CN104028087B - 一种脱除高温烟气中二恶英的方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开的脱除高温烟气中二恶英的方法，首先将余热利用和急冷后的烟气经第一除尘设备除去飞灰；然后通入含有吸收剂的二恶英吸收塔，吸收分离烟气中的二恶英；再通入第二除尘设备除去烟气中的吸收剂粉尘，净化后的烟气排放，将第二除尘设备回收的吸收剂粉尘以及二恶英吸收塔中达到饱和吸附的吸收剂均送入吸收剂回收反应器，并输入臭氧反应分解二恶英，将净化的吸收剂送入二恶英吸收塔，循环使用。实施上述方法的装置包括两个除尘设备，含吸收剂的二恶英吸收塔，吸收剂回收反应器和臭氧发生器。本发明把吸收剂吸收二恶英和臭氧促进催化分解二恶英的优点结合在一起，可实现高效廉价地脱除高温烟气中的二恶英。

Description

一种脱除高温烟气中二恶英的方法及其装置

技术领域

本发明涉及高温烟气的处理方法和装置，特别是涉及一种脱除高温烟气中二恶英的方法及其装置。

背景技术

二恶英是一类由2个或1个氧原子联接2个被氯取代的苯环组成的三环芳香族有机化合物，包括多氯二苯并二恶英和多氯二苯并呋喃，共有210种异构体/同类物。二恶英是一类非常稳定的亲脂性固体化合物，其熔点较高，分解温度大于700℃，极难溶于水，可溶于大部分有机溶剂。自然界的微生物降解、水解和光解作用对二恶英的分子结构影响较小，难以自然降解。二恶英中的一些异构体是剧毒物质，其急性毒性相当于氰化钾的1000倍。大量的动物实验表明，很低浓度的二恶英就对动物表现出致死效应。二恶英还引起皮肤痤疮、头痛、失聪、忧郁、失眠等症，并可能导致染色体损伤、心力衰竭、癌症等。其最大危险是具有不可逆的致畸、致癌、致突变的三致毒性。另外，二恶英还影响生殖功能，干扰内分泌系统，因此被称为是“世纪之毒”。作为高度持久性污染物，二恶英对土壤和底泥具有强烈的亲和性，很容易在生物组织中积累，并最终通过食物链在人体内大量富集，并以比较稳定的形式蓄积下来。一旦二恶英在人体内（尤其是妇女和儿童）的浓度达到一定值，其自身具有的生殖毒性、免疫毒性和内分泌毒性就会引起皮肤疾病、内脏疾病、癌症和畸形儿，影响人类的生存和发展。

二恶英主要是在各种高温过程中无意产生的，例如，垃圾焚烧、金属冶炼、焚尸炉等的烟气中，往往含有较高浓度的二恶英。鉴于二恶英的毒性，各国都对二恶英的排放做出了严格的限定。在中国，产业废弃物焚烧炉为低于1.0ngI-TEQ/Nm³，对医疗废物焚烧炉的二恶英排放标准是低于0.5ngI-TEQ/Nm³。从2008年起，北京市的二恶英排放标准已经全面提高到0.1ngI-TEQ/Nm³。发达国家的二恶英排放标准通常是低于0.1ngI-TEQ/Nm³。不久，我国的生活垃圾焚烧炉的二恶英排放标准将变成低于0.1ngI-TEQ/Nm³。更严格的排放标准的制定，民众对环境保护的关注度的快速提升，对运行中的和即将建成的垃圾焚烧设施等高温设施，提出了严峻的挑战。如何廉价而有效地控制二恶英的排放，已经成为一个迫切需要解决的难题。

高温过程中二恶英的排放控制，在众所周知的通过控制焚烧温度，湍流度和烟气停留时间的基础上，还可以通过抑制剂抑制二恶英生成、吸收分离二恶英、以及二恶英的分解消除三条途径，进一步降低二恶英的排放。

