具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本公开作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本公开的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本公开相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本公开。

正如背景技术所述，为避免烟气的排放对环境产生不利影响，需要对工业烟气进行脱硫和脱硝处理。工业烟气中二氧化硫占烟气总排放量的85％以上，并伴有氮氧化物生成，而氮氧化物的主要成分是一氧化氮，一氧化氮占氮氧化物总量的90％～95％。所以进行工业烟气处理的对象主要是SO₂和NO。为了简化脱硫脱硝的工艺流程，以及降低处理工业废气的成本，本公开的发明人提供了一种可以同步对二氧化硫和氮氧化物进行去除的一体化脱硫脱硝工艺方法，即采用离子交换法进行脱硫脱硝的方法。

一方面，由于SO₂溶解度不高，属于中等溶解度，而NO的溶解度甚微，完全靠水溶解或碱液吸收都不易达到同时脱硫脱硝的效果。另一方面，SO₂和NO都具有还原性，在与强氧化剂接触时SO₂会被氧化成SO₃，SO₃极易溶于水生成H₂SO₄；而NO则会被氧化成NO₂和N₂O₅，NO₂和N₂O₅极易溶于水生成HNO₃。基于此，采用强氧化剂同时氧化SO₂和NO，使之变成极易溶于水的SO₃、NO₂和N₂O₅是同时脱硫脱硝的关键。

因此在进行离子交换法脱硫脱硝的过程中，首先，对工业烟气进行降温、除尘及增湿预处理。然后，将预处理后的工业烟气与臭氧混合进行氧化反应，使得工业烟气中的一氧化氮被氧化成为高价态氮氧化物以及至少部分二氧化硫被氧化成三氧化硫。也即，在经过降温、除尘及增湿处理的工业烟气中加入一定摩尔比的臭氧，使工业烟气中的NO和部分SO₂迅速被氧化成NO₂、N₂O₅和SO₃等。化学反应方程式如下：

NO+O₃→NO₂+O₂

NO₂+O₃→NO₃+O₂

NO₃+NO₂→N₂O₅

NO₂+NO₂→N₂O₄

N₂O₄+O₃→N₂O₅+O₂

SO₂+O₃→SO₃+O₂

将氧化后的烟气通过所述离子交换材料，使得氧化后的烟气中的二氧化硫、三氧化硫、高价态氮氧化物与所述离子交换材料发生离子交换反应而被吸附，获得达到排放标准的气体。

具体地，气态的SO₂、SO₃、NO₂和N₂O₅，溶于水生成亚硫酸、硫酸和硝酸等。该溶于水的水和反应是可逆的，化学反应方程式如下：

之后，采用离子交换法进行脱硫脱硝，该处理过程可以在若干个离子交换塔中进行。可选的，将强碱性的离子交换材料填装于离子交换塔中，并对离子交换材料进行加湿处理，以提高离子交换材料对工业烟气的吸附速率。经过离子交换，烟气中的二氧化硫和氮氧化物分别以硫酸根离子、亚硫酸根离子以及硝酸根离子的形式被离子交换材料所吸附，与离子较换材料上的碳酸根离子发生离子交换反应，达到了同时脱硫脱硝的目的，从而获得达到排放标准的气体(烟气)。反应方程式如下：

R₂CO₃+SO₃ ^2-+2H⁺→R₂SO₃+CO₂↑+H₂O

R₂CO₃+SO₄ ^2-+2H⁺→R₂SO₄+CO₂↑+H₂O

R₂CO₃+2NO₃ ^1-+2H⁺→2RNO₃+CO₂↑+H₂O

当离子交换材料吸附硫酸根离子、亚硫酸根离子以及硝酸根离子达到饱和状态时，则无法继续吸附上述离子。

在此基础上，本公开提供了一种离子交换法脱硫脱硝离子交换材料再生方法和装置，对于前述一体化脱硫脱硝的过程中使用的离子交换材料进行再生，以实现离子交换材料的重复利用。

本公开的一些实施例提供的离子交换法脱硫脱硝离子交换材料再生方法包括S1和S2。

S1，将再生剂按照一定的空间流速通过离子交换材料，对离子交换材料进行再生。其中，离子交换材料中吸附有硫酸根离子、亚硫酸根离子以及硝酸根离子中的至少一种。

示例性的，该离子交换材料可以为强碱性阴离子离子交换纤维，例如含有季氨基官能团或仲胺基官能团的阴离子离子交换纤维，也可以为强碱性阴离子离子交换树脂。

示例性的，再生剂为质量浓度为5％～12％的Na₂CO₃溶液，可选地，再生剂Na₂CO₃溶液的质量浓度为5％、8％、10％或12％等。

对离子交换材料进行再生包括：再生剂中的离子取代离子交换材料中吸附的离子，也即，Na₂CO₃溶液通过饱和后的离子交换材料之后，离子交换材料上吸附的大量的硫酸根离子、亚硫酸根离子以及硝酸根离子被碳酸根离子所取代，使离子交换材料恢复到碳酸根离子型，从而可以继续使用。反应方程式如下：

