本發(fā)明屬于工業(yè)煙氣凈化處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于活性炭纖維的工業(yè)煙氣脫硫脫硝裝置及方法。
背景技術(shù)：
二氧化硫、氮氧化物是大氣中的主要污染物，對人體健康有很大的危害，同時(shí)也是產(chǎn)生酸雨的主要原因。我國SO2和NOx的排放總量已居世界首位，各地都不同程度地出現(xiàn)酸雨和霧霾，成為繼歐洲、北美之后的酸雨重污染區(qū)。因此，二氧化硫和氮氧化物的脫除治理是我國環(huán)保領(lǐng)域的重大課題。
目前工業(yè)上常用的脫硫脫硝需要分開處理，一般在在除塵裝置前，先進(jìn)行脫硝，溫度一般為350℃以上，脫硫裝置一般布置在除塵裝置后，對煙氣進(jìn)行余熱回收后再進(jìn)行濕式吸收法脫硫。常用的脫硫脫硝技術(shù)為高溫SCR脫硝技術(shù)+石灰石-石膏法脫硫技術(shù)。隨著環(huán)保要求的日益嚴(yán)苛，傳統(tǒng)的高溫SCR技術(shù)存在效率低、催化劑易中毒、能耗高等缺陷；而石灰石-石膏法脫硫技術(shù)也存在設(shè)備易腐蝕、運(yùn)行成本高、石膏二次污染等問題。
隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展社會(huì)進(jìn)步，人們對脫硫脫硝技術(shù)的不斷研究改進(jìn)，逐漸形成了同時(shí)脫硫脫硝技術(shù)，同時(shí)脫硫脫硝催化劑等。
在公開號(hào)為CN101934191A的專利文件中公開了一種氨法同時(shí)脫硫脫硝的方法，該方法采用的脫硫脫硝塔設(shè)置兩層脫硫噴淋塔，一層脫硝噴淋塔，吸收液循環(huán)噴淋，經(jīng)過強(qiáng)制氧化后最終生成硫酸銨回收利用。該方法是濕法脫硫脫硝工藝，且工藝流程復(fù)雜，需要控制吸收液pH值，工程化程度不高。
在公開號(hào)為CN102489129A專利文件中公開了一種臭氧氧化法同時(shí)脫硫脫硝方法，該方法由臭氧噴射裝置噴出臭氧與煙氣碰撞，經(jīng)過充分接觸后融合反應(yīng)，將難溶于水的NO氧化成易溶于水的NO2、N2O3和N2O5高價(jià)態(tài)氮氧化物，使SO2轉(zhuǎn)化為易溶于水的SO3硫化物，同水反應(yīng)生成硫酸和硝酸混合液，與噴入的NH3反應(yīng)生成硝酸銨和硫酸銨進(jìn)行二次回用。該方法不存在二次污染，占地面積小，易于操作。但是臭氧氧化效率不高，需要臭氧發(fā)生裝置，且需要消耗大量NH3。
在公開號(hào)為CN 202460473A專利文件中公開了一種流化床活性炭氨法一體化脫硫脫硝裝置。裝置以活性炭為催化劑，采用干法氧化脫硫+還原脫硝，設(shè)備運(yùn)行成本較低，但是該方法活性炭脫硫后需要再生，影響活性炭使用壽命，具有一定的應(yīng)用局限性。
同時(shí)脫硫脫硝技術(shù)除上述專利提出的濕式氧化產(chǎn)酸工藝、臭氧氧化工藝、干法催化脫除工藝之外，還有自氧化還原工藝(CN103263848A)、光催化氧化還原工藝(CN104707475A)等，主要存在以下幾個(gè)方面的問題：一、氧化工藝效率不高；二、干法工藝需要再生；三、一般以處理一種污染成分為主，另一種為輔，輔助處理的成分一般效率在70％以下；四、設(shè)備復(fù)雜，占地面積大。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是解決上述問題，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、操作性強(qiáng)的基于活性炭纖維的工業(yè)煙氣脫硫脫硝裝置。
