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    动力波光催化脱硫脱硝

    作者: 来源: 日期:2017/3/7 20:56:58 

    (一)光氧化光催化设备阶段

    光化学氧化技术是近几十年来发展起来一项高级氧化技术,从20世纪八十年代中期开始,各国环境科学工作者开展了把光化学氧化技术应用于环保领域的研究,在气体净化、污水处理等方面都取得了很多重大的突破,解决了很多以前耗费大量能源和巨资,工艺路线复杂但仍然无法彻底解决的环境污染问题。光催化氧化技术是目前光化学方法应用于环境污染控制的诸多研究中最活跃的领域,成为环境污染控制化学研究的一个热点,形成了新的研究领域。特别是在气体净化,除臭杀菌以及污水处理等方面,应用越来越广泛。

    国内外大量研究和实践证明:烃类和多环芳烃、卤化芳烃化合物、油类、氰化物等污染物都能有效地通过光催化反应,脱色、除臭、去毒,矿化为无毒的无机小分子物质,从而消除对环境的污染。美国环保局公布的114种有机物,包括许多结构稳定的有机物均被证实可通过光化学氧化后降解矿化。

    光化学氧化降解污染物通常是指污染物在光的激发作用下,污染物的原子结构发生变化(键能变化),在氧化剂的作用下,逐步被氧化成低分子中间产物,有机污染物最终生成CO2、H2O, 而SO2、NOx等最终生成SO4=、NO3-.

    光化学反应降解污染物的途径,包括无催化剂和有催化剂参与的光化学氧化过程。

    无催化剂参与的光化学氧化过程一般都采用臭氧作为氧化剂,在特定波长的紫外光照射下使臭氧分解产生原子氧,原子氧又能继续与气体中的水分子反应,生成具有极强氧化能力的羟基自由基,这个过程简称为直接光氧化。

    有催化剂参与的光化学氧化过程又称光催化氧化,光催化氧化中较常见的是采用某些光敏半导体材料,如TiO2,在一定量的光辐射下,使TiO2激发产生高势能的电子-空穴对,电子-空穴与吸附在半导体上的氧、水分子等作用,进一步产生羟基自由基(·OH)。

    羟基自由基是一种活性极强的基团,具有120Kcal/mol的氧化能量,可以轻易破坏掉污染物的分子结构,而且·OH 自由基的一个重要特性就是对任何反应物无选择性,因而能氧化几乎所有的有机物,在光化学氧化中起着决定性的作用。

    1、光直接氧化和光催化氧化装置的工作原理

    装置采用光直接氧化和光催化氧化协同反应的新技术。

    装置结构示意图见图3(处理量10000m3/h)

    图片34.png

    装置前级为光直接氧化区,后级为光催化氧化区。在光直接氧化区主要是安装有多层双波长紫外灯,在光催化氧化区安装多层光催化剂板,催化剂板与板中间安装有多排紫外灯。

    光直接氧化区工作原理

    1,生成臭氧,在光直接氧化区主要是按网式结构安装有多层双波长(185nm、254nm)紫外灯,在波长185nm紫外光照射下,因185nm光子的能量大于氧气的键能,从而能打断氧气的分子键生存原子氧,原子氧与氧气分子结合生成臭氧。

    2,臭氧在254nm波长紫外光照射下再次分解成原子氧和氧气。

    3,原子氧与气体中的水分子继续反应,生成具有强氧化能力的羟基自由基。在足够功率的紫外光照射下,1mol臭氧可产生2mol羟基自由基。

    臭氧实际上是起着过渡介质的作用。因原子氧存在时间很短,而臭氧的停留时间长,在常温下可达1~2秒,能扩散至整个光氧化区,而且254nm波长紫外光衰减率较小,在一定距离的范围内都能保持有效功率,因此利用臭氧作为过渡介质,可增大羟基自由基产生的几率。

    光直接氧化区属气相反应,气体通过光氧化区时都处在具有强氧化能力的羟基自由基和原子氧的包围之中,具有充分的接触时间和接触机会(必须控制烟气流速)。光直接氧化区去除沥青烟气中有机污染物的效率可达80%以上。

