專利名稱：吸附協(xié)同等離子體作用的順序式脫硫脫硝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氣體脫硫脫硝方法，尤其是指一種表面吸附協(xié)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(shù)：
以含硫物質(zhì)為燃料的高溫燃燒設(shè)備(特別是燃煤鍋爐)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)排出的煙氣中含有一定量的一氧化氮和二氧化硫，而高于一定濃度的一氧化氮和二氧化硫?qū)Νh(huán)境會(huì)造成一定程度的污染，因此，對(duì)煙氣中這兩種環(huán)境污染物質(zhì)的一體化脫除在當(dāng)今顯得尤為重要。在煙氣脫硫脫硝技術(shù)中，低溫等離子體脫硫脫硝法作為繼干法、半干法、濕法等經(jīng)典脫硫脫硝方法之后的一種全新的脫硝脫硫方法，以其具有的投資少、占地面積小、運(yùn)行費(fèi)用低等獨(dú)具的諸多特點(diǎn)，已經(jīng)成為國(guó)際上公認(rèn)的具有極大市場(chǎng)潛力和良好應(yīng)用前景的煙氣脫硝脫硫新工藝。
在傳統(tǒng)的低溫等離子體脫硫脫硝法中，通過(guò)脈沖放電或其它形式使產(chǎn)生的低溫等離子體中含有大量高能電子、離子和激發(fā)態(tài)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(jié)果；或者在極高能量條件下打開(kāi)一氧化氮和二氧化硫分子鍵，生成氮?dú)?、單質(zhì)硫和氧氣；或者產(chǎn)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，最后在氨分子的參與下生成氨鹽；或者產(chǎn)生還原性的自由基使二氧化硫分子還原成單質(zhì)硫。但是這些傳統(tǒng)低溫等離子體脫硫脫硝方法不僅存在耗能高、有二次污染(氨氣的加入)等缺點(diǎn)，而且產(chǎn)生的單質(zhì)硫或者氨鹽容易附著在器壁上惡化工作環(huán)境。在已經(jīng)授權(quán)的專利號(hào)為CN02138395.2的中國(guó)發(fā)明專利中，提出了一種新型的表面吸附低能態(tài)等離子體一氧化氮還原方法。該脫硝方法具有能耗低、產(chǎn)物是氮?dú)夂脱鯕?、產(chǎn)物可以直接排入大氣、不會(huì)造成二次污染、工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，是處理固定和移動(dòng)一氧化氮源的一種有效途徑。但是在成功實(shí)施該方法時(shí)，仍然可以考慮客觀存在的幾個(gè)主要問(wèn)題首先，表面吸附低能態(tài)等離子體一氧化氮還原的產(chǎn)物中含有強(qiáng)氧化性的活性氧原子(其基元反應(yīng)為和)，產(chǎn)生活性氧原子的能量歸根到底也來(lái)自電能，然而在該方法中，活性氧原子相互結(jié)合成氧分子，這部分能量就被浪費(fèi)掉了；其次，如果待處理的氣體中同時(shí)含有一氧化氮和二氧化硫兩種污染氣體，那么，要在還原一氧化氮的同時(shí)處理二氧化硫，就必須消耗另外的更多的電能來(lái)產(chǎn)生·OH、·HO2、·O等氧化性自由基或還原性自由基，這些自由基會(huì)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(shí)上常常同時(shí)含有這兩種污染氣體，因此要同時(shí)處理二氧化硫，必須消耗一部分額外的電能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種具有能耗更低和高脫除率的吸附協(xié)同等離子體作用的順序式脫硫脫硝方法。
本方法是一種用于氣體脫硫脫硝的吸附協(xié)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?dú)獠⒒旌?，并使其通過(guò)高頻高壓電場(chǎng)，該高頻高壓電場(chǎng)的峰值電壓不低于3000伏特、脈沖電壓頻率不低于500赫茲，電場(chǎng)中設(shè)置有固體吸附劑顆粒?；旌蠚怏w在經(jīng)過(guò)電場(chǎng)時(shí)，吸附劑顆粒表面吸附氮?dú)獠l(fā)生氣體放電，氣體放電產(chǎn)生的活性氮原子誘發(fā)一氧化氮還原，還原反應(yīng)生成副產(chǎn)物活性氧原子，而活性氧原子則繼續(xù)誘發(fā)二氧化硫氧化，生成三氧化硫，從而達(dá)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(chǎng)后面可以增設(shè)第二級(jí)反應(yīng)器，在其中添加水蒸氣使三氧化硫形成相應(yīng)的硫酸，最后利用靜電增強(qiáng)型纖維除霧器對(duì)可出售的硫酸霧進(jìn)行收集。上述過(guò)程即可完成對(duì)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并充滿于電場(chǎng)之中，該球形顆粒的直徑為2～3毫米，塊狀顆粒的長(zhǎng)度為2～3毫米。含有一氧化氮、二氧化硫和氮?dú)獾臍怏w在高頻高壓電場(chǎng)中的停留時(shí)間大于10-4秒。
