一種基于光化學(xué)自由基的硫化氫脫除系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及燃燒煙氣污染控制領(lǐng)域，具體涉及一種基于光化學(xué)自由基的硫化 氫脫除系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 工業(yè)原料氣、工業(yè)廢氣和垃圾焚燒尾氣中的硫化氫是一種高刺激性的劇毒氣體， 是大氣污染物之一。在有氧和濕熱條件下，硫化氫不僅會(huì)引起設(shè)備腐蝕和催化劑中毒，還會(huì) 嚴(yán)重威脅人身安全。隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人們環(huán)保意識(shí)的提高，尾氣中硫化氫脫除問(wèn)題 越來(lái)越受到人們的關(guān)注。同時(shí)國(guó)家也制定了相應(yīng)的法律法規(guī)對(duì)硫化氫的排放作了嚴(yán)格的限 制。研究開(kāi)發(fā)硫化氫的高效脫除技術(shù)已成為世界各國(guó)關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題。
[0003] 在過(guò)去的幾十年中，國(guó)內(nèi)外研究人員對(duì)廢氣中硫化氫脫除問(wèn)題作了大量的研究并 開(kāi)發(fā)了許多硫化氫脫除方法。按照脫除過(guò)程的干濕形態(tài)，廢氣硫化氫脫除方法大體可分為 干法和濕法兩大類(lèi)。干法是利用硫化氫的還原性和可燃性，以固定氧化劑或吸收劑來(lái)脫硫 或直接燃燒。該方法包括克勞斯法、不可再生的固定床吸附法、膜分離法、分子篩法、變壓吸 附（PSA)法、低溫分離法等。所用脫硫劑、催化劑主要有活性炭、氧化鐵、氧化鋅、二氧化錳 及鋁礬土等，一般可回收硫磺、二氧化硫、硫酸和硫酸鹽等資源。干法脫除工藝效率較高、但 存在設(shè)備投資大、脫硫劑需間歇再生和硫容量低等不足，一般適于氣體的精細(xì)脫硫?？藙谒?法雖然可以用于高濃度硫化氫的脫除，但存在脫除效率差等不足。
[0004] 濕法脫除技術(shù)按照脫除機(jī)理可以分為化學(xué)吸收法、物理吸收法、物理化學(xué)吸收法 和濕式氧化法。化學(xué)吸收法是利用硫化氫與化學(xué)溶劑之間發(fā)生的可逆反應(yīng)來(lái)脫除硫化氫。 常用方法包括胺法、熱碳酸鹽法和氨法等。物理吸收法是利用不同組分在特定溶劑中溶解 度差異而脫除硫化氫，然后通過(guò)降壓閃蒸等措施析出硫化氫而再生吸收劑。常用的物理溶 劑法包括低溫甲醇法、聚乙二醇二甲醚法、N-甲基吡咯烷酮法等。物理化學(xué)吸收法是將物 理溶劑和化學(xué)溶劑混合，使其兼有兩種溶劑的特性，其典型代表為砜胺法。濕式氧化法是指 采用氧化劑將硫化氫氧化為單質(zhì)硫或硫酸溶液進(jìn)行回收。根據(jù)氧化機(jī)理的不同，濕式氧化 法主要可分為以鐵基、釩基等為代表的催化氧化法和以雙氧水、高錳酸鉀等為代表的直接 氧化法。目前，硫化氫濕法脫除工藝也存在很多問(wèn)題，例如新合成的各種有機(jī)吸收劑或氧化 劑價(jià)格高、性能不穩(wěn)定、甚至還具有毒性。高錳酸鉀等氧化劑反應(yīng)過(guò)程會(huì)產(chǎn)生復(fù)雜的副產(chǎn) 物，導(dǎo)致產(chǎn)物利用困難。雙氧水等氧化劑雖然潔凈環(huán)保，但氧化效率很低，導(dǎo)致脫除過(guò)程無(wú) 法滿(mǎn)足日益嚴(yán)格的環(huán)保要求。
[0005] 綜上所述，目前還沒(méi)有一種穩(wěn)定可靠、經(jīng)濟(jì)有效，且適合于中低濃度廢氣硫化氫 脫除的工藝。因此，在完善現(xiàn)有脫除技術(shù)的同時(shí)，積極開(kāi)發(fā)經(jīng)濟(jì)高效的新型廢氣硫化氫脫除 技術(shù)具有重要理論和現(xiàn)實(shí)意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本實(shí)用新型涉及一種基于光化學(xué)自由基的硫化氫脫除系統(tǒng)，所述的方法是采用紫 外光輻射分解過(guò)氧化物產(chǎn)生強(qiáng)氧化性的羥基或硫酸根自由基作為硫化氫的氧化劑，在撞擊 床中氧化脫除煙氣中的有害氣體硫化氫。
[0007] 本實(shí)用新型所采用方法的反應(yīng)過(guò)程及原理如下：
