一種等離子體干式煙氣脫硫方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種等離子體干式煙氣脫硫方法，該方法采用等離子體輔助脫硫過(guò)濾器，300K到773K中低溫范圍對(duì)輪船尾氣和重型機(jī)械設(shè)備排放煙氣進(jìn)行脫硫。工藝過(guò)程簡(jiǎn)單，在一個(gè)裝置中SO2通過(guò)干法直接轉(zhuǎn)化為硫酸鹽固體，不用轉(zhuǎn)化為硫酸，無(wú)污水、污酸處理問(wèn)題，無(wú)需催化劑，也沒(méi)有NH3等添加劑，可應(yīng)用于船舶汽車尾氣處理等便攜性要求較高的應(yīng)用領(lǐng)域。所施加電流僅為μA級(jí)，且煙氣無(wú)需二次加熱，因而能耗低。低溫脫硫活性高、處理量大，應(yīng)用溫度范圍廣。
【專利說(shuō)明】_種等離子體干式煙氣脫硫方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本發(fā)明涉及煙氣脫硫的【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種等離子體干式煙氣脫硫方法。

【背景技術(shù)】
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[0002]船舶柴油機(jī)和燃煤工業(yè)鍋爐等重型機(jī)械排放廢氣中的502等對(duì)大氣環(huán)境造成的污染已引起國(guó)際社會(huì)的廣泛關(guān)注?？刂芐O2排放可采用多種方法，主要途徑有燃燒前脫除原料的硫分；燃燒過(guò)程中采用先進(jìn)的燃燒方法減少SO2的形成；以及燃燒后對(duì)SO 2進(jìn)行吸收，即煙氣脫硫。依據(jù)我國(guó)目前的技術(shù)水平，煙氣脫硫是降低SO2排放量最經(jīng)濟(jì)有效的手段。
[0003]煙氣脫硫技術(shù)按脫硫劑和脫硫產(chǎn)物的干濕狀態(tài)又可分為濕法和干法，目前以石灰石-石膏法為代表的濕法脫硫技術(shù)，是最主流的煙氣脫硫方法。濕法脫硫總體說(shuō)來(lái)雖然技術(shù)比較成熟，脫硫效率較高，但仍存在投資運(yùn)行成本大、易腐蝕設(shè)備等缺點(diǎn)。相對(duì)來(lái)說(shuō)，一般的干法脫硫過(guò)程簡(jiǎn)單，對(duì)設(shè)備腐蝕性小，脫硫產(chǎn)物易處理，但也容易存在脫硫效率低的問(wèn)題。針對(duì)船舶柴油機(jī)和重型燃煤鍋爐尾氣脫硫領(lǐng)域，濕法脫硫普遍面臨廢水處理問(wèn)題，易造成設(shè)備龐大、二次污染等不利結(jié)果，難以取代干法脫硫。此外，近年來(lái)，等離子體法逐漸發(fā)展起來(lái)，并成為煙氣脫硫的研宄熱點(diǎn)，等離子體中的離子、電子和激發(fā)態(tài)原子都是活性很強(qiáng)的物種，很容易和煙氣中的分子、原子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，與脫硫反應(yīng)裝置相結(jié)合，可有效提高脫硫效率。
[0004]在傳統(tǒng)的碳酸鹽吸附SO2的干式脫硫方法中，923K時(shí)碳酸鹽可以很好地與SO 2反應(yīng)，但當(dāng)反應(yīng)溫度較低時(shí)(473K?723K)，碳酸鹽直接與302反應(yīng)形成硫酸鹽的速率大大降低，而且柴油機(jī)尾氣通常低于923K，將煙氣二次加熱后再脫硫無(wú)疑增加了能耗。此外，當(dāng)溫度升至中溫階段(773K左右)，一些碳酸鹽材料還會(huì)發(fā)生分解，造成脫硫材料不穩(wěn)定。
