专利名称：吸附协同等离子体作用的顺序式脱硫脱硝方法
技术领域：
本发明涉及一种气体脱硫脱硝方法，尤其是指一种表面吸附协同低温等离子体作用的顺序式一氧化氮还原与二氧化硫氧化一体化脱除方法。
背景技术：
以含硫物质为燃料的高温燃烧设备(特别是燃煤锅炉)运转时排出的烟气中含有一定量的一氧化氮和二氧化硫，而高于一定浓度的一氧化氮和二氧化硫对环境会造成一定程度的污染，因此，对烟气中这两种环境污染物质的一体化脱除在当今显得尤为重要。在烟气脱硫脱硝技术中，低温等离子体脱硫脱硝法作为继干法、半干法、湿法等经典脱硫脱硝方法之后的一种全新的脱硝脱硫方法，以其具有的投资少、占地面积小、运行费用低等独具的诸多特点，已经成为国际上公认的具有极大市场潜力和良好应用前景的烟气脱硝脱硫新工艺。
在传统的低温等离子体脱硫脱硝法中，通过脉冲放电或其它形式使产生的低温等离子体中含有大量高能电子、离子和激发态粒子，这些活性粒子与一氧化氮、二氧化硫、氧气、水分子和还原性气体分子碰撞的结果；或者在极高能量条件下打开一氧化氮和二氧化硫分子键，生成氮气、单质硫和氧气；或者产生大量·OH、·HO2、·O等自由基，这些自由基使一氧化氮和二氧化硫氧化，最后在氨分子的参与下生成氨盐；或者产生还原性的自由基使二氧化硫分子还原成单质硫。但是这些传统低温等离子体脱硫脱硝方法不仅存在耗能高、有二次污染(氨气的加入)等缺点，而且产生的单质硫或者氨盐容易附着在器壁上恶化工作环境。在已经授权的专利号为CN02138395.2的中国发明专利中，提出了一种新型的表面吸附低能态等离子体一氧化氮还原方法。该脱硝方法具有能耗低、产物是氮气和氧气、产物可以直接排入大气、不会造成二次污染、工艺简单等优点，是处理固定和移动一氧化氮源的一种有效途径。但是在成功实施该方法时，仍然可以考虑客观存在的几个主要问题首先，表面吸附低能态等离子体一氧化氮还原的产物中含有强氧化性的活性氧原子(其基元反应为和)，产生活性氧原子的能量归根到底也来自电能，然而在该方法中，活性氧原子相互结合成氧分子，这部分能量就被浪费掉了；其次，如果待处理的气体中同时含有一氧化氮和二氧化硫两种污染气体，那么，要在还原一氧化氮的同时处理二氧化硫，就必须消耗另外的更多的电能来产生·OH、·HO2、·O等氧化性自由基或还原性自由基，这些自由基会使二氧化硫被氧化或被还原，而在燃煤锅炉排出的烟气中，事实上常常同时含有这两种污染气体，因此要同时处理二氧化硫，必须消耗一部分额外的电能。
发明内容
本发明提供一种具有能耗更低和高脱除率的吸附协同等离子体作用的顺序式脱硫脱硝方法。
本方法是一种用于气体脱硫脱硝的吸附协同等离子体作用的顺序式一氧化氮还原与二氧化硫氧化脱除方法，在含有一氧化氮和二氧化硫的气体中加入氮气并混合，并使其通过高频高压电场，该高频高压电场的峰值电压不低于3000伏特、脉冲电压频率不低于500赫兹，电场中设置有固体吸附剂颗粒。混合气体在经过电场时，吸附剂颗粒表面吸附氮气并发生气体放电，气体放电产生的活性氮原子诱发一氧化氮还原，还原反应生成副产物活性氧原子，而活性氧原子则继续诱发二氧化硫氧化，生成三氧化硫，从而达到顺序式一氧化氮还原与二氧化硫氧化的目的。在高频高压电场后面可以增设第二级反应器，在其中添加水蒸气使三氧化硫形成相应的硫酸，最后利用静电增强型纤维除雾器对可出售的硫酸雾进行收集。上述过程即可完成对一氧化氮和二氧化硫的顺序式一体化脱除。
所述固体吸附颗粒为球形或块状并充满于电场之中，该球形颗粒的直径为2～3毫米，块状颗粒的长度为2～3毫米。含有一氧化氮、二氧化硫和氮气的气体在高频高压电场中的停留时间大于10-4秒。
