一种利用微波辐射下的活性炭对锅炉烟气同时脱硫脱硝的方法 【技术领域】
本发明涉及一种烟气净化方法及装置，特别是采用微波辐照活性炭同时脱硫脱硝的方法，属烟气净化技术领域。
背景技术
目前煤炭仍然是大多数国家主要的一次能源，能源消费结构对煤的过分依赖导致了环境污染的加剧。以中国为例，据统计，2007年二氧化硫(SO2)年排放量达2468.1万吨以上。烟气脱硫(Flue Gas Desulfurization，FGD)是目前世界上控制酸雨和SO2污染的最为有效和主要的技术手段。其主流技术是石灰石石膏洗涤法，该技术比较成熟、脱除效率高，但缺点是投资高、工艺复杂。除此之外，容易产生设备堵塞、腐蚀、泄漏以及脱硫石膏难以再利用等问题。此外，SO2虽是污染物质，但同时也是宝贵的硫资源，而直接将SO2还原为可回收的单质硫则提供了另一更有发展前景的烟气脱硫方法。
在大量脱除SO2后，在环保要求较高的地区，NOx就成为酸雨前体物减排的主要控制目标。燃煤产生的氮氧化物(NOx)占排放总量的50％左右，烟气脱硝是继烟气脱硫之后控制火电厂硫氮氧化物排放的又一个重点领域。在实际工业应用中，被广泛采纳的NOx控制技术主要有两类：燃烧控制NOx技术和烟气脱硝技术。燃烧控制NOx技术通过优化燃烧过程来控制NOx的生成，该技术安装和运行成本相对低廉，但脱硝率较低，一般为30％～40％。因此，当对NOx排放要求较高时，单纯采用燃烧控制技术往往不能达到排放要求，就需要采用尾部烟气脱硝技术来进一步降低NOx排放。国外应用较多的烟气脱硝技术为选择性催化还原法(Selective CatalyticReduction，SCR)，SCR法技术相对成熟，脱硝率可达90％以上，但投资巨大，催化剂昂贵且耗用大量的氨气或液氨，运行成本高。因此，迫切需要开发其他更有效、低成本的烟气脱硝技术。在脱除NOx的诸多方法中，还原分解被认为是一种最理想的途径。而利用活性炭来还原NOx是一种最简单的方法之一。从工业应用角度来讲，采用电炉为热源加热活性炭和大规模烟气是不现实的，目前较有前景的方法是采用高频电磁波(工业微波频段)作为加热源，其可以快速加热炭床而不加热烟气，当微波能应用于炭层，炭层吸收能量，其表面温度快速上升。
在专利号为200610023550.0和200710043886的两份中国专利文件中，都采用了微波同时脱硫脱硝的方法，前者用H2、NH3、CH4作为还原剂，采用氧化锰、二氧化锰、氧化铁、氧化铜作为催化剂；后者由强吸波性能的活性炭基底、高比表面积的二氧化钛载体和具有强氧化性能的五氧化二钒活性组分组成微波脱硫脱硝材料。这两种方法所存在的问题是：H2、NH3、CH4都属于易燃易爆气体，作为还原剂存在安全方面的问题，而且运行成本高，系统复杂；而采用钒基催化剂价格昂贵，不易于推广使用。
【发明内容】
本发明所要解决的问题是提供一种设备简单、运行费用低且可实现硫回收的利用微波辐射下的活性炭对锅炉烟气同时脱硫脱硝的方法。
本发明所称问题是由以下技术方案解决的：
一种利用微波辐射下的活性炭对锅炉烟气同时脱硫脱硝的方法，其特别之处是：它将除尘后烟气引入活性炭床，活性炭床上置有颗粒状活性炭，利用活性炭在微波加热400-600℃条件下进行脱硫脱硝，所述活性炭中加入CuCl催化剂，加入量为每立方米颗粒活性炭中加入CuCl催化剂10～30kg。
上述利用微波辐射下的活性炭对锅炉烟气同时脱硫脱硝的方法，所述微波频率为2.45GHz，烟气空速为400～1000h-1。
上述利用微波辐射下的活性炭对锅炉烟气同时脱硫脱硝的方法，增设硫回收工序，所述硫回收工序设置硫回收器，经脱硫脱硝反应后还原为蒸气形态的单质硫，随烟气进入硫回收器中，将硫蒸气冷凝为液态，由烟气中分离回收。
