吸附協同等離子體作用的順序式脫硫脫硝方法
2023-09-18 06:16:15
專利名稱：吸附協同等離子體作用的順序式脫硫脫硝方法
技術領域：
本發明涉及一種氣體脫硫脫硝方法，尤其是指一種表面吸附協同低溫等離子體作用的順序式一氧化氮還原與二氧化硫氧化一體化脫除方法。
背景技術：
以含硫物質為燃料的高溫燃燒設備(特別是燃煤鍋爐)運轉時排出的煙氣中含有一定量的一氧化氮和二氧化硫，而高於一定濃度的一氧化氮和二氧化硫對環境會造成一定程度的汙染，因此，對煙氣中這兩種環境汙染物質的一體化脫除在當今顯得尤為重要。在煙氣脫硫脫硝技術中，低溫等離子體脫硫脫硝法作為繼幹法、半乾法、溼法等經典脫硫脫硝方法之後的一種全新的脫硝脫硫方法，以其具有的投資少、佔地面積小、運行費用低等獨具的諸多特點，已經成為國際上公認的具有極大市場潛力和良好應用前景的煙氣脫硝脫硫新工藝。
在傳統的低溫等離子體脫硫脫硝法中，通過脈衝放電或其它形式使產生的低溫等離子體中含有大量高能電子、離子和激發態粒子，這些活性粒子與一氧化氮、二氧化硫、氧氣、水分子和還原性氣體分子碰撞的結果；或者在極高能量條件下打開一氧化氮和二氧化硫分子鍵，生成氮氣、單質硫和氧氣；或者產生大量·OH、·HO2、·O等自由基，這些自由基使一氧化氮和二氧化硫氧化，最後在氨分子的參與下生成氨鹽；或者產生還原性的自由基使二氧化硫分子還原成單質硫。但是這些傳統低溫等離子體脫硫脫硝方法不僅存在耗能高、有二次汙染(氨氣的加入)等缺點，而且產生的單質硫或者氨鹽容易附著在器壁上惡化工作環境。在已經授權的專利號為CN02138395.2的中國發明專利中，提出了一種新型的表面吸附低能態等離子體一氧化氮還原方法。該脫硝方法具有能耗低、產物是氮氣和氧氣、產物可以直接排入大氣、不會造成二次汙染、工藝簡單等優點，是處理固定和移動一氧化氮源的一種有效途徑。但是在成功實施該方法時，仍然可以考慮客觀存在的幾個主要問題首先，表面吸附低能態等離子體一氧化氮還原的產物中含有強氧化性的活性氧原子(其基元反應為和)，產生活性氧原子的能量歸根到底也來自電能，然而在該方法中，活性氧原子相互結合成氧分子，這部分能量就被浪費掉了；其次，如果待處理的氣體中同時含有一氧化氮和二氧化硫兩種汙染氣體，那麼，要在還原一氧化氮的同時處理二氧化硫，就必須消耗另外的更多的電能來產生·OH、·HO2、·O等氧化性自由基或還原性自由基，這些自由基會使二氧化硫被氧化或被還原，而在燃煤鍋爐排出的煙氣中，事實上常常同時含有這兩種汙染氣體，因此要同時處理二氧化硫，必須消耗一部分額外的電能。
發明內容
本發明提供一種具有能耗更低和高脫除率的吸附協同等離子體作用的順序式脫硫脫硝方法。
本方法是一種用於氣體脫硫脫硝的吸附協同等離子體作用的順序式一氧化氮還原與二氧化硫氧化脫除方法，在含有一氧化氮和二氧化硫的氣體中加入氮氣並混合，並使其通過高頻高壓電場，該高頻高壓電場的峰值電壓不低於3000伏特、脈衝電壓頻率不低於500赫茲，電場中設置有固體吸附劑顆粒。混合氣體在經過電場時，吸附劑顆粒表面吸附氮氣並發生氣體放電，氣體放電產生的活性氮原子誘發一氧化氮還原，還原反應生成副產物活性氧原子，而活性氧原子則繼續誘發二氧化硫氧化，生成三氧化硫，從而達到順序式一氧化氮還原與二氧化硫氧化的目的。在高頻高壓電場後面可以增設第二級反應器，在其中添加水蒸氣使三氧化硫形成相應的硫酸，最後利用靜電增強型纖維除霧器對可出售的硫酸霧進行收集。上述過程即可完成對一氧化氮和二氧化硫的順序式一體化脫除。
所述固體吸附顆粒為球形或塊狀並充滿於電場之中，該球形顆粒的直徑為2～3毫米，塊狀顆粒的長度為2～3毫米。含有一氧化氮、二氧化硫和氮氣的氣體在高頻高壓電場中的停留時間大於10-4秒。