本发明具有如下技术效果①由于本发明使含有一氧化氮、二氧化硫和氮气的气体通过电场，电场中的固体颗粒有选择地化学吸附氮气，并在其表面形成气体放电，随后诱发顺序发生的一氧化氮还原和二氧化硫氧化反应(其顺序发生的基元反应为，和)，从而达到了有效地顺序式一体化脱硝脱硫的目的。②本发明中，由于高频高压电场后面增设第二级反应器，因此，顺序式脱硫脱硝反应生成的SO3可以在增设的第二级反应器中与添加的水蒸气反应生成硫酸雾(其反应方程式为)，硫酸雾可以通过静电增强型纤维除雾器来收集，可供出售，从而变废为宝，带来经济效益。③本发明中，强氧化性活性氧原子的由一氧化氮还原反应生成，不需要额外的电能，因此节省了二氧化硫氧化的能耗；另外，氮气分子被化学吸附于固体颗粒吸附剂表面后，氮分子键变松弛，键长会被拉长，而且，当吸附剂颗粒置入高频高压电场中时，电场中的场强分布将发生很大的变化，吸附剂颗粒表面部分区域会产生比原有电场强得多的局部强电场，以上两点足以使吸附在吸附剂表面的氮气分子电离或离解产生活性粒子所需的外界电场能量降低，从而有效地降低了脱除一氧化氮的能耗。④本发明中，固体颗粒限定为球形或块状且其线性尺寸限定为2～3毫米，其优点在于能够使混合气体利用颗粒之间的间隙顺利通过，并有利于一氧化氮和二氧化硫的最大程度脱除，颗粒直径大小代表了颗粒的比表面积(比表面积是单位质量的颗粒所具有的表面积)，比表面积越大，颗粒所能吸附的气体越多。颗粒直径太小，颗粒之间的空隙也就太小，不利于气体通过；颗粒直径太大，比表面积就太小，不利于吸附。⑤本发明中，使含有一氧化氮、二氧化硫和氮气的气体在高频高压电场中的停留时间大于10-4秒，可以更为有效地脱除一氧化氮和二氧化硫，即可以有效地提高一氧化氮还原率和二氧化硫氧化率。
具体实施例方式
一种用于气体脱硫脱硝的吸附协同等离子体作用的顺序式一氧化氮还原与二氧化硫氧化脱除方法，使含有一氧化氮和二氧化硫的气体通过高频高压电场，该高频高压电场的峰值电压不低于3000伏特、脉冲电压频率不低于500赫兹，本实施例所选电场的峰值电压不低于15000伏特，脉冲电压频率不低于3000赫兹。氮气被设置于高频高压电场中的固体吸附剂颗粒化学吸附于其表面，并经气体放电形成活性氮原子，活性氮原子还原一氧化氮而生成活性氧原子，活性氧原子继续氧化二氧化硫生成三氧化硫，三氧化硫在后续的第二级反应器中与添加的水蒸气反应生成可出售的硫酸雾，最后用静电增强型纤维除雾器进行收集，从而完成了顺序式一氧化氮还原脱除与二氧化硫氧化脱除。如果在含一氧化氮和二氧化硫的气体中缺少或没有氮气或考虑到有利于一氧化氮的还原和二氧化硫的氧化，在含有一氧化氮和二氧化硫的气体中加入氮气并混合。固体吸附剂颗粒选用沸石与金属、金属氧化物的复合物，可以为球形并充满于电场中，该球形固体颗粒的直径为2～3毫米，也可以为块状并充满于电场中，该块状固体颗粒的长度为2～3毫米，含有一氧化氮和二氧化硫的气体滞留于电场的时间不小于10-4秒。
权利要求
1.一种吸附协同等离子体作用的顺序式脱硫脱硝方法，是在含有一氧化氮和二氧化硫的气体中加入氮气并混合，并使其通过峰值电压不低于3000伏特、脉冲电压频率不低于500赫兹的高频高压电场，氮气被设置于高频高压电场中的固体吸附剂颗粒化学吸附于其表面，并经气体放电形成活性氮原子，其特征在于，活性氮原子还原一氧化氮而生成活性氧原子，活性氧原子继续氧化二氧化硫生成三氧化硫，三氧化硫在后续的第二级反应器中与添加的水蒸气反应生成可出售的硫酸雾，最后用静电增强型纤维除雾器进行收集，从而完成顺序式脱硫脱硝。
2.根据权利要求1所述的吸附协同等离子体作用的顺序式脱硫脱硝方法，其特征在于，固体颗粒为沸石与金属、金属氧化物的复合物。
全文摘要
一种吸附协同等离子体作用的顺序式脱硫脱硝方法，属于气体脱硫脱硝领域，是在含有一氧化氮和二氧化硫的气体中加入氮气并混合，使其通过峰值电压不低于3000伏特、脉冲电压频率不低于500赫兹的高频高压电场，氮气被设置于电场中的固体吸附剂颗粒化学吸附于其表面，经放电形成活性氮原子，氮原子还原一氧化氮而生成活性氧原子，其特点是氧原子继续氧化二氧化硫生成三氧化硫，三氧化硫在后续的第二级反应器中与添加的水蒸气反应生成硫酸雾，最后用纤维除雾器进行收集，从而完成顺序式脱硫脱硝。氮气电离出活性氮原子所需的能量低，吸附在颗粒表面的氮气电离时所需的能量更低，二氧化硫的氧化不需要消耗额外的能量，从而有效地降低了能耗。
文档编号B01D53/60GK1792416SQ20051009559
公开日2006年6月28日 申请日期2005年11月24日 优先权日2005年11月24日
发明者余刚, 曾克思, 蒋彦龙 申请人:南京航空航天大学