一种等离子体与络合催化协同燃煤烟气脱硝的方法
【专利摘要】本发明的一种等离子体与络合催化协同燃煤烟气脱硝方法是由四个等离子体反应器、高压电源供电系统、混合器、三个水处理系统、中和剂、两个喷淋水电极形成循环系统、催化络合吸收液组成，首先将待处理燃煤烟气通入等离子反应器人口，经过混合器处理后进入等离子体反应器电场中，高压电晕放电产生的自由基和活性物质将烟气中部分NO氧化成NO2，通过电场和扩散的共同作用下，NO2以及未被氧化的NO迁移进入反应器内喷淋水形电极的液体内，NO2经过液体吸收形成酸类，而乙二胺合钴在氧气存在下对NO进行络合与催化氧化，最终也形成酸类。烟气脱硝反应后产生的废水经水处理系统处理后可循环使用，可从废水中回收部分硝酸盐。
【专利说明】一种等离子体与络合催化协同燃煤烟气脱硝的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及烟气净化领域的一种等离子体与络合催化协同燃煤烟气脱硝方法。
【背景技术】
[0002]工业的发展促进社会科技的前进，人类在享受科技成果的同时，也在承受着环境问题。氮氧化物的是大气污染的主要来源之一，也是形成酸雨的主要物质之一，据统计，我国氮氧化物的年排放量为2400万吨，而其中氮氧化物67%来自于燃煤烟气。
[0003]2011年全国燃煤消耗为37.96亿吨，比上年增长17%，约占全球总量的50%，国家发改委预计，到2020年全国煤炭消耗将达到62亿吨。能源资源条件决定了我国以煤为主的能源消费结构在短期内难以转变，未来煤炭仍将在整个能源过程中发挥不可替代的作用。由此导致污染物排放居高难下:从有关部门的统计来看，氮氧化物除了能源消费过程中的污染物排放外，能源在开采、炼制及供应过程中，也会产生大量有害气体，严重影响着大气环境质量，据有关部门预计，2020年中国燃煤污染导致的疾病需支付经济代价达3900亿美元，占国内生产总值的13%，发达国家在工业化中后期出现的环境污染公害已经在我国雨后春笋的出现，它导致贫富分化加剧，社会矛盾激化，酸雨污染严重，因此迫切需要进一步的开发更先进的烟气脱硝工艺技术。
[0004]最近二十年是烟气脱硝技术发展最快的时期，研究开发的新技术达几十种，但其中多数尚处于中间试验或实验室研究阶段。这些技术大致分为五类。I)电子束照射法。其原理是利用电子加速器产生电子束照射烟气，从而激发烟气中的气体的分子产生高活性自由基，将NO氧化，然后与加入的氨反应生成硫酸铵与硝酸铵。该工艺脱硝效率较高，是干法过程，无废水产生，系统简单，操作方便，但存在副产品吸湿性强，氨泄露等问题。2)脉冲等离子法。其原理是利用脉冲电子将气体分子电离，从而产生大量的高能电子和氧化自由基，将烟气中NOx氧化，利用NH3进行产物的回收，主要生成硫酸铵和硝酸铵等。其成本低，污染小。3)固相吸附再生技术。其原理是通过固体吸附剂与烟气中的NOx反应生成盐类物质，然后再一定条件下通过各种不同方法将NOx脱附出来再进行转化。优点脱除率高，缺点为吸附材料的消耗量大，且需再生处理。4) SNOx工艺。SNOx其主要的方法是利用布袋除尘器清除烟气中的烟尘后，在一级反应器中，加热后的烟气进入催化反应器，通过的氨气与N0X&生反应，其主要产物是氨气和水。该方法优点是运行费用低，废水和废物产生少，脱硝效率可达到90%。5) SCR法。其原理是在催化剂作用下，还原剂NH3在290-400°C下将NO和NO2还原成N2，而几乎不发生NH3的氧化反应，从而提高了 N2的选择性，减少了 NH3的消耗。SCR法现已在世界范围内成为大型工业锅炉烟气脱硝的主流工艺，缺点为催化剂价格高，需定期更换，高温催化，催化剂易中毒失活与氨气逃逸等问题，同时占地面积大、流程复杂、投资与运行费用高等问题。因此具有结构紧凑，低费用，投资和运行成本少、脱除效率高、能耗低等优点的同时脱硝技术受到越来越多的重视，是今后烟气脱硝技术重要的发展趋势。
