專利名稱：一種利用微波輻射下的活性炭對鍋爐煙氣同時脫硫脫硝的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種煙氣凈化方法及裝置，特別是采用微波輻照活性炭同時脫硫脫硝
的方法，屬煙氣凈化技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前煤炭仍然是大多數(shù)國家主要的一次能源，能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)對煤的過分依賴導(dǎo)致 了環(huán)境污染的加劇。以中國為例，據(jù)統(tǒng)計，2007年二氧化硫(S02)年排放量達(dá)2468. 1萬噸 以上。煙氣脫硫(Flue Gas Desulfurization， FGD)是目前世界上控制酸雨和S02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。此外，S02雖是污染物質(zhì)，但同時也是寶貴的硫資源，而直接將S(^還原為 可回收的單質(zhì)硫則提供了另一更有發(fā)展前景的煙氣脫硫方法。 在大量脫除S02后，在環(huán)保要求較高的地區(qū)，N0X就成為酸雨前體物減排的主要控 制目標(biāo)。燃煤產(chǎn)生的氮氧化物(N0X)占排放總量的50%左右，煙氣脫硝是繼煙氣脫硫之后 控制火電廠硫氮氧化物排放的又一個重點(diǎn)領(lǐng)域。在實(shí)際工業(yè)應(yīng)用中，被廣泛采納的NO,控制 技術(shù)主要有兩類燃燒控制NOx技術(shù)和煙氣脫硝技術(shù)。燃燒控制NOx技術(shù)通過優(yōu)化燃燒過程 來控制N0X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30% 40%。 因此，當(dāng)對N0X排放要求較高時，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N0X排放。國外應(yīng)用較多的煙氣脫硝技術(shù)為選擇性催化 還原法(Selective CatalyticReduction， SCR) ， SCR法技術(shù)相對成熟，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液氨，運(yùn)行成本高。因此，迫切需要開發(fā)其 他更有效、低成本的煙氣脫硝技術(shù)。在脫除NO,的諸多方法中，還原分解被認(rèn)為是一種最理 想的途徑。而利用活性炭來還原NO,是一種最簡單的方法之一。從工業(yè)應(yīng)用角度來講，采用 電爐為熱源加熱活性炭和大規(guī)模煙氣是不現(xiàn)實(shí)的，目前較有前景的方法是采用高頻電磁波 (工業(yè)微波頻段)作為加熱源，其可以快速加熱炭床而不加熱煙氣，當(dāng)微波能應(yīng)用于炭層， 炭層吸收能量，其表面溫度快速上升。 在專利號為200610023550. 0和200710043886的兩份中國專利文件中，都采用了 微波同時脫硫脫硝的方法，前者用H2、 NH3、 CH4作為還原劑，采用氧化錳、二氧化錳、氧化鐵、 氧化銅作為催化劑；后者由強(qiáng)吸波性能的活性炭基底、高比表面積的二氧化鈦載體和具有 強(qiáng)氧化性能的五氧化二釩活性組分組成微波脫硫脫硝材料。這兩種方法所存在的問題是 H2、 NH3、 C4都屬于易燃易爆氣體，作為還原劑存在安全方面的問題，而且運(yùn)行成本高，系統(tǒng) 復(fù)雜；而采用釩基催化劑價格昂貴，不易于推廣使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的問題是提供一種設(shè)備簡單、運(yùn)行費(fèi)用低且可實(shí)現(xiàn)硫回收的利用微波輻射下的活性炭對鍋爐煙氣同時脫硫脫硝的方法。
