復相流光放電氧化液相溶質反應器的製作方法

2023-07-05 06:02:46 3

專利名稱：復相流光放電氧化液相溶質反應器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及等離子體化學領域，特別是在富氧環境下依靠流光放電產生非熱等離子體氧化液相中溶質的反應器。
背景技術：
採用氨法脫除煙氣中二氧化硫時，在反應器內生成亞硫酸鹽類，然後需經氧化處理將四價硫氧化為六價。目前，對於所述的氧化處理方法，其一是採用壓縮空氣液相鼓泡法將溶液中的四價硫氧化為六價；其二是採用磷酸或硫酸將四價硫取代出來，生成的高濃度二氧化硫可用催化法氧化為硫酸，這裡簡稱為取代法；其三是採用放電法氧化溶液中的汙染物，使用內徑21.7毫米、高260毫米容器裝有含2.5毫摩爾苯乙酮汙染物水溶液，在水中進行60瓦脈衝放電，需20多分鐘方可降解到1毫摩爾，能量效率約為6.7微摩爾苯乙酮/瓦時。上述三種方法中鼓泡法反應器體積大、反應時間長；取代法流程長；放電法能量效率低。
實用新型內容
本實用新型的目的是提供一種復相流光放電氧化液相溶質反應器，該反應器具有體積小、能耗低、反應時間及反應流程短等優點。
為達到上述目的，本實用新型採用的技術方案為復相流光放電氧化液相溶質反應器由待處理液體輸入管、含氧氣體輸入管、含氧氣源泵、氣液混合管、噴霧器、反應器殼體、放電極、接地極、高壓連接線、接線箱、高壓電源、絕緣蓋、幹氣引進窗、脫霧器、尾氣輸出管、循環氣輸送管、循環氣泵、生成液罐、生成液輸出管、冷卻液輸入管、冷卻液輸入泵、冷卻液輸出管、液閥和氣閥等部分組成。待處理液體輸入管和含氧氣體輸入管上分別裝有液閥和氣閥，含氧氣源泵與含氧氣體輸入管連接，氣液混合管的上端分別與待處理液體輸入管和含氧氣體輸入管連接，所述氣液混合管的下端與位於反應器殼體內上部的噴霧器相連接，在反應器殼體內的中部安裝有放電極和接地極構成流光放電反應區，放電極通過高壓連接線與高壓電源連接，在高壓連接線穿過反應器殼體的位置上設有接線箱，在接線箱內裝有絕緣蓋和幹氣引進窗，在引入幹氣的管道上裝有氣閥，在反應器殼體的下部設置有冷卻液輸入管，在該管道上連接有冷卻液輸入泵，冷卻液輸出管位於反應器殼體內的中部，在所述反應器殼體的底部連接有生成液罐，裝有液閥的生成液輸出管與生成液罐連接，在反應器殼體的一側連接有脫霧器，裝有氣閥的尾氣輸出管與脫霧器連接，循環氣輸送管與尾氣輸送管連接，在循環氣輸送管上設有氣閥和循環氣泵，所述循環氣輸送管與氣液混合管連接。所述電源為直流與高頻交流疊加而成。所述含氧氣體輸入管內輸送的氣體為空氣或一定純度的氧氣。所述放電極平行於氣液混合流動方向設置，其形狀為米字形鋸齒線、十字形鋸齒線或星形線中的一種。所述接地極的形狀為平板或型板，當接地極為平板時，放電極均布在接地極板中間；當接地極為型板時，其布置形式為圓筒並列、蜂窩狀並列、矩形密集圓筒並列、六角形密集圓筒並列或圓形密集圓筒並列等形式中的一種，放電極位於接地極的中心軸線位置。所述接地極朝向放電極的表面為光滑平面，或光滑多孔面，或敷有易沾溼、耐腐蝕、高比表面積襯物。
本實用新型所公開的流光放電氧化液相溶質反應器與現有的三種氧化液相溶質方法相比較，有如下的有益效果依靠流光放電產生非熱等離子體氧化液相溶質，在煙氣含氧量不及空氣的三分之一的條件下，已能產生良好的脫硫效果，本實用新型在高溫富氧氣體中放電，自由基產額高，OH自由基在液相中引發鏈反應將四價硫氧化為六價，加之溶解氧濃度高，對液相中四價硫氧化的效果更好，有益於減小反應器體積，降低能耗，而且反應時間及反應流程短。


圖1為復相流光放電氧化液相溶質反應器結構示意圖；
圖2為並聯線-板結構放電系統示意圖；圖3為矩形截面並聯線-筒結構放電系統示意圖；圖4為並聯線-蜂窩結構放電系統示意圖；圖5為矩形截面線-筒密集結構放電系統示意圖；圖6為六角形截面線-筒密集結構放電系統示意圖；圖7為圓形截面線-筒密集結構放電系統示意圖。
具體實施方式