本發(fā)明的另一目的是利用上述脫硫脫硝裝置，提供一種工藝技術(shù)簡便、效率高的對工業(yè)煙氣進(jìn)行脫硫脫硝的方法。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種基于活性炭纖維的工業(yè)煙氣脫硫脫硝裝置，包括反應(yīng)塔本體，所述反應(yīng)塔本體內(nèi)由下往上依次設(shè)置有硫酸收集裝置、進(jìn)氣區(qū)一、格柵一、脫硫區(qū)、進(jìn)氣區(qū)二、格柵二、脫硝區(qū)、出氣區(qū)，所述反應(yīng)塔本體側(cè)壁上位于進(jìn)氣區(qū)一和進(jìn)氣區(qū)二處還分別設(shè)有進(jìn)氣管一和進(jìn)氣管二，反應(yīng)塔本體頂部設(shè)有出氣口，所述進(jìn)氣管一用于通入工業(yè)煙氣，所述進(jìn)氣管二用于通入氨氣，所述脫硫區(qū)為活性炭纖維脫硫催化劑反應(yīng)床層，所述脫硝區(qū)為活性炭纖維脫硝催化劑床層。
上述技術(shù)方案中，所述進(jìn)氣管一與反應(yīng)塔本體之間設(shè)有管道緩沖罐，進(jìn)氣管一上還開設(shè)有蒸汽進(jìn)口。
上述技術(shù)方案中，所述管道緩沖罐直徑為進(jìn)氣管一直徑的1.5～3倍。
上述技術(shù)方案中，所述硫酸收集裝置的頂面與水平方向呈角度范圍為5～25°的傾角。
上述技術(shù)方案中，所述硫酸收集裝置的頂面還設(shè)有進(jìn)水液封，其底面設(shè)有排水閥。
一種利用前述脫硫脫硝裝置對工業(yè)煙氣脫硫脫硝的方法，該方法具體包括以下步驟：
S1、脫硫階段：工業(yè)煙氣從進(jìn)氣管一通入，并與水蒸氣混合后進(jìn)入進(jìn)氣區(qū)一，向上運(yùn)行，通過格柵一進(jìn)入脫硫區(qū)的活性炭纖維脫硫催化劑反應(yīng)床層，工業(yè)煙氣中的二氧化硫、氧氣、水蒸氣在活性炭纖維脫硫催化劑的作用下，催化氧化反應(yīng)生成硫酸，硫酸逐漸積累在重力作用下從活性炭纖維上脫離下降至硫酸收集裝置；
S2、脫硝階段：從活性炭纖維脫硫催化劑反應(yīng)床層出來的工業(yè)煙氣，與從進(jìn)氣管二通入的氨氣在進(jìn)氣區(qū)二混合后經(jīng)格柵二進(jìn)入脫硝區(qū)的活性炭纖維脫硝催化劑床層，在活性炭纖維脫硝催化劑的作用下，工業(yè)煙氣中的氮氧化物、氧氣與氨氣反應(yīng)生成氮?dú)夂退?，潔凈煙氣?jīng)出氣區(qū)后由出氣口排除。
需要說明的是，基于活性炭纖維脫硫/硝催化劑的性能，其本身并不參與反應(yīng)，生成的物質(zhì)也不會(huì)殘留在催化劑床層，且其自身在不斷自我更新，因此不需要再生。
上述技術(shù)方案中，經(jīng)過發(fā)明人長期的實(shí)驗(yàn)探索發(fā)現(xiàn)，在步驟S2中，氨氣與氮氧化物的體積比為0.8～1.3：1，可以對氮氧化物達(dá)到更良好的去除效果，進(jìn)一步優(yōu)選其體積比為1～1.1：1。
進(jìn)一步的，所述脫硫區(qū)空塔氣速控制在400-2000h-1，優(yōu)先控制在600-1500-1；脫硝區(qū)空塔氣速控制在5000-20000h-1，優(yōu)選控制在8000-15000h-1。
上述技術(shù)方案中，發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)反應(yīng)塔本體中操作溫度控制在60～200℃，優(yōu)選控制在80～150℃，凈化后的氣體直接排入大氣不會(huì)形成白霧，不會(huì)帶來景觀污染，因而無需進(jìn)行再次處理。
上述技術(shù)方案中，所述水蒸汽為飽和水蒸汽。
本發(fā)明提供的基于活性炭纖維的工業(yè)煙氣脫硫脫硝裝置及方法具有以下有益效果：
(1)本發(fā)明采用催化氧化法脫除二氧化硫，使煙氣中的SO2、O2在填裝在下層的脫硫催化劑床層中被催化氧化為SO3，SO3和煙氣中的水作用生成硫酸，從而使排放氣中的SO2被脫除，工業(yè)排放氣中的二氧化硫得到回收利用，副產(chǎn)品硫酸可直接出售，或經(jīng)濃縮加工后外售，無有害物質(zhì)進(jìn)入環(huán)境中；硫酸是重要的工業(yè)化學(xué)品，應(yīng)用廣泛，經(jīng)濟(jì)價(jià)值高。采用本發(fā)明脫除回收排放氣中的低濃度SO2，不但能取得很好的環(huán)境效益和社會(huì)效益，還可取得不錯(cuò)的經(jīng)濟(jì)效益。
