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1、(10)申请公布号 CN 102188889 A (43)申请公布日 2011.09.21 CN 102188889 A *CN102188889A* (21)申请号 201110093062.8 (22)申请日 2011.04.14 B01D 53/78(2006.01) B01D 53/60(2006.01) B01D 53/64(2006.01) B01D 53/76(2006.01) (71)申请人 中国环境科学研究院 地址 100012 北京市朝阳区安定门外大羊坊 8 号 (72)发明人 张凡 邓双 朱金伟 王凡 王洪昌 刘宇 田刚 (74)专利代理机构 北京北新智诚知识产权代理 有。
2、限公司 11100 代理人 程凤儒 (54) 发明名称 联合脱除烟气中二氧化硫、 氮氧化物和汞的 装置及方法 (57) 摘要 一种联合脱除烟气中二氧化硫、 氮氧化物和 汞的装置及方法， 该装置在湿法脱硫系统中的除 尘器与湿法脱硫塔之间增加了 NO2发生装置。该 方法是通过 NO2发生装置向经除尘器除尘后的烟 气中补入含量 9的 NO2气体， 调节烟气中的 NO2 含量达到 NOX总量的 50， 控制吸收塔内循环溶 液的 pH 为 5.5 6.3， 烟气中的 SO2和 NO X经过 反应塔吸收氧化后得到硫酸铵和硝酸铵的混合溶 液， 该混合溶液经过硫酸铵硝酸铵回收系统， 生成 可用于农业生产的肥料。
3、， 脱硫效率在 95以上， 脱硝效率在80以上。 在烟气内增加NO2后， 其中 一定量的 Hg0被氧化 Hg 2+， Hg2+被系统的水溶液吸 收， 从烟气中被脱除 ； Hg0的脱除效率可增加 50 以上。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 1 页 CN 102188890 A1/1 页 2 1. 一种联合脱除烟气中二氧化硫、 氮氧化物和汞的装置， 其特征在于， 该装置包括除尘 器、 湿法脱硫塔和硫酸铵硝酸铵回收系统， 除尘器与湿法脱硫塔之间设置有 NO2发生装置， 除尘器的出气口与湿法脱硫塔的烟气进口。
4、之间通过烟道连接， NO2发生装置的出气口连接 至该烟道 ； 湿法脱硫塔内自上而下依次设有除雾器、 吸收剂喷淋装置及浆液池， 该湿法脱 硫塔外置有循环泵， 该循环泵的两端通过浆液循环管路分别与吸收剂喷淋装置及浆液池连 接， 该浆液循环管路上通过吸收剂补充泵连接有吸收剂储罐 ； 浆液池底部的出浆口连接硫 酸铵硝酸铵回收系统 ； 湿法脱硫塔的底部还连接有氧化风机及空气过滤器， 顶部的烟气出 口通过引风机连接烟囱。 2. 根据权利要求 1 所述的联合脱除烟气中二氧化硫、 氮氧化物和汞的装置， 其特征在 于， 所述 NO2发生装置包括氨蒸发器、 空气过滤器、 氨 - 空混合器、 氧化炉和 NO 氧化塔。
5、， 氨蒸 发器与氨 - 空混合器的进气口之间连接有氨过滤器， 空气过滤器通过空压机连接至氨 - 空 混合器的进气口， 氨 - 空混合器的出气口与氧化炉的进气口连接， 氧化炉的出气口与 NO 氧 化塔的进气口连接， NO 氧化塔的出气口连接至所述除尘器的出气口与湿法脱硫塔的进气口 之间的烟道。 3. 根据权利要求 1 所述的联合脱除烟气中二氧化硫、 氮氧化物和汞的装置， 其特征在 于， 所述氧化炉内设有铂金催化网， 所述氧化炉的底部还设有急冷装置。 4. 一种利用上述装置进行联合脱除烟气中二氧化硫、 氮氧化物和汞的方法， 其特征在 于， 该方法包括 ： (1)通过NO2发生装置向经除尘器除尘后的。
