CN114259865B - 一种干法多污染物协同吸收装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种干法多污染物协同吸收装置和方法。该装置包括反应器；所述反应器的进料端侧壁上和/或端面上设置有吸附剂入口；所述侧壁上的吸附剂入口包括环周分布的多个，且位于反应器同一轴向垂直截面上，其喷射方向均与反应器中气体进料方向垂直；所述端面上的吸附剂入口包括多个，且其喷射方向均与反应器中气体进料方向平行。本发明实现了酸性气体和有机污染物的协同吸收脱除，强化了吸收剂和烟气间的混合，缩短高转化率吸收剂和低浓度污染物共存区域，提升气固反应效率，减少反应器长度，避免吸收剂过喷，节约物料消耗，提升污染物脱除效率。

Description

一种干法多污染物协同吸收装置和方法

技术领域

本发明涉及烟气脱硫领域，具体涉及一种干法多污染物协同吸收装置和方法。

背景技术

近年来，环保政策推动力度空前，大气污染物治理正逐步从电力行业为主的污染物治理向电力、钢铁、建材、化工等重点行业的全面治理转变；随着对非电工业大气污染排放的重视度提升，以钢铁为代表的非电工业领域将成为大气污染治理的关键，钢铁行业烟气超低排放提升到了新高度，钢铁行业面临加强节能环保和化解过剩产能的双重巨大压力，迫切需要可靠绿色、经济节能的污染物控制技术和装备，实现绿色发展和降本增效的协同。

传统的湿法脱硫存在着以下问题:生成的产物为液体或淤渣，较难处理，且液体或淤渣对设备的腐蚀较为严重；而洗涤后的烟气需要进行二次加热，使得能耗大幅增加，此外，加热设备需要建设新的场地，占地面积大，投资和运行费用高。传统的湿法脱硫还存在运行系统复杂、设备庞大、耗水量大、一次性投资高等问题，一般仅适用于大型电厂。

于是，如何解决干法脱硫中气固反应速率慢、脱硫效率较低等问题成了研究重点。

专利申请CN211159276U提供了一种干法脱硫的气固混合装置，包括中心风管、内层旋流叶片组、内层保护壳和外层旋流叶片组，通过设置内层旋流叶片组轴向的偏转方向与外层旋流叶片组轴向的偏转方向相反可以增加烟气的湍流程度，使得硫化物有效脱除。但是，该气固混合装置依靠导流叶片提升湍流强度，使得装置复杂且增加了阻力和压降；并且只能应用于单一污染物。

发明内容

本发明的目的在于提供一种干法多污染物协同吸收装置和方法。本发明对反应器的吸收剂入口进行改进，强化吸收剂和烟气间的混合，同时采用两种吸收剂实现酸性气体和有机污染物的协同吸收脱除。

为了实现以上目的，本发明采用以下技术方案：

本发明一方面提供一种干法多污染物协同吸收装置，包括反应器；所述反应器的进料端侧壁上和/或端面上设置有吸附剂入口；

所述侧壁上的吸附剂入口包括环周分布的多个，且位于同一截面上，其喷射方向均与反应器中气体进料方向垂直；

所述端面上的吸附剂入口包括多个，优选包括均匀分布的4个，且其喷射方向均与反应器中气体进料方向平行；此种端面上的吸附剂入口可称为水平入口，水平入口条件可以使更多吸收剂进入反应器截面中心位置，随着入口数量提升，混合效果更好。

本发明中的截面均指反应器轴向的垂直截面，反应器中气体进料沿反应器轴向进料。

根据本发明的干法多污染物协同吸收装置，优选地，所述侧壁上的多个吸附剂入口的喷射方向相交于一点。此种吸附剂入口可称为垂直入口，由于吸收剂射流方向和烟气流动方向垂直，增加了气流的扰动，强化了混合。

更优选地，所述侧壁包括四个相互垂直的侧壁，其各自中心上至少设置有一个吸附剂入口。

根据本发明的干法多污染物协同吸收装置，优选地，所述侧壁上的多个吸附剂入口包括至少4个；4个吸附剂入口的喷射方向两两垂直，且作为切线确定一个圆。此种吸附剂入口可称为切圆入口。