(2)本發(fā)明采用催化還原法脫除氮氧化物，使煙氣中的NOx、O2與NH3在填裝在上層的脫硝催化劑床層中被催化還原為N2和H2O，從而使排放氣中的NOx被脫除，無有害物質(zhì)進(jìn)入環(huán)境中，具有的環(huán)境效益和社會(huì)效益。
(3)本發(fā)明采用干法/催化法同時(shí)脫硫脫硝，有效避免了濕法噴淋系統(tǒng)的能耗和堵塞等問題，同時(shí)所使用的催化劑一次投入后可長期使用，投資少，脫硫操作不需高溫高壓，運(yùn)行費(fèi)用低，進(jìn)一步的，采用活性炭纖維作為催化劑，同時(shí)脫硫脫硝，效率高。
(4)采用本發(fā)明的方法處理后的凈化氣，當(dāng)脫硫操作溫度控制在60-200℃，凈化后的氣體直接排入大氣不會(huì)形成白霧，不會(huì)帶來景觀污染，不需進(jìn)行再一次的處理。
(5)本發(fā)明提供的脫硫脫硝裝置，設(shè)備簡單，操作容易，占地面積小，成本低。
附圖說明
圖1是本發(fā)明基于活性炭纖維的工業(yè)煙氣脫硫脫硝裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖標(biāo)記說明：1、進(jìn)氣管一；2、蒸汽進(jìn)口；3、管道緩沖罐；4、硫酸收集裝置；5、格柵一；6、脫硫區(qū)；7、進(jìn)氣管二；8、格柵二；9、脫硝區(qū)；10、出氣口；11、進(jìn)水液封；12、排水閥；13、進(jìn)氣區(qū)一；14、進(jìn)氣區(qū)二；15、出氣區(qū)。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明：
如圖1所示，本發(fā)明的基于活性炭纖維的工業(yè)煙氣脫硫脫硝裝置，包括反應(yīng)塔本體，反應(yīng)塔本體內(nèi)由下往上依次設(shè)置有硫酸收集裝置4、進(jìn)氣區(qū)一13、格柵一5、脫硫區(qū)6、進(jìn)氣區(qū)二14、格柵二8、脫硝區(qū)9、出氣區(qū)15。反應(yīng)塔本體側(cè)壁上位于進(jìn)氣區(qū)一13處設(shè)有進(jìn)氣管一1，位于進(jìn)氣區(qū)二14處設(shè)有進(jìn)氣管二7，進(jìn)氣管一1用于通入工業(yè)煙氣，進(jìn)氣管二7用于通入氨氣。反應(yīng)塔本體頂部設(shè)有出氣口10。脫硫區(qū)6為活性炭纖維脫硫催化劑反應(yīng)床層，脫硝區(qū)9為活性炭纖維脫硝催化劑床層。
在本實(shí)施例中，進(jìn)氣管一1與反應(yīng)塔本體之間設(shè)有管道緩沖罐3，進(jìn)氣管一1上還開設(shè)蒸汽進(jìn)口2。工業(yè)煙氣和從蒸汽進(jìn)口2進(jìn)入的水蒸汽在進(jìn)氣管道內(nèi)初步混合后，再進(jìn)入管道緩沖罐3進(jìn)行進(jìn)一步的混合。為便于工業(yè)煙氣和水蒸汽混合更充分均勻，管道緩沖罐3直徑優(yōu)選為進(jìn)氣管一1直徑的1.5～3倍。管道緩沖灌的目的是為了使工業(yè)煙氣和水蒸汽能均勻混合，因此，在本發(fā)明思想的指導(dǎo)下，采用本領(lǐng)域其它常規(guī)混合裝置也屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
進(jìn)一步的，硫酸收集裝置4的頂面與水平方向呈角度范圍為5～25°的傾角，優(yōu)選為10～20°。傾角的設(shè)置主要是更便于硫酸的收集，其角度也可以根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。為了防止氣體進(jìn)入硫酸收集裝置4，在硫酸收集裝置4的頂面還設(shè)有進(jìn)水液封11。此外，為便于定期通過排水閥12回收硫酸資源，硫酸收集裝置4的底面還設(shè)有排水閥12。
以下通過具體實(shí)施例對本發(fā)明提供利用前述脫硫脫硝裝置對工業(yè)煙氣脫硫脫硝的方法，以進(jìn)一步展示本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和原理。