本發明具有如下技術效果①由於本發明使含有一氧化氮、二氧化硫和氮氣的氣體通過電場，電場中的固體顆粒有選擇地化學吸附氮氣，並在其表面形成氣體放電，隨後誘發順序發生的一氧化氮還原和二氧化硫氧化反應(其順序發生的基元反應為，和)，從而達到了有效地順序式一體化脫硝脫硫的目的。②本發明中，由於高頻高壓電場後面增設第二級反應器，因此，順序式脫硫脫硝反應生成的SO3可以在增設的第二級反應器中與添加的水蒸氣反應生成硫酸霧(其反應方程式為)，硫酸霧可以通過靜電增強型纖維除霧器來收集，可供出售，從而變廢為寶，帶來經濟效益。③本發明中，強氧化性活性氧原子的由一氧化氮還原反應生成，不需要額外的電能，因此節省了二氧化硫氧化的能耗；另外，氮氣分子被化學吸附於固體顆粒吸附劑表面後，氮分子鍵變鬆弛，鍵長會被拉長，而且，當吸附劑顆粒置入高頻高壓電場中時，電場中的場強分布將發生很大的變化，吸附劑顆粒表面部分區域會產生比原有電場強得多的局部強電場，以上兩點足以使吸附在吸附劑表面的氮氣分子電離或離解產生活性粒子所需的外界電場能量降低，從而有效地降低了脫除一氧化氮的能耗。④本發明中，固體顆粒限定為球形或塊狀且其線性尺寸限定為2～3毫米，其優點在於能夠使混合氣體利用顆粒之間的間隙順利通過，並有利於一氧化氮和二氧化硫的最大程度脫除，顆粒直徑大小代表了顆粒的比表面積(比表面積是單位質量的顆粒所具有的表面積)，比表面積越大，顆粒所能吸附的氣體越多。顆粒直徑太小，顆粒之間的空隙也就太小，不利於氣體通過；顆粒直徑太大，比表面積就太小，不利於吸附。⑤本發明中，使含有一氧化氮、二氧化硫和氮氣的氣體在高頻高壓電場中的停留時間大於10-4秒，可以更為有效地脫除一氧化氮和二氧化硫，即可以有效地提高一氧化氮還原率和二氧化硫氧化率。
具體實施例方式
一種用於氣體脫硫脫硝的吸附協同等離子體作用的順序式一氧化氮還原與二氧化硫氧化脫除方法，使含有一氧化氮和二氧化硫的氣體通過高頻高壓電場，該高頻高壓電場的峰值電壓不低於3000伏特、脈衝電壓頻率不低於500赫茲，本實施例所選電場的峰值電壓不低於15000伏特，脈衝電壓頻率不低於3000赫茲。氮氣被設置於高頻高壓電場中的固體吸附劑顆粒化學吸附於其表面，並經氣體放電形成活性氮原子，活性氮原子還原一氧化氮而生成活性氧原子，活性氧原子繼續氧化二氧化硫生成三氧化硫，三氧化硫在後續的第二級反應器中與添加的水蒸氣反應生成可出售的硫酸霧，最後用靜電增強型纖維除霧器進行收集，從而完成了順序式一氧化氮還原脫除與二氧化硫氧化脫除。如果在含一氧化氮和二氧化硫的氣體中缺少或沒有氮氣或考慮到有利於一氧化氮的還原和二氧化硫的氧化，在含有一氧化氮和二氧化硫的氣體中加入氮氣並混合。固體吸附劑顆粒選用沸石與金屬、金屬氧化物的複合物，可以為球形並充滿於電場中，該球形固體顆粒的直徑為2～3毫米，也可以為塊狀並充滿於電場中，該塊狀固體顆粒的長度為2～3毫米，含有一氧化氮和二氧化硫的氣體滯留於電場的時間不小於10-4秒。
權利要求
1.一種吸附協同等離子體作用的順序式脫硫脫硝方法，是在含有一氧化氮和二氧化硫的氣體中加入氮氣並混合，並使其通過峰值電壓不低於3000伏特、脈衝電壓頻率不低於500赫茲的高頻高壓電場，氮氣被設置於高頻高壓電場中的固體吸附劑顆粒化學吸附於其表面，並經氣體放電形成活性氮原子，其特徵在於，活性氮原子還原一氧化氮而生成活性氧原子，活性氧原子繼續氧化二氧化硫生成三氧化硫，三氧化硫在後續的第二級反應器中與添加的水蒸氣反應生成可出售的硫酸霧，最後用靜電增強型纖維除霧器進行收集，從而完成順序式脫硫脫硝。
2.根據權利要求1所述的吸附協同等離子體作用的順序式脫硫脫硝方法，其特徵在於，固體顆粒為沸石與金屬、金屬氧化物的複合物。
全文摘要
一種吸附協同等離子體作用的順序式脫硫脫硝方法，屬於氣體脫硫脫硝領域，是在含有一氧化氮和二氧化硫的氣體中加入氮氣並混合，使其通過峰值電壓不低於3000伏特、脈衝電壓頻率不低於500赫茲的高頻高壓電場，氮氣被設置於電場中的固體吸附劑顆粒化學吸附於其表面，經放電形成活性氮原子，氮原子還原一氧化氮而生成活性氧原子，其特點是氧原子繼續氧化二氧化硫生成三氧化硫，三氧化硫在後續的第二級反應器中與添加的水蒸氣反應生成硫酸霧，最後用纖維除霧器進行收集，從而完成順序式脫硫脫硝。氮氣電離出活性氮原子所需的能量低，吸附在顆粒表面的氮氣電離時所需的能量更低，二氧化硫的氧化不需要消耗額外的能量，從而有效地降低了能耗。
文檔編號B01D53/60GK1792416SQ20051009559
公開日2006年6月28日 申請日期2005年11月24日 優先權日2005年11月24日
發明者餘剛, 曾克思, 蔣彥龍 申請人:南京航空航天大學