[0033] 下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明,但本发明的保护范围并不限于此。
[0034] 来自排放源的含硫化氢的烟气经除尘冷却后,采用臭氧在烟道中预先氧化一部分硫化氢为气态硫酸。微波激发可磁性分离催化剂在微波喷雾反应器4中活化过氧化物产生羟基和硫酸根自由基将余下的硫化氢氧化为气态硫酸。产生的气态硫酸被尾部的喷淋塔5洗涤吸收后产生硫酸溶液。在喷淋塔5中产生的硫酸溶液首先进入催化剂磁力分离塔7中进行磁力分离回收再生。硫酸溶液进入中和塔9产生硫酸铵溶液,最后进入蒸发结晶分离塔10。采用高温烟气余热利用系统蒸发结晶后获得固态硫酸铵肥料。该系统能够实现硫化氢的100%脱除,且脱除过程无二次污染,具有广阔的市场应用前景。
[0035] 本发明的反应过程基本原理:
[0036] 1、臭氧具有很强的氧化性,因此在烟道中投加臭氧后会发生如下反应式(1)的氧化反应。通过该预氧化反应,废气中的H2S会被氧化为气态硫酸:
[0037] 4O3+H2S→H2SO4+4O2 (1)
[0038] 2、微波(MW)激发可磁性分离催化剂(Catalyst)可有效催化分解过氧化物(双氧水﹑过一硫酸氢钾复合盐和过硫酸盐)和臭氧产生高活性的硫酸根自由基和羟基自由基。此外,烟道注入的臭氧与双氧水也可以引发链式反应产生羟基自由基。具体反应过程可通过如下方程(2)-(8)表示。如图1所示,采用电子自旋共振光普仪成功测定到了脱除系统中产生的硫酸根自由基和羟基自由基,从而证实了以上所述的基本原理。
[0039]
[0040]
[0041]
[0042]
[0043]
[0044] 2O3+H2O2→2·OH+3O2 (7)
[0045]
[0046] 3、以上反应(2)-(8)产生的硫酸根自由基和羟基自由基具有超强的氧化性,能够将废气中的H2S最终氧化为气态硫酸。具体过程可用如下反应(9)-(10)表示。
[0047] 2·OH+H2S→H2SO4+H2O (9)
[0048]
[0049] 4、以上氧化产生的气体硫酸可通过尾部的喷淋塔5洗涤吸收后产生可磁性分离催化剂和硫酸的混合溶液。为了重复利用催化剂和实现产物的可资源化利用和避免二次污染,混合溶液在催化剂磁力分离塔7中进行磁力分离以回收再生利用催化剂。剩下的硫溶液进入中和塔9产生硫酸铵溶液。硫酸铵溶液最后进入蒸发结晶分离塔10。采用高温烟气余热利用系统蒸发结晶后获得固态硫酸铵和硝酸铵肥料,从而实现产物的可资源化利用,防止二次污染。
[0050] 如图2所示,本发明所述的微波激发可磁分离性催化剂的硫化氢净化系统,主要包括依次装在烟道上的除尘器1﹑冷却器﹑臭氧供应系统13﹑微波喷雾反应器4﹑喷淋塔5和风机6,所述微波喷雾反应器4内部由石英玻璃隔板16分割成若干个微波磁控管15安装区和溶液喷雾反应区,所述微波磁控管15安装区内安装数个微波磁控管15,所述溶液喷雾反应区内设置多个雾化喷嘴14,所述雾化喷嘴14与溶液/催化剂补充塔11相连,所述雾化喷嘴14与溶液/催化剂补充塔11之间还设置有溶液泵12;每个溶液喷雾反应区均带有烟气出口和烟气入口,所述烟气入口和烟气出口分别经由烟气总入口、烟气总出口与烟道连通;每个微波磁控管15安装区均具有冷却空气入口﹑冷却空气出口,冷却空气入口﹑冷却空气出口分别与冷却空气总入口、冷却空气总出口连通;所述喷淋塔5还依次与催化剂磁力分离塔7﹑汞分离塔
8﹑中和塔9﹑蒸发结晶分离塔10相连,所述除尘器1与冷却器2之间的烟道上设置烟气余热利用旁通管路3引流部分烟气,利用烟气的余热为蒸发结晶分离塔10提供热量;所述催化剂磁力分离塔7还与溶液/催化剂补充塔11相连。
[0051] 如图3、图4所示,所述微波喷雾反应器4的横向和纵向截面均为矩形,溶液喷雾反应区与微波磁控管15安装区依次间隔布置,多个溶液喷雾反应区为并联关系。微波喷雾反应器4中,每个溶液喷雾反应区的宽度b位于0.1m-1.5m之间;微波喷雾反应器4的总宽度W位于0.2m-10m之间;微波磁控管15之间的横向间距a在0.1m-1.2m之间;微波喷雾反应器4的总长度L位于0.2m-9m之间;微波喷雾反应器4的总高度H位于0.2m-9m之间。雾化喷嘴14的横向布置间距为2a,纵向布置间距为1.5a。臭氧添加口与微波喷雾反应器4之间的最佳距离J为0.1m-8m。臭氧的最佳投加浓度在40ppm-600ppm之间。微波喷雾反应器4内的温度应控制在
30-250℃,过氧化物溶液与烟气的有效液气比为0.1-5.0L/m3,过氧化物的有效浓度为
0.01mol/L-2.0mol/L之间,溶液的pH位于0.2-10.8之间,雾化喷嘴14喷出的雾化液滴粒径不大于100微米,微波喷雾反应器4内的微波辐射功率密度为20W/m3-1600W/m3,微波辐射功率密度是指微波喷雾反应器4内微波的输出功率与反应器空塔体积的比值,单位为瓦/立方米。
[0052] 可磁性分离催化剂的投加量按微波喷雾反应器4体积的每立方米投加0.2-8kg,烟气中硫化氢的含量分别不高于50000ppm。所述的可磁性分离催化剂包括三氧化二铁(Fe2O3)﹑四氧化三铁(Fe3O4)﹑以及铁与铜﹑钴﹑锰﹑锌构成的复合金属氧化物,例如CoFe2O4﹑CuFe2O4﹑MnFe2O4﹑ZnFe2O4以及由以上所述两种以上金属氧化物组合形成的多金属复合催化剂。所述的过氧化物是双氧水﹑过硫酸铵﹑过一硫酸氢钾复合盐﹑过硫酸钠和过硫酸钾中的一种或两种以上的混合。
[0053] 实施例1.