本發(fā)明所稱問題是由以下技術(shù)方案解決的 —種利用微波輻射下的活性炭對鍋爐煙氣同時脫硫脫硝的方法，其特別之處是 它將除塵后煙氣引入活性炭床，活性炭床上置有顆粒狀活性炭，利用活性炭在微波加熱 400-60(TC條件下進(jìn)行脫硫脫硝，所述活性炭中加入CuCl催化劑，加入量為每立方米顆粒 活性炭中加入CuCl催化劑10 30kg。 上述利用微波輻射下的活性炭對鍋爐煙氣同時脫硫脫硝的方法，所述微波頻率為 2. 45GHz，煙氣空速為400 lOOOh—、 上述利用微波輻射下的活性炭對鍋爐煙氣同時脫硫脫硝的方法，增設(shè)硫回收工 序，所述硫回收工序設(shè)置硫回收器，經(jīng)脫硫脫硝反應(yīng)后還原為蒸氣形態(tài)的單質(zhì)硫，隨煙氣進(jìn) 入硫回收器中，將硫蒸氣冷凝為液態(tài)，由煙氣中分離回收。 上述利用微波輻射下的活性炭對鍋爐煙氣同時脫硫脫硝的方法，所述活性炭中加 入CuCl催化劑的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 雜質(zhì)，再用去離子水充分浸泡6-12h去除活性炭吸附的雜質(zhì)離子；b.將活性炭顆粒在烘箱 中12(TC烘干至恒重，得到基炭；c.按配比稱取CuCl，將CuCl與稀HCl按照質(zhì)量比l : 9_49 配制成含有催化劑的溶液，再將配比量基炭在上述溶液中浸泡2-10h ;d.用去離子水反復(fù) 清洗浸泡過的活性炭顆粒，至洗出液呈中性，在烘箱中100-14(TC烘干至恒重，即制得含有 催化劑CuCl的活性炭顆粒。 本發(fā)明方法針對現(xiàn)有的工業(yè)鍋爐煙氣二氧化硫和氮氧化物分別治理及技術(shù)的局 限性，提供了一種采用微波輻照活性炭床同時脫硫脫硝方法，該方法利用微波獨(dú)一無二的 選擇性加熱性能，結(jié)合炭對S02和NOx的還原能力，大大提高了同時脫硫、脫硝的效率，可以 達(dá)到95%以上的脫硫率和90%以上的脫硝率。本發(fā)明方法用于燃煤電廠的煙氣脫硫脫硝， 可以解決現(xiàn)有的二氧化硫與氮氧化物分別治理導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)與技術(shù)局限，如投資巨大、系統(tǒng) 復(fù)雜等問題。本發(fā)明在活性炭表面涂覆有CuCl催化劑，可以明顯降低脫硝反應(yīng)溫度，不但 減少了活性炭損失，而且可以改善反應(yīng)條件。與現(xiàn)有脫硫、脫硝分別治理工藝相比，本發(fā)明 具有系統(tǒng)簡單，脫除成本低，易于實(shí)現(xiàn)，回收率高等特點(diǎn)。


圖1是本發(fā)明中方法的工藝流程圖。 圖中標(biāo)號含義如下1.鍋爐煙道；2.除塵器；3.除塵器排放煙道；4.微波防泄漏 帶；5.微波反應(yīng)器；6.活性炭床；7.微波反應(yīng)器控制裝置；8.排出煙道；9.硫回收器，9-1 ; 硫排出口 ；10.煙氣排放煙囪。
具體實(shí)施例方式參看圖l，本發(fā)明的步驟和原理如下 (1).來自鍋爐的煙氣經(jīng)鍋爐煙道1進(jìn)入除塵器2除塵后，經(jīng)除塵器排放煙道3進(jìn) 入到由石英管和活性炭組成的活性炭床6，活性炭床置于微波反應(yīng)器5中，為防止微波泄 漏，在煙道進(jìn)入反應(yīng)器的位置由微波防泄漏帶4密封。調(diào)整微波反應(yīng)器控制裝置7，微波頻 率設(shè)定為2. 45GHz，反應(yīng)器活性炭在表面400-60(TC高溫條件下進(jìn)行脫硫脫硝過程，煙氣空速為400 1000h—、煙氣中S02和NO的濃度分別在1000 8000mg/m3與400 lOOOmg/ m 可以達(dá)到95%以上的脫硫率和90%以上的脫硝率。 (2).將CuCl為催化劑加入活性炭中，加入量為每立方米活性炭中加入CuCl催化 劑10 30kg。由于活性炭是利用浸漬法進(jìn)行處理的，加入CuCl催化劑10 30kg的量可 以通過計算加入溶液中的CuCl量減去浸漬后剩余的CuCl量而得到。在活性炭表面發(fā)生 CuCl催化反應(yīng)以及微波的誘導(dǎo)催化作用下，可以大大提高了NO的去除效率，同樣的NO去除 率時，CuCl活性炭所需的溫度要大大低于不加催化劑的活性炭，因此減少了炭損失。S02被 炭高效還原為單質(zhì)硫。