专利名称：利用多级电子束照射使废气脱硫和脱氮的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明是关于一种利用多级电子束照射，使废气脱硫和脱氮的方法。
以前，已开发出了处理废气的方法，它包括把含硫氧化物和/或氮氧化合物的废气引入一电子束照射室并用电子束照射废气，在电子束照射前和/或后，把氨加入废气中，用集尘器除去生成的付产物，然后将净化后的废气排入大气。另外，还研究了对上述方法的改进，关于使用多级电子束照射装置处理废气的方法，在"利用多级电子束照射使废气脱硫和脱氮的方法和装置"中，提出了使用几个照射元件的方法(日本公开特许40052/1984)。上述文献没有提及两个相邻电子束发生器间的距离。同样，在"利用电子束照射从废气中选择性地或同时分离有害物质的方法"(日本公开特许501142/1988)中，也没有提及在非照射区中废气的停留时间。而且，在非照射区内废气的停留时间，从反应的观点来看，要几秒到几十秒，这在下文将详细描述。
如上所述，以前，已经知道了利用几个电子束发生器来处理废气的方法。但是，关于这种方法，应当怎样准确地设置多级电子束发生器，并不知道。
本发明的目的是提出能有效地实现电子束照射的多个电子束发生器的排列条件，由此提供经济地处理废气的一种方法，和提供用于上述方法的多级电子束照射装置。
本发明的其它的一些目的和一些优点，从下面的描述和附图中，本领域的技术人员将会更加清楚。
图1和图2表示本发明的多级电子束照射装置的示意图。
图3是在非照射区的废气停留时间和被除去的NOx的浓度之间的关系图。
图4是如例1所示的被废气吸收的剂量和被除去的NOx浓度(△NOx)之间的关系图。
图5是如例1所示的被吸收的剂量和脱硫作用之间的关系图。
图6是非照射区的废气停留时间与两相邻的电子束发生器的中心间的距离或照射室的总长度之间的关系图。
图7是在非照射区的废气停留时间与照射室和屏蔽建筑物的总建设费用之间的关系图。
为了实现上述的目的，本发明提供了一种用于处理废气的多级电子束照射装置，它包括一设置了多个电子束发生器的电子束照射室，上述装置的特征是两相邻电子束发生器中心间的距离x，是从下式A计算x＝2α+tv …A式中x是两相邻的电子束发生器的中心的距离(m)，2α是吸收剂量在废气中的持续距离(m)，这个距离的方向与废气流动的方向及其相反的方向垂直相交。该距离所指的是直到基本上不发生由电子束引起反应的那点的距离(即在这个距离期间，所照射的电子束的90%的能量被消耗)，而且该距离随电子束发生器的加速电压，废气的温度和废气的组成而变化。
t是在非照射区内废气的停留时间(秒)(该停留时间大约为0.01-0.5秒)。
v是废气的流速(m/秒)。
在上式A中，0.01是指在基本上不发生由电子束引起的反应的那点的停留时间(秒)。该值是根据实例所示的两级照射试验得到的结果。
为了实现本发明的其它目的，本发明还提供了利用电子束照射处理废气的一种方法，该方法包括把含硫氧化物和/或氮氧化物的废气引入一电子束照射室，并用电子束照射废气，在电子束照射前和/或后，把氨加入废气，利用集尘器除去生成的付产物，然后，将净化后的废气排入大气，上述的方法的特征是在电子束照射室，设置了多个电子束发生器，因而其两相邻电子束发生器中心间的距离，至少是由上述式A所计算的距离，并且废气按顺序通过每个照射区。
在式A中，所吸收的剂量延续的距离(α)是随电子束加速器的加速电压，废气温度和废气的组成而变化。表1中，示出了电压，α和x的参考数据。这些数据是针对废气温度为80℃和流速(V)为10m/秒的情况。
表1电压(KV) α(m) x(m)300 0.4 0.9500 0.5 1.1800 1.0 2.1
1000 1.2 2.51500 1.4 3.02000 1.5 3.13000 1.7 3.5本发明人证实，通过在电子束照射容器中设置几个非照射区可以提高除去氮氧化物的效率。
人们认为，在电子束照射区的脱氮反应是按式(2)-(8)所示的反应进行的，其中在式(1)中示出的电子束照射产生的OH，O和HO2基，起活性物质作用。
(OH″，O″和HO2″各是一种基团)
现在，对O基的反应人们给予高度的注意。O基是在电子束照射区内按式(1)产生的，而且，这个O基也按式(9)产生O3。这个O3氧化NO，并按式(10)将其转化成NO2，然后，NO2按式(5)以NH4NO3形式被固定。
在这些反应进行的同时，也发生如式(11)或(12)所示的反应，其中O基被消耗。由式(11)或(12)所示的反应不是目的反应，但是这些反应浪费了O基，因此是不是希望的。
如上所述，脱氮反应取决于上述的一些基。脱氮反应大致分为两类，一类是[式(6)、式(7)→式(8)的反应]，其中NOx被一些基氧化，并转化成NH4NO3，另一类是[式(4)→式(5)的反应]。人们还发现，也有[式(9)→式(10)]的反应发生，其中产生NO2。
