[0006] 本发明涉及一种基于光化学自由基的硫化氢脱除方法，所述的方法是采用紫外光辐射分解过氧化物产生强氧化性的羟基或硫酸根自由基作为硫化氢的氧化剂，在撞击床中氧化脱除烟气中的有害气体硫化氢。
[0007] 本发明所采用方法的原理及反应过程如下：
[0008] 由图1所示，采用电子自旋共振光普仪可测定到紫外光辐射双氧水系统中产生了羟基自由基。因此，紫外光辐射分解过氧化氢首先是释放了具有强氧化性的羟基自由基，具体过程可用如下的化学反应(1)表示：
[0009] H2O2+UV→2·OH (1)
[0010] 由图2所示，采用电子自旋共振光普仪可测定到紫外光辐射过硫酸铵系统中产生了硫酸根和羟基自由基。因此，紫外光辐射分解过硫酸盐首先是释放了具有强氧化性的硫酸根和羟基自由基，具体过程可用如下的化学反应(2)和(3)表示：
[0011]
[0012]
[0013] 产生的强氧化性的硫酸根和羟基自由基可将烟气中的硫化氢，氧化脱除：
[0014] 2·OH+H2S→H2SO4+H2O(4)
[0015]
[0016] 反应产生的硫酸溶液可作为工业原料回收利用。例如，可通过添加氨中和硫酸产生硫酸铵溶液，利用锅炉烟气余热蒸发结晶后获得可用于农业肥料的固态硫酸铵，整个脱汞过程无二次污染。
[0017] 为实现脱除硫化氢的目的，根据上述原理，本发明采用的技术方案如下：
[0018] 来自燃烧器的烟气经过烟气温度调节器调温后，分别进入两个管道，所述两个管道都通入撞击塔内的高速喷嘴，烟气进入上述两个管道分成了两部分，通过设置两个烟道，将烟气进行分流，从而实现烟气在撞击塔内对向撞击；过氧化物溶液分别由溶液循环泵一通过入口b由溶液循环泵二通过入口c，入口b和入口c在撞击塔上同轴对向布置；所述两部分烟气分别与过氧化物溶液混合形成雾化的气液混合物。所述两部分烟气与过氧化物溶液混合后由同轴对向布置的高速喷嘴喷入撞击床，两股雾化的气液混合物在撞击床内发生对向撞击混合。发明人的研究发现，当所述两股雾化的气液混合物的撞击平衡点位于撞击床的垂直中心线上时，反应器内气液混合物可达到最佳的撞击强度(此时传质速率最高)和最佳的混合效果，此时污染物的脱除效率最高。相反，当所述的两股气液混合物撞击发生偏斜时(即不在垂直中心线上时)，反应器内气液混合物无法实现均匀混合，传质速率大大降低，此时污染物脱除效率明显下降，无法满足环保指标。
[0019] 由于撞击床的烟气入口温度过高会导致过氧化物发生提前自分解浪费昂贵的氧化剂，因此所述烟气的温度需要经过烟气温度调节器进行调节降温到氧化剂的自分解温度以下，即撞击床的烟气入口温度不高于70℃。
[0020] 液气比过低，污染物的脱除效率太低，无法满足环保要求，但液气比设置的太高，循环泵的功率过大会导致系统的能耗大大增加。发明人经过系统的实验和理论研究发现，所述烟气与过氧化物溶液的有效液气比为1L/m3-15L/m3。
[0021] 过氧化物浓度太低无法释放充足的自由基氧化脱除污染物，但一次投放太高浓度的过氧化会导致额外的自分解和副反应，自分解会导致过氧化物氧化剂消耗严重，增加运行成本，副反应会导致反应产物中产生有害成分，影响最终产物的循环利用。经过发明人的实验和检测分析后发现，过氧化物的最佳浓度为0.3mol/L-2.0mol/L之间。
[0022] 过氧化物溶液的pH太高会导致过氧化物加速自分解而消耗，增加应用成本，但pH过低时会抑制化学吸收平衡，导致污染物脱除效率保持在低水平，无法满足环保指标。发明人经过系统的实验研究﹑理论研究和检测分析后发现，过氧化物溶液的最佳pH位于1.0-7.5之间。
[0023] 溶液温度过高会导致过氧化物发生提前自分解浪费昂贵的氧化剂，70℃是发明人根据正交实验和综合分析后获得的最佳临界温度，超过该临界温度后过氧化物分解速率大幅度增加，污染物的脱除效率大幅度下降。因此，溶液温度不能高于70℃。
[0024] 发明人经过系统的实验和检测分析后发现，烟气中硫化氢的含量太高将导致脱除效率大幅度下降，尾部未被吸收的硫化氢逃逸量大幅度增加，容易造成严重的二次污染物，故经过研究后发现，烟气中硫化氢的含量不高于2000ppm。
[0025] 发明人采用电子自旋共振技术检测后发现，紫外光有效辐射强度设置的太低将无法生成足够浓度的自由基氧化脱除污染物，但紫外光辐射强度太高将会导致系统的能耗大幅度提高，降低系统的经济性。因此，经过综合分析和计算后发现，紫外光有效辐射强度为2 2
30μW/cm-300μW/cm。