[0005]采用低溫等離子體輔助脫硫，可以降低反應(yīng)溫度，提高脫硫效率。專利CN103768942A采用介質(zhì)阻擋放電方法產(chǎn)生低溫等離子體，并將等離子體注入到柴油機(jī)排氣管道中，與尾氣中的NO2、SO2反應(yīng)生成硫酸、硝酸霧，將酸霧氣體弓I入到電除酸霧器中，再由直流高壓電源輸入高壓電經(jīng)高壓電纜、絕緣子等裝置施加到電極上，使得電極與電除酸霧器外殼形成高壓靜電場(chǎng)，從而得到凝結(jié)增粗的酸液滴，最后回收硝酸、硫酸的混合酸液，或再添加Ca (OH) 2生成Ca (NO 3) 2和CaSO 4。該法無(wú)需外加氧化催化劑、不用NH3等添加劑，SO 2脫除效率可達(dá)到85%，但需要經(jīng)過(guò)復(fù)雜的過(guò)程將SO2轉(zhuǎn)化為硫酸，增大了設(shè)備占地空間，對(duì)設(shè)備抗腐蝕要求增高，同時(shí)回收的硫酸和硝酸混合酸液作為化工產(chǎn)品分離也需要消耗財(cái)力物力。


【發(fā)明內(nèi)容】

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[0006]本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題與缺陷，提供一種等離子體干式煙氣脫硫方法，采用干式脫硫過(guò)濾器在300K到773K中低溫范圍對(duì)輪船尾氣和重型機(jī)械設(shè)備排放煙氣進(jìn)行脫硫。
[0007]本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的:
[0008]一種等離子體干式煙氣脫硫方法，該方法采用等離子體輔助脫硫過(guò)濾器，300K到773K中低溫范圍對(duì)輪船尾氣和重型機(jī)械設(shè)備排放煙氣進(jìn)行脫硫，所述等離子體輔助脫硫過(guò)濾器為兩端開(kāi)口的桶狀結(jié)構(gòu)，上下兩端分別設(shè)有電極、電極間填充有蜂窩煤過(guò)濾裝置，所述蜂窩煤過(guò)濾裝置蜂窩煤孔道內(nèi)涂有碳酸鹽吸附材料；該方法包括以下步驟:
[0009]a、含硫煙氣沿與電極所在平面垂直方向進(jìn)入等離子體輔助脫硫過(guò)濾器，利用高壓電源放電，產(chǎn)生等離子體，所述等離子體含有高氧化能力的自由基O*和O3氣體；
[0010]b、利用O3氣體對(duì)煙氣中SO 2進(jìn)行氧化，形成SO 3，SO3再與等離子體輔助脫硫過(guò)濾器電極間填充的蜂窩煤過(guò)濾裝置蜂窩煤孔道內(nèi)側(cè)的碳酸鹽吸附材料反應(yīng)生成硫酸鹽和二氧化碳。
[0011]所述等離子體輔助脫硫過(guò)濾器為干式煙氣脫硫過(guò)濾器。
[0012]所述高壓電源優(yōu)選為兩個(gè)，電極為兩對(duì)。
[0013]所述等離子體為常壓低溫等離子體，等離子體的產(chǎn)生方法為介質(zhì)阻擋放電，放電間隙為5.0mm?50mm，放電過(guò)程中，電子溫度為5000K?20000K，氣體溫度為300K?773K。
[0014]所述等離子體的產(chǎn)生條件優(yōu)選為:電源頻率為IkHz?100kHz，電壓為104kV?
