[0066] 下面结合附图和具体实施例对本发明进一步描述,以便本领域技术更好的理解本发明的技术方案。
[0067] 实施例1:
[0068] 如图2和图3所示,一种微波喷淋活化自由基的烟气多污染物联合脱除系统;所述系统包括除尘器3、冷却器4、催化剂磁力分离塔9、臭氧发生器5、微波喷淋反应器6、烟道2和风机7;其中,所述除尘器3、冷却器4、微波喷淋反应器6和风机7通过烟道1依次串联,臭氧发生器5位于冷却器4与微波喷淋反应器6中间,通过烟道2连接;所述的微波喷淋反应器6包括雾化喷嘴603﹑微波发射器605﹑微波喷淋反应区﹑鼓泡器609﹑烟气入口607﹑烟气出口612﹑补充溶液入口606﹑反应溶液出口613﹑溶液储存区608﹑溶液出口614、循环泵610﹑除雾器611﹑溶液泵601以及溶液/催化剂补充塔602;所述微波喷淋反应区由两层以上雾化喷嘴603构成的喷淋层和微波发射器605组成,所述雾化喷嘴603与微波发射器605依次间隔布置;所述溶液储存区位于微波喷淋反应器6的底部,溶液储存区设置有鼓泡器609和溶液出口614,所述烟气入口607与鼓泡器609连通;所述溶液出口614通过循环泵610与雾化喷嘴603连通;所述微波喷淋反应器的底部设有补充溶液入口606,所述补充溶液入口606与通过溶液泵601与溶液/催化剂补充塔602连通;所述微波喷淋反应器6的顶部还设置有除雾器611,所述除雾器611的顶面上设置有烟气出口612;所述反应溶液出口613与催化剂磁力分离塔9连接。
[0069] 所述系统还包括后处理系统,所述后处理系统包括依次连接的汞分离塔10、中和塔11和蒸发结晶分离塔12;所述除尘器3与冷却器4之间的烟道2上设置有烟气余热利用系统13,利用烟气的余热为蒸发结晶分离塔12提供热量,所述汞分离塔10还与催化剂磁力分离塔连接9。
[0070] 所述臭氧发生器5与微波喷淋反应器6的距离为0.3m-10m之间。
[0071] 所述微波喷淋反应器6的横向截面为圆形或矩形,微波喷淋反应器的最佳高度H在0.2m-30m之间。
[0072] 如图4所示,当微波喷淋反应器6横向截面为圆形时,所述雾化喷嘴603与微波发射器605采用依次相邻的同心圆布置;雾化喷嘴603与微波发射器605间隔交叉布置在中心线上,且相邻两条中心线之间的夹角n位于15度-35度之间;相邻两个雾化喷嘴603之间的间距与相邻两个微波发射器605之间的间距相同为f,f的最佳间距位于0.1m-2m之间;所述微波发射器605位于同心圆最外层,微波发射器605与微波喷淋反应器壁面604的间距为0.5f。
[0073] 如图5所示,微波喷淋反应器6横向截面为矩形时,所述雾化喷嘴603与微波发射器605依次间隔布置;所述微波反射器605之间的间距为g,雾化喷嘴603之间的间距的最佳间距为2g,g位于0.1m-2m之间;
[0074] 所述微波发射器605与微波喷淋反应器壁面604的间距为0.5g。
[0075] 基于上述脱除系统的微波喷淋活化自由基的烟气多污染物联合脱除方法具体的,按照如下步骤进行:
[0076] (1)来自排放源的含SO2﹑NO和Hg0的烟气经除尘冷却后,利用臭氧在烟道中预先氧化一部分SO2﹑NO和Hg0;然后进入微波喷淋反应器6;
[0077] (2)微波喷淋反应器6中,来自微波发射器605的微波激发来自雾化喷嘴603的可磁性分离催化剂,活化来自雾化喷嘴的过氧化物溶液产生羟基和硫酸根自由基,将余下的SO2﹑NO和Hg0以及预氧化产生的NO2和SO3最终氧化为硫酸﹑硝酸和二价汞混合溶液;