通过在反应器中心形成一个假想圆，使吸收剂和烟气剧烈扰动，延长了吸收剂颗粒的运动轨迹，提升了吸收剂的停留时间。

更优选地，所述反应器的截面为一矩形，所述吸附剂入口的喷射方向与反应器的矩形截面的边之间较小的夹角为15°-45°，该夹角可称为吸附剂入口的切入角度。通过调整切入角度，调节假想圆的大小，控制混合效果。

所述矩形例如正方形、长方形。当为正方形时，其四个顶点可分别设置有所述吸附剂入口；当然，此四个吸附剂入口也可以以所形成圆的圆心进行同步旋转，设置于正方形的边上。当为长方形时，长宽相差不大时，可在两长边上各设置两个吸附剂入口，并调整其喷射方向两两垂直，且作为切线确定一个圆；长宽相差比较大时，可大致将其按照宽度为边长，在长度上截取两个以上正方形，然后在所截取的正方形的顶角处设置吸附剂入口，调整其喷射方向两两垂直，且作为切线确定一个圆。

更优选地，所述吸附剂入口的喷射方向与反应器的矩形截面的边之间较小的夹角为15°、30°或45°。

根据本发明的干法多污染物协同吸收装置，优选地，所述反应器的截面为曲线构成的图形，例如圆形，所述吸附剂入口的喷射方向的垂线与所述吸附剂入口所在曲线 (弧线)上一点处的切线的夹角为15°-45°；该夹角可称为吸附剂入口的切入角度。此时，所述吸附剂入口的喷射方向与所述吸附剂入口所在曲线(弧线)上一点处的切线之间的锐角为45°-75°。当所述反应器的截面为圆形时，所述切入角度即为所述吸附剂入口的喷射方向与所述吸附剂入口所在弧线上一点处的半径之间的夹角。

更优选地，所述反应器的截面为曲线构成的图形，所述吸附剂入口的喷射方向的垂线与所述吸附剂入口所在曲线(弧线)上一点处的切线的夹角为15°、30°或45°；此时，所述吸附剂入口的喷射方向与所述吸附剂入口所在曲线上一点处的切线之间的锐角为45°、60°或75°。

根据本发明的干法多污染物协同吸收装置，优选地，所述反应器的进料端侧壁上沿轴向设置有两组以上的吸附剂入口，每组吸附剂入口位于反应器同一轴向垂直截面上。在反应器的后半段，低浓度的气相污染物和高转化率的固相吸收剂共存于同一区域。高度转化的吸附剂颗粒被致密的产物层覆盖，限制了气相污染物的向内扩散并降低了反应速率。因此，污染物精脱除所需的停留时间大大延长，导致所需的床层高度较大。为了确保反应器末端仍然存在更多的低转化率的吸收剂，建立了分级入口条件，即沿轴向设置有两组以上的吸附剂入口。

根据本发明的干法多污染物协同吸收装置，优选地，所述吸附剂入口旁设置有保护风喷口。保护风可提升旋流混合效果，提升气固两相的混合强度。所述保护风具体可以是烟气或者空气。

本发明另一方面提供一种使用以上所述装置进行的干法多污染物协同吸收方法。

根据本发明的干法多污染物协同吸收方法，优选地，所采用的吸附剂为碱性吸收剂和碳基吸收剂的组合；分别用于烟气中SO₂、HCl、NO₂等酸性气体和VOCs、二噁英等有害组分的脱除。

所述碱性吸收剂用于吸收酸性气体，选自钙基、镁基、钠基碱性吸收剂中的一种或两种以上的组合；例如CaO、Ca(OH)₂、NaHCO₃、MgO、Mg(OH)₂等。

进一步优选地，所述碱性吸收剂的粒径为0.001-0.1mm、0.01-0.02mm或0.01-0.5mm，比表面积优选50-100m²/g，密度优选900-1500kg/m³。

所述碳基吸收剂用于吸收VOCs、二噁英等有害组分，选自煤质活性炭、粉煤灰、分子筛等多孔材料中的一种或两种以上的组合。进一步优选地，所述碳基吸收剂的粒径在0.01-0.15mm或0.01-0.5mm，比表面积优选500-1500m²/g，密度优选500-600 kg/m³。

