CN101337152A - 资源化同时脱除烟气中二氧化硫、氮氧化物的臭氧氧化干法 - Google Patents

Abstract

本发明属于气体电离放电、等离子体化学和环境工程等应用技术领域，涉及到一种资源化同时脱除烟气中二氧化硫、氮氧化物的臭氧氧化干法。该方法是这样实现的，将浓度为40～240g/Nm³臭氧气体与温度为65～250℃、烟尘浓度低于40mg/Nm³的烟气一并输送到反应器或烟道中，臭氧将同时氧化烟气中的二氧化硫、氮氧化物和水，并生成微小雾滴，再经荷电凝并后收集成混合酸液，最后经化学方法分离提纯成硫酸、硝酸。本发明的效果和益处是在同时脱除烟气中二氧化硫、氮氧化物的过程中，不使用催化剂、不加吸收剂、不产生副产品，不对环境产生任何负面影响，为燃煤烟气脱硫脱硝提供一项资源化方法。

Description

资源化同时脱除烟气中二氧化硫、氮氧化物的臭氧氧化干法

技术领域

本发明属于气体电离放电、等离子体化学和环境工程等技术领域，涉及资源化同时脱除二氧化硫、氮氧化物的臭氧氧化干法。

技术背景

2007年浙江大学、能源清洁利用国家重点实验室进行了用臭氧氧化技术同时脱除锅炉烟气中NO_x及SO₂的试验研究，他们采用多层石英管栓塞流反应器结构是由预热段、反应段、冷却段组成。反应器共有三层管道结构，外径22mm。反应气体分两个通道送入不同预热段。在中心管内预热后直接进入中心反应段；烟气与臭氧气体在反应段入口快速混合后进入中心反应段。冷却段采用空气进行冷却。当总流量控制在1L/min条件下时，反应段停留时间为33.3/t秒。气体实验温度为100～300℃，实验气体最终进入碱液洗涤。洗涤塔采用空塔结构，吸收液为含水的碱溶液。试验中反应器温度100℃，NO与SO₂初始浓度均为200ppm，平衡气为N₂和空气。O₃/NO比值为1时NO氧化率分别达到85.7％和84.8％；最后采用碱液洗涤湿法脱除SO₂的效率达到100％，NO_x脱除率达到86.27％。

目前的臭氧氧化同时脱除NO_x、SO₂方法存在问题：

目前所说臭氧同时脱除NO_x、SO₂方法，其实质是碱液洗涤的湿法烟气脱硫技术，臭氧并没有对烟气脱硫起主要作用；臭氧只是把NO氧化成NO₂、NO₃、N₂O₅，使其易溶于水，进而达到脱硝目的，最终还要用碱中和。显然可见，目前臭氧脱硫脱硝方法中臭氧只对NO的氧化起着作用，而对脱硫几乎不起作用，同时又存在湿法脱硫、脱氮存在污水处理、烟气再加温等问题。可见，所说现在臭氧同时脱硫脱硝方法的题目名称与其方法内容是不相符的。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中不足之处，提供资源化同时脱除二氧化硫、氮氧化物的臭氧氧化干法。此法是把高浓度臭氧直接注入烟道或反应器中，在烟气运行条件下同时脱除烟气中的NO_x、SO₂，并生成酸，再经荷电凝并后收集成混合酸液。最后经化学方法分离提纯成硫酸、硝酸。本发明解决了烟气干法脱硫脱硝的技术难题实现了不用催化剂、不加吸收剂、不产生副产品的一种臭氧氧化干式的烟气脱硫脱硝的新方法，不对环境产生任何负面影响。为燃煤烟气脱硫脱硝提供一项资源化方法。

本发明解决其技术所采用技术方案是：

首先将高浓度臭氧气体40～240g/Nm³注入反应器或烟道中，而从电除尘器出来的烟气温度通常为65～120℃，烟气中的SO₂、NO_x和H₂O(气态或气溶胶微粒)在无外加吸收剂、催化剂的条件下，与O₃将在反应器中发生如下化学反应：

O₃+SO₂+H₂O→H₂SO₄+O₂

O₃+2NO+H₂O→2HNO₃

生成的H₂SO₄、HNO₃微粒与离子源产生的单极性离子碰撞荷电后，再通过交变电场(80Hz～1.5kHz)把荷电的H₂SO₄、HNO₃微粒凝并成较大的颗粒，利于电除雾器收集成酸液，再经化学分离提纯成H₂SO₄、HNO₃。实现了资源化干法脱硫脱硝。实施本发明的具体步骤是：

1.含NO_x、SO₂和烟尘的烟气通过电除尘器除掉烟气中烟尘，电除尘器中的静电场强度应达到10～40kV/cm，除尘效率应达到99.0～99.8％，烟尘浓度达到40～20mg/Nm³。

2.再把臭氧注入烟道或反应器中，其浓度应在40～240g/Nm³，产生量应达到1tO₃/h，能耗率控制在6～8Wh/gO₃。

3.对烟气进行湿度温度调节，以便满足烟气脱硫脱硝化学反应的要求，应保证烟气含水量应在5～16％范围内，通常应控制在10～12％。

4.高浓度臭氧与烟气一起注入脱硫脱硝反应器中，O₃与烟气中的SO₂、NO_x和H₂O等发生等离子体化学反应，化学反应速率控制在10⁷～10⁹L/mol·s，脱硫脱硝反应时间在5～10秒，并同时氧化合成硫酸、硝酸微粒或气溶胶。

5.等离子体源产生的单极性离子的浓度为10⁸～10¹²/cm³，以便保证使酸雾颗粒在荷电装置中充分荷电。

6.饱和荷电的酸雾微粒将在电场场强为0.4～4kV/cm，频率为80Hz～1.5kHz的交变电场中，凝并成0.5～20μm的荷电酸雾粒子，满足电除雾器捕集成酸液的需要。