CuCl催化劑對微波能有強(qiáng)吸收，催化劑在微波場中被加熱速度比周 圍介質(zhì)更快，造成溫度更高，CuCl和吸附到催化劑表面的NO生成中間絡(luò)合物，這大大降低 了炭還原反應(yīng)的活化能，使反應(yīng)可以在較低的溫度條件下完成，而且反應(yīng)速率和選擇性得 以提高。同時，微波能對S02與N0X還存在誘導(dǎo)催化還原反應(yīng)作用，在微波電磁場作用下，活 性炭"敏化劑"表面弱鍵或缺陷位發(fā)生共振耦合傳能形成高溫?zé)狳c(diǎn)而形成活化中心，從而大 大加快了表面化學(xué)反應(yīng)速率。微波輻照條件下，活性炭即作為吸附劑，又作為還原劑。氧化 還原主反應(yīng)為
C +叫離> S + C02 (3)在上述高溫反應(yīng)條件下，硫還原為蒸氣形態(tài)的單質(zhì)硫，從活性炭表面脫附出 來，隨煙氣經(jīng)排出煙道8進(jìn)入硫回收器9中，在硫回收器中冷凝裝置使硫蒸氣冷凝為液態(tài)， 由硫回收器的硫排出口 9-1排出并回收，經(jīng)過上述凈化處理的煙氣由煙氣排放煙囪10排 出。 下面給出具體實(shí)施例
實(shí)施例1 : (1)制備含有CuCl催化劑活性炭顆粒a.將粒徑為l_2mm的活性炭顆粒用去離子 水充分清洗去除表面雜質(zhì)，再用去離子水充分浸泡6h去除活性炭吸附的雜質(zhì)離子；b.將活 性炭顆粒在烘箱中12(TC烘干至恒重，得到基炭；c.稱取10kg CuCl、490kg稀HCl，稀鹽酸 的濃度為5 10%，配制含有催化劑的溶液，再將1立方米活性炭顆粒在上述溶液中浸泡 lOh;d.用去離子水反復(fù)清洗浸泡過的活性炭顆粒，至洗出液呈中性，在烘箱中12(TC烘干 至恒重，制得到含有催化劑的活性炭顆粒。 (2)煙氣脫硫脫硝將上述含有催化劑的活性炭顆粒裝入石英管制成活性炭床， 將活性炭床置于微波反應(yīng)器中，經(jīng)除塵的煙氣引入活性炭床，調(diào)整微波反應(yīng)器控制裝置，將 微波頻率設(shè)定為2. 45GHz，反應(yīng)器活性炭在表面400-50(TC高溫條件下進(jìn)行脫硫脫硝過程。
(3)單質(zhì)硫回收在上述高溫反應(yīng)條件下，硫還原為蒸氣形態(tài)的單質(zhì)硫，從活性炭 表面脫附出來，隨煙氣經(jīng)排出煙道進(jìn)入硫回收器中，在硫回收器中冷凝裝置使硫蒸氣冷凝 為液態(tài)，由硫回收器的硫排出口排出并回收，經(jīng)過上述凈化處理的煙氣由煙氣排放煙囪排 出。
實(shí)施例2 : (1)制備含有CuCl催化劑活性炭顆粒a.將活性炭顆粒用去離子水充分清洗去除表面雜質(zhì)，再用去離子水充分浸泡12h去除活性炭吸附的雜質(zhì)離子；b.將活性炭顆粒在烘
箱中12(TC烘干至恒重，得到基炭；c.稱取30kg CuCl、270kg稀HCl配制含有催化劑的溶 液，再將1立方米活性炭顆粒在上述溶液中浸泡2h ;d.用去離子水反復(fù)清洗浸泡過的活性 炭顆粒，至洗出液呈中性，在烘箱中IO(TC烘干至恒重，制得到含有催化劑的活性炭顆粒。
(2)煙氣脫硫脫硝將上述含有催化劑的活性炭顆粒裝入石英管制成活性炭床， 將活性炭床置于微波反應(yīng)器中，經(jīng)除塵的煙氣引入活性炭床，調(diào)整微波反應(yīng)器控制裝置，將 微波頻率設(shè)定為2. 45GHz，反應(yīng)器活性炭在表面450-55(TC高溫條件下進(jìn)行脫硫脫硝過程。
(3)單質(zhì)硫回收在上述高溫反應(yīng)條件下，硫還原為蒸氣形態(tài)的單質(zhì)硫，從活性炭 表面脫附出來，隨煙氣經(jīng)排出煙道進(jìn)入硫回收器中，在硫回收器中冷凝裝置使硫蒸氣冷凝 為液態(tài)，由硫回收器的硫排出口排出并回收，經(jīng)過上述凈化處理的煙氣由煙氣排放煙囪排 出。
實(shí)施例3 : (1)制備含有CuCl催化劑活性炭顆粒a.將活性炭顆粒用去離子水充分清洗去除 表面雜質(zhì)，再用去離子水充分浸泡8h去除活性炭吸附的雜質(zhì)離子；b.將活性炭顆粒在烘箱 中12(TC烘干至恒重，得到基炭；c.稱取20kg CuCl、380kg稀HCl配制含有催化劑的溶液， 再將l立方米活性炭顆粒在上述溶液中浸泡8h ;d.用去離子水反復(fù)清洗浸泡過的活性炭顆 粒，至洗出液呈中性，在烘箱中14(TC烘干至恒重，制得到含有催化劑的活性炭顆粒。