上述利用微波辐射下的活性炭对锅炉烟气同时脱硫脱硝的方法，所述活性炭中加入CuCl催化剂的过程按照下述步骤进行：a.将活性炭颗粒用去离子水充分清洗去除表面杂质，再用去离子水充分浸泡6-12h去除活性炭吸附的杂质离子；b.将活性炭颗粒在烘箱中120℃烘干至恒重，得到基炭；c.按配比称取CuCl，将CuCl与稀HCl按照质量比1∶9-49配制成含有催化剂的溶液，再将配比量基炭在上述溶液中浸泡2-10h；d.用去离子水反复清洗浸泡过的活性炭颗粒，至洗出液呈中性，在烘箱中100-140℃烘干至恒重，即制得含有催化剂CuCl的活性炭颗粒。
本发明方法针对现有的工业锅炉烟气二氧化硫和氮氧化物分别治理及技术的局限性，提供了一种采用微波辐照活性炭床同时脱硫脱硝方法，该方法利用微波独一无二的选择性加热性能，结合炭对SO2和NOx的还原能力，大大提高了同时脱硫、脱硝的效率，可以达到95％以上的脱硫率和90％以上的脱硝率。本发明方法用于燃煤电厂地烟气脱硫脱硝，可以解决现有的二氧化硫与氮氧化物分别治理导致的经济与技术局限，如投资巨大、系统复杂等问题。本发明在活性炭表面涂覆有CuCl催化剂，可以明显降低脱硝反应温度，不但减少了活性炭损失，而且可以改善反应条件。与现有脱硫、脱硝分别治理工艺相比，本发明具有系统简单，脱除成本低，易于实现，回收率高等特点。
【附图说明】
图1是本发明中方法的工艺流程图。
图中标号含义如下：1.锅炉烟道；2.除尘器；3.除尘器排放烟道；4.微波防泄漏带；5.微波反应器；6.活性炭床；7.微波反应器控制装置；8.排出烟道；9.硫回收器，9-1；硫排出口；10.烟气排放烟囱。
【具体实施方式】
参看图1，本发明的步骤和原理如下：
(1).来自锅炉的烟气经锅炉烟道1进入除尘器2除尘后，经除尘器排放烟道3进入到由石英管和活性炭组成的活性炭床6，活性炭床置于微波反应器5中，为防止微波泄漏，在烟道进入反应器的位置由微波防泄漏带4密封。调整微波反应器控制装置7，微波频率设定为2.45GHz，反应器活性炭在表面400-600℃高温条件下进行脱硫脱硝过程，烟气空速为400～1000h-1，烟气中SO2和NO的浓度分别在1000～8000mg/m3与400～1000mg/m3，可以达到95％以上的脱硫率和90％以上的脱硝率。
(2).将CuCl为催化剂加入活性炭中，加入量为每立方米活性炭中加入CuCl催化剂10～30kg。由于活性炭是利用浸渍法进行处理的，加入CuCl催化剂10～30kg的量可以通过计算加入溶液中的CuCl量减去浸渍后剩余的CuCl量而得到。在活性炭表面发生CuCl催化反应以及微波的诱导催化作用下，可以大大提高了NO的去除效率，同样的NO去除率时，CuCl活性炭所需的温度要大大低于不加催化剂的活性炭，因此减少了炭损失。SO2被炭高效还原为单质硫。CuCl催化剂对微波能有强吸收，催化剂在微波场中被加热速度比周围介质更快，造成温度更高，CuCl和吸附到催化剂表面的NO生成中间络合物，这大大降低了炭还原反应的活化能，使反应可以在较低的温度条件下完成，而且反应速率和选择性得以提高。同时，微波能对SO2与NOx还存在诱导催化还原反应作用，在微波电磁场作用下，活性炭“敏化剂”表面弱键或缺陷位发生共振耦合传能形成高温热点而形成活化中心，从而大大加快了表面化学反应速率。微波辐照条件下，活性炭即作为吸附剂，又作为还原剂。氧化还原主反应为：
(3)在上述高温反应条件下，硫还原为蒸气形态的单质硫，从活性炭表面脱附出来，随烟气经排出烟道8进入硫回收器9中，在硫回收器中冷凝装置使硫蒸气冷凝为液态，由硫回收器的硫排出口9-1排出并回收，经过上述净化处理的烟气由烟气排放烟囱10排出。
