一种低温等离子体去除雾中NO的方法与流程

本发明属于氮氧化物脱除技术领域，具体涉及一种低温等离子体去除雾中no的方法。

背景技术：

燃煤是我国大气污染的主要来源，其会产生包括二氧化硫(so2)、氮氧化物(nox)等在内的大气污染物，其中so2和一氧化氮(no)导致当地空气质量恶化，并引发雾霾、酸雨、光化学烟雾等环境问题。自1990年代末以来，为了控制so2的排放，政府大力将烟气脱硫(fgd)工艺广泛应用于燃煤电厂、工业锅炉、冶金炉、石化工业中。在现有的fgd工艺中，湿法烟气脱硫(wfgd)因其具有去除效率高、运行稳定、投资和运行成本相对较低等优点而应用于90％以上的脱硫系统中。然而，该湿法烟气脱硫工艺带来的重大问题是会形成雾，导致严重的湿沉积和烟羽，特别是在烟气加热器因频繁故障被移除后这一问题更加突出。近年来，为分离wfgd工艺后的雾和残留细颗粒物(pm2.5)，往往在湿法烟气脱硫系统中使用湿式电除尘器(wesp)。

另外，电厂和工业锅炉所产生的nox通常采用选择性催化还原(scr)和选择性非催化还原(sncr)来净化，其需要消耗大量的氨气作为还原剂，从而导致系统运行成本高，且同时存在nh3泄漏的潜在安全风险。然而，由于烧结机、炼焦炉等工业窑炉不适用于scr和sncr法，因此目前为止缺乏合适的技术来控制nox的排放。故而，开发一种新的烟气脱硝(denox)方法已经得到了越来越多的关注，其中将低温等离子体氧化与化学吸收相结合是一种很有前景的技术方向。这种低温等离子体氧化结合化学吸收的denox技术是基于高压放电产生的活性物种(如o、ho2、o3)将no氧化为no2，再采用水或碱性溶液对其进行吸收。mizuno的研究还表明，当氨和/或水蒸气注入低温等离子体反应器时，可在反应器内壁形成有利于no2吸收的水膜，从而提高denox性能。kuroki在通过单级等离子体-化学过程同时去除颗粒物、nox和sox时也得到了相似的结论。

在同轴低温等离子(ntp)反应器中，no被高压放电产生的活性物种氧化为no2。然而，如何在雾存在的情况下，有效地将no氧化为no2并且以雾吸收no2并没有相关研究。到目前为止，尽管在雾存在的情况下将ntp氧化和传统化学吸收相结合用于氧化和去除no已得到广泛的探讨和报道，然而针对上述问题的研究报道并没有。

技术实现要素：

鉴于上述问题，本发明对发明人对将低温等离子体氧化与化学吸收相结合的denox技术进行大量研究和分析，开发出了一种新的低温等离子体去除雾中no的方法，该方法利用电晕产生的oh、o、臭氧(o3)等活性物种将no氧化为no2，而产生的no2在电场中被雾吸收，其中，o和o3对于将no转化为no2非常重要，而nox转化为硝酸/亚硝酸主要依靠oh自由基。另外该方法还具有高效便捷且易于控制的优点，能够有效地实现no的转化，从而解决大气污染的难题。

为了实现上述目的，本发明提供一种低温等离子体去除雾中no的方法，其是将含有烟气的雾通入等离子体反应器中，利用等离子体反应器的电晕放电区产生的等离子体将含有烟气的雾中的no氧化为no2，所产生的no2由于亲水性强而被雾吸收，同时雾在电场力作用下被反应器壁捕集，其中所述含有烟气的雾通入等离子体反应器的流量为1.5-3l/min。