[0008] 由圖1所示，采用電子自旋共振光普儀可測(cè)定到紫外光輻射雙氧水系統(tǒng)中產(chǎn)生了 羥基自由基。因此，紫外光輻射分解過(guò)氧化氫首先是釋放了具有強(qiáng)氧化性的羥基自由基，具 體過(guò)程可用如下的化學(xué)反應(yīng)（1)表示：
[0009] H202+UV - 2 · OH (1)
[0010] 由圖2所示，采用電子自旋共振光普儀可測(cè)定到紫外光輻射過(guò)硫酸銨系統(tǒng)中產(chǎn)生 了硫酸根和羥基自由基。因此，紫外光輻射分解過(guò)硫酸鹽首先是釋放了具有強(qiáng)氧化性的硫 酸根和羥基自由基，具體過(guò)程可用如下的化學(xué)反應(yīng)（2)和（3)表示：
[0013] 產(chǎn)生的強(qiáng)氧化性的硫酸根和羥基自由基可將煙氣中的硫化氫，氧化脫除：
[0016] 反應(yīng)產(chǎn)生的硫酸溶液可作為工業(yè)原料回收利用。例如，可通過(guò)添加氨中和硫酸產(chǎn) 生硫酸銨溶液，利用鍋爐煙氣余熱蒸發(fā)結(jié)晶后獲得可用于農(nóng)業(yè)肥料的固態(tài)硫酸銨，整個(gè)脫 汞過(guò)程無(wú)二次污染。
[0017] 為實(shí)現(xiàn)脫除硫化氫的目的，根據(jù)上述原理，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案如下：
[0018] -種基于光化學(xué)自由基的硫化氫脫除系統(tǒng)，所述脫除系統(tǒng)設(shè)有燃燒器、風(fēng)機(jī)、煙 氣溫度調(diào)節(jié)器、撞擊床、循環(huán)栗一和循環(huán)栗二、氧化劑添加塔及添液栗、煙肉、中和塔 、蒸發(fā)結(jié)晶塔和煙氣余熱利用系統(tǒng)；所述撞擊床的頂部設(shè)有除霧器、被凈化的煙氣經(jīng)撞擊 床頂部除霧器除霧后由出口 e通入煙囪并排入大氣；撞擊床的內(nèi)部分別設(shè)有至少一組紫 外燈及高速?lài)娮?，所述撞擊床底部出口設(shè)有閥門(mén)；
[0019] 所述燃燒器通過(guò)煙道與煙氣溫度調(diào)節(jié)器入口連通，煙氣溫度調(diào)節(jié)器的出口連通兩 個(gè)煙道，所述的兩個(gè)煙道分別通過(guò)循環(huán)栗一經(jīng)入口 b由高速?lài)娮旌脱h(huán)栗二經(jīng)入口 c由高 速?lài)娮靽娙胱矒舸玻凰龈咚賴(lài)娮煸谧矒舸矁?nèi)壁上對(duì)向布置；撞擊床側(cè)壁的底端設(shè)有入口 a，所述入口 a通過(guò)添液栗與氧化劑添加塔連通，所述過(guò)氧化物溶液經(jīng)入口 a由添液栗通入 撞擊床下部；
[0020] 撞擊床底部閥門(mén)通過(guò)管道連接中和塔，反應(yīng)產(chǎn)生的硫酸溶液由出口 d進(jìn)入尾部中 和塔加氨生成硫酸銨，所述中和塔通過(guò)管道與蒸發(fā)結(jié)晶塔連接，所述硫酸銨在蒸發(fā)結(jié)晶塔 內(nèi)利用煙氣余熱利用系統(tǒng)蒸發(fā)結(jié)晶產(chǎn)生固態(tài)硫酸銨肥料。
[0021] 過(guò)氧化物溶液經(jīng)入口 a由添液栗通入撞擊床下部。來(lái)自燃燒器排放的含硫化氫煙 氣經(jīng)煙氣溫度調(diào)節(jié)器調(diào)溫后，部分煙氣與部分過(guò)氧化物溶液混合后由溶液循環(huán)栗一通過(guò)入 口 b由高速?lài)娮靽娙胱矒舸?。另一部分煙氣與另一部分過(guò)氧化物溶液混合后由溶液循環(huán)栗 二通過(guò)入口 c由高速?lài)娮靽娙胱矒舸?。兩股霧化的氣液混合物在撞擊床內(nèi)發(fā)生對(duì)向撞擊混 合。紫外光輻射分解溶液中的過(guò)氧化物產(chǎn)生羥基或硫酸根自由基氧化脫除硫化氫，反應(yīng)產(chǎn) 生的硫酸溶液由出口 d進(jìn)入尾部中和塔加氨生成硫酸銨，然后進(jìn)入蒸發(fā)結(jié)晶塔利用煙氣余 熱利用系統(tǒng)蒸發(fā)結(jié)晶產(chǎn)生固態(tài)硫酸銨肥料。被凈化的煙氣經(jīng)撞擊床頂部除霧器除霧后由出 口 e通入煙囪并排入大氣。
[0022] 撞擊床內(nèi)的高速?lài)娮旌妥贤鉄艄芫捎枚嗉?jí)交叉布置；高速?lài)娮炫c紫外燈管相間 布置，且相鄰的高速?lài)娮炫c紫外燈管采用同向布置。高速?lài)娮煜噜弮蓪又g的垂直間距H 位于20cm-100cm之間，且相鄰兩級(jí)采用90度錯(cuò)開(kāi)的交叉布置。紫外燈管布置在相鄰兩級(jí) 高速?lài)娮熘g的中心點(diǎn)處，且同樣采用90度錯(cuò)開(kāi)的交叉布置。
