本发明专利技术公开了一种质子膜电催化烟气脱硫脱硝装置。该装置由催化反应吸收塔与电解反应器组成，电解反应器通过引流板(10)的氢气口(9)与催化反应吸收塔相通。催化反应吸收塔的塔身壳体(27)内从上端到靠近下端处依次设有挡板(28)、第一脱硫脱硝催化剂填料层(2)、上承接板(26)、固碳催化剂填料层(3)、中承接板(25)、第二脱硫脱硝催化剂填料层(4)、下承接板(24)、固液分离器(23)、烟气分散器(6)和氢气分散器(7)。电解反应器内设有电解反应室，电解反应室内部设有阳极板(14)和阴极板(12)，阳极板(14)和阴极板(12)之间均通过质子膜(13)隔开。该装置具有结构简单、占地面积小、投资和运行费用低、烟气净化效率高和产物回收再利用效果好的特点。
【技术实现步骤摘要】
一种质子膜电催化烟气脱硫脱硝装置
本专利技术属于烟气脱硫脱硝装置
具体涉及一种质子膜电催化烟气脱硫脱硝装置。
技术介绍
随着我国工业化、城镇化的不断加速，工业在国民经济增长中占有越来越大的比重，人类对于能源的需求也与日俱增。煤炭、石油、天然气等自然资源的消耗日益剧增，导致了大气污染。日前，全国众多城市出现的雾霾天气，使人类的生存环境面临挑战，大气中的有害气体因其具有毒害性强、扩散波及面积广、控制难度大等特点，备受国内外各界的关注。SO2、NOX以及CO2等烟气作为主要污染物质，其中SO2、NOX会形成酸雨，亦会形成光化学烟雾等污染现象，不仅会危害人们的呼吸道系统，还会破坏植被的正常生长；而空气中释放的大量的CO2，严重影响气候变化，造成“温室效应”，所以如何有效地治理SO2、NOX以及CO2等有害烟气已成为迫在眉睫的环保问题。目前，对于烟气SOX的去除主要采用的是石灰石—石膏法，石灰石—石膏法在研究和环保上取得了一些成果，但是存在装置复杂，投资大，运行费用偏高的问题，当烟气中SO2波动比较大时，石灰石量难以控制，生成的CaSO3和CaSO4容易堵塞管道和设备。对于烟气NOX的去除主要采用催化还原法，催化还原法将烟气中的NOX排放浓度虽可降至较低水平，但消耗大量NH3，有的还消耗燃料气，经济亏损大。在降低CO2浓度的方法中，研究最多的还原方法有热化学还原和光催化还原等，其中热化学还原需要高温高压，而且在还原的过程中还会产生CO2；光催化还原虽然环保节能，但是产率较低，速度较慢。传统工艺多是在脱硫装置后面或在除尘器前面加装脱硝装置，从而实现联合脱硫脱硝，这种分级治理方式存在占地面积大、投资和运行费用高等诸多弊端。
技术实现思路
本专利技术旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种结构简单、占地面积小、投资和运行费用低、烟气净化效率高和产物回收再利用效果好的质子膜电催化烟气脱硫脱硝装置。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：所述装置由催化反应吸收塔和电解反应器组成，催化反应吸收塔的下端和电解反应器的上端同中心线连接为整体。催化反应吸收塔的结构是：顶盖和塔身通过法兰同中心线固定连接，顶盖的纵截面呈圆弧状，顶盖的中心位置处设有排气口。塔身的结构是：塔身壳体为空心圆柱体，塔身壳体的高度和外径比为3︰1~5︰1。在塔身壳体内，从上端到靠近下端处依次设有挡板、第一脱硫脱硝催化剂填料层、上承接板、固碳催化剂填料层、中承接板、第二脱硫脱硝催化剂填料层、下承接板、固液分离器、烟气分散器和氢气分散器。其中：挡板与上承接板间的距离、上承接板与中承接板间的距离和中承接板与下承接板间的距离相等；第一脱硫脱硝催化剂填料层、固碳催化剂填料层和第二脱硫脱硝催化剂填料层的填料填充率为0.9~1倍。固液分离器为斜面设置，固液分离器与水平面的夹角为15~20°，固液分离器与塔身壳体的内壁固定连接。塔身壳体的一侧开有固体产物排出口，所述塔身壳体的一侧为与固液分离器的斜面最低位置相同的一侧，固体产物排出口紧贴固液分离器的上斜面。