[发明专利]一种烟气脱硫、脱硝、脱汞一体化的方法

说明书

本发明公开了一种烟气脱硫、脱硝、脱汞一体化的方法，把经过改性的高活性无机纤维编织成烟气过滤材料，将烟气过滤材料安装在模块化的烟气净化设备中，从而形成烟气过滤模组，让烟气受限必须经过烟气过滤模组中的烟气过滤材料，从而把烟气中的NO与SO₂稳定地从烟气中脱除，也可将烟气中的Hg和Pb以HgSO₄和PbSO₄的形式稳定脱除，模组可以实现任意的串联、并联使用，由于反应条件稳定，体积小，所以摒弃了传统脱硫脱硝设备的庞大反应塔，由于模组本身是过滤材料，净化效果好，所以又可以抛弃掉传统的烟囱，也可以使用传统流化床的脱硫模式经改造简化为脱硫、脱硝、脱汞、脱铅一体化设备。

技术领域

本发明涉及环保新技术领域，具体为一种烟气脱硫、脱硝、脱汞一体化的方法。

背景技术

中国的煤矿储量巨大，据2018年储量数据，境内煤炭按2010年的使用量，还可以燃烧500年，而西南产煤区以高硫煤为主，因为燃煤而产生的二氧化硫与氮氧化物是目前造成大气污染的主要污染物，是产生酸雨的主要原因；是PM10与PM2.5超标的主要原因。2011年二氧化硫排放总量达2217.9万吨，氮氧化物的排放总量达2404.3万吨，这其中的90％的SO₂与70％的NOx都来源于煤炭的燃烧，而我国能源结构中70％为煤炭，在天燃气发电中，NOx的排放依然是造成PM2.5超标的罪魁祸首，重油燃烧中的SO₂及NOx排放也是非常严重，以致国家有关政策规定。轮船在近海五十海里范围内，严禁使用重油。因此，研发高效率低成本的二氧化硫和氮氧化物的深度净化技术非常必要。现有脱硫技术有湿法、半干法和干法,活性焦法.湿法脱硫技术是目前工程应用最广泛的技术。其中代表性的是石灰石-石膏湿法烟气脱硫工程，超过九成的工程应用均是湿法脱硫技术。在运营的湿法脱硫工程均存在着反应塔体庞大而高耸的弊端，均是为了增加SO₂与Ca(OH)₂液滴的碰撞几率和反应时间，这样做增加了建设成本。塔体庞大就要更多的Ca(OH)₂的浆体，这导致了湿法技术工艺复杂、设备庞大、投资高、运营成本高及能耗高的缺点，此外还存在设备腐蚀结垢、堵塞、大气二次污染(钙逃逸)的难题，这也造成了目前脱硫的达标率及投入运营率低的局面。半干法脱硫技术同样是基于石灰石(Ca(OH)₂)体系或镁法脱硫(Mg(OH)₂),虽然对湿法而言具有投资稍少、能耗低的优点，但是由于仅仅是对湿法脱硫的工艺改良，受反应机理的限制，依然存在脱硫效率低和效果差的问题。干法脱硫是目前脱硫效率较高的一种较先进的脱硫工艺，但是目前采用的是活性焦吸附SO₂，吸附后的SO₂与V2O₅发生高级氧化反应将SO₂氧化成SO₃，而SO₂极易吸湿生成H₂SO₄的，反应机理极快、除硫效率高，但是由于活性焦价格昂贵、体积大，反应塔占地比湿法还大，所以存在着建设成本极高、一次性采购活性焦成本投入大的缺点，从而也造成了运营成本高的缺点。SCR法在工程上脱硝效率可以达到90％左右，但催化剂成本高，消耗大，并且反应温度高达300-450℃，存在能耗高的问题，还有NH₃逃逸的严重问题，虽然脱除了NOx,但是NH₃的污染也不容忽视，而SCNR法由于脱硝效率低且操作温度更高(800-900℃)，有些烟气还要二次加热，故工程应用更不被看好。由于湿法和干法脱硫与脱硝存在工艺上的本质差异，二者不能在同一环境中使用，一般是烟气脱硫工艺再串联SCR烟气脱硝工艺，由于SCR法必须在300-450℃下，SNCR法则在800-900℃运行，工艺稳定性决定必须在脱硫之后才脱硝，则必须把烟气重新升温至300-450℃甚至800-900℃进行脱硝，导至工艺更加复杂能耗更高，因此现有脱硫脱硝工艺极需革新。活性炭纤维脱硫脱硝的缺点在于，活性炭纤维成本极高且必须定期更换，要求进入反应器的烟气含尘量低，否则极易污染磨损及堵塞活性炭孔道而使其性能下降。SO₂和NOx在活性炭纤维脱硫脱硝技术中必须在两个反应器中进行，这也导致设备复杂，投资成本增高的缺点。软锰矿同步脱硫脱硝的方法本质上还是属于湿法脱除，SO₂和NOx要突破气液界面与软锰矿中的MnO₂发生反应,而气液传质效率低，要保证脱除效果更要保证良好的烟气分散效果，因而对反应装置要求极高，反应塔庞大，而金属合剂价格昂贵，再生成本高，反应装置内烟气压力损失大，尤其是大规模工程化应用时难度更大。经查询发明专利号CN103301749B(公开日20151202)烟气同时脱硫脱硝方法，该发明把经过调整状态后的含SO₂、NO的烟气与过渡金属氧化物微料或含过渡金属化物的混合物的微料充分混合接触反应后，SO₂被催化氧化成SO₃、NO被催化氧化成NO₂，其中大部分的SO₃与NO₂与水直接发生水合反应，并最终以硫酸盐与硝酸盐的形态存在于微粒表面从烟气中去除，烟气中残余的未参与的水合反应的SO₃与NO₂则通过碱液吸收而被净化，排出的反应器微料经回收后循环利用，此方法可实现同时脱硫脱硝。该发明最大优点在于实现了同步脱硫脱硝，而且脱除效率极高，但是，该发明需要将烟气充分调整状态后才可以进入反应塔反应，而反应塔中必须充满金属氧化物颗粒物并且要让该颗粒物保持一定的密度及浓度，如果在反应塔中的浓度发生变化，则烟气直接透过粉末颗率的间隙导致短路逃逸而该发明最大的工程应用难点在于大的反应塔中的颗粒物浓度不可控，在反应塔中气体流场极其复杂，导致烟气排放不可控逃逸，造成二次污染，而且过渡金属氧化物的再生工艺复杂，还有导致二次污染的风险，所以实验中的验证可行，但没有办法实现大规模的工程化应用。