CN106975331A - 一种烟气催化吸附协同脱汞装置及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种烟气脱汞方法及装置，该方法采用脱汞催化剂和烟道喷射吸附剂协同技术进行高效脱汞。其中脱汞催化剂层布置在脱硝喷氨格栅上游或(和)烟气脱硝催化剂层下游，吸附剂在除尘装置上游烟道喷射。烟气中Hg0在脱汞催化剂的作用下大部分转化成Hg2+，同时与喷射进入烟气的吸附剂充分混匀、反应吸附，之后被吸附的汞在除尘设备随颗粒物一并脱除，未被吸附的汞在吸收装置中被进一步吸收，从而有效控制排放烟气中的汞。本发明提供的烟气脱汞方法工艺简单，操作方便，脱汞率可以达到94％。
Description
所属技术领域
本发明涉及一种烟气催化吸附协同脱汞装置及其方法，属于电厂、金属冶炼、水泥、化工、石油炼制等领域。
背景技术
能源的燃烧利用过程中会产生SOx、NOx、粉尘、汞等诸多大气污染物，其中汞作为重金属污染物，对环境和人体健康产生重大危害。燃煤电厂、燃煤工业锅炉、有色金属冶炼、水泥行业是在我国主要的汞排放源，占整个行业汞排放的80％以上。
由于我国的煤中氯含量低，煤燃烧过程中汞绝大部分都以气态元素汞(Hg0)的形式进入烟气中；随着烟气的冷却，部分Hg0同其他燃烧产物相互作用，一部分转化成气态氧化汞(Hg2+)和颗粒态汞(HgP)。目前，我国关于烟气汞控制方面还没有单独的汞控制装置，大部分利用现有的脱硝、除尘、脱硫设备进行污染物协同控制，但其整体脱汞效率较低。
近几年，国内外关于烟气汞控制方面进行了大量研究，其主要的技术可分为两种，一种是汞的氧化吸收技术，该技术是通过在烟气中加入各类催化剂或氧化剂，加强Hg0在烟气中向Hg2+的转化，再利用吸收装置把汞从烟气中去除，其中研究的汞氧化催化剂主要集中在SCR催化剂、炭基催化剂和金属/金属氧化物催化剂。比如中国专利CN102527205A(2012)公开了一种基于低温催化氧化的烟气脱汞方法，催化剂选用Pt-Mn/TiO2-ZrO2，在100～200℃范围内利用催化剂汞氧化结合碱液吸收的方法进行脱汞；另一方面是汞的吸附技术，主要是利用吸附剂吸附烟气中的Hg2+和HgP，再利用除尘设备把汞从烟气中去除，比如中国专利CN103223290A(2013)公开了一种烟气除汞的烟气调质剂及其净化方法，调制剂选用溴化铵，利用烟气自身温度对烟气调质剂实施活化，活化的烟气调质剂对汞的氧化、吸附同时进行，再利用系统已有的烟气净化设备实现烟气脱汞。
然而，在常用的SCR催化剂表面，NH3和Hg在活性中心位存在竞争吸附，NH3的吸附往往占优，对Hg的吸附起抑制作用，而且这些催化剂氧化汞时对烟气中氯含量依赖很大，烟气中无氯或少氯时这些催化剂汞氧化能力明显降低，而烟气汞中Hg0相比Hg2+也更难转化为Hgp，这些都限制着后续除尘装置和湿法吸收装置协同脱汞的能力。
目前在商业应用的脱汞技术主要是氧化吸收或吸附等单一技术，如果有效的结合这两种技术，不仅在进一步挖掘汞的协同脱除潜力，而且更有效地控制技术成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种烟气催化吸附协同脱汞装置，包括依次连接的锅炉，脱硝反应器，空气预热器，除尘装置，吸收装置和烟囱，其特征在于，还包括吸附剂喷射装置，脱汞催化剂层、脱硝催化剂层、喷氨格栅；所述脱硝反应器进口与锅炉的排烟口连接，空气预热器烟气侧进口与脱硝反应器出口连接，空气预热器烟气侧出口与除尘装置进口连接，吸附剂喷射装置位于空气预热器下游与除尘装置上游烟道之间；所述脱汞催化剂层、脱硝催化剂层与喷氨格栅设置在空气预热器上游的脱硝反应器内，所述的脱汞催化剂层位于脱硝喷氨格栅上游或/和烟气脱硝催化剂层下游。
进一步的，所述除尘装置为静电除尘器、袋式除尘器或者电袋除尘器。
