一种二氧化硫去除装置及其去除气流中二氧化硫的方法
【专利说明】
(一)
技术领域
[0001]本发明涉及一种燃料燃烧后的废气处理方法，特别涉及一种从气流中去除二氧化硫的装置及处理废气中二氧化硫的方法，属于大气污染控制和环境保护技术领域。
(二)
【背景技术】
[0002]人类活动产生的大量二氧化硫排放是引起大气酸雨的主要原因。其中，燃料燃烧产生的二氧化硫(SO2)占排90%以上，其次是冶金、硫酸和炼油和化工制药的等过程。502对人有致毒作用，属中等毒类，对眼和呼吸道有强烈刺激作用，吸入高浓度二氧化硫可引起喉水肿、肺水肿、声带水肿及(或)痉挛导致窒息。中国环境状况公报统计数据表明，近年来我国城市酸雨污染程度有所加重。近年来，国家制定了一些法律、法规，对火力发电等燃烧过程排放的二氧化硫作出了更加严格的控制和减排规定。
[0003]—般地，火力发电厂等以化石燃料燃烧产生的烟气中的二氧化硫浓度约为几百到几千mg/m3，一般地，石灰/石灰石等碱液吸收法是目前烟气SO2废气治理的主要方法，但湿法吸收需要消耗大量水，设备投资大，系统复杂，且脱硫产物难以回收利用。干法一般是采用炉内喷钙的方式，但炉内喷钙效率不高，并对锅炉效率有一定影响。
[0004]由脉冲电晕放电或无声放电(又称介质阻挡放电)等气体放电产生的非平衡等离子体技术应用于废气治理，其基本原理是利用电晕放电产生大量高能电子、原子和自由基。这些高能电子、原子和自由基与有害分子反应并使其氧化或离解，最终转化为无害物。本发明者曾报导了采用脉冲电晕放电反应器对二氧化硫的去除实验结果，研究结果参看黄立维等《化工学报》英文版(2011，2011，19(3):518-522)的报道。
(三)
【发明内容】
[0005]本发明目的是提供一种从气流中去除二氧化硫的反应装置及处理工艺，使气流中含有的这些二氧化硫被气体放电氧化和降解，从气体反应中分解出来有害中间产物被加入的固体吸收剂吸收，气固分离后，达到气体净化的目的。
[0006]本发明采用的技术方案是:
[0007]本发明提供一种二氧化硫去除装置，所述装置由筒体和气体放电电极组成，所述筒体由上部分直筒体和下部分倒锥体构成，所述筒体上部分直筒体内部设置有气体放电电极，所述气体放电电极与高压电源连接，筒体接地或接电源零线;所述的直筒体上部设置有与气体管道连接进口、所述的进口还与固体吸收剂进口相接;所述筒体上部分直筒体的下部设有净化后气体出口，所述直筒体内部放电电极下端以下设置有集气罩，所述集气罩通过管路与净化后气体出口连通，所述筒体下部分倒锥体的底端设置有反应后固体吸收剂出
□ O
[0008]进一步，所述集气罩开口朝下，集气罩顶部距离放电电极下端距离一般50mm及以上，罩口大小设计时一般应使罩口气体流速小于2.0m/s，以便气流不影响筒体内反应后气体和固体吸收剂分离。
[0009]进一步，所述筒体直径150mm，筒体高1300mm，其中直筒体高800mm，倒锥体高500mmo
[0010]进一步，所述气体放电电极包含单根或多根电极，所述多根电极为直线型电极线或环型电极线。
[0011]本发明还提供一种利用所述二氧化硫去除装置去除气流中二氧化硫的方法，所述方法为:将气体放电电极与高压电源连通，再将含二氧化硫的气体从气体进口导入，并将固体吸收剂通过计量进量器加入固体吸收剂进口，气体停留时间为3-30S，从净化后气体出口收集处理后的气体，从固体吸收剂排出口收集固体吸收剂;所述固体吸收剂与被吸收的二氧化硫的化学计量摩尔比为10-30:1。
[0012]进一步，所述固体吸收剂为氢氧化钙、氢氧化镁、氧化钙、氧化锌和碳酸钙中的一种或多种混合。
[0013]进一步，所述固体吸收剂粒径为50μπι-1000μπι(50-400μπι)。
[0014]进一步，所述含二氧化硫的气体浓度为400-800mg/m3，氧气体积浓度6_12%，水分体积浓度8-10%，其余为氮气，优选为600mg/m3，氧气体积浓度8%，水分体积浓度10%，其余为氮气。
[0015]进一步，向所述含二氧化硫的气体中添加体积浓度0.5% -10 %氩气。
