸氣催化生成羥基自由基，并將煙氣中的NO、SO₂和Hg⁰氧化；NO、SO₂和Hg⁰的氧化產(chǎn)物在吸收塔中被循環(huán)吸收脫除；剩余潔凈煙氣通過煙囪排向大氣。

進一步的，所述催化劑的主要成分是Fe_3-xM_xO₄，載體為活性氧化鋁；其中：M為過渡金屬元素Mn、Ti、Cr中的一種或幾種，x為每種元素的含量(0<x<1)；催化劑形式為蜂窩式，采用2-3層間隔布置。

按照本發(fā)明的另一個方面，還提出一種脫除煙氣中NO、SO₂和Hg⁰的方法，其特征在于，包括下述步驟：

(1)將H₂O₂蒸氣噴入催化氧化反應(yīng)器中，該反應(yīng)器內(nèi)部布置有催化劑，H₂O₂流經(jīng)催化劑，被催化分解為具有強氧化性的羥基自由基(·OH)；催化劑優(yōu)選Fe_3-xM_xO₄；同時將燃煤煙氣送入所述催化氧化反應(yīng)器并流經(jīng)催化劑表面，使煙氣中一氧化氮NO、二氧化硫SO₂和單質(zhì)汞Hg⁰與周圍的羥基自由基·OH發(fā)生氧化還原反應(yīng)，氧化為NO₂、SO₃和Hg²⁺；將氧化還原反應(yīng)后的煙氣及氧化物送入吸收塔；

(2)將氨水吸收液送入吸收塔，所述NO₂、SO₃和Hg²⁺與氨水吸收液在吸收塔內(nèi)化學反應(yīng)后，轉(zhuǎn)化為可回收利用的硝酸銨、硫酸銨和氫氧化汞(硝酸銨、硫酸銨結(jié)晶后可作為化肥利用)。

在步驟(1)中H₂O₂蒸氣分解包括以下反應(yīng)：

在步驟(1)中氧化還原反應(yīng)包括以下反應(yīng)：

在步驟(2)中吸收反應(yīng)包括：

進一步的，所述催化氧化反應(yīng)器內(nèi)，煙氣溫度為140-180℃，壓力為常壓，H₂O₂蒸氣的溫度為140-150℃，H₂O₂蒸氣濃度為3000-4500ppm，空速為4000-6000m³/s。

進一步的，吸收塔內(nèi)，氨水吸收液由氨水配制，溫度為40-70℃，氨水濃度為1-2mol/L，壓力為常壓。

進一步的，本發(fā)明提出的裝置還包括煙氣除塵器，用于去除輸入煙氣中的粉塵雜質(zhì)。進一步的，本發(fā)明提出的方法還包括煙氣除塵步驟。

本發(fā)明中，H₂O₂儲存罐與蒸發(fā)器連接，用于產(chǎn)生H₂O₂蒸氣，稀釋風機與空氣預熱裝置連接，用于提供預熱空氣；H₂O₂儲存罐的輸出端和空氣預熱裝置的輸出端分別與空氣/H₂O₂混合器輸入端連接；空氣/H₂O₂混合器的輸出端接H₂O₂注射格柵，用于將輸入的預熱空氣和H₂O₂蒸氣混合；H₂O₂注射格柵設(shè)置在催化氧化反應(yīng)器上游煙道，包括多個均勻排列的噴口組成，用于將空氣/H₂O₂混合蒸氣注入催化氧化反應(yīng)器；催化氧化反應(yīng)器內(nèi)等距布置有催化劑，用于將H₂O₂蒸氣催化生成羥基自由基，并將NO、SO₂和Hg⁰氧化；

氨水儲存罐與所述吸收塔相連，用于向其提供氨水吸收液；吸收塔底部與上部之間，設(shè)有一條吸收液管道，管道上部設(shè)有吸收液噴頭，管道還設(shè)有循環(huán)泵，用于將吸收塔底部吸收液通過吸收液噴頭噴出，最終將NO、SO₂和Hg⁰產(chǎn)生的氧化物吸收完全并流向塔底；吸收產(chǎn)物從吸收塔中分離后可以回收利用，作為農(nóng)業(yè)肥料等副產(chǎn)品。該方法工藝流程簡單，催化劑便宜易得，投資運行成本低，安全可靠，可以高效聯(lián)合脫除煙氣中的多種污染物。

本發(fā)明中催化劑床層采用2-3層間隔布置，催化劑為蜂窩式催化劑。催化劑的主要成分是Fe_3-xM_xO₄，載體為高比表面積活性氧化鋁。其中M為過渡金屬元素Mn、Ti、Cr中的一種或幾種，x為每種元素的含量(0<x<1)。催化劑的活性成分為表面的氧化還原配位Fe²⁺/Fe³⁺和Mⁿ⁺/M⁽ⁿ⁺¹⁾⁺，多種電子配位可以加快表面H₂O₂分子中的電子轉(zhuǎn)移，催化H₂O₂分解產(chǎn)生更多的·OH。當煙氣中的污染物經(jīng)過催化劑表面時，SO₂可以被·OH氧化為易溶于水的SO₃，NO可以被·OH氧化為易溶于水的NO₂，Hg⁰被氧化為易溶于水的Hg²⁺，最終被氨水吸收液吸收以下為該過程主要的氧化還原反應(yīng)。

