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一种从气流中去除氮氧化物的装置 Download PDF

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Abstract

一种由电晕放电和化学吸收联合组成的装置，用于从气流中除去含氮氧化物等有害气体，该方法的处理过程是先把被处理气体导入由电晕放电反应区和气固吸收反应区组成的反应器，在电晕放电非平衡等离子体的作用下，使气流中的一氧化物被氧化为二氧化氮，然后被反应器内附着在传送带上的碱性固体吸收剂吸收，从而达到气体净化的目的，吸收饱和后的吸收剂随传送带输送到设置在装置下部的吸收剂浆液池，传送带吸附层经洗净和重新上载新鲜吸收剂后送回反应区。

Description

一种从气流中去除氮氧化物的装置
技术领域
本发明是用于除去气流中含有的氮氧物的净化方法技术领域。
背景技术
人类活动产生的大量二氧化硫和氮氧化物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)和氮氧化物(NOx)占排90％以上，其次是冶金、硫酸和硝酸生产、炼油和化工制药的等过程。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。环保统计数据表明我国城市酸雨中氮氧化物的贡献在不断增加，一些地方的酸雨污染性质已开始由单一的硫酸型向硝酸根离子不断增加的复合型转化(国家环保总局：2004年中国环境状况公报)。近年来，国家制定了一些法律、法规，对二氧化硫和氮氧化物特别是火电等燃烧过程排放的二氧化硫氮和氧化物作出了相应的控制和减排规定。
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，能耗大，系统复杂。干法或半干法吸收一般是采用喷钙的方式，但对吸收剂活性要求高，且不能同时脱氮氧化物。对于治理NOx废气的主要方法有也有干法和湿法两种。选择性催化还原法(SCR)是目前最广泛的应用于处理燃料废气的干法之一。该方法需要还原剂氨，催化剂对运行条件要求较高，气流中所含的硫化物和粉尘等对催化剂的寿命影响很大，运行费用高，不适合低温排放源的应用。湿法是采用各种液体对NOx进行吸收，是低温排放源处理的主要方法，由于一氧化氮在溶液中的亨利系数很小，吸收效率较低，不适合用于含一氧化氮较多的燃料燃烧废气处理。
由脉冲放电或无声放电等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和活性自由基。这些高能电子和活性自由基与有害分子反应并使其离解氧化，最终转化为无害物。本发明者曾报导了采用放电反应器对氮氧化物有害废气去除实验结果，研究结果参看黄立维等《环境科学》(2006，Vol1：19-23)和黄立维等《化工学报》、(2004，Vol6：124-128)报道。
本发明的目的是设计和提供了一种电晕放电结合气-固化学吸收的装置，使气流中含有的氮氧化物被氧化，然后被吸收剂吸收，吸收剂循环使用，从而达到气体净化的目的。
发明内容
本发明的技术内容为：一种从气流中去除氮氧化物的装置，其特征在于所述的装置的上部为电晕放电反应区和气-固吸收反应区组成的气流通道，所述的电晕放电区是由电晕放电极和电极板之间的气流通道组成的空间，电晕放电极与高压电源连接，对应电极板接地或接电源负极，所述的气-固吸收反应区是由附着有固体吸收剂浆液的传送带正面与气流通道组成的空间，所述的装置气体流道空间两端设置有气体进口和净化后气体出口，所述的装置的下部设置有吸收剂浆液池，吸收剂浆液池两端设置有新鲜浆液的进口和吸收后浆液出口，吸收剂通过传送带由吸收剂浆液池输送到吸收反应区。
本发明所采用的电晕放电反应吸收器的结构形式可以是园筒型和长方型，电晕放电极一般为线型或针型，其处理效果大体相当。接地极或负极为一般圆筒型或平板型，一般脉冲供电接地，交流供电接电源负极。电极材料为一般为不锈钢、钛和钨等导电材料。两电极的距离一般为1-300mm。传送带吸附剂表面与电晕放电极的距离一般要大于电晕放电极和接地极之间的距离，以有利电晕放电。本发明所采用电晕放电的供电方式包括脉冲和交流，其中脉冲供电的电压为±2K-±200KV，脉冲重复频率为10-2kHz，交流供电的电压为2K-200KV，频率为10-10kHz。
本发明所采用的电晕放电反应吸收器内作为固体吸收剂的材料可以是碳酸钙、氧化钙、氢氧化钙、氧化锌、氧化锰和氧化镁或其混合物。固体吸收剂以氧化钙、氢氧化钙和氧化锌为佳，其吸收效果大体相当，氧化钙溶于水后为氢氧化钙。
