一种烟气脱硫脱硝及资源化利用的方法和系统

技术领域

本发明涉及烟气脱硫脱硝技术，尤其涉及一种利用高级氧化实现烟气脱硫脱硝并进行资源化的方法和系统，属于环保技术领域。

背景技术

随着我国经济的快速发展，工厂如雨后春笋般拔地而起，但是在推动我国经济发展的同时，对环境造成的伤害也越来越大，其中二氧化硫(SO

发明内容

本发明的目的在于，针对上述烟气脱硫脱硝产生大量废液及处理成本昂贵的问题，提出一种烟气脱硫脱硝及资源化的方法和系统，以实现低成本烟气脱硫脱硝，并对其中的硫氮元素实现资源化利用。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明第一方面的技术目的是提供一种烟气脱硫脱硝及资源化的方法，包括以下步骤：

(1)制氧：将常压空气压缩后进行气液分离，除去大部分的液态油、水和尘埃后，进行冷冻干燥，将压缩空气的常压露点降低到-20℃以下，将其中携带的水蒸气凝结并分离出，过滤，使气体含油量≤0.001ppm、含尘量≤0.1ppm，通过纯化使气体常压露点进一步降低至-50℃以下，再次通过精滤使其含油量≤0.001ppm、含尘量≤0.01ppm，再利用处理后的气体通过制氧机制取氧气；

(2)制臭氧：利用步骤(1)得到的洁净氧气通过臭氧发生器制臭氧；

(3)烟气的净化：将烟气降温至70℃以下，与步骤(2)的臭氧混合，臭氧将烟气中的二氧化硫氧化成三氧化硫，将一氧化氮氧化成二氧化氮和五氧化二氮，然后将反应后的气体利用离子交换纤维进行离子交换处理，三氧化硫和氧化后的氮氧化物被吸收下来，得到洁净烟气，烟气中的三氧化硫和氮氧化物的含量满足超低排放要求，进行排放；

(4)元素资源化及再生：步骤(3)的离子交换纤维达到饱和状态时，将碳酸钠溶液喷洒到离子交换纤维上，将从烟气中吸收下来的SO

进一步地，所述步骤(2)中还包括向臭氧发生器中通入冷却介质以对反应进行降温的过程，提高臭氧收率。所述冷却介质优选为水，可利用厂区的循环冷却水换热降温。臭氧发生器通过消耗电能在电极之间放电，将氧气转化成臭氧，臭氧发生器消耗的电能大部分转化为热能，使得臭氧发生器中的氧气温度升高，影响臭氧产率，因此，向臭氧发生器中需通入冷却介质以保证反应效率。

进一步地，所述步骤(3)中发生烟气氧化反应，臭氧与烟气中的一氧化氮和二氧化硫气气反应速率很快，化学反应方程式如下：

NO+O

NO

NO

NO

N

SO

进一步地，步骤(3)中将反应后的气体利用离子交换纤维进行离子交换处理，达到了同时脱硫脱硝的目的，发生的反应如下：

R

R

R

进一步地，所述步骤(4)中离子交换纤维饱和后采用质量浓度为10％～15％的碳酸钠溶液在线再生。再生过程发生的反应如下：

R

R

2RNO

进一步地，步骤(4)中向含Na

Na

Na

2CaSO

进一步地，所述步骤(4)中用2～3倍树脂体积、质量浓度为3％～5％的NaOH溶液对吸附了NO

进一步地，所述步骤(4)得到Ca(NO

进一步地，步骤(4)中Na

进一步地，步骤(4)中吸附了NO

进一步地，步骤(4)中用NaNO

本发明的另一方面的技术目的还公开了一种烟气脱硫脱硝及资源化的系统，包括依次连接的制氧系统、臭氧发生系统和烟气氧化及资源化再生系统；

所述制氧系统包括依次连接的空气压缩机、气液分离器、冷冻干燥机、过滤器和制氧机，以及必要的气体缓冲罐；制氧系统制得的氧气连接臭氧发生系统；

所述臭氧发生系统包括臭氧发生器；所述臭氧发生系统制得的臭氧连接烟气氧化及资源化再生系统；

所述烟气氧化及资源化再生系统包括依次连接的烟气冷却器、静态混合器、离子交换设备、废液池、压滤机、离子交换树脂柱和再生液配制池，其中所述臭氧发生系统制得的臭氧连接静态混合器，所述废液池的上清液出液口和所述压滤机的上清液出液口均连接离子交换树脂，所述再生液配制池的出口连接离子交换设备的入口。

进一步地，作为更具体的实施方式，所述制氧系统包括依次连接的空气压缩机、压缩空气缓冲罐、气液分离器、冷冻式干燥机、精密过滤器、空气纯化干燥机、粉尘精滤器、洁净压缩空气缓冲罐和制氧机。

其中，所述冷冻式干燥机是将压缩空气冷冻，使其露点降低，以达到去除水蒸气的目的。

所述精密过滤器是将冷冻后的压缩空气过滤，初步除去其中的油及灰尘，达到气体含油量≤0.001ppm、含尘量≤0.1ppm的标准。

所述空气纯化干燥机是通过将压缩空气进一步纯化和干燥，降低露点至-50℃以下；

所述精密过滤器是实现对压缩空气的精细过滤，使含尘量进一步降低，低于0.01ppm。

所述精密过滤器、空气纯化干燥机和精密过滤器选自现有技术中能实现上述功能的设备，这对于本领域技术人员是容易的。

进一步地，所述臭氧发生系统还包括与臭氧发生器连接的换热器，用于与臭氧发生器的冷却介质换热。

进一步地，所述离子交换设备还连接引风机，将得到的洁净烟气吸出排放。

进一步地，所述离子交换设备内装填离子交换纤维，是一种纤维状离子交换材料，具有独特的化学及物理吸附和分离功能，与电解质溶液接触时，纤维上的离子能跟溶液里的离子做有选择性的交换。烟气中的三氧化硫、二氧化氮和五氧化二氮溶于水后生成SO