下面给出具体实施例：
实施例1：
(1)制备含有CuCl催化剂活性炭颗粒：a.将粒径为1-2mm的活性炭颗粒用去离子水充分清洗去除表面杂质，再用去离子水充分浸泡6h去除活性炭吸附的杂质离子；b.将活性炭颗粒在烘箱中120℃烘干至恒重，得到基炭；c.称取10kg CuCl、490kg稀HCl，稀盐酸的浓度为5～10％，配制含有催化剂的溶液，再将1立方米活性炭颗粒在上述溶液中浸泡10h；d.用去离子水反复清洗浸泡过的活性炭颗粒，至洗出液呈中性，在烘箱中120℃烘干至恒重，制得到含有催化剂的活性炭颗粒。
(2)烟气脱硫脱硝：将上述含有催化剂的活性炭颗粒装入石英管制成活性炭床，将活性炭床置于微波反应器中，经除尘的烟气引入活性炭床，调整微波反应器控制装置，将微波频率设定为2.45GHz，反应器活性炭在表面400-500℃高温条件下进行脱硫脱硝过程。
(3)单质硫回收：在上述高温反应条件下，硫还原为蒸气形态的单质硫，从活性炭表面脱附出来，随烟气经排出烟道进入硫回收器中，在硫回收器中冷凝装置使硫蒸气冷凝为液态，由硫回收器的硫排出口排出并回收，经过上述净化处理的烟气由烟气排放烟囱排出。
实施例2：
(1)制备含有CuCl催化剂活性炭颗粒：a.将活性炭颗粒用去离子水充分清洗去除表面杂质，再用去离子水充分浸泡12h去除活性炭吸附的杂质离子；b.将活性炭颗粒在烘箱中120℃烘干至恒重，得到基炭；c.称取30kg CuCl、270kg稀HCl配制含有催化剂的溶液，再将1立方米活性炭颗粒在上述溶液中浸泡2h；d.用去离子水反复清洗浸泡过的活性炭颗粒，至洗出液呈中性，在烘箱中100℃烘干至恒重，制得到含有催化剂的活性炭颗粒。
(2)烟气脱硫脱硝：将上述含有催化剂的活性炭颗粒装入石英管制成活性炭床，将活性炭床置于微波反应器中，经除尘的烟气引入活性炭床，调整微波反应器控制装置，将微波频率设定为2.45GHz，反应器活性炭在表面450-550℃高温条件下进行脱硫脱硝过程。
(3)单质硫回收：在上述高温反应条件下，硫还原为蒸气形态的单质硫，从活性炭表面脱附出来，随烟气经排出烟道进入硫回收器中，在硫回收器中冷凝装置使硫蒸气冷凝为液态，由硫回收器的硫排出口排出并回收，经过上述净化处理的烟气由烟气排放烟囱排出。
实施例3：
(1)制备含有CuCl催化剂活性炭颗粒：a.将活性炭颗粒用去离子水充分清洗去除表面杂质，再用去离子水充分浸泡8h去除活性炭吸附的杂质离子；b.将活性炭颗粒在烘箱中120℃烘干至恒重，得到基炭；c.称取20kg CuCl、380kg稀HCl配制含有催化剂的溶液，再将1立方米活性炭颗粒在上述溶液中浸泡8h；d.用去离子水反复清洗浸泡过的活性炭颗粒，至洗出液呈中性，在烘箱中140℃烘干至恒重，制得到含有催化剂的活性炭颗粒。
(2)烟气脱硫脱硝：将上述含有催化剂的活性炭颗粒装入石英管制成活性炭床，将活性炭床置于微波反应器中，经除尘的烟气引入活性炭床，调整微波反应器控制装置，将微波频率设定为2.45GHz，反应器活性炭在表面500-600℃高温条件下进行脱硫脱硝过程。
(3)单质硫回收：在上述高温反应条件下，硫还原为蒸气形态的单质硫，从活性炭表面脱附出来，随烟气经排出烟道进入硫回收器中，在硫回收器中冷凝装置使硫蒸气冷凝为液态，由硫回收器的硫排出口排出并回收，经过上述净化处理的烟气由烟气排放烟囱排出。
含有CuCl催化剂的活性炭颗粒使用一段时间后，如发现催化剂活性下降，可采用高温蒸汽活化再生。如果氯化亚铜CuCl催化剂失活，则可以在高温蒸汽活化后重新负载。