[0054] 烟气中硫化氢浓度为800ppm,烟气温度为40℃,臭氧浓度为80ppm,过一硫酸氢钾复合盐的摩尔浓度为0.1mol/L,溶液pH为3.9,催化剂CoFe2O4的投加量为每立方米0.2kg,微波辐射功率密度为200W/m3,液气比为2L/m3。小试结果为:硫化氢的除效率为62.2%。
[0055] 实施例3.
[0056] 烟气中硫化氢浓度为800ppm,烟气温度为40℃,臭氧浓度为80ppm,过一硫酸氢钾复合盐的摩尔浓度为0.2mol/L,溶液pH为3.9,催化剂CoFe2O4的投加量为每立方米0.4kg,微波辐射功率密度为200W/m3,液气比为2L/m3。小试结果为:硫化氢的除效率为87.5%。
[0057] 实施例3.
[0058] 烟气中硫化氢浓度为800ppm,烟气温度为40℃,臭氧浓度为80ppm,过一硫酸氢钾复合盐的摩尔浓度为0.2mol/L,溶液pH为3.9,催化剂CoFe2O4的投加量为每立方米0.4kg,微3 3
波辐射功率密度为500W/m,液气比为3L/m。小试结果为:硫化氢的除效率为100%。
[0059] 实施例4.
[0060] 烟气中硫化氢浓度为800ppm,烟气温度为40℃,臭氧浓度为100ppm,过硫酸铵的摩尔浓度为0.1mol/L,溶液pH为3.9,催化剂CuFe2O4的投加量为每立方米0.2kg,微波辐射功率3 3
密度为200W/m,液气比为2L/m。小试结果为:硫化氢的除效率为69.9%。
[0061] 实施例5.
[0062] 烟气中硫化氢浓度为800ppm,烟气温度为40℃,臭氧浓度为100ppm,过硫酸铵的摩尔浓度为0.2mol/L,溶液pH为3.9,催化剂CuFe2O4的投加量为每立方米0.4kg,微波辐射功率3 3
密度为200W/m,液气比为2L/m。小试结果为:硫化氢的除效率为93.4%。
[0063] 实施例6.
[0064] 烟气中硫化氢浓度为800ppm,烟气温度为40℃,臭氧浓度为100ppm,过硫酸铵的摩尔浓度为0.2mol/L,溶液pH为3.9,催化剂CuFe2O4的投加量为每立方米0.4kg,微波辐射功率密度为500W/m3,液气比为3L/m3。小试结果为:硫化氢的除效率为100%。
[0065] 实施例7.
[0066] 烟气中硫化氢浓度为800ppm,烟气温度为40℃,臭氧浓度为100ppm,过硫酸铵的摩尔浓度为0.2mol/L,溶液pH为3.9,催化剂MnFe2O4的投加量为每立方米0.2kg,微波辐射功率密度为200W/m3,液气比为2L/m3。小试结果为:硫化氢的除效率为49.3%。
[0067] 实施例8.
[0068] 烟气中硫化氢浓度为800ppm,烟气温度为40℃,臭氧浓度为100ppm,过硫酸铵的摩尔浓度为0.3mol/L,溶液pH为3.9,催化剂MnFe2O4的投加量为每立方米0.4kg,微波辐射功率密度为200W/m3,液气比为2L/m3。小试结果为:硫化氢的除效率为73.1%。
[0069] 实施例9.
[0070] 烟气中硫化氢浓度为800ppm,烟气温度为40℃,臭氧浓度为100ppm,过硫酸铵的摩尔浓度为0.5mol/L,溶液pH为3.9,催化剂MnFe2O4的投加量为每立方米0.4kg,微波辐射功率密度为500W/m3,液气比为3L/m3。小试结果为:硫化氢的除效率为93.8%。
[0071] 实施例10.
[0072] 烟气中硫化氢浓度为800ppm,烟气温度为40℃,臭氧浓度为100ppm,过硫酸铵的摩尔浓度为0.8mol/L,溶液pH为3.9,催化剂MnFe2O4的投加量为每立方米0.4kg,微波辐射功率密度为800W/m3,液气比为3L/m3。小试结果为:硫化氢的除效率为100%。
[0073] 经过以上实施例的综合对比可知,实施例3,6和10具有最佳的脱除效果,脱除效率均达到100%,可作为最佳实施例参照使用。
[0074] 所述实施例为本发明的优选的实施方式,但本发明并不限于上述实施方式,在不背离本发明的实质内容的情况下,本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。