一種等離子體與絡(luò)合催化協(xié)同燃煤煙氣脫硝的方法
【專利摘要】本發(fā)明的一種等離子體與絡(luò)合催化協(xié)同燃煤煙氣脫硝方法是由四個(gè)等離子體反應(yīng)器、高壓電源供電系統(tǒng)、混合器、三個(gè)水處理系統(tǒng)、中和劑、兩個(gè)噴淋水電極形成循環(huán)系統(tǒng)、催化絡(luò)合吸收液組成，首先將待處理燃煤煙氣通入等離子反應(yīng)器人口，經(jīng)過混合器處理后進(jìn)入等離子體反應(yīng)器電場中，高壓電暈放電產(chǎn)生的自由基和活性物質(zhì)將煙氣中部分NO氧化成NO2，通過電場和擴(kuò)散的共同作用下，NO2以及未被氧化的NO遷移進(jìn)入反應(yīng)器內(nèi)噴淋水形電極的液體內(nèi)，NO2經(jīng)過液體吸收形成酸類，而乙二胺合鈷在氧氣存在下對NO進(jìn)行絡(luò)合與催化氧化，最終也形成酸類。煙氣脫硝反應(yīng)后產(chǎn)生的廢水經(jīng)水處理系統(tǒng)處理后可循環(huán)使用，可從廢水中回收部分硝酸鹽。
【專利說明】一種等離子體與絡(luò)合催化協(xié)同燃煤煙氣脫硝的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及煙氣凈化領(lǐng)域的一種等離子體與絡(luò)合催化協(xié)同燃煤煙氣脫硝方法。

【背景技術(shù)】
[0002]工業(yè)的發(fā)展促進(jìn)社會科技的前進(jìn)，人類在享受科技成果的同時(shí)，也在承受著環(huán)境問題。氮氧化物的是大氣污染的主要來源之一，也是形成酸雨的主要物質(zhì)之一，據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國氮氧化物的年排放量為2400萬噸，而其中氮氧化物67%來自于燃煤煙氣。
[0003]2011年全國燃煤消耗為37.96億噸，比上年增長17%，約占全球總量的50%，國家發(fā)改委預(yù)計(jì)，到2020年全國煤炭消耗將達(dá)到62億噸。能源資源條件決定了我國以煤為主的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)在短期內(nèi)難以轉(zhuǎn)變，未來煤炭仍將在整個(gè)能源過程中發(fā)揮不可替代的作用。由此導(dǎo)致污染物排放居高難下:從有關(guān)部門的統(tǒng)計(jì)來看，氮氧化物除了能源消費(fèi)過程中的污染物排放外，能源在開采、煉制及供應(yīng)過程中，也會產(chǎn)生大量有害氣體，嚴(yán)重影響著大氣環(huán)境質(zhì)量，據(jù)有關(guān)部門預(yù)計(jì)，2020年中國燃煤污染導(dǎo)致的疾病需支付經(jīng)濟(jì)代價(jià)達(dá)3900億美元，占國內(nèi)生產(chǎn)總值的13%，發(fā)達(dá)國家在工業(yè)化中后期出現(xiàn)的環(huán)境污染公害已經(jīng)在我國雨后春筍的出現(xiàn)，它導(dǎo)致貧富分化加劇，社會矛盾激化，酸雨污染嚴(yán)重，因此迫切需要進(jìn)一步的開發(fā)更先進(jìn)的煙氣脫硝工藝技術(shù)。
[0004]最近二十年是煙氣脫硝技術(shù)發(fā)展最快的時(shí)期，研究開發(fā)的新技術(shù)達(dá)幾十種，但其中多數(shù)尚處于中間試驗(yàn)或?qū)嶒?yàn)室研究階段。這些技術(shù)大致分為五類。I)電子束照射法。其原理是利用電子加速器產(chǎn)生電子束照射煙氣，從而激發(fā)煙氣中的氣體的分子產(chǎn)生高活性自由基，將NO氧化，然后與加入的氨反應(yīng)生成硫酸銨與硝酸銨。該工藝脫硝效率較高，是干法過程，無廢水產(chǎn)生，系統(tǒng)簡單，操作方便，但存在副產(chǎn)品吸濕性強(qiáng)，氨泄露等問題。2)脈沖等離子法。其原理是利用脈沖電子將氣體分子電離，從而產(chǎn)生大量的高能電子和氧化自由基，將煙氣中NOx氧化，利用NH3進(jìn)行產(chǎn)物的回收，主要生成硫酸銨和硝酸銨等。