一種基于光化學上下對噴霧化床的硫化氫脫除系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及大氣污染控制領域，具體涉及一種光解過氧化物的上下對噴霧化 床硫化氫脫除系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002] 硫化氫是一種高刺激性的劇毒氣體，是大氣污染物之一。在有氧和濕熱條件下，硫 化氫不僅會引起設備腐蝕和催化劑中毒，還會嚴重威脅人身安全。隨著經濟的快速發(fā)展和 人們環(huán)保意識的提高，工業(yè)廢氣中硫化氫脫除問題越來越受到人們的關注。同時國家也制 定了相應的法律法規(guī)對硫化氫的排放作了嚴格的限制。研宄開發(fā)硫化氫的高效脫除技術已 成為世界各國關注的熱點問題。在過去的幾十年中，國內外研宄人員對廢氣中硫化氫脫除 問題作了大量的研宄并開發(fā)了許多硫化氫脫除方法。按照脫除過程的干濕形態(tài)，廢氣硫化 氫脫除方法大體可分為干法和濕法兩大類。干法是利用硫化氫的還原性和可燃性，以固定 氧化劑或吸收劑來脫硫或直接燃燒。該方法包括克勞斯法、不可再生的固定床吸附法、膜分 離法、分子篩法、變壓吸附（PSA)法、低溫分離法等。所用脫硫劑、催化劑主要有活性炭、氧 化鐵、氧化鋅、二氧化錳及鋁礬土等，一般可回收硫磺、二氧化硫、硫酸和硫酸鹽等資源。干 法脫除工藝效率較高、但存在設備投資大、脫硫劑需間歇再生和硫容量低等不足，一般適于 氣體的精細脫硫?？藙谒狗m然可以用于高濃度硫化氫的脫除，但存在脫除效率差等不足。
[0003] 濕法脫除技術按照脫除機理可以分為化學吸收法、物理吸收法、物理化學吸收法 和濕式氧化法?；瘜W吸收法是利用硫化氫與化學溶劑之間發(fā)生的可逆反應來脫除硫化氫。 常用方法包括胺法、熱碳酸鹽法和氨法等。物理吸收法是利用不同組分在特定溶劑中溶解 度差異而脫除硫化氫，然后通過降壓閃蒸等措施析出硫化氫而再生吸收劑。常用的物理溶 劑法包括低溫甲醇法、聚乙二醇二甲醚法、N-甲基吡咯烷酮法等。物理化學吸收法是將物 理溶劑和化學溶劑混合，使其兼有兩種溶劑的特性，其典型代表為砜胺法。濕式氧化法是指 采用氧化劑將硫化氫氧化為單質硫或硫酸溶液進行回收。根據氧化機理的不同，濕式氧化 法主要可分為以鐵基、釩基等為代表的催化氧化法和以雙氧水、高錳酸鉀等為代表的直接 氧化法。目前，硫化氫濕法脫除工藝也存在很多問題，例如新合成的各種有機吸收劑或氧化 劑價格高、性能不穩(wěn)定、甚至還具有毒性。高錳酸鉀等氧化劑反應過程會產生復雜的副產 物，導致產物利用困難。雙氧水等氧化劑雖然潔凈環(huán)保，但氧化效率低，導致脫除效率無法 滿足日益嚴格的環(huán)保要求。綜上所述，目前還沒有一種穩(wěn)定可靠、經濟高效，且適合于中低 濃度廢氣硫化氫脫除的工藝。因此，在完善現有脫除技術的同時，積極開發(fā)經濟高效的新型 廢氣硫化氫脫除技術具有重要理論和現實意義。 【實用新型內容】
[0004] 本實用新型涉及一種基于光化學上下對噴霧化床的硫化氫脫除系統(tǒng)。主要設有排 放源、風機、除塵器、煙氣冷卻器、上下對噴霧化床、循環(huán)泵一和二、填料層、紫外燈管、霧化 噴嘴、除霧器、儲液箱以及產物后處理系統(tǒng)。
[0005] 本實用新型脫除系統(tǒng)的原理及反應過程：
[0006] 1、由圖1所示，采用電子自旋共振（ESR)儀可測定到系統(tǒng)中產生了硫酸根自由基 和羥基自由基。因此，光輻射過氧化物首先是釋放了具有強氧化性的硫酸根自由基和羥基 自由基，具體過程可用如下的化學反應（1)-(5)表示：
[0007] H202+UV2XOH(1)
[0012] X0+H202X0H+H02X(6)
[0013] 2、產生的強氧化性的硫酸根和羥基自由基可將煙氣中的硫化氫氧化脫除，具體過 程可用如下的化學反應（7)_(8)表示：
[0014] 2XOH+H2SH2S04+H20
[0015] (7)
[0017] (8)
[0018] 3、反應產生的硫酸溶液可作為工業(yè)原料回收利用。例如，可通過添加氨中和硫酸 產生硫酸銨溶液，利用鍋爐煙氣余熱蒸發(fā)結晶后獲得可用于農業(yè)肥料的固態(tài)硫酸銨，整個 脫汞過程無二次污染。
[0019] 為實現以上目的，本實用新型采用的技術方案如下：
[0020] 一種光解過氧化物的上下對噴霧化床硫化氫脫除系統(tǒng)，所述系統(tǒng)設有排放源、風 機、除塵器、煙氣冷卻器、上下對噴霧化床、循環(huán)泵一和循環(huán)泵二、儲液箱以及產物后處理系 統(tǒng)；所述上下對噴霧化床自上而下依次設有煙氣出口、除霧器、霧化噴嘴、紫外燈管、填料層 以及底部出口；排放源通過煙道連接除塵器入口，除塵器的出口連接煙氣冷卻器的入口，所 述煙氣冷卻器的出口連接上下對噴霧化床的底部，所述儲液箱通過管道進入上下對噴霧化 床內，所述管道上設有至少一組上下對稱的霧化噴嘴；所述上下對噴霧化床內上下對稱的 霧化噴嘴之間設有紫外燈管排。
