一種利用光助芬頓反應凈化煙氣的方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種利用光助芬頓反應凈化煙氣的方法及裝置，該方法是光助芬頓反應將顆粒粉塵轉換成為二氧化碳，二氧化硫變成了硫酸，該裝置包括光能倉和凈化倉，因此，本裝置的硫酸回收的利益超過設備本身的運行成本，使用者可獲得更多的利潤。此外，此技術非常的靈活，它可以被納入到燃煤鍋爐現有的系統用來提高其有效性，或完全取代原來的舊系統。本發明也可適用在任何燃煤鍋爐工業市場，包括水泥廠、鋼鐵廠、市政府廢物燃燒廠、醫療廢物燃燒廠、氯氣制造廠、紙漿和紙張生產廠等。
【專利說明】一種利用光助芬頓反應凈化煙氣的方法及裝置
(—)【技術領域】:
[0001]本發明涉及一種光能凈化方法及裝置，特別是一種利用光助芬頓反應凈化煙氣的方法及裝置。
(二)【背景技術】:
[0002]在中國經濟持續快速發展的形式下，能源消耗需求急劇上升；僅以煤炭為例，改革開發以來每年煤炭的需求遞增量大約在8?12%，以此而產生的最大垢病就是嚴重的空氣污染。
[0003]今日的中國是世界上大氣污染最嚴重的國家之一(僅次于印度)。前不久在中國國務院的例行會議上專項提出‘消除民眾心肺之患’的主題；把治理污染與民態、民生結合起來，下決心摒除污染大國的帽子。中國政府決定不但要在經濟上騰飛還要在環境上為國家、人民、后代、乃至世界做出積極的貢獻。在中國建設的道路上，新型清潔能源受到儲量及國際政治的限制而無法成為國內工業需求主要的替代動能。因此、煤炭在長時間內仍會是中國主要的動能能源。隨著工業需求不斷增展意味著大氣污染將會更加嚴重，有效減輕與防治污染將永遠是個繁重的課題。
[0004]眾所周知，嚴重的大氣污染會帶給地球上所有的生物不可逆轉的災難，而污染的空氣主要來源于含有大量有毒有害物質的工業煙塵。這些有害煙塵絕大多數是由煤炭燃燒過程中所產生的。然而、世界上沒有絕對的清潔煤炭，只有因地質條件的不同而產生的有毒物質含量比重不同的煤炭資源。譬如，中國北部產的煤是高品質的低硫煤，含硫量只有1%?2% ;而云南、貴州與內蒙所產的煤其硫含量可以達到5%以上。據測算:中國工業煙塵中的二氧化硫年排放量高達兩千萬噸以上。在113個大氣污染重點治理的城市中，有40個城市二氧化硫排放量超過國家制定的二級標準線，39個城市甚至劣于國家三級標準線！由空氣污染引發的酸雨污染已經肆虐中國三分之一的國土。工業進程增速越快與之同行的污染指數將會越高，有關部門對環境的控制會越加艱難。
[0005]近20年來中國對煙塵脫硫開展了不間斷的技術研究。以煙氣脫硫技術來控制二氧化硫的污染是國內環保應用領域里的一個重要環節。就以低硫煤(含硫量1%)來計算:燃一噸煤會產生16公斤(1600x1%，公斤)的二氧化硫。一個中型的燃煤鍋爐每天大約燃燒150?200噸的煤；也就是說每天會產生2.4?3.2噸的二氧化硫。目前的脫硫技術包括煤炭混配石灰或添加劑；爐內直接噴鈣和沸騰床石灰石干法脫硫；以及鈣堿法、氨堿法、鈉堿法、鎂堿法等濕法脫硫。經過多年實踐驗證和市場經濟技術的淘汰，只有少數的技術設備真正進入燃煤產業鍋爐應用。其中以旋流板塔式裝置為目前主要應用對象。旋流板塔式裝置在90年代經過技術改造后用于燃煤產業鍋爐的煙氣脫硫和除塵。這種裝置的優點是煙氣和液體的接觸面積大、結構簡單、阻力較小、運行穩定為主要特點。其缺點則是現有的技術脫硫效率平均只達到60?80%，而且成本極大。現今脫硫的運行費用為每瓦0.3元，一個中型一萬二千兆瓦的燃煤電廠每年的運行費用為四千四百三十萬元；而且其脫硫裝置的成本為3.6億元！