1溫度為40℃的SO2與當量氨及水反應生成的溶液含硫濃度為0.45mol/100cc，以5.0kg/s的流量從液體輸入管1進入氣液混合管4，含氧量為99％的氣體以0.1m3/kg的氣液比由含氧氣體輸入管2進入氣液混合管4，經混合後的含氧液體由噴霧器5噴入反應器殼體6內，霧滴中位徑為50μ，反應區長3.0m，寬2.0m，高2.3m，放電系統為1288個並聯線筒結構，如圖3所示，有四個反應段，接地極8分為四段，用沸石塊製成，型塊長寬各1m，厚0.5m，均布16×16個半徑25mm的筒，每段用2×3個型塊並列組成，段間筒對準，距離為100mm，放置上下接線的放電極支架，四條上下連杆在每段佔16個圓筒位置，支撐杆每段佔72個位置，冷卻水管佔640個位置。反應區裝設放電極7共5152根，其形狀為米字形鋸齒線，線長500mm，放電極7通過高壓連接線8與高壓電源11連接，在所述高壓連接線8穿過反應器殼體6的位置設有接線箱10，在該接線箱10內設有絕緣蓋12和幹氣引進窗13，由含氧氣體輸入管2通過氣閥24b引入幹氣以保護高壓系統的絕緣，接入放電極7的高壓電源11為10kv直流與峰對峰1.5KV頻率為30KHz的交流電壓疊加，總放電功率為290KW，經流光放電處理後的溶液含(NH4)2SO4正鹽比率為99.5％，該溶液流入生成液罐18，所述生成液溫度升高約30℃，適量由生成液輸出管19流出送去脫水，以保持反應器內液流平衡。復相流光放電反應器內氣體為純度99％的氧氣，耗量為1300kg/h，處理的亞硫酸銨溶液量相當於處理1200000Nm3/h含1500ppmSO2的煙氣，能耗相當於0.24Wh/Nm3，能量效率為0.28摩爾硫/Wh。在被處理溶液接近飽和濃度時，通過冷卻液輸入泵21由冷卻液輸入管20向反應器殼體6內輸入冷卻水，以吸收反應產生的熱量，然後由冷卻液輸出管22排出反應器殼體6外，循環冷卻水量為180m3/h。本實施方式對待處理液體進行氧化處理使用純度為99％的氧氣，開啟循環氣泵17和氣閥24c，關閉氣閥24d，使反應器殼體6內的氧氣經過脫霧器14脫霧後由循環氣輸送管16送入氣液混合管4中循環使用。生產純度為99％氧氣和冷卻的能耗尚未計入。
具體實施方式
2溫度為35℃的SO2與當量氨及水反應生成的溶液含硫濃度為0.47mol/100cc，以0.75kg/s的流量和0.1m3(空氣)/kg(液)的氣液比在管道內混合，噴入復相流光放電反應器，霧滴中位徑為50μ，反應器矩形截面長11.3m，寬9.04m，接地極為200個不鏽鋼筒組成的並列圓筒接地極，如圖3所示，圓筒高2m，內徑210mm，壁厚3mm，內有厚5mm堇青石襯裡，放電極為米字形鋸齒線，長2m，接入放電極的高壓電為20KV直流與峰對峰7.5KV頻率為30KHz的交流電壓疊加，總放電功率為200KW，處理後的溶液含(NH4)2SO4正鹽比率為99.5％，待處理液體的預處理系統採用空氣氧化處理，關閉循環氣泵17和氣閥24c，反應後的尾氣經脫霧器14脫霧後由尾氣輸出管15排出。處理的亞硫酸銨溶液量相當於處理190000Nm3/h含1500ppmSO2的煙氣，能耗相當於1.05Wh/Nm3，能量效率為0.063摩爾硫/Wh。
具體實施方式
3溫度為40℃的S02與當量氨及水反應生成的溶液含硫濃度為0.18mol/100cc(水)，以5.0kg/s的流量和0.1m3(99％氧氣)/kg(液)的氣液比在管道內混合，噴入復相流光放電反應器，霧滴中位徑為50μ，反應區結構與具體實施方式
1相同，不同之處是在反應區內裝設5792根放電極，接入放電極的高壓電為10KV直流與峰對峰1.35KV頻率為30KHz的交流電壓疊加，總放電功率為116KW，處理後的溶液含(NH4)2SO4正鹽比率為99.5％。復相流光放電反應器內氣體為純度99％的氧氣，耗量為520kg/h。處理後的亞硫酸銨溶液量相當於處理含480000Nm3/h含1500ppmSO2的煙氣，能耗相當於0.24Wh/Nm3，能量效率約為0.28摩爾硫/Wh。在無冷卻條件下，放電處理後，所述生成液濃縮至0.22mol/100cc(水)，未出現結晶，溫度升高約30℃，送去脫水。生產純度為99％氧氣的能耗尚未計入。