R₂SO₃+Na₂CO₃→R₂CO₃+Na₂SO₃

R₂SO₄+Na₂CO₃→R₂CO₃+Na₂SO₄

2RNO₃+Na₂CO₃→R₂CO₃+2NaNO₃

S2，将离子交换材料进行再生之后的液体作为再生液排出。

本公开一些实施例提供的离子交换法脱硫脱硝离子交换材料再生方法，采用再生剂对吸附饱和的离子交换材料进行再生，能够充分利用离子交换材料的可再生性，从而实现对离子交换材料的循环利用，能够节约资源并大大降低离子交换材料的使用成本。

前述设置有离子交换材料的离子交换塔中还可以设置排气口，对离子交换材料进行再生的时机，可以通过检测离子交换塔的排气口排出的气体的成分和浓度来判断。如果发现排出气体中二氧化硫、氮氧化物的排出量开始超标，则可以开始对离子交换材料进行再生。在本公开的至少一个实施例中，离子交换材料的再生周期为48小时～72小时，也即，离子交换材料使用48小时～72小时(具体时间可根据离子交换材料的实际使用情况确定)后，离子交换塔的排气口排出气体中二氧化硫、氮氧化物的排出量开始超标，需要对离子交换材料进行再生。

在本公开的至少一个实施例中，再生剂的用量为两倍离子交换材料体积，再生剂通过离子交换材料的空间流速为2m³/h/m³，离子交换材料的再生时间为1小时。再生剂的空间流速过快，容易导致再生效率不高，再生剂的空间流速过慢，则会使离子交换材料再生的过程耗费的时间较长，降低整个脱硫脱硝工艺流程的生产效率。因此，再生剂按照2m³/h/m³的空间流速通过离子交换材料，能够较好地兼顾再生效率和再生消耗时间。

本公开的发明人在研究过程中发现，离子交换材料再生过程中，向离子交换材料中通入了两倍离子交换材料体积的再生剂，其中，通入的前一倍(第一倍)再生剂的再生效率很高，可达60％以上，回收的再生液中硫酸根离子、亚硫酸根离子和硝酸根离子的浓度较高；而后一倍(第二倍)再生剂的再生效率则较低，平均在20％左右，回收的的再生液中硫酸根离子、亚硫酸根离子和硝酸根离子的浓度较低，回收液中仍含有大量的Na₂CO₃成分。这里，再生效率是通过计算被碳酸根离子所取代的硫酸根离子、亚硫酸根离子以及硝酸根离子的量，占被离子交换材料所吸附的硫酸根离子、亚硫酸根离子以及硝酸根离子的总量的比例而得出。

基于此，在本公开的至少一个实施例中，本公开采用了“前一倍回收，后一倍回用”的工艺流程。也即，离子交换法脱硫脱硝离子交换材料再生方法还包括：在当前次离子交换材料再生过程中，对于排出的两倍离子交换材料体积的再生液，将前一倍体积的再生液回收至再生液回收池，将后一倍体积的再生液回收至再生液回用池；在下一次离子交换材料再生过程中，将再生液回用池中的再生液作为第一倍离子交换材料体积的再生剂，对离子交换材料进行再生；向离子交换材料中通入第二倍离子交换材料体积的再生剂，对离子交换材料进行再生。这样能够节约再生剂的用量(至少节省一倍的再生剂用量)，同时减少再生废液(即进入再生液回收池的再生液)的量(至少减少一倍的再生废液量)。再生废液的浓度较高，有利于对再生废液的集中处理。另外，由于再生废液的量的减少，还可以使后续待处理的再生废液的量相对减少，进一步降低后期废液处理的成本。

此外，本公开一些实施例采用两倍离子交换材料体积按两倍空间流速对离子交换材料进行连续再生的“前一倍回收，后一倍回用”的工艺，相比于非连续再生(例如再生剂的注入有停顿、间隔或等待时长)，连续再生的工艺操作简单便捷，简化了对离子交换材料进行再生的控制系统的结构，并且能够节省再生时间，明显提高再生效率。另外，连续注入再生剂的动态再生效率远大于静态再生(例如非连续再生时)的效率，避免了离子交换再生过程中，可逆反应的发生，有利于获得更好的再生效果。

下面结合示例详细说明一下本公开提供的离子交换法脱硫脱硝离子交换材料再生方法。

在一体化脱硫脱硝的过程中，采用离子交换法对工业烟气进行一体化脱硫脱硝，经过70小时后，离子交换塔的排气口排出气体中二氧化硫、氮氧化物的排出量开始增大至超过预设排出量，例如二氧化硫和一氧化氮排出量分别大于35/50mg/m³，此时进入首次离子交换材料再生过程。

对于再生剂浓度的选择，参考表1。

表1

从上表可见，质量浓度为5％～12％的Na₂CO₃溶液均可以达到较好的再生效率，其中，质量浓度为10％与12％的Na₂CO₃溶液的再生效率相对较高，更能满足离子交换材料重复使用的要求，而从运营成本考虑，选用质量浓度为10％的Na₂CO₃溶液为宜，既可以保证较高的再生效率，又能够合理的控制成本。