6、燃煤烟气中补入NO2的体积含量为9的混 合气体， 使烟气中 NO2的体积占 NOX总体积的 50， 经烟道混合后进入湿法脱硫塔 ； (2) 以氨水作为吸收剂， 控制湿法脱硫塔内循环溶液的 PH 为 5.5 6.3， 氨水分别与 气体中的 SO2和 NOX反应生成 (NH4)2SO3和 NH4NO2， 向所得浆液中鼓入空气继续氧化得到含 (NH4)2SO4和 NH4NO3的混合溶液， 将该混合溶液经过料浆输送泵输送至硫酸铵硝酸铵回收系 统， 处理后的烟气经过湿法脱硫塔顶部的除雾器除去水雾后经引风机排向大气。 权 利 要 求 书 CN 102188889 A CN 102188890 A1/4 页。
7、 3 联合脱除烟气中二氧化硫、 氮氧化物和汞的装置及方法 技术领域 0001 本发明涉及一种联合脱除烟气中二氧化硫、 氮氧化物和汞的装置及方法， 属于大 气污染控制技术领域。 背景技术 0002 随着我国经济和工农业的飞速发展， 大气污染物二氧化硫和氮氧化物排放量也迅 速增加。到 2009 年止， 我国二氧化硫排放量为 2590 万吨 ； 氮氧化物排放量为 1600 万吨左 右， 其中燃煤锅炉烟气排放量占近 70。如果不采取有效的氮氧化物污染控制措施， 2020 年我国氮氧化物排放量将达到 2900 万吨左右。并且近年来， 我国一些特大型城市的空气 氮氧化物浓度超标， 氮氧化物的环境容量已基本。
8、处于饱和状态， 一些地方甚至产生光化学 烟雾现象。在我国酸性降水中， 硝酸根和硫酸根浓度比例已由 2000 年的 0.15 1 发展为 2004 年的 0.20 1。因此， 开展燃煤锅炉烟气氮氧化物和二氧化硫污染治理研究， 对减轻 酸雨危害、 促进资源的合理利用意义重大。 0003 目前， 我国现有的烟气脱硫装置中， 湿法脱硫工艺约占 90， 其他脱硫工艺约 占 10， 吸收剂为石灰石， 脱硫副产物以我国矿藏丰富的石膏为主 ； 刚刚开始建的烟气脱 硝装置， 以从国外引进的世界上唯一在火力发电厂工业化的选择性催化还原 (Selective Catalytic Reduction) 烟气脱硝技术为。
9、主， 还原剂为我国农业用化肥 ： 氨、 尿素， 脱硝副产 物为N2(高能耗循环)。 目前大规模的烟气脱硫已造成脱硫石膏的堆积 ； 而大规模的烟气脱 硝工程的实施， 势必造成烟气脱硝与农业争夺氨、 尿素资源的状况出现。显然， 上述两种主 流的烟气脱硫脱硝技术和工艺， 运行费用高、 副产物不能完全资源化， 更谈不上将环保和农 业两个基本国策有机结合， 长期运行将严重阻碍我国烟气脱硫脱硝环保事业的可持续性发 展， 不适合我国国情。 0004 工业时代以来， 环境中汞含量水平不断增加。地球上各种环境媒体和食物 ( 尤其 是鱼类 ) 中的汞含量已经开始对人类及动植物产生不利的影响。伴随着工业活动的不断进。
10、 行， 汞污染问题成为了主要的全球环境问题之一。 联合国环境规划署的调查报告指出， 燃煤 电厂是最大的人为汞污染源。 0005 据统计， 目前我国每年由于燃煤向大气中排放汞的量约数百吨， 其中绝大部分来 源于工业与火电燃煤。 随着我国燃煤量的提高， 烟气中汞的排放量也在逐年增加。 由于大气 汞具有迁移沉降特性， 进而在藻类、 鱼类等水生生物体内富集， 通过食物链危害人类健康， 因此， 汞污染对环境的危害是不容忽视的。 发明内容 0006 基于以上现状， 本发明的目的在于提供一种联合脱除烟气中二氧化硫、 氮氧化物 和汞的装置， 该装置是在现有湿法烟气脱硫装置的基础上改造而成的， 投资和运行成本低。
11、。 0007 本发明的另一目的在于提供一种利用该装置联合脱除烟气中二氧化硫、 氮氧化物 和汞的方法， 该方法在脱硫的同时具有较高的 NOX脱除效率， 并能有效增加汞的脱除效率。 说 明 书 CN 102188889 A CN 102188890 A2/4 页 4 0008 为了实现上述目的， 本发明采用以下技术方案 ： 0009 一种联合脱除烟气中二氧化硫、 氮氧化物和汞的装置， 该装置包括除尘器、 湿法脱 硫塔和硫酸铵硝酸铵回收系统， 除尘器与湿法脱硫塔之间设置有 NO2发生装置， 除尘器的出 气口与湿法脱硫塔的烟气进口之间通过烟道连接， NO2发生装置的出气口连接至该烟道 ； 湿 法脱硫塔。