2X 105kV，電流為 I ?200 μ A。
[0015]所述碳酸鹽吸附材料選自MgC03、K2CO3.Li2CO3中的一種。
[0016]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0017]1.工藝過(guò)程簡(jiǎn)單，采用等離子體輔助脫硫過(guò)濾器，在一個(gè)裝置中SO2通過(guò)干法直接轉(zhuǎn)化為硫酸鹽固體，不用轉(zhuǎn)化為硫酸，無(wú)污水、污酸處理問(wèn)題，無(wú)需催化劑，也沒(méi)有冊(cè)13等添加劑，可應(yīng)用于船舶汽車尾氣處理等便攜性要求較高的應(yīng)用領(lǐng)域。
[0018]2.所施加電流僅為μΑ級(jí)，且煙氣無(wú)需二次加熱，因而能耗低。
[0019]3.低溫脫硫活性高、處理量大，應(yīng)用溫度范圍廣。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
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[0020]圖1是高壓電源為一個(gè)，電極為一對(duì)時(shí)的等離子體輔助脫硫過(guò)濾器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]其中，1、排煙氣通道，2、煙氣3、等離子體，4、蜂窩煤過(guò)濾裝置，5、介電層，6、電極，7、匹配的電導(dǎo)，8、高壓電源；
[0022]圖2是高壓電源為兩個(gè)，電極為兩對(duì)時(shí)的等離子體輔助脫硫過(guò)濾器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖3是蜂窩煤過(guò)濾裝置的截面示意圖；
[0024]圖4是本發(fā)明脫硫方法在含硫煙氣溫度為723Κ時(shí)的SO2的脫除效果示意圖；
[0025]其中，A指煙氣 Α，含 S02200ppm，O21wt %，C026wt %，水蒸汽 6wt %，其余為 N2;B 指混合煙氣B，B中還含031000ppm。

【具體實(shí)施方式】
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[0026]以下是對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步說(shuō)明，而不是對(duì)本發(fā)明的限制。
[0027]如圖1所示，所述等離子體輔助脫硫過(guò)濾器為兩端開(kāi)口的桶狀結(jié)構(gòu)，上下兩端分別設(shè)有電極6、電極間填充有蜂窩煤過(guò)濾裝置4，所述蜂窩煤過(guò)濾裝置4蜂窩煤孔道內(nèi)涂有碳酸鹽吸附材料，所述等離子體輔助脫硫過(guò)濾器向煙氣提供高頻高壓的高壓電源為一個(gè)。
[0028]如圖2所示，所述等離子體輔助脫硫過(guò)濾器的向煙氣提供高頻高壓的高壓電源為兩個(gè)。
[0029]蜂窩煤過(guò)濾裝置的截面示意圖如圖3所示，碳酸鹽吸附材料涂覆在蜂窩煤過(guò)濾裝置蜂窩煤孔道結(jié)構(gòu)中。
[0030]實(shí)施例1:
[0031]本發(fā)明采用介質(zhì)阻擋放電方法產(chǎn)生等離子體源，利用圖2所示裝置對(duì)含硫煙氣進(jìn)行處理，排煙氣通道I的含硫煙氣2沿與電極6所在平面垂直方向進(jìn)入等離子體輔助脫硫過(guò)濾器，由頻率為IkHz?10kHz、電壓為104kV?2X 105kV的高壓電源8向煙氣I提供高頻高壓，產(chǎn)生相應(yīng)電流為I UA?200 μΑ。在等離子體輔助脫硫過(guò)濾器中，煙氣I主體的溫度可以為300Κ?773Κ之間，對(duì)應(yīng)電離產(chǎn)生電子的溫度則可達(dá)到5000Κ?20000Κ。經(jīng)強(qiáng)電離放電電場(chǎng)離解、電離后，O2轉(zhuǎn)化為O*以及O 3等離子體3。利用等離子體3中03氣體對(duì)煙氣I中SO2進(jìn)行氧化形成SO 3，SO3再與等離子體輔助脫硫過(guò)濾器電極間填充的蜂窩煤過(guò)濾裝置4蜂窩煤孔道內(nèi)側(cè)的碳酸鹽吸附材料反應(yīng)生成硫酸鹽和二氧化碳。