7.采用电除雾器收集酸雾，电除雾器的电场强度应控制在15～30kV/cm，除酸雾效率应达到98.0～99.8％。

8.采用化学方法把酸液分离提纯成硫酸和硝酸。

本发明的效果和益处是臭氧与烟气中的SO₂、NO_x和H₂O的高级氧化反应，化学反应速率大，比目前的脱硫脱硝方法高出7个数量级以上，所以烟气脱硫脱硝的化学反应时间仅为5～10s。因而流程缩短，设备减少，这将大幅度降低设备投资和运行成本；实现不用外加催化剂、吸收剂，实现了干法同时脱硫脱硝，也相应降低了运行成本；实现资源化脱硫脱硝，生产了化工产品硫酸硝酸外，不产生其它副产品、污染物，解决了目前脱硫的副产品处理问题；又不存在污水治理问题，因而做到了对环境零污染、零废物排放，达到高级氧化技术原则要求；有利于解决我国硫资源短缺和生产硝酸的能耗高等问题。

附图说明

附图是本发明的资源化同时脱除烟气中二氧化硫、氮氧化物的臭氧氧化干法

工艺流程。

图中：1.烟气；2.电除尘器；3.直流高压电源；4.烟尘；5.增湿塔；6.臭氧发生器；7.等离子体化学反应器；8.烟尘荷电装置；9.凝并器；10.交变高压电源；11.电除雾器；12.酸液；13.引风机；14.净化后烟气。

具体实施方式

下面结合技术方案和附图详细叙述本发明的实施例。

资源化同时脱除烟气中二氧化硫、氮氧化物的臭氧氧化干法的工艺流程如附图所示。含二氧化硫、氮氧化物以及烟尘的高温烟气1输送入静电除尘器2。烟气1除烟尘系统是由静电除尘器2和直流负高压电源3组成，直流高压电源3输出负高压(40～160kV)加到电除尘器2的电晕电极上，形成电场强度为10～40kV/cm的静电电场，把饱和荷电的烟尘捕集到电除尘器的收尘极板上，经振打后收集成烟尘4。电除尘器除尘效率达到99.0～99.8％，烟气中含尘浓度达到40～20mg/Nm³。此时烟道中烟气的温度在65～120℃，再进入增湿塔5进行湿度、温度调节，使其湿度满足本发明的烟气脱硫脱硝要求的含水量应达到5～16％。调湿后的烟气与臭氧发生器6输出的高浓度臭氧气体(80～160g/Nm³)一并加入等离子体化学反应器7，在等离子体化学反应器7中的SO₂、NO_x、H₂O与O₃进行氧化反应并生成H₂SO₄、HNO₃等微小雾滴。雾滴通过烟尘荷电装置8，直流高压电源3输出直流负高压(2～60kV)加到荷电装置中的放电极，并形成激烈电晕放电，产成高浓度的单极性的负离子，其浓度控制在10⁸～10¹²/cm³，保证了酸雾微粒与单极性离子发生碰撞，并使其饱和荷电。交变(80Hz～1.5kHz)高压(2～40kV)电源的高电压加到凝并器9的电极上，在凝并器电极间形成交变电场，饱和荷电的微小酸雾滴在电场反复碰撞后成为荷电的直径为0.5～20μm大的雾滴，以便满足电除雾器的捕集条件，提高了微细酸雾除酸雾效率。除酸雾效率将达到99.8％以上。电除雾器回收的混合酸液再经化学方法分离提纯为化学原料产品硫酸、硝酸，硫资源回收率达到80～96％。净化后烟气14再经引风机13高空排放。

Claims (4)

1.资源化同时脱除烟气中二氧化硫、氮氧化物的臭氧氧化干法，是将浓度为40～240g/Nm³臭氧气体与温度为65～120℃、烟尘浓度为40～120mg/Nm³的烟气一并输送到反应器或烟道中，臭氧将同时氧化烟气中的二氧化硫，氮氧化物和水，并生成硫酸和硝酸的微小雾滴，并经雾滴收集设备收集成硫酸和硝酸混合溶液，其特征是：

a：臭氧在没有添加催化剂、吸收剂及其他化学试剂条件下脱硫率达到90～98.5％，脱硝率达到98～99.8％，并把烟气中二氧化硫、氮氧化物和水直接氧化并生成酸雾；

b：臭氧与烟气中的二氧化硫、氮氧化物的化学反应速率常数为10⁷～10¹⁰L/mol·s，烟气脱硫脱硝的反应时间为5～10s；

c：烟气中水应是气态水或水的气溶胶微粒，其浓度为5～16％；

d：烟气中硫的资源回收率为80～96％；

e：酸雾滴收集系统设备是由荷电装置、交变电场凝并器、电除雾器及其电源组成。

2.根据权利要求1所述的资源化同时脱除烟气中二氧化硫、氮氧化物的臭氧氧化干法，其特征在于所述的荷电装置是由单极性离子浓度为10⁸～10¹²/cm³的离子源及形成放电电离电场强度为-20～-40kV/cm的负直流高压电源组成。

3.根据权利要求1所述的资源化同时脱除烟气中二氧化硫、氮氧化物的臭氧氧化干法，其特征在于所述的凝并器是由频率为80～1500Hz的交频电场及形成交变电场强度为0.4～4kV/cm的交变高压电源组成。

4.根据权利要求1所述的资源化同时脱除烟气中二氧化硫、氮氧化物的臭氧氧化干法，其特征在于所述的反应器中添加玻璃、陶瓷、塑料等材料或催化剂材料加工成圆型、柱状、蜂窝、环型或丝条型。

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