根据本发明的干法多污染物协同吸收方法，优选地，所述碱性吸收剂与碳基吸收剂的喷射量比例为5：1～10：1，总量优选100-300kg/h，喷射速度优选10-25m/s。

本发明实现了酸性气体和有机污染物的协同吸收脱除，通过构建切圆分级入口条件，强化了吸收剂和烟气间的混合，缩短高转化率吸收剂和低浓度污染物共存区域，提升气固反应效率，减少反应器长度，避免吸收剂过喷，节约物料消耗，提升污染物脱除效率。

附图说明

图1-图4为现有技术中反应器中吸附剂入口的设置示意图；其中，图1为左视图，图2为主视图，图3为俯视图，图4为轴侧示意图。

图5-图7为本发明一实施例中的水平入口设置示意图；其中，图5为右视图，图 6为主视图，图7为轴侧示意图。

图8-图10为本发明一实施例中的垂直入口设置示意图；其中，图8为左视图，图9为主视图，图10为轴侧示意图。

图11-图14为本发明一实施例中的切圆入口设置示意图；其中，反应器的轴向垂直截面为一正方形，图11为左视图，图12为主视图，图13为轴侧示意图，14为切入角度示意图。

图15为本发明一实施例中的切圆入口设置示意图；其中，反应器的轴向垂直截面为长方形且长宽相差不大。

图16为本发明一实施例中的切圆入口设置示意图；其中，反应器的轴向垂直截面为长方形且长宽相差较大。

图17为本发明一实施例中的切圆入口设置示意图；其中，反应器的轴向垂直截面为圆形。

图18为本发明一实施例中的多组吸附剂入口设置示意图。

图19为本发明一实施例中在两种吸附剂喷入示意图。

图20为本发明应用例中监测的处理后烟气中三种烟气污染物的含量图。

附图标记说明：

1-反应器，2-吸附剂入口，α-切入角度。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

本发明实施例提供一种干法多污染物协同吸收装置，包括反应器，反应器为干法脱硫反应器，待处理烟气进入所述反应器与吸附剂进行气固两相反应，脱除其中SO₂、 HCl、NO₂等酸性气体，本发明采用两种吸附剂协同作用，还可以同时去除其中的 VOCs、二噁英等有害组分。待处理烟气沿着反应器轴向进料，吸附剂自反应器入口端喷射进入，与待处理烟气混合进行反应。如图1-图4所示，现有技术中的吸附剂入口2设置在反应器1入口端侧壁上，由此垂直于气体进料方向喷入吸附剂，本发明对吸附剂入口进行改进，以增强吸收剂和烟气间的混合。

本发明的反应器的进料端侧壁上和/或端面上设置有吸附剂入口。

所述侧壁上的吸附剂入口包括环周分布的多个，且位于同一轴向垂直截面上，其喷射方向均与反应器中气体进料方向垂直。

如图5-图7所示，所述端面上的吸附剂入口2包括多个，优选包括均匀分布的4 个，且其喷射方向均与反应器中气体进料方向平行；此种端面上的吸附剂入口2可称为水平入口。水平入口条件可以使更多吸收剂进入反应器截面中心位置，随着入口数量提升，混合效果更好。

在一实施例中，所述侧壁上的多个吸附剂入口的喷射方向相交于一点，此种吸附剂入口可称为垂直入口，由于吸收剂射流方向和烟气流动方向垂直，增加了气流的扰动，强化了混合。如图8-图10所示，所述侧壁包括四个相互垂直的侧壁，例如图8 中，其轴向垂直截面为正方形，其各自中心上设置有至少一个吸附剂入口2。本领域技术人员容易理解的，图5-图7的水平入口可以与图8-图10的垂直入口同时设置。

在另一实施例中，图11-图14所示，所述侧壁上的多个吸附剂入口2包括至少4 个；4个吸附剂入口的喷射方向两两垂直，且作为切线确定一个圆。此种吸附剂入口可称为切圆入口。通过在反应器中心形成一个假想圆，使吸收剂和烟气剧烈扰动，延长了吸收剂颗粒的运动轨迹，提升了吸收剂的停留时间。