權利要求1.一種復相流光放電氧化液相溶質反應器，包括待處理液體輸入管(1)、反應器殼體(6)、放電極(7)、接地極(8)、電源(11)、生成液罐(18)、生成液輸出管(19)、液閥(23)和氣閥(24)，其特徵在於還包括含氧氣體輸入管(2)、含氧氣源泵(3)、氣液混合管(4)、噴霧器(5)、高壓連接線(9)、接線箱(10)、絕緣蓋(12)、幹氣引進窗(13)、脫霧器(14)、尾氣輸出管(15)、循環氣輸送管(16)、循環氣泵(17)、冷卻液輸入管(20)、冷卻液輸入泵(21)和冷卻液輸出管(22)；待處理液體輸入管(1)和含氧氣體輸入管(2)上分別裝有液閥(23a)和氣閥(24a)，含氧氣源泵(3)與含氧氣體輸入管(2)連接，氣液混合管(4)的上端分別與待處理液體輸入管(1)和含氧氣體輸入管(2)連接，所述氣液混合管(4)的下端與位於反應器殼體(6)內上部的噴霧器(5)相連接，在反應器殼體(6)內的中部安裝有放電極(7)和接地極(8)構成流光放電反應區，放電極(7)通過高壓連接線(9)與高壓電源(11)連接，在高壓連接線(9)穿過反應器殼體(6)的位置上設有接線箱(10)，在接線箱(10)內裝有絕緣蓋(12)和幹氣引進窗(13)，在引入幹氣的管道上裝有氣閥(24b)，在反應器殼體(6)的下部設置有冷卻液輸入管(20)，在該管道上連接有冷卻液輸入泵(21)，冷卻液輸出管(22)位於反應器殼體(6)內的中部，在所述反應器殼體(6)的底部連接有生成液罐(18)，裝有液閥(23b)的生成液輸出管(19)與生成液罐(18)連接，在反應器殼體(6)的一側連接有脫霧器(14)，裝有氣閥(24d)的尾氣輸出管(15)與脫霧器(14)連接，循環氣輸送管(16)與尾氣輸出管(15)連接，在循環氣輸送管(16)上設有氣閥(24c)和循環氣泵(17)，所述循環氣輸送管(16)與氣液混合管(4)連接。
2.根據權利要求1所述的復相流光放電氧化液相溶質反應器，其特徵在於所述電源(11)為直流基壓與高頻交流疊加而成。
3.根據權利要求1所述的復相流光放電氧化液相溶質反應器，其特徵在於所述含氧氣體輸入管(2)內輸送的氣體為空氣或一定純度的氧氣。
4.根據權利要求1所述的復相流光放電氧化液相溶質反應器，其特徵在於所述放電極(7)平行於氣液混合流動方向設置，其形狀為米字形鋸齒線、十字形鋸齒線或星形線中的一種。
5.根據權利要求1所述的復相流光放電氧化液相溶質反應器，其特徵在於所述接地極(8)的形狀為平板或型板，當接地極(8)為平板時，放電極(7)均布在接地極板(8)中間；當接地極(8)為型板時，其布置形式為圓筒並列、蜂窩狀並列、矩形密集圓筒並列、六角形密集圓筒並列或圓形密集圓筒並列等形式中的一種，放電極(7)位於接地極(8)的中心軸線位置。
6.根據權利要求1所述的復相流光放電氧化液相溶質反應器，其特徵在於所述接地極(8)朝向放電極(7)的表面為光滑平面，或光滑多孔面，或敷有易沾溼、耐腐蝕、高比表面積襯物。
專利摘要本實用新型公開了一種復相流光放電氧化液相溶質反應器，該反應器由待處理液體輸入管、含氧氣體輸入管、氣液混合管、噴霧器、流光放電反應系統、尾氣及循環氣輸送系統、生成液輸出系統、冷卻液循環系統等部分組成。對待處理液體的氧化處理使用空氣或具有一定純度的氧氣，流光放電反應系統所使用的高壓電源為直流與高頻交流疊加而成，位於流光放電反應區的放電極和接地極有良好的極配。本實用新型提供的復相流光放電氧化液相溶質反應器是在高溫富氧條件下依靠流光放電產生非熱等離子體氧化液相溶質，所述反應器具有體積小、能耗低、反應時間及反應流程短等優點。
文檔編號B01D53/74GK2547392SQ0223352
公開日2003年4月30日 申請日期2002年4月29日 優先權日2002年4月29日
發明者李瑞年, 張鴻迪, 徐光 , 馮肇霖, 王毅, 謝有暢, 朱月香, 尉繼英 申請人:廣東傑特科技發展有限公司