    光催化氧化区工作原理

    主要是在紫外光照射下光催化剂表面产生的空穴以及由空穴进一步与光催化剂表面的水分子反应生成的羟基自由基,空穴和羟基自由基都具有极高的氧化势能,在空穴和羟基自由基的强氧化作用下,把光直接氧化区未能氧化完的有机物进一步氧化,最终全部氧化成CO2和H2O。光催化氧化区属气、固反应,因此必须保证气体和光催化剂板有充分的接触机会。为此我们采用具有极大比表面积三维结构的泡沫镍板作为基板,(上面涂有TiO2),增加了气体和光催化剂板接触面。

    光直接氧化和光催化氧化协同反应的优点

    目前很多单位也采用光催化技术处理有机污染气体,但效果不理想,认为处理效率低。这除了紫外灯功率的匹配和光催化剂使用上的问题,一个重要原因是因为光催化剂的量子转化率较低(在30%左右),光催化剂在紫外光照射下产生的电子和空穴,能快速在表面自行复合,而且复合的速度大于生成的速度。因此光催化氧化一般只适宜于处理低浓度污染物。为提高光催化效率,必须降低电子和空穴的复合率。我们采用光直接氧化和光催化氧化相结合的技术,可利用在光氧化区紫外光+臭氧产生的原子氧对于光催化剂表面产生的电子具有很强的吸收能力,从而极大的降低了电子和空穴的复合率,这对提高光催化效率具有重要作用。这就是采用光直接氧化和光催化氧化协同反应的一个重要特点。

    采用光直接氧化和光催化氧化相结合的新技术,极大的提高了处理有机污染物的能力。处理有机污染物的效率可达95%以上。

    装置能耗也较低(每处理1000立方米/小时烟气,耗电约0.5~0.7kw电能),并且由于光催化剂板的阻力降远低于活性炭(约为1/10),可降低引风机的能耗,装置的运行成本远低于目前水喷淋清洗+活性炭吸附方法的运行成本。

    (二)动力波洗涤器

    动力波逆喷塔如何工作

    关键是烟气和吸收液在进口管中的充分混合:

    ①烟气由塔顶进入,沿着进口管向下流动。

    ②吸收液向上喷入进口管,与烟气流向相反。

    ③烟气与吸收液相撞,形成泡沫区,在泡沫区内烟气和吸收液的接触面连续及迅速地更新。

    ④在烟气与吸收液动量平衡的地方,吸收液转向,然后落到底部。

    ⑤进口管中的烟气转弯,沿塔体垂直向上流动,烟气经过一组挡板,除去残留的液滴。

    ⑥烟气通过挡板后,离开逆喷塔。

    图片6.png

    图片7.png

    动力波技术典型的工艺性能

    粉尘脱硫率:

                      —粒径>1µm:       脱除率>95%

                      —粒径=0.5~ 1µm:    脱除率>80%

                      —粒径<0.5µm:     脱除率>40%

    急冷:                最高尾气进口温度:850℃

    操作弹性:        酸性气体洗涤或急冷:操作弹性为50%—120%

    固体粉尘脱除:操作弹性为20%—110%

    酸性气体脱除率(单机喷头):

                        —SO2脱除率:90—99%(低限值15ppmw)

                        —HCL脱除率:95—99%(低限值2ppmw)

                        —HF脱除率:95—99%(低限值2ppmw)

                        —HBr脱除率:95—99%(低限值2ppmw)

                        —HCN脱除率:93—97%(低限值10ppmw)

    循环液中典型固含量:20%wt 

    动力波技术的应用领域

    在已建成的300多台套装置中,动力波技术可应用于任何烟(尾)气脱硫/除尘/急冷等领域,包括但不限于以下范围:

    1、炼油厂

    —流化床催化裂化装置(FCC)

    —SRU(硫磺装置尾气处理)

    —S-Zorbtm汽油加氢装置

    2、钢铁厂烧结机/烧结球团烟气脱硫和除尘

    3、金属冶炼厂

    4、冶炼气治酸装置/废硫酸再生装置

    5、电厂燃煤锅炉

    6、水泥厂

    7、焚烧炉

    8、二氧化钛(钛白粉)装置

    9、玻璃厂/陶瓷厂

    10、各种不同的化工工程尾气


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