人们也发现，在这些反应发生的同时，也发生如式(11)所示的反应，其中由式(4)或(10)产生的NO2与O基反应，返回到NO，和按式(12)所示的反应，其中O3和OH基消失。由于式(11)和(12)的反应，延长电子束，并没有得到提高除去NOx浓度的效果，而仅仅是浪费了能量。
式(5)和式(11)的反应是互相竞争的反应。但是由式(11)所示的反应是由基引起，并且是很迅速的。因此，只要实现照射(即只要供给基)，式(5)的反应基本上并不进行。
如果可能使式(5)的反应进行而不发生式(11)和(12)的反应，那么用电子束照射能量的最小消耗，就可以得到最大的效果。能达到这一目的的手段就是停止基产生，即停止用电子束照射。利用停止电子束照射，式(11)和(12)的反应并不进行，而按式(5)进行脱氮。如果当在被处理的废气中的NO2和O3基本上消失时，按照式(5)和(10)进行(这时，未反应的NO仍存在)，这时重新开始用电子束照射，通过主要由式(1)到(8)组成的反应可以有效地实现脱氮。
现在，重要的一点是按照式(5)，在被处理的废气中NO2气基本上消失的时间。最初，由式(5)所示的气-气热反应是慢速的，认为要花几秒到几十秒的时间才能发生。然而，意想不到地是，本发明人关于这个方法做出了惊人的发现。那就是，发现当NH4NO3，(NH4)2SO4和(NH4)2SO4及NH4NO3作为电子束照射的产物共有时，在上述产物的表面上，式(5)反应的进行难以置信的迅速。利用中止电子束照射至少为0.01秒所做的各种试验揭示出了这一点，并且NO2在被处理的废气中基本上消失。因此基本的条件已经清楚，设计多级电子束照射装置所需的条件已经清楚，而这些条件在传统的技术中是不能预期的。也很清楚，与我们的预期相反，在非照射区内废气的停留时间可以短到0.01秒。
下面，用250KW燃煤发电厂(气体体积为900000Nm3/小时)的例子，确定了操作装置在非照射区的废气停留时间。
由例1，发现停留时间的下限为0.01秒。图6是气速为10m/秒和温度为80℃时，停留时间与两相邻的800KV的电子束发生器中心间距离的相互关系曲线图。所要求的距离与停留时间成正比的增加。对0.01秒的停留时间，所要求的距离为7m，而对0.6秒的停留时间，所要求的距离为8m。为处理900000Nm3/小时，SO2浓度为1500PPM和NOx浓度为250PPM的废气，并达到脱硫96%和脱氮80%，要求使用8个容量为800KV×500mA(400KW)的电子束发生器。
对于仅0.01秒的停留时间所要求的照射室的总长度大约为20m(2.1m×7+5.3m)。5.3m表示所要求的入口和出口位置的联合长度。对0.5秒的停留时间，总长度大约为54.3m(7m×7+5.3m)，而对0.6秒的停留时间，总长度大约为61.3m(8m×7+5.3m)，这是很长的(参见图6)。
伴随电子束的产生有小能量的很强的x-射线生成，这种x-射线在电子束发生器和照射室内要求仔细地屏蔽。在这种情况下，要求大约1m厚的混凝土外壳。因此，这不仅直接地增加了照射室的废用，而且大大地增加了包括屏蔽罩在内的总建筑费用。
图7是照射室和屏蔽建筑物的总建设费用与停留时间之间的关系曲线图。曲线是指数的关系。当停留时间为0.01秒时，所导致的费用为2亿日元，对0.5秒的停留时间其费用增加到大约4亿日元，而对更长的停留时间，即0.6秒，其费用上升到4.4亿日元。
从上面给出的情况来看，最好将操作装置的在非照射区的停留时间限定为0.5秒的最大值，在该点的建设费用仍然保持在比最少的停留时间0.01秒那点的建设费用的两倍小。现在，通过举例方式，来描述本发明。但是，本发明并非仅限于如下例子。
图1和图2是多级电子束照射装置的示意图。图1表示从一面照射，而图2表示从两面照射。在图1和图2中，标号1表示的是电子束发生器;标号2表示的是电子束照射室;标号3表示的是照射区;标号4表示的是非照射区。
在图1和图2中，两相邻的电子束发生器中心间的距离至少为x(m)，它由式A定义，因此，在非照射区废气的停留时间，可以限制到0.01秒。
例1
把氨气加入流速为15N1/分，NOx起始浓度为400PPM和SO2的起始浓度为1720PPM的废气中，使得混合气中氨的浓度变成3460PPM。然后，使用两级照射容器，对混合气进行电子束照射试验。设定五种试验条件，使在第一级照射容器与第二级照射容器之间的非照射区的停留时间分别为0秒(一级照射试验)、0.005秒，0.01秒，0.05秒，0.1秒或0.4秒。在非照射区的停留时间是通过改变第一级和第二级照射容器之间的管的内径或长度来设定的。
