一種用于煙氣同時(shí)脫硫脫硝的填料塔的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于煙氣同時(shí)脫硫脫硝的填料塔，包括：1.1煙氣出口、1.2噴淋裝置、1.3絲網(wǎng)除霧器、1.4永磁場(chǎng)、1.5分層、間隔布置的規(guī)整泡沫陶瓷填料、1.6煙氣進(jìn)口及1.7廢酸液搜集出口。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是主要利用填料比表面吸附的水膜來吸收煙氣中的SO2和NOx，反應(yīng)生成的亞硫酸和亞硝酸被分別被催化氧化成硫酸和硝酸，吸收和解吸同步進(jìn)行。廢酸液可另外分離、提純成回用水、硫酸和硝酸產(chǎn)品。
【專利說明】—種用于煙氣同時(shí)脫硫脫硝的填料塔

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于化學(xué)工程和環(huán)境工程交叉領(lǐng)域，具體地說涉及一種用于煙氣同時(shí)脫硫脫硝的填料塔。

【背景技術(shù)】
[0002]填料塔是氣液傳質(zhì)過程的常用設(shè)備，在工業(yè)各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。目前，用于煙氣脫硫或脫硫脫硝的塔器主要是噴淋塔(洗滌塔)，很少使用填料塔，氣相(煙氣)和液相(還原劑或吸收劑)都是連續(xù)相。從傳質(zhì)的角度來看，效率并不高，因此其脫硫效率或脫硫脫硝效率都不理想，并隨循環(huán)使用的液相的成分不斷改變而相應(yīng)波動(dòng)。同時(shí)還有產(chǎn)生二次污染，運(yùn)行成本較高，較難維護(hù)等缺陷。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是為了克服上述塔器在煙氣脫硫或脫硫脫硝中的缺陷，研發(fā)一種在不需要外加還原劑或吸收劑(液相)的情況下，主要利用煙氣中的水分來脫除煙氣中的SO2和NOx的新型填料塔。在分析研究煙氣中各組分化學(xué)反應(yīng)模式(見圖4)之后，研制了一種既能強(qiáng)化氣液傳質(zhì)，又具有所需催化特性的填料，結(jié)合永磁場(chǎng)對(duì)氣溶膠粒子的凝并作用、絲網(wǎng)除霧器的除霧功能以及噴淋裝置的調(diào)節(jié)作用，將它們?cè)谝粋€(gè)長(zhǎng)方體形的主塔體結(jié)構(gòu)內(nèi)抽屜式有序布置，構(gòu)成了一種新型的填料塔。即本發(fā)明是采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的:
一種用于煙氣同時(shí)脫硫脫硝的填料塔，其結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，包括:1.1煙氣出口、1.2噴淋裝置、1.3絲網(wǎng)除霧器、1.6煙氣進(jìn)口及1.7廢酸液搜集出口，其特征在于它還包括1.4永磁場(chǎng)及1.5分層、間隔布置的規(guī)整泡沫陶瓷填料。
[0004]所述一種用于煙氣同時(shí)脫硫脫硝的填料塔，其特征在于主要利用填料比表面吸附的水膜來吸收煙氣中的SO2和N0X。填料比表面吸附的水膜中的水份來源有兩個(gè):一是填料比表面直接從煙氣中吸附的水份，二是除霧器落下的水滴(使水膜處于不斷更新狀態(tài))，受控的1.2噴淋裝置只起輔助作用。氣液逆流操作，氣相(煙氣)為連續(xù)相，液相(除霧器落下的水滴)為離散相。
[0005]所述一種用于煙氣同時(shí)脫硫脫硝的填料塔，其特征在于1.4永磁場(chǎng)按此三個(gè)步驟搭建(I)在支持承上多塊尺寸相同的矩形永磁體極性相反等距并列放置，長(zhǎng)邊與填料的長(zhǎng)邊走向相同；(2)矩形永磁體沿一個(gè)方向均勻充分磁化且達(dá)到飽和狀態(tài)；(3)矩形永磁體有較小的厚長(zhǎng)比。
[0006]所述一種用于煙氣同時(shí)脫硫脫硝的填料塔，其特征在于1.5分層、間隔布置的規(guī)整泡沫陶瓷填料是自主研發(fā)的新型填料，其在填料塔中的布置也有別于現(xiàn)有的亂堆或整砌，具有如此兩項(xiàng)特性(I)規(guī)整泡沫陶瓷填料的厚度一般在30?50mm，其材質(zhì)中至少含有60%的三氧化二鉻，孔徑不小于5ppi (超宏孔)，孔隙率90%左右；(2)分層、間隔布置，其布置層數(shù)不少于7層。