(2)煙氣脫硫脫硝將上述含有催化劑的活性炭顆粒裝入石英管制成活性炭床， 將活性炭床置于微波反應(yīng)器中，經(jīng)除塵的煙氣引入活性炭床，調(diào)整微波反應(yīng)器控制裝置，將 微波頻率設(shè)定為2. 45GHz，反應(yīng)器活性炭在表面500-60(TC高溫條件下進(jìn)行脫硫脫硝過程。
(3)單質(zhì)硫回收在上述高溫反應(yīng)條件下，硫還原為蒸氣形態(tài)的單質(zhì)硫，從活性炭 表面脫附出來，隨煙氣經(jīng)排出煙道進(jìn)入硫回收器中，在硫回收器中冷凝裝置使硫蒸氣冷凝 為液態(tài)，由硫回收器的硫排出口排出并回收，經(jīng)過上述凈化處理的煙氣由煙氣排放煙囪排 出。 含有CuCl催化劑的活性炭顆粒使用一段時間后，如發(fā)現(xiàn)催化劑活性下降，可采用 高溫蒸汽活化再生。如果氯化亞銅CuCl催化劑失活，則可以在高溫蒸汽活化后重新負(fù)載。
權(quán)利要求
一種利用微波輻射下的活性炭對鍋爐煙氣同時脫硫脫硝的方法，其特征在于它將除塵后煙氣引入活性炭床，活性炭床上置有顆粒狀活性炭，利用活性炭在微波加熱400-600℃的條件下進(jìn)行脫硫脫硝，所述活性炭中加入CuCl催化劑，加入量為每立方米顆?；钚蕴恐屑尤隒uCl催化劑10～30kg。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述利用微波輻射下的活性炭對鍋爐煙氣同時脫硫脫硝的方法，其 特征在于所述微波頻率為2. 45GHz，煙氣空速為400 lOOOh—、
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述利用微波輻射下的活性炭對鍋爐煙氣同時脫硫脫硝的方法，其 特征在于增設(shè)硫回收工序，所述硫回收工序設(shè)置硫回收器，經(jīng)脫硫脫硝反應(yīng)后還原為蒸氣 形態(tài)的單質(zhì)硫，隨煙氣進(jìn)入硫回收器中，將硫蒸氣冷凝為液態(tài)，由煙氣中分離回收。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述利用微波輻射下的活性炭對鍋爐煙氣同時脫硫脫硝 的方法，其特征在于所述活性炭中加入CuCl催化劑的處理過程按下述步驟進(jìn)行a.將活 性炭顆粒用去離子水充分清洗，去除表面雜質(zhì)，再用去離子水充分浸泡6-12h，去除活性炭 吸附的雜質(zhì)離子；b.將活性炭顆粒在烘箱中12(TC烘干至恒重，得到基炭；c.按配比稱取 CuCl，將CuCl與稀HCl按照質(zhì)量比l : 9-49配制成含有催化劑的溶液，再將配比量基炭在 上述溶液中浸泡2-10h ;d.用去離子水反復(fù)清洗浸泡過的活性炭顆粒，至洗出液呈中性，在 烘箱中100-14(TC烘干至恒重，即得到含有催化劑CuCl的活性炭顆粒。
全文摘要
一種利用微波輻射下的活性炭對鍋爐煙氣同時脫硫脫硝的方法，用于解決二氧化硫與氮氧化物的脫除問題。其技術(shù)方案是它將除塵后煙氣引入活性炭床，將活性炭在微波加熱400-600℃條件下進(jìn)行脫硫脫硝，所述活性炭中加入CuCl為催化劑，加入量為每立方米活性炭中加入CuCl 10～30kg。本發(fā)明利用微波的選擇性加熱性能，結(jié)合炭對SO2和NOx的還原能力，大大提高了同時脫硫、脫硝的效率，可以達(dá)到95％以上的脫硫率和90％以上的脫硝率。本發(fā)明在活性炭表面涂覆有CuCl催化劑，可以明顯降低脫硝反應(yīng)溫度，不但減少了活性炭損失，而且可以改善反應(yīng)條件，有利于單質(zhì)硫的回收。
文檔編號B01J19/12GK101693162SQ20091007561
公開日2010年4月14日 申請日期2009年10月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月10日
發(fā)明者趙毅, 郭天祥, 馬雙忱, 馬宵穎 申請人:華北電力大學(xué)(保定);