龐大的裝置與運行費用的確使中小企業面臨著并廠的危機。[0006]除了二氧化硫，PM2.5對健康的影響已經在時下引起了廣泛的關注。什么是顆粒物2.5(PM2.5) ?他們是指結合在地球大氣中直徑小于2.5微米的小片固體或液體物質。顆粒物組合物可引起明顯的視覺效果，如煙塵，它由二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳、礦物粉塵、有機物質、和元素碳組成，也被稱為黑色碳或煤煙。由于硫的存在，顆粒是吸濕的，并且S02會在高濕度及低溫下轉化為硫酸。這將導致能見度降低、黃色空氣、臭氧、與刺痛的吸入感。人類與動物吸入微粒物質的影響已經被廣泛地研究；PM2.5導致的的健康問題包括哮喘、肺癌、心血管問題、呼吸系統疾病、先天缺陷、和過早死亡。
[0007]顆粒物排放在大多數工業化國家都受到嚴格監管。由于環境問題，大多數行業都需要進行某種粉塵收集系統的操作，以控制顆粒物排放。這些系統包括離心除塵器(旋流除塵器)、纖維過濾除塵器(袋式除塵器)、濕式除塵器、和靜電除塵器。然而、便宜的除塵設備效率很低，通常達不到80 % ;好的設備譬如靜電除塵，雖然效率可高達99 %，但也有其致命缺點:(I)設備龐大，耗鋼多，需高壓變電和整流設備，故投資高。(2)除塵效率受粉塵比電阻的制約，一般對比電阻小于104~105歐姆每公分或大于1010~1011歐姆每公分的粉塵，若不采取一定措施，除塵效率將受到影響.(3)不具備離線檢修功能，一旦設備出現故障，或者帶病運行，或者只能停爐檢修。總而言之，任何有效率除PM的設備建造與維護費用都是非常高的。
[0008]中國也已提出了對空氣中顆粒物排放的限制(見下表)，各個工廠企業也都按規定裝了除塵設備。然而龐大的維護費的確使中小企業入不敷出。因此發展一個價廉而有效的除塵裝置也應算是當務之急。
[0009]
【權利要求】
1.一種利用光助芬頓反應凈化煙氣的方法，其特征在于包括以下步驟: (1)在反應容器中加入含有芬頓試劑且使用α-羥基酸調節pH值至小于等于3的溶液，所述芬頓試劑包含能發生光助芬頓反應的金屬系統和過氧化氫； 所述溶液配置過氧化氫與水的質量百分比為3%~5% ； 過氧化氫與金屬系統摩爾比大于等于10 ； (2)根據金屬系統的光吸收峰，設置光照系統； (3)將煙氣通入反應容器，使煙氣中的污染物與芬頓試劑充分接觸并發生反應； (4)將反應后溶液導出，并定時監測導出溶液中芬頓試劑的濃度，根據監測的情況，添加新的含有芬頓試劑的溶液使反應容器中溶液成分保持穩定； (5)凈化后的氣體排出反應容器。
2.根據權利要求1所述一種利用光助芬頓反應凈化煙氣的方法，其特征在于所述步驟(I)中的金屬系統為Fe ( II )/F(III)系統或Cu( I )/Cu(II)系統；當金屬系統為Fe ( II )/F(III)系統時，則光照為波長為200nm~400nm的紫外光；當金屬系統為Cu( I )/Cu( II )系統時，光照為波長為600nm~800nm的可見光。
3.根據權利要求2所述一種利用光助芬頓反應凈化煙氣的方法，其特征在于所述Fe( II )/F( III)系統由直徑小于20納米的FeSO4和Fe3O4顆粒構成。
4.根據權利要求2所述一種利用光助芬頓反應凈化煙氣的方法，其特征在于所述Cu( I ) /Cu ( II )系統由直徑小于20納米的Cu2O和CuSO4顆粒構成。
