專利名稱：一種煙氣光催化氧化同時脫硫脫硝的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種煙氣脫硫、脫硝的方法及裝置，特別是用載體型TiO2光催化劑催化氧化煙氣從而實現(xiàn)煙氣脫硫脫硝，屬煙氣凈化技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
電廠燃煤過程中產(chǎn)生的SO2和NOX是目前造成大氣污染的主要污染源之一，由其所引起的環(huán)境問題引起了世界范圍的高度重視，因此，關(guān)于煙氣脫硫脫硝技術(shù)的研究也成為環(huán)境領(lǐng)域的研究熱點。
目前工業(yè)上煙氣脫硫的方法可分為濕法與干法工藝。傳統(tǒng)的濕法脫硫工藝是石灰石-石膏法，雖然該工藝很成熟，但設(shè)備投資和運行費用較高，同時還會產(chǎn)生大量脫硫廢水。干法脫硫工藝雖然設(shè)備投資和運行費用有所降低，但存在運行不穩(wěn)定、脫除煙氣量有限等缺陷，所以在實際應(yīng)用中受到很大限制。
NOx的脫除研究，較多的是選擇性催化還原法(SCR法)，它多以氨作為還原劑。將NOx還原為氮氣。另一種是將其氧化，轉(zhuǎn)化為硝酸鹽，從而達到脫除NOx的目的。
然而，關(guān)于SO2和NOx同時脫除的工藝，目前國內(nèi)外研究的較少，許多所謂SO2和NOx的同時脫除工藝只是脫硫脫硝過程的簡單聯(lián)合，而沒有真正達到SO2和NOx同時脫除的目的和效果。
中國專利03136387.3中公開了一種催化脫硫脫硝的方法，它利用以碳酸鈣為主的TiO2(La2O3、CeO2)具有催化氧化功能的吸收劑進行脫硫脫硝。但此方法要得到較高的催化氧化效率，需要用大功率的紫外線照射，耗能較高。而且此方法脫硫產(chǎn)物為CaSO4，不溶于水，容易堵塞孔道，尤其是此法所用的催化劑TiO2(La2O3、CeO2)不能再生利用，可以預(yù)料，該方法在實際工程應(yīng)用時，運行費用將非常巨大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的問題是提供一種低能耗、可高效利用光催化劑實現(xiàn)燃煤煙氣同時脫硫脫硝的方法及裝置。
本發(fā)明所稱問題是由以下技術(shù)方案解決的一種煙氣光催化氧化同時脫硫脫硝的方法，它按如下方法進行將燃煤煙氣引入反應(yīng)器內(nèi)，在反應(yīng)器內(nèi)充填負載型光催化劑，并用光照射催化氧化，完成煙氣同時脫硫脫硝的過程，所述光催化劑由顆粒狀載體、占載體質(zhì)量0.5％的二氧化鈦組成，所述負載型光催化劑是在加有添加劑的光催化劑沉積液中經(jīng)沉積、灼燒制得的。
上述煙氣光催化氧化同時脫硫脫硝的方法，所述添加劑是ZnO、Fe2O3、Al2O3等金屬氧化物或金屬Ag，以及上述各物質(zhì)的混合物。
上述煙氣光催化氧化同時脫硫脫硝的方法，在催化氧化工序后增設(shè)催化劑再生工序，用水沖洗失去活性的光催化劑，將光催化劑表面的HNO3和H2SO4除去。
上述煙氣光催化氧化同時脫硫脫硝的方法，所述光催化劑按如下步驟制備a.制取光催化劑沉積液配制0.1mol/L氟鈦酸銨((NH4)2TiF6)溶液和0.3mol/L硼酸(H3BO3)溶液均勻混合制成光催化劑沉積液，并加入質(zhì)量比為0.5％～10％的添加劑；b.沉積在水浴40℃條件下，將載體沉浸于沉積液中40～50小時后取出晾干；c.灼燒以10℃/min的升溫速率升至450℃灼燒30分鐘，得到負載型二氧化鈦光催化劑。
上述煙氣光催化氧化同時脫硫脫硝的方法，所述光催化反應(yīng)的濕度為3％～10％，溫度為60℃～120℃。
上述煙氣光催化氧化同時脫硫脫硝的方法，所述載體為石英砂，其粒徑為4～6mm。