【发明内容】
[0005]本发明提供一种等离子体与络合催化协同燃煤烟气脱硝方法，首先将待处理燃煤烟气通入等离子体反应器入口，经过混合器处理后进入电晕放电反应器电场中，高压电晕电场放电产生的自由基和活性物质将烟气中部分NO分别氧化NO2，通过电场和扩散的共同作用下，NO2以及未被氧化的NO迁移进入反应器内喷淋水形电极的液体内，NO2进一步被液相吸收形成N03_，乙二胺合钴在氧气存在下对未被氧化的NO进行络合和催化氧化，形成酸类物质，从而达到净化燃煤烟气的目的。同时在过量的乙二胺和强碱下，乙二胺合钴能够自行再生，保持长时间高效脱硝效率。
[0006]本发明方法可通过等离子体反应器来实现，等离子体反应器的中心设置放电极，再同心设置1-3排环形笼式放体电极，放电极之间设置喷淋水形电极环状管道系统，并向其中通入溶液形成水帘作为流水极板；放电极接负脉冲高压，流水极板接正脉冲高压，在放电极与流水极板之间形成强烈的脉冲电晕，此时，烟气中的水蒸气和氧气在放电下被激活，产生0、0Η、03、0Η2等氧化性自由基，将部分NO氧化成N02。通过电场和扩散的共同作用下，NO2以及未被氧化的S02、N0迁移进入反应器内喷淋水形电极的液体内，NO2进一步被液相吸收形成N03_，乙二胺合钴在氧气存在下对未被氧化的NO进行络合和催化氧化，达到净化燃煤烟气的目的；同时在过量的乙二胺和强碱下，乙二胺合钴能够自行再生，保持长时间高效脱硝效率。本发明方法实现了 NOx的脱除，具有脱除效率高，不产生二次污染等特点，具有广阔的工业应用前景。
[0007]所述的等离子体反应器主要由反应器塔体、喷淋水形电极环状管道系统、放电极、烟气脱水器组成。反应器塔体由不锈钢或钢筋混泥土制成，塔体内径4200-5500mm，塔体长7500-8500mm ;喷淋水形电极环状管道系统2由直径2’ -3’不锈钢管加工成环形管道，在环形轴线管壁表面的垂直向下方向每隔15mm等距离布置弧长X槽宽=10mmX 1mm的弧形开口喷淋槽，环形管道数量3-4 (具体由反应塔内径大小确定)，环形管道与循环溶液系统相联接；放电极是圆笼型放电极，是由多根芒刺型放电极等距离构成的，芒刺型放电极采用外径为25-36mm的不锈钢管，其长度与反应器塔体相匹配，芒刺长10_15mm，间距为50_60mm。烟气脱水器是折流片式脱水器，垂直安装在反应塔出口处。
[0008]所述的高压电源供电系统是由高压肿瘤电源、智能控制器(ESPC-1II型)组成，额定输出电压为100kv，额定输出电流300-500mA，控制器可调节输出电压参数与脉冲供电方式。
[0009]所述的混合器能够将NOx与外加空气混合均匀后进去等离子体反应器。外加空气的主要作用是将烟气中部分NO氧化为NO2，外加空气质量流量为处理烟气质量的1% — 5%。
[0010]所述的水处理系统是由废水收集中和池、浓缩结晶池、循环液缓冲池组成，废水收集中和池、浓缩结晶池、循环液缓冲池通过管道或溢流沟渠连接。
[0011]所述的中和剂是采用工业用石灰石颗粒或石灰或碱性冲渣水，工业用石灰石颗粒的粒径范围为2mm _5mm。