其成本低，污染小。3)固相吸附再生技術(shù)。其原理是通過固體吸附劑與煙氣中的NOx反應(yīng)生成鹽類物質(zhì)，然后再一定條件下通過各種不同方法將NOx脫附出來再進(jìn)行轉(zhuǎn)化。優(yōu)點(diǎn)脫除率高，缺點(diǎn)為吸附材料的消耗量大，且需再生處理。4) SNOx工藝。SNOx其主要的方法是利用布袋除塵器清除煙氣中的煙塵后，在一級反應(yīng)器中，加熱后的煙氣進(jìn)入催化反應(yīng)器，通過的氨氣與N0X&生反應(yīng)，其主要產(chǎn)物是氨氣和水。該方法優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)行費(fèi)用低，廢水和廢物產(chǎn)生少，脫硝效率可達(dá)到90%。5) SCR法。其原理是在催化劑作用下，還原劑NH3在290-400°C下將NO和NO2還原成N2，而幾乎不發(fā)生NH3的氧化反應(yīng)，從而提高了 N2的選擇性，減少了 NH3的消耗。SCR法現(xiàn)已在世界范圍內(nèi)成為大型工業(yè)鍋爐煙氣脫硝的主流工藝，缺點(diǎn)為催化劑價(jià)格高，需定期更換，高溫催化，催化劑易中毒失活與氨氣逃逸等問題，同時(shí)占地面積大、流程復(fù)雜、投資與運(yùn)行費(fèi)用高等問題。因此具有結(jié)構(gòu)緊湊，低費(fèi)用，投資和運(yùn)行成本少、脫除效率高、能耗低等優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)脫硝技術(shù)受到越來越多的重視，是今后煙氣脫硝技術(shù)重要的發(fā)展趨勢。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供一種等離子體與絡(luò)合催化協(xié)同燃煤煙氣脫硝方法，首先將待處理燃煤煙氣通入等離子體反應(yīng)器入口，經(jīng)過混合器處理后進(jìn)入電暈放電反應(yīng)器電場中，高壓電暈電場放電產(chǎn)生的自由基和活性物質(zhì)將煙氣中部分NO分別氧化NO2，通過電場和擴(kuò)散的共同作用下，NO2以及未被氧化的NO遷移進(jìn)入反應(yīng)器內(nèi)噴淋水形電極的液體內(nèi)，NO2進(jìn)一步被液相吸收形成N03_，乙二胺合鈷在氧氣存在下對未被氧化的NO進(jìn)行絡(luò)合和催化氧化，形成酸類物質(zhì)，從而達(dá)到凈化燃煤煙氣的目的。同時(shí)在過量的乙二胺和強(qiáng)堿下，乙二胺合鈷能夠自行再生，保持長時(shí)間高效脫硝效率。
[0006]本發(fā)明方法可通過等離子體反應(yīng)器來實(shí)現(xiàn)，等離子體反應(yīng)器的中心設(shè)置放電極，再同心設(shè)置1-3排環(huán)形籠式放體電極，放電極之間設(shè)置噴淋水形電極環(huán)狀管道系統(tǒng)，并向其中通入溶液形成水簾作為流水極板；放電極接負(fù)脈沖高壓，流水極板接正脈沖高壓，在放電極與流水極板之間形成強(qiáng)烈的脈沖電暈，此時(shí)，煙氣中的水蒸氣和氧氣在放電下被激活，產(chǎn)生0、0Η、03、0Η2等氧化性自由基，將部分NO氧化成N02。通過電場和擴(kuò)散的共同作用下，NO2以及未被氧化的S02、N0遷移進(jìn)入反應(yīng)器內(nèi)噴淋水形電極的液體內(nèi)，NO2進(jìn)一步被液相吸收形成N03_，乙二胺合鈷在氧氣存在下對未被氧化的NO進(jìn)行絡(luò)合和催化氧化，達(dá)到凈化燃煤煙氣的目的；同時(shí)在過量的乙二胺和強(qiáng)堿下，乙二胺合鈷能夠自行再生，保持長時(shí)間高效脫硝效率。本發(fā)明方法實(shí)現(xiàn)了 NOx的脫除，具有脫除效率高，不產(chǎn)生二次污染等特點(diǎn)，具有廣闊的工業(yè)應(yīng)用前景。