进一步地，所述废液池还设置液体入口，通过此液体入口通入Ca(OH)

进一步地，所述离子交换树脂柱内装有Na

本发明的烟气脱硫脱硝及资源化的方法和系统，与现有技术相比较具有以下优点：

1)以常压空气为原料，可同时完成烟气脱硫脱硝，减少设备投资，简化系统工艺。

2)资源化再生过程使用的离子交换纤维和离子交换树脂可再生，不属于消耗品。

3)对烟气中脱除的硫、氮元素做到资源化处理，整个过程不产生废水或其他废弃物。

附图说明

图1为实施例1的烟气脱硫脱硝及资源化的系统；

其中：1.空气压缩机，2.压缩空气缓冲罐，3.气液分离器，4.冷冻式干燥机，5.精密过滤器，6.空气纯化干燥机，7.粉尘精滤器，8.洁净压缩空气缓冲罐，9.制氧机，10.氧气缓冲罐，11.臭氧发生器，12.循环泵，13.换热器，14.烟气冷却器，15.静态混合器，16.离子交换设备，17.引风机，18.废液池，19.压滤机，20.离子交换树脂柱，21.再生液配制池。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明进一步说明：

实施例1

本实施例公开了一种烟气脱硫脱硝及资源化的系统，包括制氧系统、臭氧发生系统和烟气氧化及资源化再生系统，具体结构见图1：

所述制氧系统包括依次连接的空气压缩机1、压缩空气缓冲罐2、气液分离器3，冷冻式干燥机4、精密过滤器5、空气纯化干燥机6、粉尘精滤器7、洁净压缩空气缓冲罐8、制氧机9和氧气缓冲罐10；

所述臭氧发生系统包括臭氧发生器11、循环泵12和换热器13，氧气缓冲罐10的氧气出口连接臭氧发生器11的入口，臭氧发生器11内通冷却介质，将反应器内的温度降低保持臭氧产率，所述冷却介质通过循环泵12连接至换热器13，换热后循环使用，换热器13内通冷却水。

所述烟气氧化及资源化再生系统包括依次连接的烟气冷却器14、静态混合器15、离子交换设备16、废液池18、压滤机19、离子交换树脂柱20和再生液配制池21，其中所述臭氧发生系统制得的臭氧连接静态混合器15，与烟气冷却器14冷却后的烟气实现混合，所述离子交换设备16的气体出口连接引风机17将达标烟气排出；所述离子交换设备16的液体出口连接废液池18，废液池18还设置液体入口，废液池上清液出液口和压滤机上清液出液口均连接离子交换树脂柱20，所述再生液配制池21的出口连接离子交换设备16的入口。

所述离子交换设备16内装填离子交换纤维，是一种纤维状离子交换材料，具有独特的化学及物理吸附和分离功能，与电解质溶液接触时，纤维上的离子能跟溶液里的离子做有选择性的交换。

所述离子交换树脂柱20内装有Na

实施例2

本实施例公开了一种利用实施例1的系统进行烟气脱硫脱硝及资源化的方法，具体步骤是：

(1)制氧：将常压空气通过空气压缩机1压缩至0.7MPa后进入压缩空气缓冲罐2，通入气液分离器3进行气液分离，除去大部分的液态油、水和尘埃后，再通过冷冻式干燥机4进行冷冻干燥，将压缩空气的常压露点降低到-20℃以下，将气体中携带的水蒸气凝结并分离出，通过精密过滤器5过滤，使气体含油量≤0.001ppm、含尘量≤0.1ppm，再通过空气纯化干燥机6纯化使气体常压露点进一步降低至-55℃，再次通过粉尘精滤器7精滤使其含油量≤0.001ppm、含尘量≤0.01ppm，处理后的气体通入洁净压缩空气缓冲罐8，再引入制氧机9制取氧气，存至氧气缓冲罐10中；

(2)制臭氧：利用步骤(1)得到的洁净氧气通过臭氧发生器11制臭氧，并在此过程中向臭氧发生器11内通入冷却水，并通过换热器13换热，制得的臭氧通入静态混合器15中；

(3)烟气的净化：通过烟气冷却器14将烟气降温至68℃并通入静态混合器15中，与步骤(2)的臭氧混合，臭氧将烟气中的二氧化硫氧化成三氧化硫，将一氧化氮氧化成二氧化氮和五氧化二氮，然后将反应后的气体利用离子交换设备16中的离子交换纤维进行离子交换处理，三氧化硫和氧化后的氮氧化物被吸收下来，得到洁净烟气，烟气中的三氧化硫和氮氧化物的含量满足超低排放要求，通过引风机17进行排放；

(4)元素资源化及再生：离子交换设备16中的离子交换纤维达到饱和状态时，将10％的碳酸钠溶液喷洒到离子交换纤维上，将从烟气中吸收下来的SO

本发明的上述方法以常压空气为原料，可同时完成烟气脱硫脱硝，减少设备投资，同时也简化系统工艺，还对烟气中的元素进行资源化再生，其中使用的离子交换纤维和离子交换树脂均可利用系统的产物再生，只需补加少量碱液，整个过程不产生废水或其他废弃物。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。