12、内自上而下依次设有除雾器、 吸收剂喷淋装置及浆液池， 该湿法脱硫塔外置有循 环泵， 该循环泵的两端通过浆液循环管路分别与吸收剂喷淋装置及浆液池连接， 该浆液循 环管路上通过吸收剂补充泵连接有吸收剂储罐 ； 浆液池底部的出浆口连接硫酸铵硝酸铵回 收系统 ； 湿法脱硫塔的底部还连接有氧化风机及空气过滤器， 顶部的烟气出口通过引风机 连接烟囱。 0010 所述 NO2发生装置包括氨蒸发器、 空气过滤器、 氨 - 空混合器、 氧化炉和 NO 氧化 塔， 氨蒸发器与氨 - 空混合器的进气口之间连接有氨过滤器， 空气过滤器通过空压机连接 至氨-空混合器的进气口， 氨-空混合器的出气口与氧化炉的进气口连接，。
13、 氧化炉的出气口 与 NO 氧化塔的进气口连接， NO 氧化塔的出气口连接至所述除尘器的出气口与湿法脱硫塔 的进气口之间的烟道。 0011 所述氧化炉内设有铂金催化网， 所述氧化炉的底部还设有急冷装置。 0012 通过在以各种碱性物质作为吸收剂的湿法脱硫系统中增加上述 NO2发生装置， 改 造得到的装置均具有联合脱除烟气中二氧化硫、 氮氧化物和汞的效果。 0013 一种利用上述装置进行联合脱除烟气中二氧化硫、 氮氧化物和汞的方法， 该方法 包括 ： 0014 (1)通过NO2发生装置向经除尘器除尘后的燃煤烟气中补入NO2的体积含量为9 的混合气体， 使烟气中 NO2的体积占 NOX总体积的 5。
14、0， 经烟道混合后进入湿法脱硫塔 ； 0015 (2) 以氨水作为吸收剂， 控制湿法脱硫塔内循环溶液的 PH 为 5.5 6.3， 氨水分别 与气体中的SO2和NOX反应生成(NH4)2SO3和NH4NO2， 向所得浆液中鼓入空气继续氧化得到含 (NH4)2SO4和 NH4NO3的混合溶液， 将该混合溶液经过料浆输送泵输送至硫酸铵硝酸铵回收系 统， 处理后的烟气经过湿法脱硫塔顶部的除雾器除去水雾后经引风机排向大气。 0016 采用上述方法， 烟气中二氧化硫、 氮氧化物的脱除反应过程如下 ： 0017 2NH3H2O+SO2-(NH4)2SO3+H2O 0018 2(NH4)2SO3+O2-2(。
15、NH4)2SO4 0019 NO+NO2-N2O3 0020 N2O3+H2O-2HNO2 0021 2NH3H2O+HNO2-NH4NO2+H2O 0022 2NH4NO2+O2-2NH4NO3 0023 上述方法中通过向烟气中补入的NO2气体， 使得烟气中一定量的Hg0被氧化为气相 的二价汞 Hg2+， 反应过程为 ： NO2+Hg(g)-HgO(g)+NO ； 气相的氧化汞 HgO(g) 随烟气进入湿法 脱硫塔后， 被其中的水溶液吸收。 相对现有的烟气脱硫装置的湿法脱硫工艺， 上述方法能明 显提高 Hg0的脱除效率。 0024 所述 NO2气体可以采用氨氧化生产工艺， 该工艺以液氨和空气。
16、为原料， 液氨经气化 后与空气混合氧化得到含 NO2的混合气体。 0025 本发明采用氨水作为吸收剂吸收二氧化硫和氮氧化物， 可生成高附加值的副产物 说 明 书 CN 102188889 A CN 102188890 A3/4 页 5 硝酸铵和硫酸铵， 用于我国的农业生产。 0026 本发明的有益效果为 ： 0027 1) 本发明在现有湿法烟气脱硫装置中增设了 NO2发生装置， 改造出具有联合脱除 烟气中二氧化硫、 氮氧化物和汞的效果的装置， 该装置的投资和运行成本低 ； 2) 本发明采 用氨氧化制备 NO2的生产工艺工艺成熟， 能进一步加快联合脱除烟气中二氧化硫、 氮氧化物 和汞的工业化进程。
17、 ； 3) 采用本发明的方法联合脱除烟气中二氧化硫、 氮氧化物和汞， 脱硫 效率在 95以上， 脱硝效率在 80以上， Hg0的脱除效率可增加 50以上。 附图说明 0028 图 1 为本发明联合脱除烟气中二氧化硫、 氮氧化物和汞的装置的结构示意图。 0029 图 2 为本发明的 NO2发生装置的结构示意图。 具体实施方式 0030 如图 1 所示， 本发明的联合脱除烟气中二氧化硫、 氮氧化物和汞的装置包括除尘 器 1、 湿法脱硫塔 5 和硫酸铵硝酸铵回收系统 3， 除尘器 1 与湿法脱硫塔 5 之间设置有 NO2 发生装置 2， 除尘器 1 的出气口与湿法脱硫塔 5 的进气口之间通过烟道连接。