[0007]所述的等離子體反應(yīng)器主要由反應(yīng)器塔體、噴淋水形電極環(huán)狀管道系統(tǒng)、放電極、煙氣脫水器組成。反應(yīng)器塔體由不銹鋼或鋼筋混泥土制成，塔體內(nèi)徑4200-5500mm，塔體長7500-8500mm ;噴淋水形電極環(huán)狀管道系統(tǒng)2由直徑2’ -3’不銹鋼管加工成環(huán)形管道，在環(huán)形軸線管壁表面的垂直向下方向每隔15mm等距離布置弧長X槽寬=10mmX 1mm的弧形開口噴淋槽，環(huán)形管道數(shù)量3-4 (具體由反應(yīng)塔內(nèi)徑大小確定)，環(huán)形管道與循環(huán)溶液系統(tǒng)相聯(lián)接；放電極是圓籠型放電極，是由多根芒刺型放電極等距離構(gòu)成的，芒刺型放電極采用外徑為25-36mm的不銹鋼管，其長度與反應(yīng)器塔體相匹配，芒刺長10_15mm，間距為50_60mm。煙氣脫水器是折流片式脫水器，垂直安裝在反應(yīng)塔出口處。
[0008]所述的高壓電源供電系統(tǒng)是由高壓腫瘤電源、智能控制器(ESPC-1II型)組成，額定輸出電壓為100kv，額定輸出電流300-500mA，控制器可調(diào)節(jié)輸出電壓參數(shù)與脈沖供電方式。
[0009]所述的混合器能夠?qū)Ox與外加空氣混合均勻后進(jìn)去等離子體反應(yīng)器。外加空氣的主要作用是將煙氣中部分NO氧化為NO2，外加空氣質(zhì)量流量為處理煙氣質(zhì)量的1% — 5%。
[0010]所述的水處理系統(tǒng)是由廢水收集中和池、濃縮結(jié)晶池、循環(huán)液緩沖池組成，廢水收集中和池、濃縮結(jié)晶池、循環(huán)液緩沖池通過管道或溢流溝渠連接。
[0011]所述的中和劑是采用工業(yè)用石灰石顆?；蚴一驂A性沖渣水，工業(yè)用石灰石顆粒的粒徑范圍為2mm _5mm。
[0012]所述的噴淋水電極形成循環(huán)系統(tǒng)是由循環(huán)水池、循環(huán)水泵組成。循環(huán)水泵、循環(huán)水池和環(huán)形噴水管通過管道連接，循環(huán)水槽的容量與水泵的規(guī)格根據(jù)處理煙氣量需要選定，循環(huán)水流體積量與處理煙氣體積流量之比為5 — 8L/m3，循環(huán)溶液的pH值控制在8_9左右。
[0013]所述的絡(luò)合催化吸收液是一種乙二胺合鈷溶液，溶液質(zhì)量百分比濃度為0.5%至2%。
[0014]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):
本發(fā)明方法充分利等離子體煙氣脫硝、液相絡(luò)合催化氧化煙氣脫硝、化學(xué)氧化脫硝各自的優(yōu)勢，將三者優(yōu)勢有機(jī)結(jié)合起來，有別于將電暈放電煙氣脫硝、液相催化氧化、化學(xué)氧化煙氣脫硝的簡單組合。它通過電場產(chǎn)生的電暈風(fēng)能夠促進(jìn)NOx的吸收，增加電遷移效果，提高了能量利用率；通過電暈放電產(chǎn)生的自由基、液相催化氧化吸收劑增強(qiáng)了 NOx的氧化作用效果，通過乙二胺合鈷在氧氣存在下對未被氧化的NO進(jìn)行絡(luò)合和催化氧化，達(dá)到煙氣脫硝效果。本發(fā)明方法使用一體式處理解決了 NOx的脫除，混合溶液實(shí)際操作過程中可重復(fù)利用，減少了投資成本，具有結(jié)構(gòu)簡單，脫硝效率高，電暈放電能量利用率高，溶液循環(huán)利用，投資運(yùn)行成本低等特點(diǎn)，具有很大的實(shí)用價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖標(biāo):1-反應(yīng)器塔體，2-噴淋水形電極環(huán)狀管道系統(tǒng)，3-放電極；4_煙氣脫水器，5-高壓電源供電系統(tǒng)，6-混合器，7-廢水收集中和池，8-濃縮結(jié)晶池，9-循環(huán)液緩沖池，10-循環(huán)水池，11-中和劑，12-循環(huán)水泵，13-絡(luò)合催化吸收液。