5.根據權利要求1所述一種利用光助芬頓反應凈化煙氣的方法，其特征在于所述步驟(I)中的過氧化氫為直徑小于50納米的過氧化鎂、過氧化鈉或過氧化鈣在所述溶液中反應后廣生的。
6.根據權利要求1所述一種利用光助芬頓反應凈化煙氣的方法，其特征在于所述α -羥基酸為乙醇酸、丙酮酸或乳酸。
7.根據權利要求1所述一種利用光助芬頓反應凈化煙氣的方法，其特征在于所述步驟(3)中煙氣中的污染物為二氧化硫、碳顆粒、一氧化碳或碳氫化合物中的至少一種，二氧化硫被氧化為三氧化硫并溶于溶液形成硫酸，碳顆粒被氧化為二氧化碳，一氧化碳被氧化為二氧化碳，碳氫化合物被分解為二氧化碳和水。
8.根據權利要求1所述一種利用光助芬頓反應凈化煙氣的方法，其特征在于所述步驟(3)中的充分接觸的方式為氣體直接通入液體或在反應容器中加入噴淋裝置中的至少一種。
9.根據權利要求1所述一種利用光助芬頓反應凈化煙氣的方法，其特征在于所述步驟(3)中的污染物包括二氧化硫時，步驟(3)之后加入步驟(3’ )利用市售DOW chemical公司的Amberlite IRC748離子交換樹脂涂層吸附回收所述金屬系統物質，將含有硫酸的溶液凈化。
10.根據權利要求1所述一種利用光助芬頓反應凈化煙氣的方法，其特征在于所述步驟(3)中煙氣在通入反應容器之前經過了預處理，預處理過程除去了煙氣中直徑大于10微米的固體顆粒。
11.根據權利要求1所述一種利用光助芬頓反應凈化煙氣的方法，其特征在于所述步驟(6)中，芬頓試劑中的過氧化氫的消耗量通過定期收集樣品被密切的監測，并且使用碘/高錳酸鉀(I/KMn04)滴定法觀察過氧化物的消耗率。
12.—種實現權利要求1所述方法的裝置，包括光能倉，所述光能倉包括光能倉體、光能倉進氣口、光能倉出氣口、光能倉進液口、氣液混合通道、光能倉抽水泵、光能倉出液口、光能倉噴淋裝置和光照設備，所述光能倉進氣口和光能倉出氣口設置在光能倉體的上部，所述光能倉進液口設置在光能倉體的中部，所述光能倉出液口設置在光能倉體的底部，所述氣液混合通道、光能倉噴淋裝置和光照設備位于光能倉體內，氣液混合通道的輸入端連接光能倉進氣口，氣液混合通道2-4的輸出端位于光能倉體下部接近倉底的位置，所述光能倉抽水泵通過管道連接光能倉體底部的輸出端和光能倉噴淋裝置的輸入端。
13.根據權利要求12所述的一種利用光助芬頓反應凈化煙氣的裝置，其特征在于所述光能倉體的側壁上設置光能倉液位器，光能倉體頂部設置光能倉檢修蓋。
14.根據權利要求12所述的一種利用光助芬頓反應凈化煙氣的裝置，其特征在于所述光照設備為石英管紫外燈或可見光燈。
15.根據權利要求12所述的一種利用光助芬頓反應凈化煙氣的裝置，其特征在于所述利用光助芬頓反應凈化煙氣的裝置還包括凈化倉，所述凈化倉包括凈化倉體、凈化板、液體流量控制栓和凈化倉出液口，所述凈化倉體上放置光能倉體，所述光能倉出液口伸入凈化倉體中，所述液體流量控制栓安裝在光能倉出液口上，所述光能倉出液口位于凈化板上方，所述凈化板固定在凈化倉體內，所述凈化倉出液口設置在凈化倉體底部。
16.根據權利要求15所述的一種利用光助芬頓反應凈化煙氣的裝置，其特征在于所述凈化板為不銹鋼板或陶瓷板，凈化板上涂有市售DOW chemical公司的Amberlite IRC748離子交換樹脂涂層。
【文檔編號】B01D50/00GK103949153SQ201410166086
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年4月23日 優先權日:2014年4月23日
【發明者】傅國琳 申請人:林小曉, 車道嵐