[0016]所述的高压电源的供电方式包括脉冲供电和交流供电，其中脉冲供电的电压为±2kV-±200kV(优选40kV)，脉冲重复频率为2Hz-2kHz(优选50-500HZ)，交流供电的电压为2kV-200kV(优选40kV)，频率为1Hz-1OkHz(优选50_500Hz)。
[0017]进一步，所述含二氧化硫的气体温度为20?160°C。
[0018]本发明所述的一种二氧化硫去除装置的筒体结构的上部分为直筒体，下部分为倒锥体，所述筒体一般为圆筒形，也可以是长方体或正方体，效果大体相当，所述直筒体部分的主要功能是提供气相和气固相反应，倒锥体部分主要功能为收尘和除尘。本发明所述的放电电极通常为圆型或芒刺型，放电电极的供电方式包括脉冲和交流，其中脉冲供电的电压一般为土 2kV-土 200kV，正电压和负电压效果一样，脉冲重复频率为一般2Hz-2kHz，交流供电的电压一般为2kV-200kV，频率为一般1Hz-1OkHz。不同供电形式的处理效果大体相当，且与输入的能量成正比，单位处理气量能耗约2-200W.h/m3，具体与去除率和气体性质等操作参数有关。接地极或零线一般为筒体，脉冲供电时筒体接地，交流供电时筒体接零线。电极材料一般为不锈钢、钛、钨或合金等导电材料，筒体材料一般为不锈钢，放电电极与接地电极(或零线)之间的距离一般为10-300mm。反应器内可布置单根或多根电极，具体依据筒体大小设定，一般筒体直径小于10mm时，可采用单根放电电极线沿轴心垂直设置，筒体直径大于10mm时，可采用多根直线型电极线或环型电极线，在筒体内垂直或水平放置或各种组合，效果相当，两相邻放电电极线的距离可依据筒体结构大小等操作参数设计，无特殊要求
[0019]本发明所述的装置从气流中去除二氧化硫的处理工艺如下:先把固体吸收剂颗粒加入含有二氧化硫气体的气流中，固体吸收剂颗粒加的形式，可采用固体吸收剂颗粒计量进量器加入，也可采用气流输送等形式，然后把所述的气流导入所述装置筒体的上部，在所述的气体放电电极上连通高压电源后产生电晕放电，使气流中含有的二氧化硫气体在反应器内被氧化为硫酸气溶胶，然后被气流中的固体吸收剂颗粒吸收，反应后的固体吸收剂颗粒在重力、气流夹带和静电力等作用下同时向筒壁和往下移动，最后通过设置在锥形下筒体下部的反应后固体吸收剂出口排出，净化后的气流通过设置在筒体上部分直筒体下部的净化后气体出口排出。所述的净化后气体出口由集气罩和连接管组成，集气罩开口朝下，集气罩顶部应在放电电极下端以下，一般距离为50mm及以上，罩口大小设计时一般应使罩口流速小于2.0m/s，以便气流不影响筒体内反应后气体和固体吸收剂颗粒得分离。
[0020]本发明所述的固体吸收剂颗粒可以是氢氧化钙、氢氧化镁、氧化钙、氧化锌和碳酸钙等碱性吸收剂的一种或其混合物，其中以氢氧化钙和氢氧化镁为佳，吸收效果大体相当，其次为氧化钙和氧化锌。固体吸收剂与被吸收的二氧化硫的化学计量摩尔比一般为0.5:100，吸收剂颗粒为粉末状，粒径一般大于5μπι，太细不利气固分离，优选50μπι-1000μπι，气体停留时间一般为0.5s以上，优选3-30s，停留时间长去除率高。气固反应温度一般在300 V以下，优选20 °C -100 °C，气固吸收反应后的产物在高温时易分解。
[0021]当在气流中加入高浓度的固体吸收剂颗粒时，如30g/m3以上时，将对气体放电会产生一定的影响，此时可在气流中加入氩气等有利气体放电的惰性气体，可以起到增强放电效果和降低放电电压的效果，并与加入量成正比，所述的加入的氩气等惰性气体的体积浓度一般为0.01%以上。
[0022]本发明的优点是:本发明把气体放电等离子体化学反应、气一固吸收和气固分离过程相结合，使二氧化硫在气体放电作用下氧化为硫酸气溶胶，产物硫酸气溶胶又被气流中的固体吸收剂吸收，气固分离，二氧化硫从气流中得到去除，运行操作方便。
(四)
【附图说明】
[0023]图1是本发明所述的一种从气流中去除二氧化硫的装置结构示意图(筒体以圆筒为例)，包括:I气体进口，2固体吸收剂进口，3中心电极线，4筒体，5放电电极圆环，6净化后气体出口，7集气罩，8固体吸收剂出口。
[0024]图2是本发明所述的一种从气流中去除二氧化硫的装置结构示意图(图1)中的中心电极线与放电电极圆环的一种连接形式，放电圆环电极与电极中