试验结果列于表2表2照射条件 一级照射 二级照射停留时间 0秒 0.05秒 0.01秒 0.05秒 0.1秒 0.4秒剂量 △NOx△NOx△NOx△NOx△NOx△NOx(毫拉德) PPM PPM PPM PPM PPM PPM0.00 0 0 0 0 0 00.33 143 151 160 166 162 1710.65 213 222 230 236 227 2321.20 258 274 290 291 282 2861.80 278 299 320 321 322 3312.40 293 317 340 345 - -在表2中，停留时间是在非照射区的停留时间，△NOx是被除去的NOx的浓度。停留时间与△NOx之间的关系用图3的曲线表示，横坐标轴表示停留时间，纵坐标轴表示△NOx。根据这些试验结果，在两级照射试验的所有停留时间内，△NOx的浓度(被除去的NOx的浓度)基本上相同(除0.005秒外)，并大于停留时间为0的△NOx(一级照射试验)。进一步说，在两级照射试验中，在非照射区的不同停留时间之间，即0.005，0.01，0.05，0.1和0.4秒，△NOx似乎没有差别。反应温度保持在约80℃。被废气所吸收的剂量与被除去的NOx的浓度之间的关系用图4的曲线示出。从曲线看出，为了实现NOx300PPM(脱氮率75%)，在单级照射中所要求的照射剂量是2.1毫拉德，而在两级照射中，所要求的照射剂量为1.3毫拉德。因此，在两级照射中的照射剂量被降低了0.8毫拉德(38%)。图5的曲线示出了脱硫情况。在曲线中可看出，对一级照射和两级照射得到了相同的结果。
例2把氨气加入流速为1200Nm3/小时，NOx的起始平均浓度约为350PPM和SO2的起始平均浓度约为1600PPM的废气中去，使混合气中氨的平均浓度约为3200PPM。然后，使用一级照射和两级照射容器对混合气进引电子束照射试验，反应温度约为70℃。在非照射区内的废气停留时间为0.5秒。为了达到80%的脱氮率(NOx280PPM)，在两级照射中所需要的照射剂量为1.5毫拉德，而在一级照射中所需要的照射剂量为2.0毫拉德(比前者高33%)。在一级照射和二级照射中的脱硫作用得到相同的结果，脱硫率约为94%。试验结果列于表3。
表3
照射 入口 一级照射 一级出口 二级照 二级出口情况 浓度 剂量 气体浓度 射剂量 气体浓度两级 NOx＝350PPM 0.75 NOx＝160PPM 0.75 NOx＝70PPM照射 SO2＝1600PPM 毫拉德脱氮54% 毫拉德总脱氮80%SO2＝400PPM 总剂量SO2＝100PPM脱硫75% 1.5毫拉德 总脱硫94%一级 NOx＝350PPM 2.0 NOx＝70PPM / /照射 SO2＝1600PPM 毫拉德脱氮80% / /SO2＝100PPM / /脱硫94% / /
权利要求
1.一种利用多级电子束照射来处理废气的方法，该方法包括把含硫氧化物和/或氮氧化物的废气引入电子束照射室，并用电子束照射废气，其中电子束的加速电压为300-3000KV，在用电子束照射前和/或后，把氨加入废气，使用集尘器除去生成的产物，然后将净化过的废气排入大气，所述废气的流速不大于30m/秒，要被处理的所述废气温度不低于露点，但不高于100℃，其特征是电子束照射室设置多个电子束发生器，在非照射区的停留时间约为0.01-0.5秒，废气按顺序通过每个照射区。
2.一种用于处理废气的多级电子束照射装置，它包括设置有多个电子束发生器的电子束照射室，其中电子束的加速电压为300-3000KV，所述废气的流速不大于30m/秒，要被处理的所述废气的温度不低于露点，但不高于100℃，其特征在于两相邻电子束发生器中心间的距离至少为从式A计算出的以x表示的距离x＝2α+tv …式A其中x＝两相邻的电子束发生器中心间的距离(m)2α＝在废气中吸收剂量持续的距离(m)(这个距离的方向与废气流动的方向和其反向垂直相交。这个距离指的是直到基本上不发生电子束反应的那点的距离，它随电子束发生器的加速电压，废气温度和组成而变化。)t＝在非照射区内废气的停留时间(这个时间大约为0.01-0.5秒。)v＝废气流速(m/秒)。
全文摘要
通过多级电子束照射使废气脱硫脱氮的方法和为这个方法所使用的装置，在非照射区内废气的停留时间约为0.01-0.5秒，或两相邻电子束发生器中心间的距离至少为从式x＝2α+tv计算出的以x表示的距离，其中2α表示在废气中吸收剂量的持续距离，t表示在非照射区废气的停留时间，而v代表废气的流速，由此，照射能可被有效地利用，用照射能量的最小耗费，可以得到最佳的净化效果。因此，废气可以迅速而经济地处理。
文档编号B01D53/00GK1053561SQ91100668
公开日1991年8月7日 申请日期1990年12月21日 优先权日1989年12月22日
发明者南波秀树, 德永兴公, 佐藤章一, 青木慎治, 铃木良治, 井筒政弘, 冈本恭一 申请人:株式会社荏原制作所