[0078] (3)产生的混合溶液进入催化剂磁力分离塔9中进行磁力分离回收催化剂,回收的催化剂进入溶液/催化剂补充塔602进行循环利用;剩下溶液中的二价汞进入汞分离塔10分离回收,而硫酸和硝酸溶液进入中和塔11产生硫酸铵和硝酸铵溶液,最后进入蒸发结晶分离塔12,蒸发结晶后获得固态硫酸铵和硝酸铵肥料。
[0079] 所述蒸发结晶分离塔12中结晶所需热量由烟气余热利用系统13提供。
[0080] 所述臭氧的最佳投加距离J在0.3m-10m之间;臭氧的最佳投加浓度在40ppm-1500ppm之间。
[0081] 微波喷淋反应器6内的温度应控制在20-99℃,过氧化物溶液与烟气的有效液气比为2-25L/m3,过氧化物溶液的有效浓度为0.02mol/L-3.0mol/L之间,溶液的pH位于0.2-10.5之间。
[0082] 雾化喷嘴603喷出的雾化液滴粒径不大于120微米,微波喷淋反应器6内的微波辐射功率密度为50W/m3-3500W/m3(微波辐射功率密度是指微波喷淋反应器6内微波的输出功率与反应器空塔体积的比值,单位为瓦/立方米)。
[0083] 所述可磁性分离催化剂的投加量按微波喷淋反应器体积的每立方米投加0.2-8kg,烟气中SO2﹑NO﹑Hg0的含量分别不高于20000ppm﹑5000ppm﹑2000μg/m3。所述的可磁性分离催化剂包括CoFe2O4﹑CuFe2O4﹑MnFe2O4中的一种或两种以上之间重新组合形成的多金属复合催化剂。
[0084] 所述的过氧化物是双氧水﹑过硫酸铵﹑过一硫酸氢钾复合盐﹑过硫酸钠和过硫酸钾中的一种或两种以上的混合。
[0085] 所述的排放源包括燃煤锅炉﹑工业窑路和垃圾焚烧炉。来自排放源的含SO2﹑NO和Hg0的烟气经除尘冷却后,采用臭氧在烟道中预先氧化一部分SO2﹑NO和Hg0。微波激发可磁性分离催化剂在微波喷淋反应器中活化过氧化物产生羟基和硫酸根自由基将余下的SO2﹑NO和Hg0以及预氧化产生的NO2和SO3最终氧化为硫酸﹑硝酸和二价汞混合溶液。产生的混合溶液进入催化剂磁力分离塔中进行磁力分离回收催化剂。溶液中的二价汞进入汞分离塔分离回收,而硫酸和硝酸溶液进入中和塔产生硫酸铵和硝酸铵溶液,最后进入蒸发结晶分离塔。采用高温烟气余热利用系统蒸发结晶后获得固态硫酸铵和硝酸铵肥料。该系统能够实现SO2﹑NO和Hg0的100%脱除,且脱除产物可资源化利用,具有广阔的市场应用前景。
[0086] 实施例2:
[0087] 烟气中的SO2﹑NO与Hg0浓度分别为1500ppm,500ppm以及80μg/m3,烟气温度为50℃,臭氧浓度为100ppm,过一硫酸氢钾复合盐的摩尔浓度为0.2mol/L,溶液pH为3.8,催化剂CoFe2O4的投加量为每立方米0.2kg,微波辐射功率密度为300W/m3,液气比为2L/m3。小试结果为:烟气中SO2﹑NO与Hg0的同时脱除效率可分别达到100%,52.2%和100%。
[0088] 实施例3:
[0089] 烟气中的SO2﹑NO与Hg0浓度分别为1500ppm,500ppm以及80μg/m3,烟气温度为50℃,臭氧浓度为100ppm,过一硫酸氢钾复合盐的摩尔浓度为0.2mol/L,溶液pH为3.8,催化剂CoFe2O4的投加量为每立方米0.2kg,微波辐射功率密度为300W/m3,液气比为5L/m3。小试结果为:烟气中SO2﹑NO与Hg0的同时脱除效率可分别达到100%,79.2%和100%。
[0090] 实施例4:
[0091] 烟气中的SO2﹑NO与Hg0浓度分别为1500ppm,500ppm以及80μg/m3,烟气温度为50℃,臭氧浓度为100ppm,过一硫酸氢钾复合盐的摩尔浓度为0.4mol/L,溶液pH为3.8,催化剂CoFe2O4的投加量为每立方米0.4kg,微波辐射功率密度为800W/m3,液气比为9L/m3。小试结0
果为:烟气中SO2﹑NO与Hg的同时脱除效率可分别达到100%,100%和100%。
[0092] 实施例5:
[0093] 烟气中的SO2﹑NO与Hg0浓度分别为1500ppm,500ppm以及80μg/m3,烟气温度为50℃,臭氧浓度为100ppm,双氧水的摩尔浓度为0.5mol/L,溶液pH为3.8,催化剂MnFe2O4的投加量3 3
为每立方米0.5kg,微波辐射功率密度为300W/m ,液气比为2L/m。小试结果为:烟气中SO2﹑NO与Hg0的同时脱除效率可分别达到100%,46.1%和100%。
[0094] 实施例6:
[0095] 烟气中的SO2﹑NO与Hg0浓度分别为1500ppm,500ppm以及80μg/m3,烟气温度为50℃,臭氧浓度为150ppm,双氧水的摩尔浓度为1.0mol/L,溶液pH为3.8,催化剂MnFe2O4的投加量为每立方米1.0kg,微波辐射功率密度为500W/m3,液气比为5L/m3。小试结果为:烟气中SO2﹑NO与Hg0的同时脱除效率可分别达到100%,81.5%和100%。
[0096] 实施例7:
[0097] 烟气中的SO2﹑NO与Hg0浓度分别为1500ppm,500ppm以及80μg/m3,烟气温度为50℃,臭氧浓度为200ppm,双氧水的摩尔浓度为1.5mol/L,溶液pH为3.8,催化剂MnFe2O4的投加量为每立方米1.5kg,微波辐射功率密度为800W/m3,液气比为9L/m3。小试结果为:烟气中SO2﹑NO与Hg0的同时脱除效率可分别达到100%,100%和100%。
[0098] 实施例8:
[0099] 烟气中的SO2﹑NO与Hg0浓度分别为2000ppm,300ppm以及50μg/m3,烟气温度为40℃,臭氧浓度为100ppm,过硫酸铵的摩尔浓度为0.4mol/L,溶液pH为3.3,催化剂CuFe2O4的投加量为每立方米0.2kg,微波辐射功率密度为300W/m3,液气比为3L/m3。小试结果为:烟气中SO2﹑NO与Hg0的同时脱除效率可分别达到100%,62.3%和100%。
[0100] 实施例9:
[0101] 烟气中的SO2﹑NO与Hg0浓度分别为2000ppm,300ppm以及50μg/m3,烟气温度为40℃,臭氧浓度为150ppm,过硫酸铵的摩尔浓度为0.4mol/L,溶液pH为3.3,催化剂CuFe2O4的投加量为每立方米0.2kg,微波辐射功率密度为300W/m3,液气比为5L/m3。小试结果为:烟气中0
SO2﹑NO与Hg的同时脱除效率可分别达到100%,89.9%和100%。
[0102] 实施例10:
[0103] 烟气中的SO2﹑NO与Hg0浓度分别为2000ppm,300ppm以及50μg/m3,烟气温度为40℃,臭氧浓度为200ppm,过硫酸铵的摩尔浓度为0.4mol/L,溶液pH为3.3,催化剂CuFe2O4的投加量为每立方米0.2kg,微波辐射功率密度为300W/m3,液气比为9L/m3。小试结果为:烟气中SO2﹑NO与Hg0的同时脱除效率可分别达到100%,100%和100%。
[0104] 经过以上实施例的综合对比可知,实施例4,7和10具有最佳的脱除效果,脱除效率均达到100%,可作为最佳实施例参照使用。