一種煙氣光催化氧化同時脫硫脫硝的裝置，它由反應(yīng)器1、溫度調(diào)節(jié)器9、水蒸氣發(fā)生器11和吸收器5構(gòu)成，所述反應(yīng)器內(nèi)設(shè)有光源6(60W日光燈管)并充填負載型光催化劑12，所述載體為石英砂，其粒徑為4～6mm，所述光催化劑為二氧化鈦和添加劑的混合物，在反應(yīng)器底部設(shè)有進煙口8、水蒸氣入口10和出料口7，反應(yīng)器上部設(shè)有添料口2和出煙口4，所述溫度調(diào)節(jié)器連通于進煙口處，所述水蒸氣發(fā)生器連通水蒸氣入口，出煙口連通吸收器。
上述煙氣光催化氧化同時脫硫脫硝的裝置，所述光源周圍設(shè)有光源保護套。
本發(fā)明具有如下優(yōu)點第一，本發(fā)明可以同時完成脫硫和脫硝，且不是以往脫硫脫硝過程的簡單聯(lián)合。它利用光催化劑同時完成這兩個過程，效率高，運行穩(wěn)定，可適用于不同組分含量的煙氣。第二，本發(fā)明中的裝置可促進光催化氧化效率的提高。蒸汽發(fā)生器可提供光催化氧化反應(yīng)所需的蒸汽量，并可根據(jù)光催化劑用量及SO2和NOx濃度的大小進行調(diào)節(jié)。石英砂載體的顆粒大小適中，既可提高光催化劑對氣體的吸附量，又可增加紫外光的透射比率，從而加大電子一空穴對的形成。第三，經(jīng)氨水吸收的脫硫脫硝的產(chǎn)物為硫酸銨和硝酸銨，回收后可做化肥使用。工藝步驟符合循環(huán)經(jīng)濟原則，而且光催化劑消耗少、壽命長，可多次反復(fù)使用，尤其是催化過程中不產(chǎn)生對環(huán)境有毒有害的物質(zhì)，是一種十分環(huán)保的方法。第四，本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低，載體原料廉價易得，便于推廣應(yīng)用。第五，可實現(xiàn)高濃度SO2和NOx的同時脫除，光催化劑負載量在5g/kg情況下，SO2濃度在1500～5000mg/m3范圍內(nèi)可實現(xiàn)100％的脫硫效率，NOx濃度在600～1300mg/m3范圍內(nèi)脫除效率在55％以上。


圖1是本發(fā)明中所用裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明的工藝流程圖。
圖中標號如下1.反應(yīng)器；2.添料口；3.光源保護套；4.出煙口；5.吸收器；6.光源；7.出料口；8.進煙口；9.溫度調(diào)節(jié)器；10.水蒸氣入口；11.水蒸氣發(fā)生器；12.光催化劑。
具體實施例方式
參看圖2，本發(fā)明提供的凈化方法，是在反應(yīng)器內(nèi)加入光催化劑。光催化劑在煙氣濕度為3～10％，溫度為50～120℃的條件下光催化氧化并吸收煙氣中的SO2和NOx，將其氧化成SO42-和NO3-，并通過加有氨水的吸收裝置轉(zhuǎn)化為硫酸銨和硝酸銨，從而除去煙氣中的SO2和NOx。
光催化劑由載體、0.5％的二氧化鈦和添加劑組成，載體要求具有大比表面積，以便負載光催化劑；光催化劑采用二氧化鈦和添加劑的混合物，其中添加劑包括ZnO、Fe2O3、Al2O3等金屬氧化物和金屬Ag。
使用后的光催化劑經(jīng)水沖洗、凈化即可恢復(fù)催化活性。
光催化氧化的主要反應(yīng)為(1)光催化脫硫反應(yīng)
(2)光催化脫硝反應(yīng)或最后一步反應(yīng)均為用水從光催化劑表面去除HNO3和H2SO4化合物以使光催化劑再生。