[0026] 发明人采用电子自旋共振技术检测后发现，紫外线有效波长如果选择太短，则紫外光在反应器内的传播距离太短，单位功率下的污染物处理量大大降低，无法满足基本的处理要求，但紫外光波长如果选择的太长，紫外光光子的能量将明显降低，低能量的紫外光光子无法破坏过氧化物的分子键，从而无法产生足够浓度的自由基氧化脱除污染物。经过综合的检测分析后发现，紫外线有效波长为170nm-280nm。
[0027] 所述的过氧化物是双氧水﹑过硫酸铵﹑过硫酸钠和过硫酸钾中的一种或两种以上的混合。
[0028] 所述过氧化物溶液在氧化剂添加塔中由补液泵吸入撞击床底部后分别通过循环泵进入烟气管道，与两部分烟气混合。撞击床内的高速喷嘴和紫外灯管均采用多级交叉布置；高速喷嘴与紫外灯管相间布置，且位于同一高度高速喷嘴或紫外灯管采用对向布置。高速喷嘴相邻两层之间的垂直间距H位于20cm-100cm之间，且相邻两级采用90度错开的交叉布置，以达到最佳的撞击和雾化覆盖效果。紫外灯管布置在相邻两级高速喷嘴之间的中心点处，且同样采用90度错开的交叉布置， 以达到最佳的光辐射效果。
[0029] 循环泵一和循环泵二必须具有相同的功率和流量，且对向同轴布置的高速喷嘴必须具有相同的型号﹑出口流量和流速，以保证两股气流碰撞平衡点位于反应器中间位置。
[0030] 所述的燃烧器可以是燃煤锅炉﹑垃圾焚烧炉﹑石油化工设备﹑生物质燃烧锅炉和医疗废弃物焚烧炉中的任一种。
[0031] 所述的过氧化物是双氧水﹑过硫酸铵﹑过硫酸钠和过硫酸钾中的一种或两种以上的混合。
[0032] 需要特别注意的是：以上选择的各种优化参数，均是发明人通过大量的综合实验﹑理论计算和检测分析后才获得的。由于每个操作参数通常还会受到其它一个或多个参数的综合影响或干扰，因此无法通过简单的现场单因素实验或文献对比获得。另外本发明提供的优化参数是在小型设备和放大后的设备上综合对比后确定的，综合考虑了设备放大过程可能产生的“放大效应”，故现场技术人员不能通过对现有设备简单分析后推测获得安全可靠的优化参数。
[0033] 本发明的优点及显著效果(与现有技术或专利对比)：
[0034] 1.根据国际著名化工专家Danckwerts[1]和张成芳教授的研究发现[2]，对于快速化学反应体系，整个污染物脱除的控制步骤主要集中在传质环节，即如果想大幅度提高污染物的脱除效率必须优先强化系统的传质速率。由于传统的鼓泡塔和喷淋塔的传质速率较低，无法满足自由基引发的高速化学反应体系。另外，我国著名学者伍沅教授的研究表[2]明 ，相同条件下，撞击床的传质速率要比鼓泡床和喷淋床高一个数量级以上，具有极高的传质速率，非常适合于自由基引发的快速化学反应体系。本系统实现了100％的污染物脱除效率即可证明撞击床是一种优越的气液反应器，适合于自由基诱导的快速反应体系。因此，发明人首次提出将撞击床与自由基快速反应体系相结合用于脱除烟气中的硫化氢，有明显的创新性和实用价值，也具有良好的发展潜力和市场前景。(参考文献：[1]Danckwerts,P.V.Gas-Liquid Reactions.New York:McGraw-Hill,1970；[2]张成芳.气液反应和反应器[M].北京:化学工业出版社,1985.；[3]伍沅.撞击流-原理·性质·应用[M].北京:化学工业出版社,200。)
[0035] 2.中国专利(ZL201310648205.6)提出了一种利用离子液体捕获硫化氢的方法， 但该方法使用的离子液体合成方法非常复杂，应用成本高，吸收剂性能不稳定，且产物分离困难。本发明采用的光化学羟基自由基脱除硫化氢的方法非常简单，脱除过程稳定可靠，应用成本较低。
[0036] 3.中国专利(ZL201310490922.0)提出了一种利用碳酸钠吸收硫化氢，并用氧气再生的脱除方法和工艺，但该方法工艺复杂，且反应产生的含有杂质的碳酸氢钠副产物无法回收再利用，而本发明提出的工艺相对简单，尤其是产生的反应产物硫酸铵是一种良好的农业肥料，故整个脱除过程没有二次污染。
[0037] 4.中国专利(ZL201210075896.0)提出了双氧水氧化吸收和尾部膜分离的硫化氢脱除方法和工艺，但该方法所用的双氧水吸收剂氧化能力差﹑脱除效率低，只能脱除低浓度硫化氢，且尾部的膜容易被双氧水腐蚀，导致系统运行费用高﹑系统可靠性差。本发明利用紫外光辐射分解产生的羟基或硫酸根自由基的氧化性比双氧水强得多，且类似的光分解系统在水处理领域已有广泛的成功运行案例，故本系统的运行可靠性更高，技术更加成熟可靠。
[0038] 5.中国专利(ZL201210410079.6)提出了一种利用铁系脱除剂催化分解硫化氢的方法及工艺，但该方法提出的脱除剂制备方法非常复杂，吸收剂稳定性不高，需要定期地再生活化，而本发明所述的方法不需要制备复杂的脱除剂和再生活化工序，且运行可靠性更高，可实现系统的连续运行，具有更好的工业应用前景。