[0017]具體實(shí)施方案:
一種等離子體與絡(luò)合催化協(xié)同燃煤煙氣脫硝方法。它將電暈放電、液相催化氧化與化學(xué)氧化技術(shù)的特點(diǎn)有機(jī)結(jié)合起來。它的基本思想是:首先將待處理燃煤煙氣通入電暈放電反應(yīng)器入口，經(jīng)過預(yù)氧化噴淋系統(tǒng)處理后進(jìn)入電暈放電反應(yīng)器電場中，高壓電暈電場放電產(chǎn)生的自由基和活性物質(zhì)將煙氣中部分NO分別氧化NO2,通過電場和擴(kuò)散的共同作用下，NO2以及未被氧化的NO遷移進(jìn)入反應(yīng)器內(nèi)噴淋水形電極的液體內(nèi)，乙二胺合鈷在氧氣存在下對NO絡(luò)合和催化氧化，達(dá)到凈化燃煤煙氣的目的；煙氣脫硝反應(yīng)后產(chǎn)生的廢水經(jīng)水處理系統(tǒng)處理后可回用循環(huán)使用，可從廢水中回收部分硝酸鹽。
[0018]實(shí)施例1
某公司自備15噸燃煤沸騰爐，燃煤煙氣量49000m3/h，煙氣NOx濃度為360mg/m3，原采用濃度12%石灰漿水與噴淋塔進(jìn)行煙氣除塵脫硫脫硝，實(shí)際運(yùn)行水氣比大，達(dá)12L/m3，脫硝效率26.2%。煙氣脫硝系統(tǒng)存在石灰漿堵塞管道、結(jié)垢等問題嚴(yán)重影響脫硝系統(tǒng)正常運(yùn)行，并存在脫硫運(yùn)行費(fèi)用高等問題。改造后，保留原有塔體，采用等離子體與絡(luò)合催化協(xié)同燃煤煙氣脫硝工藝，運(yùn)行水氣比為5.7L/m3，乙二胺合鈷溶液濃度1%，循環(huán)溶液的pH值控制在8_9左右，適量提高溶液PH使得乙二胺合鈷溶液可再生并重復(fù)使用。經(jīng)環(huán)保監(jiān)測部門檢測，脫硝效率達(dá)到73.3%，系統(tǒng)運(yùn)行可靠，脫除效果好，減少了脫硝運(yùn)行費(fèi)用。
[0019]實(shí)施例2
某公司自備10噸拋煤爐，燃煤煙氣量37500m3/h，煙氣NOx濃度為410mg/m3，原采用濃度18%石灰漿水與噴淋塔進(jìn)行煙氣除塵脫硫脫硝，實(shí)際運(yùn)行水氣比大，達(dá)13L/m3，脫硝效率27.5%。煙氣脫硝系統(tǒng)存在石灰漿堵塞管道、并存在脫硫運(yùn)行費(fèi)用高等問題。改造后，保留原有塔體，采用等離子體與絡(luò)合催化協(xié)同燃煤煙氣脫硝工藝，運(yùn)行水氣比為7.4L/m3，乙二胺合鈷溶液濃度1.5%，循環(huán)溶液的pH值控制在8-9左右，適量提高溶液pH，乙二胺合鈷溶液可再生并重復(fù)使用。經(jīng)環(huán)保監(jiān)測部門檢測，脫硝效率達(dá)到74.5%，系統(tǒng)運(yùn)行可靠，脫除效果好，減少了脫硝運(yùn)行費(fèi)用，達(dá)到了煙氣有關(guān)排放標(biāo)準(zhǔn)要求。
【權(quán)利要求】
1.一種等離子體與絡(luò)合催化協(xié)同燃煤煙氣脫硝方法，其是由四個(gè)等離子體反應(yīng)器、高壓電源供電系統(tǒng)、混合器、三個(gè)水處理系統(tǒng)、中和劑、兩個(gè)噴淋水電極形成循環(huán)系統(tǒng)、絡(luò)合催化吸收液，首先將待處理燃煤煙氣通入等離子反應(yīng)器入口，經(jīng)過混合器處理后進(jìn)入等離子體反應(yīng)器電場中，高壓電暈放電產(chǎn)生的自由基和活性物質(zhì)將煙氣中部分NO氧化成NO2，通過電場和擴(kuò)散的共同作用下，NO2以及未被氧化的NO遷移進(jìn)入反應(yīng)器內(nèi)噴淋水形電極的液體內(nèi)，NO2經(jīng)過液體吸收形成酸類，而乙二胺合鈷在氧氣存在下對NO進(jìn)行絡(luò)合與催化氧化，最終也形成酸類，溶液中乙二胺合鈷溶液可循環(huán)使用，煙氣脫硝反應(yīng)后產(chǎn)生的廢水經(jīng)水處理系統(tǒng)處理后可回用循環(huán)使用，可從廢水中回收部分硝酸鹽。