基于此，本实施例首次对离子交换材料进行再生时，以质量浓度为10％的Na₂CO₃溶液作为再生剂，将再生剂按照2m³/h/m³的空间流速由外部通入离子交换塔中，通入时间为1h，通入的再生剂的体积为两倍离子交换材料体积。

其中，在通入第一倍体积的再生剂的过程中，离子交换塔的出液口也排出了一倍离子交换材料体积的再生液，该前一倍(第一倍)体积的再生液回收至再生液回收池。在通入第二倍体积的再生剂的过程中，离子交换塔的出液口也排出了一倍体积的再生液，该后一倍(第二倍)体积的再生液回收至再生液回用池。

离子交换材料再生之后可以继续进行离子交换脱硫脱硝，经过65小时后，离子交换塔的排气口排出气体中二氧化硫、氮氧化物的排出量开始增大至超过预设排出量，例如二氧化硫和一氧化氮排出量分别大于35/50mg/m³，此时进入下一次(第二次)离子交换材料再生过程。

将前一次离子交换材料再生过程中再生液回用池收集的“后一倍”体积的再生液，按照2m³/h/m³的空间流速通入离子交换塔，对离子交换材料进行再生，再生之后的废液(即再生液)进入再生液回收池。

之后，将预先制备的质量浓度为10％的Na₂CO₃溶液，按照2m³/h/m³的空间流速由外部通入离子交换塔中，体积为一倍离子交换材料体积，继续对离子交换材料进行再生，在此过程中产生的再生液进入“再生液回用池”留待下一个周期重复利用。

本公开一些实施例提供的离子交换法脱硫脱硝离子交换材料再生方法，通过采用“前一倍回收，后一倍回用”的工艺，不仅节约了一倍离子交换材料体积的再生剂用量，而且减少了一倍离子交换材料体积的再生废液量，为下一步再生废液的处理减轻了压力。“前一倍回收，后一倍回用”工艺的采用在再生剂消耗方面节省了一半的运营费用，能够有效降低了生产成本。

本公开的一些实施例还提供一种采用离子交换法进行脱硫脱硝的方法，包括：对工业烟气进行降温、除尘及增湿预处理；将预处理后的工业烟气与臭氧混合进行氧化反应，使得工业烟气中的一氧化氮被氧化成为高价态氮氧化物以及至少部分二氧化硫被氧化成三氧化硫；将氧化后的烟气通过离子交换材料，使得氧化后的烟气中的二氧化硫、三氧化硫、高价态氮氧化物与所述离子交换材料发生离子交换反应而被吸附，获得达到排放标准的气体；对所述离子交换材料采用上述任一实施例所述的离子交换法脱硫脱硝离子交换材料再生方法进行再生。该采用离子交换法进行脱硫脱硝的方法的具体过程及有益效果参考前述实施例中的描述，此处不再赘述。

请参考图1，本公开的一些实施例还提供一种离子交换法脱硫脱硝离子交换材料再生装置，可以用于实现上述任一实施例所述的离子交换法脱硫脱硝离子交换材料再生方法。

该离子交换法脱硫脱硝离子交换材料再生装置包括离子交换塔1和再生液回收池2。离子交换塔1内设置有离子交换材料；离子交换塔1还可以设置至少一个进料口，用于通入再生剂。再生液回收池2的进液口与离子交换塔1的出液口连接。

在本公开的至少一个实施例中，离子交换法脱硫脱硝离子交换材料再生装置还包括再生液回用池3，再生液回用池3的进液口与离子交换塔1的出液口连接。

在再生液回收池2的进液口与离子交换塔1的出液口之间还可以设置阀门，再生液回用池3的进液口与离子交换塔1的出液口之间也可以设置阀门。上述阀门例如为电子阀门，用于在离子交换材料再生过程中，通过开、关的相互配合，控制再生液的流向。

在本公开的至少一个实施例中，离子交换法脱硫脱硝离子交换材料再生装置还包括：设置在再生液回用池3的出液口与离子交换塔1的进液口之间的第一泵体5，用于将再生液回用池3中的再生液泵入离子交换塔1。

在本公开的至少一个实施例中，离子交换法脱硫脱硝离子交换材料再生装置还包括再生剂配制池4，可用于配制质量浓度为10％的Na₂CO₃溶液。再生剂配制池4的出液口与离子交换塔1的进液口连接。

在本公开的至少一个实施例中，离子交换法脱硫脱硝离子交换材料再生装置还包括：设置在再生剂配制池4的出液口与离子交换塔1的进液口之间的第二泵体6，用于将再生剂配制池4中的再生剂泵入离子交换塔1。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于产品实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见产品实施例的部分说明即可。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例/方式”、“一些实施例/方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例/方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例/方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例/方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例/方式或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例/方式或示例以及不同实施例/方式或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本公开的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。同时，在本公开的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电性连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。

本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本公开，而并非是对本公开的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本公开的范围内。