如图11和图14所示，反应器1的轴向垂直截面为一正方形，其4个顶点可分别设置有所述吸附剂入口2，4个吸附剂入口的喷射方向两两垂直，且作为切线确定一个圆。当然，此4个吸附剂入口也可以以所形成圆的圆心进行同步旋转，设置于正方形的边上。如图14所示，吸附剂入口2的喷射方向与反应器1的矩形截面的边之间较小的夹角称为吸附剂入口的切入角度α，优选15°-45°，通过调整切入角度，调节假想圆的大小，控制混合效果。更优选的切入角度为15°、30°或45°。如图14所示的切入角度为30°。

当反应器的轴向垂直截面为长方形时，长宽相差不大时，如图15所示，可在两长边上各设置两个吸附剂入口2，并调整其喷射方向两两垂直，且作为切线确定一个圆。同样的，切入角度优选15°-45°，更优选15°、30°或45°。图15中的切入角度为 30°。

长宽相差比较大时，如图16所示，可大致将其按照宽度为边长，在长度上截取两个以上正方形，然后在所截取的正方形的顶角处设置吸附剂入口2，调整其喷射方向两两垂直，且作为切线确定一个圆。

在另一实施例中，所述反应器1的轴向垂直截面为曲线构成的图形，例如圆形 (如图17所示)，所述吸附剂入口的喷射方向的垂线与所述吸附剂入口2所在弧线上一点处的切线的夹角称为吸附剂入口的切入角度α，优选15°-45°，更优选15°、30°或 45°。此时，所述吸附剂入口2的喷射方向与所述吸附剂入口所在曲线(弧线)上一点处的切线之间的锐角为45°-75°，两者之和为90°。

在以上实施例中，如图18所示，所述反应器1的入口端侧壁上沿轴向可以设置有两组以上的吸附剂入口2，每组吸附剂入口2位于反应器同一轴向垂直截面上。在反应器1的后半段，低浓度的气相污染物和高转化率的固相吸收剂共存于同一区域。高度转化的吸附剂颗粒被致密的产物层覆盖，限制了气相污染物的向内扩散并降低了反应速率。因此，污染物精脱除所需的停留时间大大延长，导致所需的床层高度较大。为了确保反应器末端仍然存在更多的低转化率的吸收剂，建立了分级入口条件，即沿轴向设置有两组以上的吸附剂入口。如图18所示，其轴向垂直截面与图14相同，因此，此种吸附剂入口设置可称为切圆分级入口。

此外，所述吸附剂入口2旁设置有保护风喷口。保护风可提升旋流混合效果，提升气固两相的混合强度。所述保护风具体可以是烟气或者空气。

本发明的干法多污染物协同吸收装置在应用时，所采用的吸附剂为碱性吸收剂和碳基吸收剂的组合；分别用于烟气中SO₂、HCl、NO₂等酸性气体和VOCs、二噁英等有害组分的脱除。如图19所示，示例性地使用两组设置在同一垂直截面上的切圆入口，分别喷入碱性吸收剂和碳基吸收剂，其中一组的垂直轴向截面与图14相同，另一组则是以该组吸附剂入口沿着反应器侧壁旋转一定角度。本领域技术人员理解的，可以使用以上实施例中的任意吸附剂入口形式分别喷入碱性吸收剂和碳基吸收剂。

所述碱性吸收剂用于吸收酸性气体，选自钙基、镁基、钠基碱性吸收剂中的一种或两种以上的组合；例如CaO、Ca(OH)₂、NaHCO₃、MgO、Mg(OH)₂等。所述碱性吸收剂的粒径为0.001-0.1mm、0.01-0.02mm或0.01-0.5mm，比表面积优选50-100m²/g，密度优选900-1500kg/m³。所述碳基吸收剂用于吸收VOCs、二噁英等有害组分，选自煤质活性炭、粉煤灰、分子筛等多孔材料中的一种或两种以上的组合。所述碳基吸收剂的粒径在0.01-0.15mm或0.01-0.5mm，比表面积优选500-1500m²/g，密度优选 500-600kg/m³。