在塔身壳体的另一侧开有烟气进气口，烟气进气口位于烟气分散器和氢气分散器之间。烟气分散器的上平面到下承接板的下平面间的距离为塔身壳体内径的0.3~0.4倍，氢气分散器的上平面到烟气分散器的下平面间的距离为塔身壳体内径的0.2~0.3倍。所述电解反应器的结构是：电解反应器壳体为圆筒状，电解反应器壳体外径与塔身壳体的外径相等，电解反应器壳体的高度与外径之比为1.1︰1~1.3︰1。电解反应器壳体最上端设有引流板，引流板为斜面设置，引流板与水平面的夹角为15~20°。在引流板开有氢气口，氢气口位于引流板斜面的最高处。电解反应器壳体的一侧开有液体产物排出口和氧气排出口，所述电解反应器壳体的一侧为与引流板的斜面最低位置相同的一侧，液体产物排出口紧贴引流板上斜面，氧气排出口紧贴引流板下斜面。电解反应器壳体内设有电解反应室，电解反应室位于电解反应器壳体的下部，在电解反应器壳体的底部与电解反应室的底部之间开有进液口。电解反应室为箱体状，箱体顶板、箱体底板、箱体前侧板和箱体后侧板的内壁均匀地开有11个或15个或19个插槽，每个插槽呈“口”字状，每个插槽所在的平面与箱体的左侧板平行。在顺序号为偶数的插槽中均嵌有质子膜，顺序号为1、5、9的插槽中嵌入阳极板(14)，或顺序号为1、5、9、13的插槽中嵌入阳极板(14)，或顺序号为1、5、9、13、17的插槽中嵌入阳极板，其余插槽均嵌有阴极板。箱体底板和箱体顶板的插槽间均匀地开有一排小孔，每排小孔为12~30个，小孔孔径为5~8mm。箱体顶板的上平面固定有3~5个条形槽板，固定时每个条形槽板的槽口朝下，阴极板两侧的气孔位于条形槽板的槽口内。条形槽板间相通，氢气管道的一端与条形槽板相通，氢气管道的另一端与氢气口相通。所述阳极板通过正极导线与电池的正极连接，所述阴极板通过负极导线与电池的负极连接。所述挡板的厚度为1~3cm，挡板的外径与塔身壳体的内径相等；挡板开有小孔，所述小孔的孔径为1~3mm，开孔率为45~65%；所述挡板与上承接板、中承接板和下承接板相同。所述第一脱硫脱硝催化剂填料层的填料为活性炭、Cu/Mg/Al催化剂、CuO/Al2O3催化剂和CoMo/Al2O3催化剂中的一种以上，粒径为4~6mm。所述固碳催化剂填料层的填料为Cu/Al2O3催化剂和CuO/ZnO/Al2O3催化剂中的一种或两种，粒径为4~6mm。所述第二脱硫脱硝催化剂填料层的填料为活性炭、Cu/Mg/Al催化剂、CuO/Al2O3催化剂和CoMo/Al2O3催化剂中的一种以上，粒径为4~6mm。所述固液分离器由不锈钢圈和过滤网布组成，不锈钢圈呈椭圆形，过滤网布固定在不锈钢圈上，过滤网布的材质为聚丙烯或尼龙，孔径为0.045~0.15mm。所述烟气分散器的厚度为5~15cm，烟气分散器开有小孔，所述小孔的孔径为1~5mm，开孔率为30~50%。所述氢气分散器的厚度为5~15cm，氢气分散器开有小孔，所述小孔的孔径为3~5mm，开孔率为50~70%。所述质子膜的材料为纳米碳纤维材料。所述条形槽板的两端封闭。本装置能对混合烟气中的SO2、NOX和CO2进行净化，还能对产物中的硫磺和甲醇资源回收利用。其具体步骤如下：步骤一，通过本装置的进液口，先将水泵入电解反应器中，电解反应器中的电压为2.2V～3.5V，再开启氧气排出口的阀门和氢气口的阀门。电解反应开始，水在电场作用下，分解出H+和OH-，OH-在阳极发生氧化反应生成O2，O2通过阳极板两侧的小孔从电解反应室进入到电解反应器壳体，再通过氧气排出口排出；H+则由阳极穿过质子膜迁移到阴极发生还原反应，与电子结合生成H2，H2通过阴极板两侧的小孔进入条形槽板内，再经过氢气管道通过氢气分散器进入催化反应吸收塔。步骤二，当H2进入催化反应吸收塔时，开启烟气进气口的阀门，通过阀门调节烟气的进气浓度，将经过脱氧预处理后的烟气送入催化反应吸收塔中。脱氧预处理后的烟气经过烟气分散器分散后依次通过第二脱硫脱硝催化剂填料层、固碳催化剂填料层和第一脱硫脱硝催化剂填料层，使其和各个填料层中的催化剂充分接触，进行脱硫、脱硝和固碳反应，得到硫磺、氮气和甲醇。