實(shí)施例1
在本實(shí)施例中，處理的排放氣：二氧化硫濃度為400mg/Nm3，氮氧化物濃度為800mg/Nm3的焦化尾氣，氣量約為1000Nm3/h，溫度約為150℃。
S1、脫硫階段：工業(yè)煙氣從進(jìn)氣管一1通入，并與從蒸汽進(jìn)口2通入飽和水蒸氣初步混后進(jìn)入管道緩沖罐3進(jìn)行進(jìn)一步混合，再進(jìn)入進(jìn)氣區(qū)一13，向上運(yùn)行，通過格柵一5進(jìn)入脫硫區(qū)6的活性炭纖維脫硫催化劑反應(yīng)床層，脫硫區(qū)6空塔氣速控制在800h-1，工業(yè)煙氣中的二氧化硫、氧氣、水蒸氣在活性炭纖維脫硫催化劑的作用下，催化氧化反應(yīng)生成硫酸，硫酸逐漸積累在重力作用下從活性炭纖維上脫離下降至硫酸收集裝置4；
S2、脫硝階段：從活性炭纖維脫硫催化劑反應(yīng)床層出來的工業(yè)煙氣，與從進(jìn)氣管二7通入的氨氣在進(jìn)氣區(qū)二14混合后經(jīng)格柵二8進(jìn)入脫硝區(qū)9的活性炭纖維脫硝催化劑床層，氨氣與氮氧化物的體積比為1.05：1，脫硝區(qū)9空塔氣速控制在10000h-1，在活性炭纖維脫硝催化劑的作用下，工業(yè)煙氣中的氮氧化物、氧氣與氨氣反應(yīng)生成氮?dú)夂退?，潔凈煙氣?jīng)出氣區(qū)15后由出氣口10排除。
煙氣經(jīng)脫硫脫硝反應(yīng)塔后排入大氣，脫硫效率為99％，脫硝效率為85％。當(dāng)硫酸收集裝置4中的硫酸體積達(dá)到總裝置體積的2/3時(shí)，打開排水閥12排空裝置中的硫酸。
實(shí)施例2
在本實(shí)施例中，處理的排放氣：二氧化硫濃度為2000mg/Nm3，氮氧化物濃度為500mg/Nm3的工業(yè)鍋爐尾氣，氣量約為20000Nm3/h，溫度約為160℃。
S1、脫硫階段：工業(yè)煙氣從進(jìn)氣管一1通入，并與從蒸汽進(jìn)口2通入飽和水蒸氣初步混后進(jìn)入管道緩沖罐3進(jìn)行進(jìn)一步混合，再進(jìn)入進(jìn)氣區(qū)一13，向上運(yùn)行，通過格柵一5進(jìn)入脫硫區(qū)6的活性炭纖維脫硫催化劑反應(yīng)床層，脫硫區(qū)6空塔氣速控制在800h-1，工業(yè)煙氣中的二氧化硫、氧氣、水蒸氣在活性炭纖維脫硫催化劑的作用下，催化氧化反應(yīng)生成硫酸，硫酸逐漸積累在重力作用下從活性炭纖維上脫離下降至硫酸收集裝置4；
S2、脫硝階段：從活性炭纖維脫硫催化劑反應(yīng)床層出來的工業(yè)煙氣，與從進(jìn)氣管二7通入的氨氣在進(jìn)氣區(qū)二14混合后經(jīng)格柵二8進(jìn)入脫硝區(qū)9的活性炭纖維脫硝催化劑床層，氨氣與氮氧化物的體積比為1.05：1，脫硝區(qū)9空塔氣速控制在10000h-1，在活性炭纖維脫硝催化劑的作用下，工業(yè)煙氣中的氮氧化物、氧氣與氨氣反應(yīng)生成氮?dú)夂退瑵崈魺煔饨?jīng)出氣區(qū)15后由出氣口10排除。
煙氣經(jīng)脫硫脫硝反應(yīng)塔后排入大氣，脫硫效率為95％以上，脫硝效率為85％以上，當(dāng)硫酸收集裝置4中的硫酸體積達(dá)到總裝置體積的2/3時(shí)，打開排水閥12排空裝置中的硫酸。
本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會(huì)意識(shí)到，這里所述的實(shí)施例是為了幫助讀者理解本發(fā)明的原理，應(yīng)被理解為本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于這樣的特別陳述和實(shí)施例。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以根據(jù)本發(fā)明公開的這些技術(shù)啟示做出各種不脫離本發(fā)明實(shí)質(zhì)的其它各種具體變形和組合，這些變形和組合仍然在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。