[0032]利用圖2所示裝置對(duì)含硫煙氣進(jìn)行處理，結(jié)果如圖4所示。圖中，煙氣A成分為含S02200ppm, O21wt %, C026wt%，水蒸汽6wt%，其余為N2;由高壓電源向煙氣A提供高頻高壓電，形成混合煙氣B，混合煙氣B中還含031000ppm。從圖4可知，當(dāng)煙氣主體溫度為723K時(shí)，采用K2CO3作為脫硫吸附劑，SO2的處理量為10mg-S02/g-K2C0^，煙氣A的502脫除率分別為91 %，而混合煙氣B的SO2脫除率可達(dá)到97%。當(dāng)煙氣主體溫度為723K時(shí)，采用K 2C03作為脫硫吸附劑，SO2的處理量為20mg-S0 2/g-K2C03時(shí)，煙氣A的SO 2脫除率分別為61 %，混合煙氣B的302脫除率仍可達(dá)到90%。當(dāng)SO2處理量較小的時(shí)候，煙氣中是否含有臭氧，SO2都可以被除掉，但SO 2處理量變大以后，含有臭氧的混合煙氣B反應(yīng)速率快，在一定的煙氣流速下，B的脫硫率仍可保持在較高水平；而不含臭氧的煙氣A的脫硫反應(yīng)速率有限，煙氣A的302脫除率明顯減低。由此可見(jiàn)利用本發(fā)明對(duì)含硫煙氣進(jìn)行處理，在處理量大時(shí)，還能保持尚脫硫活性。
【權(quán)利要求】
1.一種等離子體干式煙氣脫硫方法，其特征在于，該方法采用等離子體輔助脫硫過(guò)濾器，300K到773K中低溫范圍對(duì)輪船尾氣和重型機(jī)械設(shè)備排放煙氣進(jìn)行脫硫，所述等離子體輔助脫硫過(guò)濾器為兩端開(kāi)口的桶狀結(jié)構(gòu)，上下兩端分別設(shè)有電極、電極間填充有蜂窩煤過(guò)濾裝置，所述蜂窩煤過(guò)濾裝置蜂窩煤孔道內(nèi)涂有碳酸鹽吸附材料；該方法包括以下步驟: a、含硫煙氣沿與電極所在平面垂直方向進(jìn)入等離子體輔助脫硫過(guò)濾器，利用高壓電源放電，產(chǎn)生等離子體，所述等離子體含有高氧化能力的自由基O*和O3氣體； b、利用O3氣體對(duì)煙氣中SO2進(jìn)行氧化，形成S03，S03再與等離子體輔助脫硫過(guò)濾器電極間填充的蜂窩煤過(guò)濾裝置蜂窩煤孔道內(nèi)側(cè)的碳酸鹽吸附材料反應(yīng)生成硫酸鹽和二氧化碳。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體干式煙氣脫硫方法，其特征在于，所述高壓電源為兩個(gè)，電極為兩對(duì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的等離子體干式煙氣脫硫方法，其特征在于，所述等離子體為常壓低溫等離子體，等離子體的產(chǎn)生方法為介質(zhì)阻擋放電，放電間隙為5.0mm?50_，放電過(guò)程中，電子溫度為5000K?20000K，氣體溫度為300K?773K。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的等離子體干式煙氣脫硫方法，其特征在于，所述等離子體的產(chǎn)生條件為:電源頻率為IkHz?10kHz，電壓為104kV?2X 105kV，電流為I?200 μ A。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的等離子體干式煙氣脫硫方法，其特征在于，所述碳酸鹽吸附材料選自MgCO3、K2CO3' Li2CO3中的一種。
【文檔編號(hào)】B01D53/81GK104492249SQ201410833747
【公開(kāi)日】2015年4月8日 申請(qǐng)日期:2014年12月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月29日
【發(fā)明者】黃宏宇, 大坂侑吾, 王智輝, 何兆紅, 劉學(xué)成, 鄧立生 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院廣州能源研究所