步骤三，对烟气净化后的产物进行收集处理。脱硝本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种质子膜电催化烟气脱硫脱硝装置，其特征在于所述装置由催化反应吸收塔和电解反应器组成，催化反应吸收塔的下端和电解反应器的上端同中心线连接为整体；催化反应吸收塔的结构是：顶盖(29)和塔身(5)通过法兰同中心线固定连接，顶盖(29)的纵截面呈圆弧状，顶盖(29)的中心位置处设有排气口(1)；塔身(5)的结构是：塔身壳体(27)为空心圆柱体，塔身壳体(27)的高度和外径比为3︰1~5︰1；在塔身壳体(27)内，从上端到靠近下端处依次设有挡板(28)、第一脱硫脱硝催化剂填料层(2)、上承接板(26)、固碳催化剂填料层(3)、中承接板(25)、第二脱硫脱硝催化剂填料层(4)、下承接板(24)、固液分离器(23)、烟气分散器(6)和氢气分散器(7)；其中：挡板(28)与上承接板(26)间的距离、上承接板(26)与中承接板(25)间的距离和中承接板(25)与下承接板(24)间的距离相等，第一脱硫脱硝催化剂填料层(2)、固碳催化剂填料层(3)和第二脱硫脱硝催化剂填料层(4)的填料填充率为0.9~1倍；固液分离器(23)为斜面设置，固液分离器(23)与水平面的夹角为15~20°，固液分离器(23)与塔身壳体(27)的内壁固定连接；塔身壳体(27)的一侧开有固体产物排出口(22)，所述塔身壳体(27)的一侧为与固液分离器(23)的斜面最低位置相同的一侧，固体产物排出口(22)紧贴固液分离器(23)的上斜面；在塔身壳体(27)的另一侧开有烟气进气口(8)，烟气进气口(8)位于烟气分散器(6)和氢气分散器(7)之间；烟气分散器(6)的上平面到下承接板(24)的下平面间的距离为塔身壳体(27)内径的0.3~0.4倍，氢气分散器(7)的上平面到烟气分散器(6)的下平面间的距离为塔身壳体(27)内径的0.2~0.3倍；所述电解反应器的结构是：电解反应器壳体(18)为圆筒状，电解反应器壳体(18)外径与塔身壳体(27)的外径相等，电解反应器壳体(18)的高度与外径之比为1.1︰1~1.3︰1；电解反应器壳体(18)最上端设有引流板(10)，引流板(10)为斜面设置，引流板(10)与水平面的夹角为15~20°；在引流板(10)开有氢气口(9)，氢气口(9)位于引流板(10)斜面的最高处；电解反应器壳体(18)的一侧开有液体产物排出口(21)和氧气排出口(20)，所述电解反应器壳体(18)的一侧为与引流板(10)的斜面最低位置相同的一侧，液体产物排出口(21)紧贴引流板(10)上斜面，氧气排出口(20)紧贴引流板(10)下斜面；电解反应器壳体(18)内设有电解反应室，电解反应室位于电解反应器壳体(18)的下部，在电解反应器壳体(18)的底部与电解反应室的底部之间开有进液口(16)；电解反应室为箱体状，箱体顶板、箱体底板、箱体前侧板和箱体后侧板的内壁均匀地开有11个或15个或19个插槽，每个插槽呈“口”字状，每个插槽所在的平面与箱体的左侧板平行；在顺序号为偶数的插槽中均嵌有质子膜(13)，顺序号为1、5、9的插槽中嵌入阳极板(14)，或顺序号为1、5、9、13的插槽中嵌入阳极板(14)，或顺序号为1、5、9、13、17的插槽中嵌入阳极板(14)，其余插槽均嵌有阴极板(12)；箱体底板和箱体顶板的插槽间均匀地开有一排小孔，每排小孔为12~30个，小孔孔径为5~8mm；箱体顶板的上平面固定有3~5个条形槽板(19)，每个条形槽板(19)的槽口朝下，阴极板(12)两侧的气孔位于条形槽板(19)的槽口内；条形槽板(19)间相通，氢气管道(11)的一端与条形槽板(19)相通，氢气管道(11)的另一端与氢气口(9)相通；所述阳极板(14)通过正极导线(17)与电池的正极连接，所述阴极板(12)通过负极导线(15)与电池的负极连接。...