[0007]所述一種用于煙氣同時(shí)脫硫脫硝的填料塔，其脫硫脫硝機(jī)理如下: 將原煙氣冷卻到101.88 °C以下的某一溫度(硝酸在無光照的條件下熱解溫度為101.88°C，煙氣冷卻的最佳溫度為80°C)，然后引入填料塔，SO2 >NO,NO2、02、H20、02相互充分接觸，反復(fù)發(fā)生連鎖的化學(xué)反應(yīng)后，煙氣中S02、NO、NO2被脫除且分離出H2O、H2SO4和HNO3的混合溶液，排出的煙氣的組分接近正?？諝獾慕M分；
煙氣進(jìn)入填料塔后，SO2、NO、NO2、O2、H2O在填料塔中布置的規(guī)整的多功能液泡沫陶瓷填料的孔隙中繞行時(shí)，與附著在其比表面上的H20、O2及自身之間相互充分接觸，反復(fù)發(fā)生連鎖的化學(xué)反應(yīng)，其反應(yīng)模式簡(jiǎn)并如圖4所示。所涉及的化學(xué)反應(yīng)式如下:
一級(jí)反應(yīng):
SO2+ NO2+ H2O= H2SO4+ NO (I)
SO2+ H2O= H2SO3 (2)
4N0+2 H20+3 O2 =4HN03 (3)
NO+ NO2+ H20=2HN02 (4)
3N02+ H20=2HN03+N0 (5)
4N02+2H20 + 02=4HN03 (6)
二級(jí)反應(yīng):
2H2S03+ 02=2H2S04 (7)
2HN03+3S02+2H20=2N0+3H2S04 (8)
2HN02 + 02=2HN03 (9)
2N0+02=2N02 (10)
三級(jí)反應(yīng):
2N0+ O2 =2N02 (11)
SO2的脫除有三種途徑:通過反應(yīng)(I)、(8)、(2)與(7)。反應(yīng)式(I)和(8)表明脫硫脫硝塔是一種硝化法生產(chǎn)硫酸的塔式裝置(NO2起催化劑的作用)，而反應(yīng)式(2)和(7)表明填料塔是一種利用水直接吸收低濃度SO2生產(chǎn)硫酸的塔式裝置?，F(xiàn)行的硫酸生產(chǎn)裝置都采用兩轉(zhuǎn)一吸的工藝，先將SO2直接催化氧化成SO3再用水吸收制成硫酸。而在這里主要是先用水吸收SO2生成H2SO3,再將H2SO3催化氧化成H2SO4。
[0008]NO2的脫除有三種途徑:通過反應(yīng)(4)、(5)、(6)與(9)，所產(chǎn)生的中間產(chǎn)物(以及SO2的脫除時(shí)的中間產(chǎn)物)NO被氧化成NO2后再重復(fù)這三種途徑進(jìn)行脫除。NO除被氧化成NO2按前述方式被脫除外，自身也有兩種脫除途徑:通過反應(yīng)(3)和(4)。HNOdB不穩(wěn)定，只能存在于很稀的冷溶液中，溶液濃縮或加熱時(shí)，就分解成H2O和N2O3,后者又會(huì)分解成NO2和NO。但水膜中含有大量的溶解氧，HNO2遇到O2在加熱的條件下很快反應(yīng)生成HNO3(HNC)3在101.880C以下是熱穩(wěn)定的)，同時(shí)，加熱Cr2O3至80攝氏度左右，能加快這一氧化反應(yīng)速率。根據(jù)化學(xué)反應(yīng)式進(jìn)行簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)計(jì)算表明，有限幾次的反復(fù)反應(yīng)就可以基本上脫除NO2和NO。不難看出該填料塔也是一種直接吸收低濃度NO2 (NO)生產(chǎn)硝酸的裝置。
[0009]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是在將煙氣控制在一定的溫度和壓力條件下，主要利用填料比表面吸附的水膜來吸收煙氣中的SO2和N0X，反應(yīng)生成的亞硝酸和亞硫酸被分別被催化氧化成硝酸和硫酸。由于處在不斷的更新狀態(tài)中，解吸是與吸收同步進(jìn)行。質(zhì)量濃度大小排序:水、硫酸、硝酸。廢酸液可另外分離、提純成回用水、硝酸和硫酸產(chǎn)品。
[0010]本發(fā)明的另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是使用其構(gòu)建的煙氣同時(shí)脫硫脫硝系統(tǒng)對(duì)燃煤品種及含硫率適應(yīng)性強(qiáng)、穩(wěn)定性和脫硫脫硝效率較高、運(yùn)維簡(jiǎn)單及成本很低。
[0011]【專利附圖】

【附圖說明】:
圖1、圖2和圖3是本發(fā)明一種用于煙氣同時(shí)脫硫脫硝的填料塔的結(jié)構(gòu)示意圖，圖1為正視圖，圖2為左視圖，圖3為俯視圖，圖1中的圖例說明如下:
1.1煙氣出口 1.2噴淋裝置 1.3絲網(wǎng)除霧器 1.4永磁場(chǎng)
1.5規(guī)整泡沫陶瓷填料
1.6煙氣進(jìn)口
1.7廢酸液搜集出口
圖4是煙氣中各組分化學(xué)反應(yīng)模式
圖5是實(shí)施例中的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，圖5中的圖例說明如下:
實(shí)施方式:
將所述一種用于煙氣同時(shí)脫硫脫硝的填料塔應(yīng)用于煙氣的脫硫脫硝，填料塔的泛點(diǎn)氣速可按公知的方法來計(jì)算，考慮到其液相是離散相，泛點(diǎn)氣速可以適當(dāng)調(diào)整，最好在絲網(wǎng)除霧器的最佳除霧速度范圍之內(nèi)。對(duì)于氣量較小的煙氣采用單塔來構(gòu)建脫硫脫硝系統(tǒng)，對(duì)于大氣量的煙氣則采用多塔并聯(lián)來構(gòu)建系統(tǒng)。
[0012]實(shí)施例:
我國(guó)單機(jī)5萬千瓦及以下供熱機(jī)組有一千多臺(tái)，經(jīng)濟(jì)效益較差，但又必須存在，環(huán)保壓力很大。為敘述簡(jiǎn)便，以某紙業(yè)有限公司熱電廠安裝的一臺(tái)6000千瓦的背壓機(jī)為例來說明如何使用本發(fā)明實(shí)現(xiàn)其煙氣的脫硫脫硝。
[0013]一設(shè)計(jì)煙氣量2.2萬m 3/h，計(jì)算泛點(diǎn)氣速為3.5m/h,取操作氣速為2.9 m/h,填料塔主體結(jié)構(gòu)選擇為正方形體，由此計(jì)算出橫截面正方形邊長(zhǎng)為2.10 m ;
二填料規(guī)格:厚度50mm，其材質(zhì)中含有90%的三氧化二鉻，孔徑5ppi，孔隙率90%，總共布置7層，填料層間隔距離10cm，最下一層填料與煙氣進(jìn)口相距50cm;
三永磁場(chǎng)由4塊永磁體按如下方式布置:磁體間的距離為50cm,與塔壁面對(duì)的磁體與塔壁相距30cm，下端與相鄰填料層25cm;
四絲網(wǎng)除霧器與永磁場(chǎng)上端相距50cm;
五噴淋裝置接小型恒壓水泵機(jī)組，與絲網(wǎng)除霧器上端相距30cmm;
六按前述要求，采用棕色、耐高溫(280°C以上)無堿玻璃鋼制成填料塔主體結(jié)構(gòu)、抽屜式支承、上緊縮口及下緊縮口，將煙氣出口、噴淋裝置、絲網(wǎng)除霧器、永磁場(chǎng)、填料層、煙氣進(jìn)口等有序布置，即制造出填料塔；
七使用該填料塔構(gòu)建同時(shí)脫硫脫硝系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖5所示。重要輔助設(shè)備:風(fēng)機(jī)使用離心風(fēng)機(jī)，熱管煙氣降溫器由南京圣諾熱管有限公司制造，煙氣分析儀及溫度、壓力、流量測(cè)量?jī)x表等由北京雪迪龍制造?？刂谱酉到y(tǒng)采用工控機(jī)-PLC構(gòu)建。
【權(quán)利要求】
1.一種用于煙氣同時(shí)脫硫脫硝的填料塔，包括:1.1煙氣出口、1.2噴淋裝置、1.3絲網(wǎng)除霧器、1.6煙氣進(jìn)口及1.7廢酸液搜集出口，其特征在于它還包括1.4永磁場(chǎng)及1.5分層、間隔布置的規(guī)整泡沫陶瓷填料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于煙氣同時(shí)脫硫脫硝的填料塔，其特征在于主要利用填料比表面吸附的水膜來吸收煙氣中的SO2和NOx，受控的1.2噴淋裝置只起輔助作用。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于煙氣同時(shí)脫硫脫硝的填料塔，其特征在于1.4永磁場(chǎng)按此三個(gè)步驟搭建(I)在支持承上多塊尺寸相同的矩形永磁體極性相反等距并列放置，長(zhǎng)邊與填料的長(zhǎng)邊走向相同；(2)矩形永磁體沿一個(gè)方向均勻充分磁化且達(dá)到飽和狀態(tài)；(3)矩形永磁體有較小的厚長(zhǎng)比。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于煙氣同時(shí)脫硫脫硝的填料塔，其特征在于1.5分層、間隔布置的規(guī)整泡沫陶瓷填料具有如此兩項(xiàng)特性(I)規(guī)整泡沫陶瓷填料的厚度一般在30?50mm,其材質(zhì)中至少含有60%的三氧化二鉻，孔徑不小于5ppi (超宏孔)，孔隙率90%左右；(2)分層、間隔布置時(shí)，其層數(shù)不少于7層。
【文檔編號(hào)】B01J19/08GK104338423SQ201310332400
【公開日】2015年2月11日 申請(qǐng)日期:2013年8月2日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月2日
【發(fā)明者】張 杰, 仰鵬飛, 李發(fā)榮 申請(qǐng)人:武漢慧邦環(huán)境工程技術(shù)有限公司