本發(fā)明具有如下技術(shù)效果①由于本發(fā)明使含有一氧化氮、二氧化硫和氮?dú)獾臍怏w通過(guò)電場(chǎng)，電場(chǎng)中的固體顆粒有選擇地化學(xué)吸附氮?dú)?，并在其表面形成氣體放電，隨后誘發(fā)順序發(fā)生的一氧化氮還原和二氧化硫氧化反應(yīng)(其順序發(fā)生的基元反應(yīng)為，和)，從而達(dá)到了有效地順序式一體化脫硝脫硫的目的。②本發(fā)明中，由于高頻高壓電場(chǎng)后面增設(shè)第二級(jí)反應(yīng)器，因此，順序式脫硫脫硝反應(yīng)生成的SO3可以在增設(shè)的第二級(jí)反應(yīng)器中與添加的水蒸氣反應(yīng)生成硫酸霧(其反應(yīng)方程式為)，硫酸霧可以通過(guò)靜電增強(qiáng)型纖維除霧器來(lái)收集，可供出售，從而變廢為寶，帶來(lái)經(jīng)濟(jì)效益。③本發(fā)明中，強(qiáng)氧化性活性氧原子的由一氧化氮還原反應(yīng)生成，不需要額外的電能，因此節(jié)省了二氧化硫氧化的能耗；另外，氮?dú)夥肿颖换瘜W(xué)吸附于固體顆粒吸附劑表面后，氮分子鍵變松弛，鍵長(zhǎng)會(huì)被拉長(zhǎng)，而且，當(dāng)吸附劑顆粒置入高頻高壓電場(chǎng)中時(shí)，電場(chǎng)中的場(chǎng)強(qiáng)分布將發(fā)生很大的變化，吸附劑顆粒表面部分區(qū)域會(huì)產(chǎn)生比原有電場(chǎng)強(qiáng)得多的局部強(qiáng)電場(chǎng)，以上兩點(diǎn)足以使吸附在吸附劑表面的氮?dú)夥肿与婋x或離解產(chǎn)生活性粒子所需的外界電場(chǎng)能量降低，從而有效地降低了脫除一氧化氮的能耗。④本發(fā)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(yōu)點(diǎn)在于能夠使混合氣體利用顆粒之間的間隙順利通過(guò)，并有利于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(zhì)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，不利于氣體通過(guò)；顆粒直徑太大，比表面積就太小，不利于吸附。⑤本發(fā)明中，使含有一氧化氮、二氧化硫和氮?dú)獾臍怏w在高頻高壓電場(chǎng)中的停留時(shí)間大于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(shí)施例方式
一種用于氣體脫硫脫硝的吸附協(xié)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(guò)高頻高壓電場(chǎng)，該高頻高壓電場(chǎng)的峰值電壓不低于3000伏特、脈沖電壓頻率不低于500赫茲，本實(shí)施例所選電場(chǎng)的峰值電壓不低于15000伏特，脈沖電壓頻率不低于3000赫茲。氮?dú)獗辉O(shè)置于高頻高壓電場(chǎng)中的固體吸附劑顆?；瘜W(xué)吸附于其表面，并經(jīng)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(xù)氧化二氧化硫生成三氧化硫，三氧化硫在后續(xù)的第二級(jí)反應(yīng)器中與添加的水蒸氣反應(yīng)生成可出售的硫酸霧，最后用靜電增強(qiáng)型纖維除霧器進(jìn)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(méi)有氮?dú)饣蚩紤]到有利于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?dú)獠⒒旌稀９腆w吸附劑顆粒選用沸石與金屬、金屬氧化物的復(fù)合物，可以為球形并充滿于電場(chǎng)中，該球形固體顆粒的直徑為2～3毫米，也可以為塊狀并充滿于電場(chǎng)中，該塊狀固體顆粒的長(zhǎng)度為2～3毫米，含有一氧化氮和二氧化硫的氣體滯留于電場(chǎng)的時(shí)間不小于10-4秒。
權(quán)利要求
1.一種吸附協(xié)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?dú)獠⒒旌?，并使其通過(guò)峰值電壓不低于3000伏特、脈沖電壓頻率不低于500赫茲的高頻高壓電場(chǎng)，氮?dú)獗辉O(shè)置于高頻高壓電場(chǎng)中的固體吸附劑顆?；瘜W(xué)吸附于其表面，并經(jīng)氣體放電形成活性氮原子，其特征在于，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(xù)氧化二氧化硫生成三氧化硫，三氧化硫在后續(xù)的第二級(jí)反應(yīng)器中與添加的水蒸氣反應(yīng)生成可出售的硫酸霧，最后用靜電增強(qiáng)型纖維除霧器進(jìn)行收集，從而完成順序式脫硫脫硝。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的吸附協(xié)同等離子體作用的順序式脫硫脫硝方法，其特征在于，固體顆粒為沸石與金屬、金屬氧化物的復(fù)合物。
全文摘要
一種吸附協(xié)同等離子體作用的順序式脫硫脫硝方法，屬于氣體脫硫脫硝領(lǐng)域，是在含有一氧化氮和二氧化硫的氣體中加入氮?dú)獠⒒旌?，使其通過(guò)峰值電壓不低于3000伏特、脈沖電壓頻率不低于500赫茲的高頻高壓電場(chǎng)，氮?dú)獗辉O(shè)置于電場(chǎng)中的固體吸附劑顆?；瘜W(xué)吸附于其表面，經(jīng)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(diǎn)是氧原子繼續(xù)氧化二氧化硫生成三氧化硫，三氧化硫在后續(xù)的第二級(jí)反應(yīng)器中與添加的水蒸氣反應(yīng)生成硫酸霧，最后用纖維除霧器進(jìn)行收集，從而完成順序式脫硫脫硝。氮?dú)怆婋x出活性氮原子所需的能量低，吸附在顆粒表面的氮?dú)怆婋x時(shí)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(hào)B01D53/60GK1792416SQ20051009559
公開(kāi)日2006年6月28日 申請(qǐng)日期2005年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月24日
發(fā)明者余剛, 曾克思, 蔣彥龍 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)