其中催化劑表面H₂O₂蒸氣分解包括以下反應(yīng)：

催化劑表面Mⁿ⁺循環(huán)再生，極大地促進H₂O₂的分解，產(chǎn)生更多的·OH，加快煙氣污染物的氧化脫除。產(chǎn)生的·OH與SO₂、NO和Hg⁰發(fā)生的反應(yīng)分別為：

吸收塔中吸收反應(yīng)包括：

上述H₂O₂氣化—催化氧化同時脫除煙氣中NO、SO₂和Hg⁰的方法中，H₂O₂蒸氣的溫度為140-150℃，H₂O₂蒸氣濃度為3000-4500ppm，反應(yīng)器內(nèi)煙氣的溫度為120-180℃，體積空速為4000-6000h^-1。進口處煙氣溫度為120-180℃，出口處煙氣溫度為120-180℃。NO的優(yōu)選初始濃度為400-800ppm，煙氣中SO₂的優(yōu)選初始濃度為1000-1500ppm，Hg⁰的優(yōu)選初始濃度為0.08-0.18mg/m³。

本發(fā)明可以在催化氧化反應(yīng)器及氨水吸收塔系統(tǒng)中聯(lián)合脫除煙氣中的多種污染物，催化氧化反應(yīng)器可以由電廠現(xiàn)有的SCR反應(yīng)器改造，氨水吸收塔可以由電廠現(xiàn)有的脫硫塔改造，不需重新建造。投資運行成本低，占地面積小，安全可靠。

本發(fā)明使用非均相催化劑，可以催化H₂O₂產(chǎn)生大量的·OH，可以既高效又快速的攻擊流過催化劑表面的各種污染物分子，使其失去電子形成高價氧化物。SO₂的脫除效率可以達到97％以上，NO的脫除效率可以達到80％以上，Hg⁰的氧化脫除效率可以達到91％以上。

本發(fā)明中使用的催化劑制備工藝流程簡單，成本低廉。非均相催化劑具有的高比表面積和透氣率，可以保證煙氣和H₂O₂順利通過催化劑表面。催化劑表面的活性組分結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，流失較少，延長了催化劑使用壽命，催化過程中不產(chǎn)生對環(huán)境有毒害的物質(zhì)。

本發(fā)明中吸收塔吸收煙氣中脫硫脫硝產(chǎn)物并和氨水結(jié)合生成硫酸銨和硝酸銨，回收后可做肥料使用。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例提供的H₂O₂氣化—催化氧化同時脫除煙氣中NO、SO₂和Hg⁰的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的和技術(shù)方案更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明做進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施例中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。

如圖1所示，所述H₂O₂氣化—催化氧化聯(lián)合脫除NO/SO₂/Hg⁰系統(tǒng)由H₂O₂儲存罐1、蒸發(fā)器2、稀釋風機3、空氣預熱裝置4、空氣/H₂O₂混合器5、H₂O₂注射格柵6、催化氧化反應(yīng)器7、氨水儲存罐8、吸收塔9、循環(huán)泵10和吸收液噴頭11等組成。H₂O₂儲存罐1通過管道與所述蒸發(fā)器2連接，用于產(chǎn)生H₂O₂蒸氣；稀釋風機3通過管道與所述空氣預熱裝置4連接，用于提供預熱空氣；H₂O₂儲存罐1和空氣預熱裝置4分別與空氣/H₂O₂混合器5連接，用于混合預熱空氣和H₂O₂蒸氣；H₂O₂注射格柵6包括多個均勻排列的噴口組成，設(shè)置在催化氧化反應(yīng)器7的上游煙道，用于將空氣/H₂O₂混合蒸氣注入催化氧化反應(yīng)器7；催化劑為蜂窩式催化劑，等距布置在催化氧化反應(yīng)器7中，用于將H₂O₂蒸氣催化生成羥基自由基，并將NO、SO₂和Hg⁰氧化；氨水儲存罐8與吸收塔9相連，用于提供氨水吸收液，循環(huán)泵10用于將吸收塔9底部吸收液通過吸收液噴頭11將氨水吸收液從吸收塔9上部噴出，最終將NO、SO₂和Hg⁰產(chǎn)生的氧化物吸收完全。

實施例1.

實施例2.

實施例3.

實施例4.

實施例5.

實施例6.

實施例7.

實施例8.

實施例9.

由實施例可以看出，本發(fā)明按照較佳實施例操作參數(shù)，能夠取得良好的脫硫脫硝脫汞效果，SO₂脫除效率可以達到97％以上；NO脫除效率可以達到80％以上；Hg脫除效率可以達到91％以上。

本發(fā)明可用其他的不違背本發(fā)明的精神或主要特征的具體形式來描述。本發(fā)明的上述實施方案僅為本發(fā)明實施過程中的較佳實施例，只能認為是本發(fā)明的說明而不是限制，凡是依據(jù)本發(fā)明的實質(zhì)技術(shù)所作的任何細微修改和同等替換，均在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。