本发明方法不但可以去除雾中的no，也可去除烟气中的二氧化硫，故而本发明方法能够同时脱除多种污染物，从而大大降低烟气处理的投资和运行成本。

优选地，在上述方法中，所述含有烟气的雾为湿法脱硫塔中排出的气雾。

优选地，在上述方法中，所述含有烟气的雾中no的浓度为200-300ppm。

优选地，在上述方法中，所述等离子体反应器的电源为正极性直流高压电源或负极性直流高压电源。

优选地，在上述方法中，所述电源的电压为20-30kv。

优选地，在上述方法中，所述电源的放电电流为3-8ma，优选5ma。

优选地，在上述方法中，所述等离子体反应器为线筒式等离子体反应器。

优选地，在上述方法中，所述等离子体反应器的放电电极为带连续等距锯齿齿片的不锈钢棒。

更优选地，在上述方法中，所述齿片的厚度为0.8-1.2mm。

更优选地，在上述方法中，所述不锈钢棒上的齿片的片数为3-10片，优选3-8片，且相邻齿片之间的间距为10-50mm。

更优选地，在上述方法中，所述齿片上的齿尖数为3-8个，最优选4-6个。

更优选地，在上述方法中，所述等离子体反应器的放电电极的放电间隙为15-50mm，最优选19-38mm。

在外加电压一定时，减少放电间隙，会增大电晕电流和生成更高浓度的o3，从而有利于no的氧化和nox的去除，并且在相对较低的输入能量下，无论放电间隙多少，雾几乎都能被完全捕集，其中硝酸盐、亚硝酸盐和硫酸盐是液相中的主要产物，而气相中主要生成了少量的n2o，同时增加放电电极上齿尖数和齿片数可促进等离子体反应器的能量输入，从而在固定外加电压下增强no的氧化和nox的去除。另外正极性直流高压电源相比于负极性直流高压电源更能有效氧化no和去除nox。在no氧化效率约为80％时，正极性直流高压电源的能量效率(4.5gno/kwh)大约是负极性直流高压电源的(1.5gno/kwh)三倍。

与现有技术相比，本发明方法借助于等离子体反应器产生的等离子体将no氧化成no2，并利用no2的亲水性强而被雾中的水分吸收以达到去除no2的目的，且雾中的水分由于电场力作用而被吸附在反应器表面。另外本发明方法地除雾效率高达100％。故而本发明在去除no的同时去除了雾，对于改善环境污染而言有着至关重要的作用。另外，本发明方法工艺简单，能够对于被吸附在雾中的no2能够进一步回收利用，可以做到资源化处理，从而降低成本，不会造成二次污染，有效实现循环利用。

附图说明

图1为本发明方法的低温等离子体去除雾中no的氧化和去除路径；

图2为实施例1中所收集的液相中的主要产物分布图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明做进一步地详细描述。

本发明公开了一种低温等离子体去除雾中no的方法，其是将含有烟气的雾通入等离子体反应器中，利用等离子体反应器的电晕放电区产生的等离子体将含有烟气的雾中的no氧化为no2，所产生的no2由于亲水性强而被雾吸收，同时雾在电场力作用下被反应器壁捕集，其中所述含有烟气的雾通入等离子体反应器的流量为1.5-3l/min。

进一步优选地，所述含有烟气的雾通入等离子体反应器的流量为2l/min。

本发明方法中的含有烟气的雾中的no的去除路径由两个过程组成：(1)no通过电晕放电产生的oh，o，o3等活性物种氧化为no2；(2)no2在电场中被雾所吸收(见图1)。o和o3在no转化为no2的过程中具有重要作用，而no2转化为硝酸/亚硝酸主要依靠oh。

进一步优选地，所述含有烟气的雾为湿法脱硫塔中排出的气雾。

进一步优选地，，所述含有烟气的雾中no的浓度为200–300ppm。

进一步优选地，所述等离子体反应器的电源为正极性直流高压电源或负极性直流高压电源。

进一步优选地，所述电源的电压为20-30kv。

进一步优选地，所述电源的放电电流为3-8ma，优选5ma。

进一步优选地，所述等离子体反应器为线筒式等离子体(ntp)反应器。

进一步优选地，所述等离子体反应器的放电电极为带连续等距锯齿齿片的不锈钢棒。

进一步优选地，所述齿片的厚度为0.8-1.2mm。

进一步优选地，所述不锈钢棒上的齿片的片数为3-10片，优选3-8片，且相邻齿片之间的间距为10-50mm。

进一步优选地，所述齿片上的齿尖数为3-8个，最优选4-6个。

进一步优选地，所述等离子体反应器的放电电极的放电间隙为15-50mm，最优选19-38mm。

与现有技术相比，本发明方法借助于等离子体反应器产生的等离子体将no氧化成no2，并利用no2的亲水性强而被雾中的水分吸收以达到去除no2的目的，且雾中的水分由于电场力作用而被吸附在反应器表面。另外本发明方法地除雾效率高达100％。故而本发明在去除no的同时去除了雾，对于改善环境污染而言有着至关重要的作用。另外，本发明方法工艺简单，能够对于被吸附在雾中的no2能够进一步回收利用，可以做到资源化处理，从而降低成本，不会造成二次污染，有效实现循环利用。

为了使本发明的目的及优点更加简洁明了，本发明将用以下具体实施例进行阐明，但本发明绝非仅限于这些实施例。以下实施例仅为本发明较优选的实施例，且仅用于阐述本发明，不能理解为对本发明的范围的限制。应当指出的是，凡在本发明的实质和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