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種等離子體與絡(luò)合催化協(xié)同燃煤煙氣脫硝方法，其特征在于所述的等離子體反應(yīng)器主要由反應(yīng)器塔體、噴淋水形電極環(huán)狀管道系統(tǒng)、放電極、煙氣脫水器組成，反應(yīng)器塔體由不銹鋼或鋼筋混凝土澆注制成，塔體內(nèi)徑4200-5500mm，塔體長7500-8500mm;噴淋水形電極環(huán)狀管道系統(tǒng)2由直徑2’ -3’不銹鋼管加工成環(huán)形管道，在環(huán)形軸線管壁表面的垂直向下方向每隔15mm等距離布置弧長X槽寬=10mmXlOmm的弧形開口噴淋槽，環(huán)形管道數(shù)量3-4，環(huán)形管道與循環(huán)溶液系統(tǒng)相聯(lián)接；放電極是圓籠型放電極，是由多根芒刺型放電極等距離構(gòu)成的，芒刺型放電極采用外徑為25-36mm的不銹鋼管，其長度與反應(yīng)器塔體相匹配，芒刺長10-12mm，間距為70-80mm;煙氣脫水器4是折流片式脫水器，垂直安裝在反應(yīng)塔出口處。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種等離子體與絡(luò)合催化協(xié)同燃煤煙氣脫硝方法，其特征在于所述的高壓電源供電系統(tǒng)是由高壓腫瘤電源、智能控制器組成，額定輸出電壓為100kV，額定輸出電流300-500mA，控制器可調(diào)節(jié)輸出電壓參數(shù)與脈沖供電方式。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種等離子體與絡(luò)合催化協(xié)同燃煤煙氣脫硝方法，其特征在于所述的混合器能夠?qū)Ox與外加空氣混合均勻后進(jìn)去等離子體反應(yīng)器，外加空氣的主要作用是將煙氣中部分NO氧化為NO2，外加空氣質(zhì)量流量為處理煙氣質(zhì)量的1% — 5%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種等離子體與絡(luò)合催化協(xié)同燃煤煙氣脫硝方法，其特征在于所述的中和劑是采用工業(yè)用石灰石顆粒或石灰或堿性沖渣水，工業(yè)用石灰石顆粒的粒徑范圍為 2 mm _5mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種等離子體與絡(luò)合催化協(xié)同燃煤煙氣脫硝方法，其特征在于所述的水處理系統(tǒng)是由廢水收集中和池、濃縮結(jié)晶池、循環(huán)液緩沖池組成，廢水收集中和池、濃縮結(jié)晶池、循環(huán)液緩沖池通過管道或溢流溝渠連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種等離子體與絡(luò)合催化協(xié)同燃煤煙氣脫硝方法，其特征在于所述的噴淋水電極形成循環(huán)系統(tǒng)是由循環(huán)水池、循環(huán)水泵組成，循環(huán)水泵、循環(huán)水池和環(huán)形噴水管通過管道連接，循環(huán)水槽的容量與水泵的規(guī)格根據(jù)處理煙氣量需要選定，循環(huán)水流體積量與處理煙氣體積流量之比為5 — 8L/m3，循環(huán)溶液的pH值控制在8_9左右。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種等離子體與絡(luò)合催化協(xié)同燃煤煙氣脫硝方法，其特征在于所述的絡(luò)合催化吸收液是一種乙二胺合鈷溶液，溶液質(zhì)量百分比濃度為0.5%至2%。
【文檔編號】B01D53/75GK104043322SQ201410284962
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年6月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月24日
【發(fā)明者】李濟(jì)吾, 唐志鵬 申請人:浙江工商大學(xué)