进一步的，所述吸收装置采用湿法吸收装置或其他吸收装置，其吸收液采用常规碱液。
进一步的，所述吸收装置采用填料塔、鼓泡塔、板塔或旋流板塔。
一种烟气催化吸附协同脱汞方法，采用脱汞催化剂和烟道喷射吸附剂协同技术进行脱汞；
(一)空气经空气预热器与烟气换热进入锅炉助燃，燃料燃烧产生的烟气通过脱汞催化剂层时烟气中的汞发生催化氧化反应，使Hg0转化成氧化态汞；
(二)经过汞催化氧化后的烟气由空气预热器的烟气侧出口排出，排往除尘装置，在除尘装置的上游，烟气与吸附剂喷射装置喷射的吸附剂混合均匀，随后吸附有汞的吸附剂随烟气进入除尘装置，并在除尘装置中将吸附剂脱除；
(三)处理后的烟气排往吸收装置，在吸收装置中将烟气中残余的汞吸收后，烟气经由烟囱并排出。
进一步的，所述的脱汞催化剂层布置在喷氨格栅上游，或布置在脱硝催化剂层下游，或同时布置在喷氨格栅上游和脱硝催化剂层下游。
进一步的，所述的脱汞催化剂层中所包括的脱汞催化剂以Al2O3或TiO2为载体，该脱汞催化剂主要活性组分为Mn或Co氧化物或Mn-Co混合氧化物。
进一步的，所述的脱汞催化剂中Mn的负载量为1.0％～10％，Co的负载量1.0wt％～10wt％，Mn与Co的摩尔比为0.5～2.0。
进一步的，所述的脱汞催化剂层设置在烟道中。
进一步的，所述的脱汞催化剂层所在的烟道温度范围为300～380℃。
进一步的，所述的催化氧化反应在5000～15000h-1的空速下进行；
进一步的，所述的吸附剂为活性炭或载Br的改性活性炭。
进一步的，所述的吸附剂的喷射量与烟气中汞的质量比为1000～5000：1。
本发明的目的是提供一种烟气催化吸附协同脱汞方法及装置，该方法采用脱汞催化剂，在脱汞催化剂作用下促进Hg向Hg2+的转化，同时在烟道喷射吸附剂，最大限度提高系统脱汞率。本发明的脱汞催化剂反应温度窗口较宽，在低氯条件下也具有较好的脱汞能力，而且烟气中NOx和SO2的存在条件下也有良好的汞氧化能力。
本发明提供的烟气催化吸附协同脱汞方法把协同脱汞作用最大化，且利用现成的污染物脱除设备，因此具有工艺简单，操作方便，脱汞效率高，成本低等优点。本发明可用于锅炉烟气脱汞外，还可以用于金属冶炼、水泥、化工、石油炼制等行业的烟气脱汞。
附图说明
附图1是本发明的一种烟气催化吸附协同脱汞方法示意图；
附图2是本发明的一种脱汞催化剂层布置方式下烟气催化吸附协同脱汞方法示意图；
附图3是本发明的另一种脱汞催化剂布置方式下烟气催化吸附协同脱汞方法示意图。
附图标号说明：
1—锅炉、2—脱硝反应器、3—空气预热器、4—吸附剂喷射装置、5—除尘装置、6—吸收装置、7—烟囱、8—脱汞催化剂层、9—脱硝催化剂层、10—脱硝喷氨格栅。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。该实施例用于说明本发明而不限于本发明的范围。
本发明的烟气催化吸附协同脱汞方法通过以下技术实施：
脱汞催化剂层8布置在脱硝喷氨格栅10上游或(和)烟气脱硝催化剂层9下游，有效避开NH3对Hg的竞争吸附，最大限度的发挥汞催化潜力，同时又保证催化剂最适温度窗口。
如附图1所示的一种烟气催化吸附协同脱汞装置，由锅炉1、脱硝反应器2、空气预热器3、吸附剂喷射4、除尘装置5、吸收装置6、烟囱7、脱汞催化剂层8、脱硝催化剂层9、脱硝喷氨格栅10等构成。脱硝反应器2进口与锅炉1的排烟口连接，空气预热器3烟气侧进口与脱硝反应器2出口连接，空气预热器3烟气侧出口与除尘装置5进口连接，吸附剂喷射4位置位于空气预热器3下游与除尘装置5上游烟道之间，除尘装置5、吸收装置6和烟囱7依次由烟道连接。