实施例1

模拟烟气由6％的o2，12％的co2和浓度为235ppm的no组成，以n2作为平衡气，用纯空气、纯n2、纯co2、1.94％的no和2.0％的so2制备所得在进入ntp反应器前先于混合室完全混合，而雾由超声波雾化器产生，并随着经过的模拟烟气进入到电晕放电区，其中模拟烟气与雾的为2l/min。该次实验在大气压力和室温下进行，其中ntp反应器的参数设置为：电源为正极性直流高压电源，电压为25kv，放电电流为5ma，放电电极为带连续等距锯齿齿片的不锈钢棒，齿片的厚度为1.0mm，齿片的片数为6片，且齿尖数为4个，放电电极的放电间隙为38mm。no，no2和so2的浓度通过烟气分析仪(testo350)检测，而o3浓度通过臭氧分析仪(2btechnologies,106-m)分析。其他气态产物通过傅里叶变换红外光谱仪(ftir,nicolet6700)来进行定性分析，且用纯水将在反应器内壁所捕集的雾洗涤下来，然后用离子色谱(metrohm,883)确定其成分，与及检测离子的浓度。

ic分析用于验证所收集液体中的主要产物，以更好地理解在电晕放电条件下nox和so2在雾中的吸收机理：图2显示了产物的分布，检测出了硝酸根，亚硝酸根和硫酸根等主要产物，so3^2-在液相中的浓度低于ic的检测限，这表明经电晕放电约30分钟后，几乎所有的so3^2-离子都被氧化了，同时在雾存在的情况下，吸收也是no2在电晕放电反应器中去除的主要途径，并且以no^3-为主要产物，因为在液体吸收剂中no^3-的浓度远高于no²-。

当雾作为nox和so2的吸收剂被捕获在接地电极上时，烟气也得以净化，且除雾效率达到99.8％，接近100％，同时no的净化效率为88.9％。

实施例2

模拟烟气由6％的o2，12％的co2和浓度为235ppm的no组成，以n2作为平衡气，用纯空气、纯n2、纯co2、1.94％的no和2.0％的so2制备所得在进入ntp反应器前先于混合室完全混合，而雾由超声波雾化器产生，并随着经过的模拟烟气进入到电晕放电区，其中模拟烟气与雾的为2l/min。该次实验在大气压力和室温下进行，其中ntp反应器的参数设置为：电源为负极性直流高压电源，电压为25kv，放电电流为5ma，放电电极为带连续等距锯齿齿片的不锈钢棒，齿片的厚度为1.0mm，齿片的片数为6片，且齿尖数为4个，放电电极的放电间隙为50mm。no，no2和so2的浓度通过烟气分析仪(testo350)检测，其中除雾效率达到99.5％，接近100％，同时no的净化效率为70％，明显低于正极性直流高压电源作为电源的等离子体反应器的净化效率。

实施例3

模拟烟气由6％的o2，12％的co2和浓度为235ppm的no组成，以n2作为平衡气，用纯空气、纯n2、纯co2、1.94％的no和2.0％的so2制备所得在进入ntp反应器前先于混合室完全混合，而雾由超声波雾化器产生，并随着经过的模拟烟气进入到电晕放电区，其中模拟烟气与雾的为2l/min。该次实验在大气压力和室温下进行，其中ntp反应器的参数设置为：电源为正极性直流高压电源，电压为30kv，放电电流为5ma，放电电极为带连续等距锯齿齿片的不锈钢棒，齿片的厚度为1.2mm，齿片的片数为8片，且齿尖数为6个，放电电极的放电间隙为19mm。no，no2和so2的浓度通过烟气分析仪(testo350)检测，其中除雾效率达到99.9％，几乎为100％，同时no的净化效率为91％。

实施例4

模拟烟气由6％的o2，12％的co2和浓度为235ppm的no组成，以n2作为平衡气，用纯空气、纯n2、纯co2、1.94％的no和2.0％的so2制备所得在进入ntp反应器前先于混合室完全混合，而雾由超声波雾化器产生，并随着经过的模拟烟气进入到电晕放电区，其中模拟烟气与雾的为2l/min。该次实验在大气压力和室温下进行，其中ntp反应器的参数设置为：电源为正极性直流高压电源，电压为20kv，放电电流为5ma，放电电极为带连续等距锯齿齿片的不锈钢棒，齿片的厚度为0.8mm，齿片的片数为3片，且齿尖数为4个，放电电极的放电间隙为50mm。no，no2和so2的浓度通过烟气分析仪(testo350)检测，其中除雾效率达到89.1％，同时no的净化效率为68％。

通过上述实施例分析可知，在外加电压一定时，减少放电间隙，会增大电晕电流和生成更高浓度的o3，从而有利于no的氧化和nox的去除，并且在相对较低的输入能量下，无论放电间隙多少，雾几乎都能被完全捕集，其中硝酸盐、亚硝酸盐和硫酸盐是液相中的主要产物，而气相中主要生成了少量的n2o，同时增加放电电极上齿尖数和齿片数可促进等离子体反应器的能量输入，从而在固定外加电压下增强no的氧化和nox的去除。另外正极性直流高压电源相比于负极性直流高压电源更能有效氧化no和去除nox。在no氧化效率约为80％时，正极性直流高压电源的能量效率(4.5gno/kwh)大约是负极性直流高压电源的(1.5gno/kwh)三倍。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。