本發(fā)明中的光催化劑載體，為粒徑4-6mm的顆粒狀石英砂。載體型光催化劑能克服粉末狀TiO2光催化劑分離難、用量大、光活性低、壽命短、需要良好的再生技術(shù)等缺點，同時因其具有大的比表面積，能使光催化劑表面吸附更多的SO2和NOx，提高了光催化效率。載體型光催化劑在添加劑的作用下于光催化劑表面形成電子積累中心，對TiO2的自由電子形成最佳吸引，從而增大光生電子和空穴的分離幾率，使光催化劑有更高的催化活性，在添加劑和氧的參與下可生成更多的強氧化性自由基，對SO2和NOx的氧化作用更加完全。
參看圖1，本發(fā)明所用裝置包括光催化反應(yīng)器1、溫度調(diào)節(jié)器9、水蒸氣發(fā)生器11、吸收器5。光催化反應(yīng)器1底部開有進煙口8、水蒸氣入口10、出料口7，上部開有出煙口4、添料口2，內(nèi)部設(shè)有光源6(60W日光燈管)、光源保護套3和光催化劑12。出煙口4連接吸收器5。煙氣由管道進入溫度調(diào)節(jié)器12，再經(jīng)進煙口8進入。水蒸氣自水蒸氣發(fā)生器11產(chǎn)生，再經(jīng)水蒸氣入口10噴入，用于提供光催化反應(yīng)所需的蒸汽。蒸汽量可根據(jù)光催化劑用量及SO2和NOx的濃度進行調(diào)節(jié)。反應(yīng)器內(nèi)部的濕度保持在3％～10％(重量比)，溫度保持在60℃～120℃。
在光催化劑制備過程中由于在二氧化鈦中摻雜了添加劑，提高了光催化劑的光電子利用率，因此所用光源采用了普通日光燈管，降低了光源成本，避免了其他反應(yīng)器利用紫外光源所帶來的紫外線泄漏問題，增加了工藝的安全性。
下面提供幾個具體的實施例實施例1配制0.1mol/L氟鈦酸銨((NH4)2TIF6)和0.3mol/L硼酸(H3BO3)混合液為光催化劑沉積液，并于沉積液中加入質(zhì)量比為0.5％ZnO添加劑，在水浴40℃的條件下沉積于粒徑為4～6mm的載體石英砂上，45小時后取出晾干，以10℃/min的升溫速率升至450℃灼燒30分鐘，即得到負載型TiO2光催化劑。催化反應(yīng)條件濕度為3％，溫度為70℃。
實施例2配制0.1mol/L氟鈦酸銨((NH4)2TIF6)和0.3mol/L硼酸(H3BO3)光催化劑沉積液，并于沉積液中加入0.5％Fe2O3添加劑，在水浴40℃的條件下沉積于粒徑為4～6mm的載體石英砂上，40小時后取出晾干，以10℃/min的升溫速率升至450℃灼燒30分鐘，即得到負載型TiO2光催化劑。催化反應(yīng)條件濕度為10％，溫度為60℃。
實施例3配制0.1mol/L氟鈦酸銨(NH4)2TIF6和0.3mol/L硼酸H3BO3光催化劑沉積液，并于沉積液中加入0.5％Al2O3添加劑，在水浴40℃的條件下沉積于粒徑為4～6mm的載體石英砂上，45小時后取出晾干，以10℃/min的升溫速率升至450℃灼燒30分鐘，即得到負載型TiO2光催化劑。催化反應(yīng)條件濕度為6％，溫度為120℃。
實施例4配制0.1mol/L氟鈦酸銨((NH4)2TIF6)和0.3mol/L硼酸(H3BO3)混合溶液為光催化劑沉積液，并于沉積液中加入10％AgNO3添加劑，在水浴40℃的條件下沉積于粒徑為4～6mm的載體石英砂上，45小時后取出晾干，以10℃/min的升溫速率升至450℃灼燒30分鐘，即得到負載型TiO2光催化劑。催化反應(yīng)條件濕度為8％，溫度為95℃。
實施例5配制0.1mol/L氟鈦酸銨((NH4)2TIF6)和0.3mol/L硼酸(H3BO3)混合溶液為光催化劑沉積液，并于沉積液中加入0.5％Al2O3和5％AgNO3添加劑，在水浴40℃的條件下沉積于粒徑為4～6mm的載體石英砂上，45小時后取出晾干，以10℃/min的升溫速率升至450℃灼燒30分鐘，即得到負載型TiO2光催化劑。催化反應(yīng)條件濕度為9％，溫度為110℃。
權(quán)利要求