脱汞催化剂层8设置在喷氨格栅10上游烟道或脱硝催化剂层9下游，并位于温度窗口200～400℃范围内。所述的脱汞催化剂采用浸法法、沉淀沉积法、水热法或溶胶-凝胶法制备。所述的脱汞催化剂以Al2O3或TiO2为载体，主要活性组分为Mn或Co氧化物的一种或Mn-Co混合氧化物。所述的脱汞催化剂中Mn的负载量为1.0wt％～10wt％，Co的负载量1.0wt％～10wt％，Mn与Co的摩尔比为0.5～2.0。脱汞催化剂设置在温度窗口在300～380℃范位的烟道；脱汞催化剂上发生的催化氧化反应在5000～15000h-1的空速下进行；
除尘装置5采用静电除尘器、袋式除尘器、电袋除尘器的一种，
吸收装置6是湿法吸收器或其他吸收器，其吸收液采用常规碱液，吸收装置6可以是填料塔、鼓泡塔、板塔或旋流板塔等，本发明涉及一种烟气催化吸附协同脱汞方法，采用脱汞催化剂和烟道喷射吸附剂协同技术进行脱汞；
(一)烟气通过脱汞催化剂层8时烟气中的汞发生催化氧化反应，使Hg0转化成氧化态汞；
(二)经过汞催化氧化后的烟气由空气预热器3的烟气侧出口排出，排往除尘装置5，在除尘装置5的上游，烟气与吸附剂喷射装置4喷射的吸附剂混合均匀，从而使烟气中汞与喷射进入烟气的吸附剂充分混匀、反应吸附，被吸附剂吸附的汞在除尘装置5随颗粒物一并脱除，未被吸附的汞在吸收装置6中被进一步吸收，从而高效脱除烟气中的汞。吸附剂为活性炭或载Br的改性活性炭，吸附剂喷射量与烟气中汞的质量比为1000～5000：1。
(三)处理后的烟气排往吸收装置6，在吸收装置6中将烟气中残余的汞吸收后，烟气经由烟囱7并排出。
如附图1-3所示，本发明在除尘装置5、吸收装置6等烟气净化系统的基础上实施烟气脱汞，除尘装置5的作用是将吸附汞的吸附剂粉末捕集；吸收装置6的作用是吸收烟气中残余可溶的Hg2+。
基准情况
待处理烟气SO2浓度800ppm，NO浓度300ppm，Hg0浓度25～30μg/m3,HC1浓度30ppm，反应温度340℃，不设置脱汞催化剂、不喷射吸附剂。在此基准条件下，烟气经过脱硝反应器、除尘装置、吸收装置后的系统脱汞效率不超过45％。
实施例1MnOx/Al2O3催化脱汞
如附图2所示，在喷氨格栅10上游烟道装填浸渍法与溶胶-凝胶法相结合制得的MnOx/Al2O3脱汞催化剂，其中MnOx负载量为10wt％，脱汞催化剂反应空速15000h-1，HC1浓度20ppm，反应温度300℃，其余条件与基准情况相同，结果系统脱汞率达到90％；其次如附图3所示，把MnOx/Al2O3脱汞催化剂装填到脱硝催化剂层9下游，其中MnOx负载量为1wt％，脱汞催化剂反应空速5000h-1，HC1浓度20ppm，反应温度380℃，其余条件与实施例1相同，结果系统脱汞率达到85％。
实施例2CoOx/TiO2催化脱汞
如附图2所示，喷氨格栅10上游烟道装填浸渍法制得的CoOx/TiO2脱汞催化剂，其中CoOx负载量为5wt％，反应空速10000h-1，HC1浓度20ppm，反应温度320℃，其余条件与基准情况相同，结果系统脱汞率达到87％。
实施例3MnOx/Al2O3催化吸附协同脱汞
如附图2所示，喷氨格栅10上游烟道装填浸渍法与溶胶-凝胶法相结合制得的MnOx/Al2O3脱汞催化剂，其中MnOx负载量为5wt％，反应空速10000h-1，HC1浓度20ppm，反应温度320℃，吸附剂分别采用活性炭和载Br改性活性炭，性炭喷射量以活性炭：烟气中总汞重量比5000:1来确定，改性活性炭喷射量以改性活性炭：烟气中总汞重量比1000:1来确定，其余条件与基准情况相同。结果系统脱汞率分别达到91.5％、92％。
实施例4Mn-Co-Ox/Al2O3催化吸附协同脱汞
如附图2所示，喷氨格栅10上游烟道装填浸渍法与溶胶-凝胶法相结合制得的Mn-Co-Ox/Al2O3脱汞催化剂，其中Mn-Co-Ox负载量为5wt％，Mn和Co的摩尔比分别为0.5:1、2:1，反应空速10000h-1，HC1浓度20ppm，反应温度320℃，吸附剂采用载Br改性活性炭，改性活性炭喷射量以改性活性炭：烟气中总汞重量比1000:1来确定，其余条件与基准情况相同。结果系统脱汞率分别达到93％、94％。
