一種吸附協同等離子體作用的一體化脫硝脫汞方法
2023-09-18 06:20:40 2
專利名稱：一種吸附協同等離子體作用的一體化脫硝脫汞方法
技術領域：
本發明涉及一種氣體一體化脫硝脫汞方法，尤其是指一種表面吸附協同低溫等離
子體作用的一氧化氮還原與汞氧化相結合的一體化脫除方法。
背景技術：
近年來，煤燃燒過程中痕量元素的排放受到了越來越多的重視，研究痕量元素的 排放及控制已經成為燃燒汙染中的一個新興前沿領域。儘管痕量元素在煤中的濃度很低， 但由於電廠燃煤消耗量極大，其對環境的危害不容忽視。在這些痕量元素中，汞由於其存在 形式的特殊性而受到廣泛重視。汞的存在形式主要包括氣相汞(氣相元素汞Hg°和氣相二 價汞Hg"和固相顆粒汞。固相汞指的是與顆粒表面結合的那部分汞，它較容易被除塵器脫 除；二價汞比較穩定，易溶於水，易被溼法洗滌系統所捕獲而脫除，並且，氧化狀態的汞蒸氣 在煙氣中可以部分或全部被顆粒碳吸收，而吸收了汞的碳顆粒可以被除塵設備從煙氣中除 去，所以排入大氣的二價汞Hg"的量比較少；而元素汞他°具有較高的蒸汽壓並難溶於水， 是相對比較穩定的形態，難以被汙染控制設備收集而直接排入大氣，所以控制元素汞Hg°的 排放只有通過添加吸收劑捕獲或者轉化為易去除的Hg2+形式。 對於汞的脫除，儘管目前研究人員已經對其進行了大量研究，並提出了活性炭吸 附脫汞、鈣基吸收劑脫汞、利用溼法煙氣脫硫脫汞和利用飛灰的吸附作用脫汞等方法，但由 於這些方法或者成本較高，或者脫除效率較低，因此都還不太盡如人意。另一方面，綜合各 方面因素考慮，未來最終的燃煤煙氣汙染控制技術應該是高效、低投入(包括低運行成本) 的多種汙染物一體化綜合控制技術，也就是說，最適合的燃煤煙氣汙染控制技術應該是對 已有的脫硫脫硝技術進行改進，使之能夠同時進行脫汞。 在已經授權的專利號為CN02138395.2的中國發明專利中，發明人提出了一種新 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，還存在一個顯而易見的問題等離子 體一氧化氮還原的產物中含有強氧化性的活性氧原子，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 。由 於煙氣中不僅含有一氧化氮，還含有一定量的汞，因此，如果能夠將煙氣中的汞氧化脫除與 上述等離子體一氧化氮還原的方法結合起來，充分利用一氧化氮還原產生的活性氧原子來 氧化汞，則上述問題將得到解決，這不僅省去了將汞氧化所需的電能，而且實現了同時脫硝 脫汞。
發明內容
技術問題本發明提供一種低能耗的、吸附協同等離子體作用的一體化脫硝脫汞 方法。
技術方案本方法是一種吸附協同等離子體作用的一氧化氮還原與汞氧化相結合的一體化脫除方法，在含有一氧化氮和汞的氣體中加入氮氣混合，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，同時生成副產物活性氧原子，而活性氧原 子則繼續誘發汞氧化，使汞轉化為氧化汞，從而達到一氧化氮還原與汞氧化順序進行的目 的。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、汞和氮氣的氣體在高頻高壓電場中的停留 時間大於10—4秒。 技術效果①由於本發明使含有一氧化氮、汞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 還原和汞氧化反應(其順序發生的基元反應為e+N2 — 2N+e，N+N0 — N^0和0+Hg — Hg0)， 從而達到了有效地一體化脫硝脫汞的目的。②本發明中，強氧化性活性氧原子由 一氧化氮 還原反應生成，不需要額外的電能，因此節省了汞氧化所需的能耗。③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汞的最大程度脫除，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。④本發明中，使含有一氧化氮、汞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汞，即可以有效地提高一氧 化氮還原率和汞氧化率。
具體實施例方式
—種吸附協同等離子體作用的一氧化氮還原與汞氧化相結合的一體化脫除方法， 使含有一氧化氮和汞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 性氧原子繼續將汞氧化，使之轉化為氧化汞，從而完成了順序式一氧化氮還原脫除與汞氧 化脫除。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，含有一氧化氮和汞的氣體滯留於電場的時間不小於10—4秒。
權利要求
一種吸附協同等離子體作用的一體化脫硝脫汞方法，是在含有一氧化氮和汞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，氮氣電離產生的活性氮原子還原一氧化氮，生成活性氧原子，該活性氧原子將汞氧化使之轉化為氧化汞，從而完成一體化脫硫脫硝。
2. 根據權利要求1所述的吸附協同等離子體作用的一體化脫硝脫汞方法，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
本發明公開了一種吸附協同等離子體作用的一體化脫硝脫汞方法，屬於氣體脫硝脫汞領域，是在含有一氧化氮和汞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，其特點是該活性氧原子繼續將汞氧化，使之轉化為氧化汞，從而完成同時脫硝脫汞。由於汞的氧化直接利用了一氧化氮還原產生的活性氧原子，不需要消耗額外的能量，從而有效地降低了能耗。
文檔編號B01D53/74GK101693165SQ200910272409
公開日2010年4月14日 申請日期2009年10月20日 優先權日2009年10月20日
發明者餘剛, 餘奇, 蔣磊 申請人:武漢科技學院;