所述碱性吸收剂与碳基吸收剂的喷射量比例为5：1～10：1，总量为100-300kg/h，喷射速度优选10-25m/s。例如通过以上实施例中的切圆分级入口可以保持总喷入量一定的情况下，分段喷入吸附剂。

应用例

选用CaO和煤质活性炭作为吸收剂；其中，CaO吸收剂的平均粒径为0.06mm，最小粒径为0.0015mm，最大粒径为0.65mm，密度为1004kg/m³，比表面积为50m²/g；煤质活性炭吸收剂的平均粒径为0.075mm，最小粒径为0.01mm，最大粒径为0.15 mm，比表面积为700m²/g，密度为500kg/m²。

反应器选择图18所示设计的切圆分级入口，入口切入角度为30°。烟气进料量为80×10⁴m³/h，CaO吸收剂和煤质活性炭喷射量比例为8：1，喷射总量为200kg/h，喷射速度为20m/s。

对比例

选用CaO一种吸收剂，反应器选择图1-图4所示的单一入口垂直壁面喷入，烟气进料量为80×10⁴m³/h，碱性吸收喷射总量为200kg/h，喷射速度为20m/s，CaO吸收剂的平均粒径为0.06mm，最小粒径为0.0015mm，最大粒径为0.65mm，密度为 1004kg/m³。

如表1所示，采用ICP(电感耦合等离子光谱)测试对比应用例和对比例中新鲜和使用后的吸收剂样品，从结果可以看出应用例中使用后的吸收剂硫元素均匀分布，过喷率从13％降低至5％以下。

表1

其中，过喷率计算方法如下：

通过在线烟气分析仪测试应用例处理后的烟气，其中三种烟气污染物的测定含量如图20所示，污染物脱除效率在长时间运行可以保持达标排放。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (8)

1.一种干法多污染物协同吸收装置，包括反应器；其特征在于，所述反应器的进料端侧壁上和端面上设置有吸附剂入口；

所述端面上的吸附剂入口包括多个，且其喷射方向均与反应器中气体进料方向平行；

所述反应器的进料端侧壁上沿轴向设置有两组以上的吸附剂入口，每组包括环周分布的4个，4个吸附剂入口的喷射方向两两垂直，且作为切线确定一个圆；每组吸附剂入口位于反应器同一轴向垂直截面上，其喷射方向均与反应器中气体进料方向垂直。

2.根据权利要求1所述的干法多污染物协同吸收装置，其特征在于，所述反应器的轴向垂直截面为一矩形，所述吸附剂入口的喷射方向与反应器的矩形截面的边之间较小的夹角为15°-45°。

3.根据权利要求1所述的干法多污染物协同吸收装置，其特征在于，所述反应器的轴向垂直截面为曲线构成的图形，所述吸附剂入口的喷射方向的垂线与所述吸附剂入口所在曲线上一点处的切线的夹角为15°-45°。

4.根据权利要求1所述的干法多污染物协同吸收装置，其特征在于，所述吸附剂入口旁设置有保护风喷口。

5.一种使用权利要求1-4任一项所述装置进行的干法多污染物协同吸收方法。

6.根据权利要求5所述的干法多污染物协同吸收方法，其特征在于，所采用的吸附剂为碱性吸收剂和碳基吸收剂的组合；

所述碱性吸收剂选自钙基、镁基、钠基碱性吸收剂中的一种或两种以上的组合；

所述碳基吸收剂选自煤质活性炭、粉煤灰、分子筛中的一种或两种以上的组合。

7.根据权利要求6所述的干法多污染物协同吸收方法，其特征在于，所述碱性吸收剂的粒径为0.01-0.5 mm，比表面积为50-100 m²/g，密度为900-1500 kg/m³；

所述碳基吸收剂的粒径为0.01-0.5 mm，比表面积为500-1500 m²/g，密度为500-600kg/m³。

8.根据权利要求7所述的干法多污染物协同吸收方法，其特征在于，所述碱性吸收剂与碳基吸收剂的喷射量比例为5：1~10：1，喷射总量为100-300 kg/h，喷射速度为10-25 m/s。

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