第一条途径是在高温过程中添加抑制二恶英生成的抑制剂。例如，CN101725989A公开了一种采用为硫磺、高硫煤、氧化钙、氢氧化钙或碳酸钙为抑制剂，抑制垃圾焚烧过程中二恶英生成的方法。CN101485955公开了一种将硫铁矿和垃圾一并投入到焚烧炉中，通过控制硫铁矿的加入量抑制垃圾焚烧过程中二恶英生成的方法。CN201419076公开了通过对煤中的硫成分的控制实现二恶英减排的方法。

第二条途径是采用活性炭吸收，把二恶英从烟气中分离出来。CN201537442U公开了一种通过向烟气中喷射活性炭和氧化钙并在文丘里反应器中与烟气强力接触，吸收烟气中的二恶英的装置。CN201949799U公开了一种采用双布袋控制二恶英的装置，通过文丘里反应器向第一个布袋中喷入石灰，向第二个布袋中喷入活性炭。提高活性炭与烟气接触，达到有效吸收二恶英的目的，并且，活性炭可重复利用直至二恶英饱和吸附，降低了系统运行成本。CN1246597公开了通过向烟气中喷入活性炭，再将吸附有二恶英的活性炭分离出来，送到燃烧室燃烧处理消除二恶英排放的方法。CN201997249U公开了采用向烟气中喷入碱性冷却液的方法降低二恶英的排放。

第三条途径是分解，通常在催化剂的作用下，让二恶英在较低的温度下氧化分解。例如，CN1626277公开了一种基于V₂O₅（WO₃、MoO₃）和TiO₂的催化剂，可以在240-320℃的温度下，有效脱除烟气中的二恶英。CN101559362公开了先将TiO₂负载在火山岩上，然后再负载V₂O₅，可以在200-450℃的温度下有效脱除二恶英。欧洲专利（专利号：634206）公开的脱除二恶英的催化剂也是以TiO₂负载钒氧化物。美国专利（专利号：5227356）公开的催化剂活性成分是过渡金属氧化物和贵金属。日本专利（专利号：200024460和平-11047592）公开的催化剂活性组分包括V、W、Cu、Mn、Cr、Pd、Ru、Pt等金属氧化物和贵金属，催化剂载体可以是TiO₂、SiO₂、Al₂O₃、ZrO₂。日本专利（专利号：平-11226397）公开的催化剂是负载在活性炭上的V、W、Mo、Cu、Mn、Fe、Co、Cr、Ni等过渡金属的氧化物。也可以将催化剂活性成分和聚四氟乙烯纤维制备成具有催化活性的滤袋，如CN101580973、CN101255615和美国专利（专利号：5620669）。另外，CN201921634U公开了利用紫外线发射装置活化光触媒涂层，达到催化分解二恶英的目的。CN101485958公开了一种用于降解烟气中二恶英的光催化反应器及光催化剂活化方法。近来发现，臭氧可以有效促进二恶英的催化分解，例如，CN102814108A公开了臭氧效促进二恶英在金属氧化物催化剂上的低温分解。

但是以上的专利，都存在一些明显的缺点，例如，添加抑制剂通常会引起别的污染。单纯使用活性炭吸收二恶英技术，不但活性炭价格昂贵，而且吸收了二恶英后的活性炭必须作为危险废物，进行处理，或者作为燃料直接焚烧，运行成本高。采用催化滤袋技术，因为压降太大，烟气的流速偏慢，并且存在催化剂损失的问题，同样增加了运行成本。而催化分解技术同样面临设施规模巨大、催化剂中毒和需要定期更换、烟气需要再加热，等等问题。即使采用臭氧促进二恶英催化分解，同样面临设施规模仍然巨大、臭氧的大量使用、以及催化剂定期更换等问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种高效廉价的脱除高温烟气中二恶英的方法及其装置。