[0012]所述的喷淋水电极形成循环系统是由循环水池、循环水泵组成。循环水泵、循环水池和环形喷水管通过管道连接，循环水槽的容量与水泵的规格根据处理烟气量需要选定，循环水流体积量与处理烟气体积流量之比为5 — 8L/m3，循环溶液的pH值控制在8_9左右。
[0013]所述的络合催化吸收液是一种乙二胺合钴溶液，溶液质量百分比浓度为0.5%至2%。
[0014]本发明的优点:
本发明方法充分利等离子体烟气脱硝、液相络合催化氧化烟气脱硝、化学氧化脱硝各自的优势，将三者优势有机结合起来，有别于将电晕放电烟气脱硝、液相催化氧化、化学氧化烟气脱硝的简单组合。它通过电场产生的电晕风能够促进NOx的吸收，增加电迁移效果，提高了能量利用率；通过电晕放电产生的自由基、液相催化氧化吸收剂增强了 NOx的氧化作用效果，通过乙二胺合钴在氧气存在下对未被氧化的NO进行络合和催化氧化，达到烟气脱硝效果。本发明方法使用一体式处理解决了 NOx的脱除，混合溶液实际操作过程中可重复利用，减少了投资成本，具有结构简单，脱硝效率高，电晕放电能量利用率高，溶液循环利用，投资运行成本低等特点，具有很大的实用价值和广阔的应用前景。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1为本发明的结构示意图。
[0016]图标:1-反应器塔体，2-喷淋水形电极环状管道系统，3-放电极；4_烟气脱水器，5-高压电源供电系统，6-混合器，7-废水收集中和池，8-浓缩结晶池，9-循环液缓冲池，10-循环水池，11-中和剂，12-循环水泵，13-络合催化吸收液。
[0017]具体实施方案:
一种等离子体与络合催化协同燃煤烟气脱硝方法。它将电晕放电、液相催化氧化与化学氧化技术的特点有机结合起来。它的基本思想是:首先将待处理燃煤烟气通入电晕放电反应器入口，经过预氧化喷淋系统处理后进入电晕放电反应器电场中，高压电晕电场放电产生的自由基和活性物质将烟气中部分NO分别氧化NO2,通过电场和扩散的共同作用下，NO2以及未被氧化的NO迁移进入反应器内喷淋水形电极的液体内，乙二胺合钴在氧气存在下对NO络合和催化氧化，达到净化燃煤烟气的目的；烟气脱硝反应后产生的废水经水处理系统处理后可回用循环使用，可从废水中回收部分硝酸盐。
[0018]实施例1
某公司自备15吨燃煤沸腾炉，燃煤烟气量49000m3/h，烟气NOx浓度为360mg/m3，原采用浓度12%石灰浆水与喷淋塔进行烟气除尘脱硫脱硝，实际运行水气比大，达12L/m3，脱硝效率26.2%。烟气脱硝系统存在石灰浆堵塞管道、结垢等问题严重影响脱硝系统正常运行，并存在脱硫运行费用高等问题。改造后，保留原有塔体，采用等离子体与络合催化协同燃煤烟气脱硝工艺，运行水气比为5.7L/m3，乙二胺合钴溶液浓度1%，循环溶液的pH值控制在8_9左右，适量提高溶液PH使得乙二胺合钴溶液可再生并重复使用。经环保监测部门检测，脱硝效率达到73.3%，系统运行可靠，脱除效果好，减少了脱硝运行费用。
[0019]实施例2
某公司自备10吨抛煤炉，燃煤烟气量37500m3/h，烟气NOx浓度为410mg/m3，原采用浓度18%石灰浆水与喷淋塔进行烟气除尘脱硫脱硝，实际运行水气比大，达13L/m3，脱硝效率27.5%。烟气脱硝系统存在石灰浆堵塞管道、并存在脱硫运行费用高等问题。改造后，保留原有塔体，采用等离子体与络合催化协同燃煤烟气脱硝工艺，运行水气比为7.4L/m3，乙二胺合钴溶液浓度1.5%，循环溶液的pH值控制在8-9左右，适量提高溶液pH，乙二胺合钴溶液可再生并重复使用。经环保监测部门检测，脱硝效率达到74.5%，系统运行可靠，脱除效果好，减少了脱硝运行费用，达到了烟气有关排放标准要求。