[0021] 所述儲液箱進入上下對噴霧化床的管道上設有將過氧化物溶液引入的噴霧化床 的循環(huán)泵一；所述上下對噴霧化床的溶液出口設有將過氧化物溶液引入儲液箱的循環(huán)泵 --〇
[0022] 上下對噴霧化床的截面為正方形或矩形，內部設有一組以上的紫外燈管排，每組 紫外燈管排上下均設有霧化噴嘴；紫外燈管排上部的霧化噴嘴向下噴溶液，紫外燈管排下 部的霧化噴嘴向上噴溶液。
[0023] 相鄰兩組紫外燈管排之間的距離A位于10cm-5〇Cm之間；紫外燈管排中相鄰兩根 紫外燈管的間距B位于2cm-50cm之間。
[0024] 上下對噴霧化床的截面為正方形或矩形，內部設有一組以上的紫外燈管排，每組 紫外燈管排上下均設有霧化噴嘴。紫外燈管排上部的霧化噴嘴向下噴溶液，紫外燈管排 下部的霧化噴嘴向上噴溶液。霧化噴嘴噴出的溶液粒徑不大于20微米。相鄰兩組紫外燈 管排之間的距離A位于10cm-5〇Cm之間。紫外燈管排中相鄰兩根紫外燈管的間距B位于 2cm-50cm之間。紫外燈管一端（右端）插入后固定在上下對噴霧化床壁中，另一端（左端） 穿過上下對噴霧化床壁面后預留lcm以上便于紫外燈管更換和維修。每組紫外燈管排垂直 方向（上下方向）上布置的最佳紫外燈管數目是5-10跟，水平方向布置的最佳紫外燈管數 目可由上下對噴霧化床的截面積和選擇的紫外燈管間距計算確定。
[0025] 該系統(tǒng)的工作過程為，來自排放源的煙氣由風機牽引，經除塵器除塵和煙氣冷卻 器降溫后，再由填料層布風后進入上下對噴霧化床。來自儲液箱的過氧化物溶液由循環(huán)泵 一抽吸，并由霧化噴嘴霧化后噴入上下對噴霧化床。紫外燈輻射紫外光激發(fā)過氧化物產生 硫酸根和羥基自由基氧化硫化氫產生可資源化利用的硫酸溶液。上下對噴霧化床上部回落 的硫酸溶液由出口b，經循環(huán)泵二重新吸入儲液箱循環(huán)霧化噴淋。反應產物由上下對噴霧化 床的產物出口d通入產物后處理系統(tǒng)實現可資源化利用。例如，通過添加氨中和后產生硫 酸銨農業(yè)肥料回收利用。
[0026] 上下對噴霧化床的最佳煙氣入口溫度為20-70°C，有效液氣比為0. 1-3. OL/m3， 過氧化物的最佳濃度為〇? lmol/L-3. Omol/L之間，溶液的pH位于1. 0-9. 5之間，最佳的 溶液溫度為20-70°C。紫外光有效輻射強度為10 y W/cm2-300 y W/cm2,紫外線有效波長為 150nm-365nm。煙氣中硫化氫的含量不高于20000ppm。
[0027] 所述的過氧化物包括雙氧水和過硫酸銨中的一種或兩種的混合。所述的排放源包 括燃煤鍋爐、工業(yè)窯爐、冶煉/煉焦尾氣、垃圾焚燒爐以及石油化工設備尾氣中的一種 或多種的組合。
[0028] 本實用新型的優(yōu)點及顯著效果：
[0029] 1.中國專利（ZL201210075896.0)提出了雙氧水氧化吸收和尾部膜分離的硫化氫 脫除方法和工藝，但該方法所用的雙氧水吸收劑氧化能力差、脫除效率低，只能脫除低濃 度硫化氫，且尾部的膜容易被雙氧水腐蝕，導致系統(tǒng)運行費用高、系統(tǒng)可靠性差。本實用新 型所述的一種光解過氧化物的上下對噴霧化床硫化氫脫除系統(tǒng)產生的羥基或硫酸根自由 基的氧化性比雙氧水強得多，具有高得多的硫化氫脫除率。另外，本實用新型所述的上下對 噴霧化床和紫外燈系統(tǒng)在煙氣凈化領域已有廣泛的成功運行案例，故系統(tǒng)可靠性高，技術 更加成熟可靠。
[0030] 2.中國專利（ZL 201310490922. 0)提出了一種利用碳酸鈉吸收硫化氫，并用氧氣 再生的脫除方法和工藝，但該方法工藝復雜，且反應產生的含有雜質的碳酸氫鈉副產物無 法回收再利用，而本實用新型提出的工藝相對簡單，尤其是產生的反應產物硫酸銨是一種 良好的農業(yè)肥料，故整個脫除過程沒有二次污染。
[0031] 3.中國專利（ZL201210410079. 6)提出了一種利用鐵系脫除劑催化分解硫化氫的 方法及工藝，但該方法提出的脫除劑制備方法非常復雜，吸收劑穩(wěn)定性不高，而本實用新型 所述的工藝運行可靠性更高，可實現系統(tǒng)的連續(xù)運行，具有更好的工業(yè)應用前景。
[0032] 4.中國專利（ZL201310648205.6)提出了一種利用離子液體捕獲硫化氫的方法， 但該方法使用的離子液體合成方法非常復雜，應用成本高，吸收劑性能不穩(wěn)定，且產物分離 困難。中國專利（ZL2013