【技术特征摘要】
1.一种质子膜电催化烟气脱硫脱硝装置，其特征在于所述装置由催化反应吸收塔和电解反应器组成，催化反应吸收塔的下端和电解反应器的上端同中心线连接为整体；催化反应吸收塔的结构是：顶盖(29)和塔身(5)通过法兰同中心线固定连接，顶盖(29)的纵截面呈圆弧状，顶盖(29)的中心位置处设有排气口(1)；塔身(5)的结构是：塔身壳体(27)为空心圆柱体，塔身壳体(27)的高度和外径比为3︰1～5︰1；在塔身壳体(27)内，从上端到靠近下端处依次设有挡板(28)、第一脱硫脱硝催化剂填料层(2)、上承接板(26)、固碳催化剂填料层(3)、中承接板(25)、第二脱硫脱硝催化剂填料层(4)、下承接板(24)、固液分离器(23)、烟气分散器(6)和氢气分散器(7)；其中：挡板(28)与上承接板(26)间的距离、上承接板(26)与中承接板(25)间的距离和中承接板(25)与下承接板(24)间的距离相等，第一脱硫脱硝催化剂填料层(2)、固碳催化剂填料层(3)和第二脱硫脱硝催化剂填料层(4)的填料填充率为0.9～1；固液分离器(23)为斜面设置，固液分离器(23)与水平面的夹角为15～20°，固液分离器(23)与塔身壳体(27)的内壁固定连接；塔身壳体(27)的一侧开有固体产物排出口(22)，所述塔身壳体(27)的一侧为与固液分离器(23)的斜面最低位置相同的一侧，固体产物排出口(22)紧贴固液分离器(23)的上斜面；在塔身壳体(27)的另一侧开有烟气进气口(8)，烟气进气口(8)位于烟气分散器(6)和氢气分散器(7)之间；烟气分散器(6)的上平面到下承接板(24)的下平面间的距离为塔身壳体(27)内径的0.3～0.4倍，氢气分散器(7)的上平面到烟气分散器(6)的下平面间的距离为塔身壳体(27)内径的0.2～0.3倍；所述电解反应器的结构是：电解反应器壳体(18)为圆筒状，电解反应器壳体(18)外径与塔身壳体(27)的外径相等，电解反应器壳体(18)的高度与外径之比为1.1︰1～1.3︰1；电解反应器壳体(18)最上端设有引流板(10)，引流板(10)为斜面设置，引流板(10)与水平面的夹角为15～20°；在引流板(10)开有氢气口(9)，氢气口(9)位于引流板(10)斜面的最高处；电解反应器壳体(18)的一侧开有液体产物排出口(21)和氧气排出口(20)，所述电解反应器壳体(18)的一侧为与引流板(10)的斜面最低位置相同的一侧，液体产物排出口(21)紧贴引流板(10)上斜面，氧气排出口(20)紧贴引流板(10)下斜面；电解反应器壳体(18)内设有电解反应室，电解反应室位于电解反应器壳体(18)的下部，在电解反应器壳体(18)的底部与电解反应室的底部之间开有进液口(16)；电解反应室为箱体状，箱体顶板、箱体底板、箱体前侧板和箱体后侧板的内壁均匀地开有11个或15个或19个插槽，每个插槽呈“口”字状，每个插槽所...
【专利技术属性】
技术研发人员：王黎，张佳凤，孙杨，胡宁，王捷，雷蕾，
申请(专利权)人：武汉科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42
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