[0023] 循環(huán)栗一和循環(huán)栗二必須具有相同的功率和流量，且對(duì)向同軸布置的高速?lài)娮毂?須具有相同的型號(hào)、出口流量和流速，以保證兩股氣流碰撞平衡點(diǎn)位于反應(yīng)器中間位置。
[0024] 撞擊床的煙氣入口溫度不高于70°C，有效液氣比為lL/m3-15L/m 3,過(guò)氧化物的最 佳濃度為〇· 3mol/L-2. Omol/L之間，溶液的pH位于L 0-7. 5之間，溶液溫度不高于70°C，煙 氣中硫化氫的含量不高于2000ppm，紫外光有效輻射強(qiáng)度為30 μ W/cm2-300 μ W/cm2,紫外線 有效波長(zhǎng)為170nm-280nm〇
[0025] 所述的燃燒器可以是燃煤鍋爐、垃圾焚燒爐、石油化工設(shè)備、生物質(zhì)燃燒鍋爐 和醫(yī)療廢棄物焚燒爐中的任一種。
[0026] 所述的過(guò)氧化物是雙氧水、過(guò)硫酸銨、過(guò)硫酸鈉和過(guò)硫酸鉀中的一種或兩種以 上的混合。
[0027] 本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)及顯著效果（與現(xiàn)有專(zhuān)利對(duì)比）：
[0028] 1.中國(guó)專(zhuān)利（ZL201310648205.6)提出了一種利用離子液體捕獲硫化氫的方法， 但該方法使用的離子液體合成方法非常復(fù)雜，應(yīng)用成本高，吸收劑性能不穩(wěn)定，且產(chǎn)物分離 困難。本實(shí)用新型采用的光化學(xué)羥基自由基脫除硫化氫的方法非常簡(jiǎn)單，脫除過(guò)程穩(wěn)定可 靠，應(yīng)用成本較低。
[0029] 2.中國(guó)專(zhuān)利（ZL 201310490922. 0)提出了一種利用碳酸鈉吸收硫化氫，并用氧氣 再生的脫除方法和工藝，但該方法工藝復(fù)雜，且反應(yīng)產(chǎn)生的含有雜質(zhì)的碳酸氫鈉副產(chǎn)物無(wú) 法回收再利用，而本實(shí)用新型提出的工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，尤其是產(chǎn)生的反應(yīng)產(chǎn)物硫酸銨是一種 良好的農(nóng)業(yè)肥料，故整個(gè)脫除過(guò)程沒(méi)有二次污染。
[0030] 3.中國(guó)專(zhuān)利（ZL201210075896.0)提出了雙氧水氧化吸收和尾部膜分離的硫化氫 脫除方法和工藝，但該方法所用的雙氧水吸收劑氧化能力差、脫除效率低，只能脫除低濃 度硫化氫，且尾部的膜容易被雙氧水腐蝕，導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用高、系統(tǒng)可靠性差。本實(shí)用新 型利用紫外光輻射分解產(chǎn)生的羥基或硫酸根自由基的氧化性比雙氧水強(qiáng)得多，且類(lèi)似的光 分解系統(tǒng)在水處理領(lǐng)域已有廣泛的成功運(yùn)行案例，故本系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性更高，技術(shù)更加 成熟可靠。
[0031] 4.中國(guó)專(zhuān)利（ZL201210410079. 6)提出了一種利用鐵系脫除劑催化分解硫化氫的 方法及工藝，但該方法提出的脫除劑制備方法非常復(fù)雜，吸收劑穩(wěn)定性不高，需要定期地再 生活化，而本實(shí)用新型所述的方法不需要制備復(fù)雜的脫除劑和再生活化工序，且運(yùn)行可靠 性更高，可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的連續(xù)運(yùn)行，具有更好的工業(yè)應(yīng)用前景。
【附圖說(shuō)明】
[0032] 圖1 一種基于光化學(xué)自由基的電子自旋共振光普?qǐng)D（雙氧水溶液）。
[0033] 圖2 -種基于光化學(xué)自由基的電子自旋共振光普?qǐng)D（過(guò)硫酸銨溶液）。
[0034] 圖3是本實(shí)用新型系統(tǒng)的工藝流程圖。
[0035] 圖4是本實(shí)用新型中撞擊床內(nèi)高速?lài)娮旌妥贤鉄艄懿贾玫慕Y(jié)構(gòu)示意圖。
[0036] 圖5是尚速?lài)娮斓慕Y(jié)構(gòu)不意