本发明提供的烟气催化吸附协同脱汞方法把协同脱汞作用最大化，且利用现成的污染物脱除设备，因此具有工艺简单，操作方便，脱汞效率高，成本低等优点。本发明可用于锅炉烟气脱汞外，还可以用于金属冶炼、水泥、化工、石油炼制等行业的烟气脱汞。
Claims (13)
1.一种烟气催化吸附协同脱汞装置，包括依次连接的锅炉(1)，脱硝反应器(2)，空气预热器(3)，除尘装置(5)，吸收装置(6)和烟囱(7)，其特征在于，还包括吸附剂喷射装置(4)，脱汞催化剂层(8)、脱硝催化剂层(9)、喷氨格栅(10)；所述脱硝反应器(2)进口与锅炉(1)的排烟口连接，空气预热器(3)烟气侧进口与脱硝反应器(2)出口连接，空气预热器(3)烟气侧出口与除尘装置(5)进口连接，吸附剂喷射装置(4)位于空气预热器(3)下游与除尘装置(5)上游烟道之间；所述脱汞催化剂层(8)、脱硝催化剂层(9)与喷氨格栅(10)设置在空气预热器(3)上游的脱硝反应器(2)内，所述的脱汞催化剂层(8)位于脱硝喷氨格栅(10)上游或/和烟气脱硝催化剂层(9)下游。
2.根据权利要求1所述的烟气催化吸附协同脱汞装置，其特征在于，所述除尘装置(5)为静电除尘器、袋式除尘器或者电袋除尘器。
3.根据权利要求1所述的烟气催化吸附协同脱汞装置，其特征在于，所述吸收装置(6)采用湿法吸收装置或其他吸收装置，其吸收液采用常规碱液。
4.根据权利要求1所述的烟气催化吸附协同脱汞装置，其特征在于，所述吸收装置(6)采用填料塔、鼓泡塔、板塔或旋流板塔。
5.一种烟气催化吸附协同脱汞方法，其特征在于，采用脱汞催化剂和烟道喷射吸附剂协同技术进行脱汞；
(一)空气经空气预热器(3)与烟气换热进入锅炉(1)助燃，燃料燃烧产生的烟气通过脱汞催化剂层(8)时烟气中的汞发生催化氧化反应，使Hg0转化成氧化态汞；
(二)经过汞催化氧化后的烟气由空气预热器(3)的烟气侧出口排出，排往除尘装置(5)，在除尘装置(5)的上游，烟气与吸附剂喷射装置(4)喷射的吸附剂混合均匀，随后吸附有汞的吸附剂随烟气进入除尘装置(5)，并在除尘装置(5)中将吸附剂脱除；
(三)处理后的烟气排往吸收装置(6)，在吸收装置(6)中将烟气中残余的汞吸收后，烟气经由烟囱(7)并排出。
6.根据权利要求5所述的烟气催化吸附协同脱汞方法，其特征在于，所述的脱汞催化剂层(8)布置在喷氨格栅(10)上游，或布置在脱硝催化剂层(2)下游，或同时布置在喷氨格栅(10)上游和脱硝催化剂层(2)下游。
7.根据权利要求5或6所述的烟气催化吸附协同脱汞方法，其特征在于，所述的脱汞催化剂层(8)中所包括的脱汞催化剂以Al2O3或TiO2为载体，该脱汞催化剂主要活性组分为Mn或Co氧化物或Mn-Co混合氧化物。
8.根据权利要求7述的烟气催化吸附协同脱汞的方法，其特征在于，所述的脱汞催化剂中Mn的负载量为1.0％～10％，Co的负载量1.0wt％～10wt％，Mn与Co的摩尔比为0.5～2.0。
9.根据权利要求7或8所述的烟气催化吸附协同脱汞的方法，其特征在于，所述的脱汞催化剂层(8)设置在烟道中。
10.根据权利要求12所述的烟气催化吸附协同脱汞的方法，其特征在于，所述的脱汞催化剂层(8)所在的烟道温度范围为300～380℃。
11.根据权利要求7、8或9所述的烟气催化吸附协同脱汞的方法，其特征在于，所述的催化氧化反应在5000～15000h-1的空速下进行。
12.根据权利要求5所述的烟气催化吸附协同脱汞的方法，其特征在于，所述的吸附剂为活性炭或载Br的改性活性炭。
13.根据权利要求5所述的烟气催化吸附协同脱汞方法，其特征在于，所述的吸附剂的喷射量与烟气中汞的质量比为1000～5000：1。
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