本发明的脱除高温烟气中二恶英的方法，其特征在于首先将经过余热利用和急冷后的烟气通入第一除尘设备，除去烟气中的飞灰；然后，将除去了飞灰的烟气通入含有吸收剂的二恶英吸收塔，吸收分离烟气中的二恶英；再将脱除二恶英后的烟气通入第二除尘设备除去烟气中的吸收剂粉尘，经第二除尘设备净化后的烟气从烟道排放，第二除尘设备回收的吸收剂粉尘送入吸收剂回收反应器，将含有吸收剂的二恶英吸收塔中达到二恶英饱和吸附的吸收剂也送入吸收剂回收反应器，向吸收剂回收反应器输入臭氧，在25℃~350℃下反应分解二恶英，将经过吸收剂回收反应器净化的吸收剂送入二恶英吸收塔，循环使用。

本发明中，所述的吸收剂可以是活性炭、碳纳米管、经过金属氧化物改性的活性炭或经过金属氧化物改性的碳纳米管，其中金属氧化物占吸收剂总质量的0～50%，所述的金属氧化物是锰、铈、铜、钒、铁、钼、钨、铬或镍的氧化物中的一种或几种。

实施上述脱除高温烟气中二恶英方法的装置，包括第一除尘设备，含吸收剂的二恶英吸收塔，第二除尘设备，吸收剂回收反应器和臭氧发生器，第一除尘设备的烟气出口与含吸收剂的二恶英吸收塔的烟气进口相连，含吸收剂的二恶英吸收塔的烟气出口与第二除尘设备的烟气进口相连，第二除尘设备的烟气出口与烟囱相连，含吸收剂的二恶英吸收塔的出料口与吸收剂回收反应器的进料口相连，第二除尘器的出料口和吸收剂回收反应器的进料口相连，吸收剂回收反应器的出料口与含吸收剂的二恶英吸收塔的进料口相连，吸收剂回收反应器和臭氧发生器相连。

上述的第一除尘设备可以是布袋除尘器、电除尘器、旋风除尘器或者它们的组合。所述的第二除尘设备也可以是布袋除尘器、电除尘器、旋风除尘器或者它们的组合。

本发明中，所述的含吸收剂的二恶英吸收塔可以是固定床吸收塔、流化床吸收塔或流动床吸收塔。

本发明的有益之处在于：把吸收剂吸收二恶英和臭氧促进催化分解二恶英的优点结合在一起。不但吸收剂可以循环使用、而且二恶英催化分解的温度低、设施规模小、运行成本低。并且在利用臭氧催化分解二恶英时，不会受到烟气中其他成分的影响，从而达到高效廉价地脱除高温烟气中的二恶英的效果。本发明提供的高效廉价的脱除高温烟气中的二恶英的设施和方法，可适用于包括垃圾焚烧、钢铁冶炼、水泥窑、焚尸炉等在内的高温烟气中的二恶英以及其它挥发性有机物的高效脱除。

附图说明

图1是脱除高温烟气中二恶英的装置示意图。

图中：1、第一除尘设备，2、含吸收剂的二恶英吸收塔，3、第二除尘设备，4、吸收剂回收反应器，5、臭氧发生器。

具体实施方式

以下结合附图进一步说明本发明

参照图1，本发明的脱除高温烟气中二恶英方法的装置包括第一除尘设备1，含吸收剂的二恶英吸收塔2，第二除尘设备3，吸收剂回收反应器4和臭氧发生器5，第一除尘设备1的烟气出口与含吸收剂的二恶英吸收塔2的烟气进口相连，含吸收剂的二恶英吸收塔2的烟气出口与第二除尘设备3的烟气进口相连，第二除尘设备3的烟气出口与烟囱相连，含吸收剂的二恶英吸收塔2的出料口与吸收剂回收反应器4的进料口相连，第二除尘器的出料口和吸收剂回收反应器4的进料口相连，吸收剂回收反应器4的出料口与含吸收剂的二恶英吸收塔2的进料口相连，吸收剂回收反应器4和臭氧发生器5相连。这里的第一除尘设备1和第二除尘设备3均可以是布袋除尘器、电除尘器、旋风除尘器或者它们的组合。含活性炭的二恶英吸收塔2可以是固定床吸收塔、流化床吸收塔或流动床吸收塔。