18、， NO2发生装置 2 的出气口连接至该烟道 ； 湿法脱硫塔 5 内自上而下依次设有除雾器、 吸收剂喷淋装置及浆 液池， 该湿法脱硫塔 5 外置有循环泵 6， 该循环泵 6 的两端通过浆液循环管路分别与吸收剂 喷淋装置及浆液池连接， 吸收剂补充泵 8 的一端连接该浆液循环管路， 另一端连接吸收剂 储罐 7 ； 浆液池底部的出浆口通过料浆输送泵 4 连接硫酸铵硝酸铵回收系统 3 ； 湿法脱硫塔 5 的底部连接氧化风机 9 及空气过滤器 10， 氧化风机 9 和空气过滤器 10 组成了脱硫副产物 氧化系统 ； 顶部的烟气出口通过引风机 11 连接烟囱 12。 0031 如图2所示， 所述NO2发生。
19、装置包括氨蒸发器13、 空气过滤器15、 氨-空混合器17、 氧化炉 18 和 NO 氧化塔 19， 氨蒸发器 13 与氨 - 空混合器 17 的进气口之间连接有氨过滤器 14， 空气过滤器 15 通过空压机 16 连接至氨 - 空混合器 17 的进气口， 氨 - 空混合器 17 的出 气口与氧化炉 18 的进气口连接， 氧化炉 18 的出气口与 NO 氧化塔 19 的进气口连接， NO 氧 化塔 19 的出气口连接至所述除尘器 1 的出气口与湿法脱硫塔 5 的进气口之间的烟道。 0032 氧化炉 18 内设有铂金催化网， 该氧化炉 18 的底部还设有急冷装置。 0033 利用上述装置进行联合。
20、脱除烟气中二氧化硫、 氮氧化物和汞的方法如下 ： 0034 通过NO2发生装置2以液氨和空气为原料采用氨氧化法制取NO2气体， 液氨经过氨 蒸发器13气化为氨气后进入氨-空混合器17 ； 空气经空气过滤器15过滤后被空压机16压 缩进入氨 - 空混合器 17 ； 控制氨 - 空混合器 17 内的氨气和空气比例为 1 10， 氨气与空气 混合均匀后进入到氧化炉 18 内， 在 830经铂金催化网催化氧化生成 NO， 从氧化炉 18 排出 的 NO 和空气的混合气体被氧化炉 18 底部的急冷装置冷却到 50以下， 随后进入 NO 氧化 塔 19， 保证 NO 氧化塔 19 内的 O2体积含量在 7。
21、以上， NO 被氧化成 NO2， 得到 NO2的体积含 量为 9的混合气体。 0035 燃煤烟气经除尘器1除尘后进入烟道内， 同时将NO2的体积含量为9的混合气体 补入烟道内与烟气混合， 使烟气中 NO2的体积占 NOX总体积的 50左右， 然后进入湿法脱硫 塔 5 ； 说 明 书 CN 102188889 A CN 102188890 A4/4 页 6 0036 在湿法脱硫塔 5 内以氨水作为吸收剂， 通过湿法脱硫塔 5 外置的循环泵 6 将氨水 溶液输送到吸收剂喷淋装置， 需要时通过吸收剂补充泵自吸收剂储罐向浆液循环管路中补 入吸收剂， 控制湿法脱硫塔内循环溶液的 PH 为 5.5 6.3。
22、， 氨水分别与气体中的 SO2和 NOX 反应生成 (NH4)2SO3和 NH4NO2， 氧化风机把经过空气过滤器过滤后的空气鼓入浆液池底部， 将 (NH4)2SO3和 NH4NO2继续氧化得到含 (NH4)2SO4和 NH4NO3的混合溶液， 将该混合溶液经过 料浆输送泵 4 输送至硫酸铵硝酸铵回收系统 3， 处理后的烟气经过湿法脱硫塔顶部的除雾 器除去水雾后经引风机排向大气。采用上述方法联合脱除烟气中二氧化硫、 氮氧化物和汞 的脱硫效率在 95以上， 脱硝效率在 80以上， Hg0的脱除效率可增加 50以上。 说 明 书 CN 102188889 A CN 102188890 A1/1 页 7 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 102188889 A 。