【权利要求】
1.一种等离子体与络合催化协同燃煤烟气脱硝方法，其是由四个等离子体反应器、高压电源供电系统、混合器、三个水处理系统、中和剂、两个喷淋水电极形成循环系统、络合催化吸收液，首先将待处理燃煤烟气通入等离子反应器入口，经过混合器处理后进入等离子体反应器电场中，高压电晕放电产生的自由基和活性物质将烟气中部分NO氧化成NO2，通过电场和扩散的共同作用下，NO2以及未被氧化的NO迁移进入反应器内喷淋水形电极的液体内，NO2经过液体吸收形成酸类，而乙二胺合钴在氧气存在下对NO进行络合与催化氧化，最终也形成酸类，溶液中乙二胺合钴溶液可循环使用，烟气脱硝反应后产生的废水经水处理系统处理后可回用循环使用，可从废水中回收部分硝酸盐。
2.根据权利要求1所述一种等离子体与络合催化协同燃煤烟气脱硝方法，其特征在于所述的等离子体反应器主要由反应器塔体、喷淋水形电极环状管道系统、放电极、烟气脱水器组成，反应器塔体由不锈钢或钢筋混凝土浇注制成，塔体内径4200-5500mm，塔体长7500-8500mm;喷淋水形电极环状管道系统2由直径2’ -3’不锈钢管加工成环形管道，在环形轴线管壁表面的垂直向下方向每隔15mm等距离布置弧长X槽宽=10mmXlOmm的弧形开口喷淋槽，环形管道数量3-4，环形管道与循环溶液系统相联接；放电极是圆笼型放电极，是由多根芒刺型放电极等距离构成的，芒刺型放电极采用外径为25-36mm的不锈钢管，其长度与反应器塔体相匹配，芒刺长10-12mm，间距为70-80mm;烟气脱水器4是折流片式脱水器，垂直安装在反应塔出口处。
3.根据权利要求1所述一种等离子体与络合催化协同燃煤烟气脱硝方法，其特征在于所述的高压电源供电系统是由高压肿瘤电源、智能控制器组成，额定输出电压为100kV，额定输出电流300-500mA，控制器可调节输出电压参数与脉冲供电方式。
4.根据权利要求1所述一种等离子体与络合催化协同燃煤烟气脱硝方法，其特征在于所述的混合器能够将NOx与外加空气混合均匀后进去等离子体反应器，外加空气的主要作用是将烟气中部分NO氧化为NO2，外加空气质量流量为处理烟气质量的1% — 5%。
5.根据权利要求1所述一种等离子体与络合催化协同燃煤烟气脱硝方法，其特征在于所述的中和剂是采用工业用石灰石颗粒或石灰或碱性冲渣水，工业用石灰石颗粒的粒径范围为 2 mm _5mm。
6.根据权利要求1所述一种等离子体与络合催化协同燃煤烟气脱硝方法，其特征在于所述的水处理系统是由废水收集中和池、浓缩结晶池、循环液缓冲池组成，废水收集中和池、浓缩结晶池、循环液缓冲池通过管道或溢流沟渠连接。
7.根据权利要求1所述一种等离子体与络合催化协同燃煤烟气脱硝方法，其特征在于所述的喷淋水电极形成循环系统是由循环水池、循环水泵组成，循环水泵、循环水池和环形喷水管通过管道连接，循环水槽的容量与水泵的规格根据处理烟气量需要选定，循环水流体积量与处理烟气体积流量之比为5 — 8L/m3，循环溶液的pH值控制在8_9左右。
8.根据权利要求1所述一种等离子体与络合催化协同燃煤烟气脱硝方法，其特征在于所述的络合催化吸收液是一种乙二胺合钴溶液，溶液质量百分比浓度为0.5%至2%。
【文档编号】B01D53/75GK104043322SQ201410284962
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年6月24日 优先权日:2014年6月24日
【发明者】李济吾, 唐志鹏 申请人:浙江工商大学