1.一種煙氣光催化氧化同時脫硫脫硝的方法，其特征在于它按如下方法進行將燃煤煙氣引入反應(yīng)器內(nèi)，在反應(yīng)器內(nèi)充填負載型光催化劑，并用光照射催化，完成煙氣同時脫硫脫硝的過程，所述光催化劑由顆粒狀載體、占載體質(zhì)量0.5％的二氧化鈦組成，所述負載型光催化劑是在加有添加劑的光催化劑沉積液中經(jīng)沉積、灼燒制得的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煙氣光催化氧化同時脫硫脫硝的方法，其特征在于所述添加劑是ZnO、Fe2O3、Al2O3等金屬氧化物或金屬Ag，以及上述各物質(zhì)的混合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的煙氣光催化氧化同時脫硫脫硝的方法，其特征在于在催化氧化工序后增設(shè)催化劑再生工序，用水沖洗失去活性的光催化劑，將光催化劑表面的HNO3和H2SO4除去。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的煙氣光催化氧化同時脫硫脫硝的方法，其特征在于所述光催化劑按如下步驟制備a.制取光催化劑沉積液0.1mol/L氟鈦酸銨溶液和0.3mol/L硼酸溶液均勻混合制成光催化劑沉積液，并加入質(zhì)量比為0.5％～10％的添加劑；b.沉積在水浴40℃條件下，將載體沉浸于沉積液中40～50小時后取出晾干；c.灼燒以10℃/min的升溫速率升至450℃灼燒30分鐘，得負載型二氧化鈦光催化劑。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的煙氣光催化氧化同時脫硫脫硝的方法，其特征在于所述光催化反應(yīng)的濕度為3％～10％，溫度為60℃～120℃。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的煙氣光催化氧化同時脫硫脫硝的方法，其特征在于所述顆粒狀載體為石英砂，其粒徑為4～6mm。
7.一種煙氣光催化氧化同時脫硫脫硝的裝置，其特征在于它由反應(yīng)器(1)、溫度調(diào)節(jié)器(9)、水蒸氣發(fā)生器(11)和吸收器(5)構(gòu)成，所述反應(yīng)器內(nèi)部設(shè)有光源(6)、并充填負載型光催化劑(12)，所述載體為石英砂，其粒徑為4～6mm，所述光催化劑為二氧化鈦和添加劑的混合物，反應(yīng)器底部設(shè)有進煙口(8)、水蒸氣入口(10)和出料口(7)，反應(yīng)器上部設(shè)有添料口(2)和出煙口(4)，所述溫度調(diào)節(jié)器連通于進煙口處，所述水蒸氣發(fā)生器連通水蒸氣入口，出煙口連通吸收器。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的煙氣光催化氧化同時脫硫脫硝的裝置，其特征在于在所述光源周圍設(shè)有光源保護套。
全文摘要
一種煙氣光催化氧化同時脫硫脫硝的方法及裝置，屬煙氣凈化技術(shù)領(lǐng)域，用于解決光催化氧化同時脫硫脫硝的問題。其技術(shù)方案是將燃煤煙氣引入反應(yīng)器內(nèi)，在反應(yīng)器內(nèi)充填光催化劑，并用光照射催化氧化，所述光催化劑由載體、0.5％質(zhì)量比的二氧化鈦和添加劑組成，所述載體為石英砂，其粒徑為4～6mm，所述光催化劑為二氧化鈦和添加劑的混合物。本發(fā)明可以同時完成脫硫和脫硝，效率高，運行穩(wěn)定，可以適用于不同煙氣組分含量的SO
文檔編號B01J21/06GK1843575SQ20061001252
公開日2006年10月11日 申請日期2006年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月29日
發(fā)明者趙毅, 趙莉, 韓靜, 許勇毅 申請人:華北電力大學(xué)