工作时，经余热利用和急冷后的烟气首先通入第一除尘设备，在第一除尘设备中过滤去除烟气中的飞灰等颗粒；然后进入含有吸收剂的二恶英吸收塔，让吸收剂和烟气充分接触，有效吸收分离烟气中的二恶英。利用第二除尘设备过滤捕集从二恶英吸收塔中逃逸的含二恶英的吸收剂粉尘，净化后达到国家的排放标准的烟气从烟道排放。从第二除尘设备收集的吸收剂粉尘送入吸收剂回收反应器中。二恶英吸收塔中吸附了二恶英达到吸附饱和的吸收剂也被送入到吸收剂回收反应器中。将臭氧发生器产生的臭氧输入吸收剂回收反应器，在25℃~350℃下反应，利用臭氧的超级氧化能力和吸收剂的催化活性，把吸附在吸收剂上的二恶英彻底分解。处理后的吸收剂送入二恶英吸收塔，循环使用。

Claims (5)

1.一种脱除高温烟气中二恶英的方法，其特征在于首先将经过余热利用和急冷后的烟气通入第一除尘设备，除去烟气中的飞灰；然后，将除去了飞灰的烟气通入含有吸收剂的二恶英吸收塔，吸收分离烟气中的二恶英；再将脱除二恶英后的烟气通入第二除尘设备除去烟气中的吸收剂粉尘，经第二除尘设备净化后的烟气从烟道排放，第二除尘设备回收的吸收剂粉尘送入吸收剂回收反应器，将含有吸收剂的二恶英吸收塔中达到二恶英饱和吸附的吸收剂也送入吸收剂回收反应器，向吸收剂回收反应器输入臭氧，在25℃~350℃下反应分解二恶英，将经过吸收剂回收反应器净化的吸收剂送入二恶英吸收塔，循环使用；上述的吸收剂是活性炭、碳纳米管、经过金属氧化物改性的活性炭或经过金属氧化物改性的碳纳米管，其中金属氧化物占吸收剂总质量的0～50%，所述的金属氧化物是锰、铈、铜、钒、铁、钼、钨、铬或镍的氧化物中的一种或几种。

2.实施权利要求1所述的脱除高温烟气中二恶英方法的装置，其特征在于包括第一除尘设备（1），含吸收剂的二恶英吸收塔（2），第二除尘设备（3），吸收剂回收反应器（4）和臭氧发生器（5），第一除尘设备（1）的烟气出口与含吸收剂的二恶英吸收塔（2）的烟气进口相连，含吸收剂的二恶英吸收塔（2）的烟气出口与第二除尘设备（3）的烟气进口相连，第二除尘设备（3）的烟气出口与烟囱相连，含吸收剂的二恶英吸收塔（2）的出料口与吸收剂回收反应器（4）的进料口相连，第二除尘器的出料口和吸收剂回收反应器（4）的进料口相连，吸收剂回收反应器（4）的出料口与含吸收剂的二恶英吸收塔（2）的进料口相连，吸收剂回收反应器（4）和臭氧发生器（5）相连。

3.根据权利要求2所述的脱除高温烟气中二恶英方法的装置，其特征在于所述的第一除尘设备（1）是布袋除尘器、电除尘器、旋风除尘器或者它们的组合。

4.根据权利要求2所述的脱除高温烟气中二恶英方法的装置，其特征在于所述的第二除尘设备（3）是布袋除尘器、电除尘器、旋风除尘器或者它们的组合。

5.根据权利要求2所述的脱除高温烟气中二恶英方法的装置，其特征在于所述的含吸收剂的二恶英吸收塔（2）是固定床吸收塔、流化床吸收塔或流动床吸收塔。