本发明所述的装置的下部设置有吸收剂浆液池，吸收剂通过传送带由吸收剂浆液池输送到吸收反应区，传送带材料为尼龙、塑胶、布或化学纤维，传送带正面复合有能吸附吸收剂的材料，一般为海绵或毛毡作为吸收剂的吸附材料，复合可采用粘合或缝合等方法与传送带组成一体，海绵或毛毡厚度一般为5-50mm，以利于吸收剂上载和输送。传送带宽度一般大于10mm，具体根据反应器大小和气-固接触时间匹配，一般气体在吸收反应区的停留时间一般为2-120秒，停留时间长，去除效率高。吸收剂与氮氧化物吸收反应后的产物均溶与水，吸收反应后的附着在传送带上的产物经洗净后上载新鲜吸收剂后循环使用。吸收剂浆液池浆液浓度一般为20％-80％(体积百分比)。
本发明所述的装置从废气中去除氮氧化物的工艺的处理过程如下：把待处理的含氮氧化物的气体通过气体入口导入反应器，气流先经过电晕放电区，在反应区内在电晕放电的作用下，气流中的一氧化物氧化为二氧化氮，然后在气-固吸收反应区内，二氧化氮与吸收剂反应，被吸收剂吸收，净化后的气流通过气体出口排出，吸收后的吸收剂通过传送带送到吸收剂再生池洗净，传送带上的海绵或毛毡层重新上载新鲜吸收剂后送到气-固吸收区循环吸收，从而达到气体净化的目的。电晕反应区和气固吸收区可在反应器内前后交替布置(如线-板式反应器)，也可共用一个空间(如线-筒式反应器)。
本发明的优点是：本发明采用电晕放电和气-固吸收耦合方式，一氧化物在电晕放电作用下氧化为二氧化氮的同时，产物二氧化氮被反应器中的固体吸收剂吸收，从而大大提高了净化效率，吸收剂由传送带系统循环再生，解决了固体吸收剂的反应饱和后的再生难题，进而提高了能源利用效率。
附图说明
图1是本发明的结构示意图一。
图1A是图1的A-A截面图。
图2是本发明的结构示意图二。
图2A是图2的A-A截面图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述，但本发明的保护范围不仅限于此。
实施例一
参照图1：一种有害废气的净化装置，包括气体入口1、气体流通空间2、传送带驱动电机3、上传送带轮4、电极板(接地)5、电晕高压接线6、电晕线7、表面为上载有吸收剂的传送带8、气体出口9、下传送带轮10、装置下部设有吸收剂浆液池11、吸收剂浆液进口12、吸收剂浆液出口13，上部气体流通空间与吸收剂浆液层有隔板14分开。
处理工艺流程是把待处理的含氮氧化物的气体通过气体入口1导入反应器，气流先经过电晕放电区，在反应区内在电晕放电的作用下，气流中的一氧化物氧化为二氧化氮，然后在气-固吸收反应区内，二氧化氮与吸收剂反应，被吸收剂吸收，净化后的气流通过气体出口9排出，吸收后的吸收剂通过传送带8送到吸收剂浆液池11洗净，传送带上重新上载新鲜吸收剂后送到气-固吸收区循环吸收，从而达到气体净化的目的。
实验装置结构如图1所示。反应器结构参数：装置长900mm，宽350mm，高1100mm，整体密封，漏风量小于1％。反应器内部共有4组8条传送带，带宽30mm，传送带上复合15mm厚海绵作为吸收剂载体，上下传动轴距离为600mm面对面一组传送带表面距离为60mm，两组之间的距离为100mm。电晕放电极为直径0.8mm的不锈钢丝，电晕放电有效长度为400mm，电极板长度为40mm，电板板接地，两电极之间距离为30mm，对称布置，两相邻电极板中线与传送带中线的距离为100mm。传送带下面滚轮下端浸在浆液池液面下，使传送带上附着的海绵充分与浆液接触，进行洗涤和上载吸收剂浆液，调速电机带动上、下两个滚轮转动，转速为1-2转/分，运行1小时后新鲜浆液通过浆液进出口更新。
实验条件为：
气体流量：5m3/h；气体温度：45℃
吸收剂浆液：氢氧化钙浓度：60％(体积百分比)或氧化锌60％(体积百分比)。
电源参数：脉冲电压30kV、脉冲频率100Hz。
实验结果如表1所示。
表1有害物去除效果
Figure BSA00000188220800031
实施例二
参照图2：一种有害废气的净化装置，包括气体入口1、下挡板2、圆筒形电极板3、气体流通空间4、传送带驱动电机5、上传送带轮6、电晕高压接线7、电晕线8、气体出口9、上挡板10、表面为上载有吸收剂的传送带11、下传送带轮12、装置下部设有吸收剂浆液池13、吸收剂浆液进口14、吸收剂浆液出口15。
处理工艺流程是把待处理的含氮氧化物的气体通过气体入口1导入反应器，气流在圆筒内由下往上流动，在流道内，在电晕放电的作用下，气流中的一氧化物氧化为二氧化氮，然后，二氧化氮与传送带上附着的吸收剂反应，被吸收剂吸收，净化后的气流通过气体出口9排出，吸收后的吸收剂通过传送带11送到吸收剂浆液池13洗净后，重新上载新鲜吸收剂通过传送带由送到气-固吸收区循环吸收，从而达到气体净化的目的。
实验装置结构如图2所示。反应器为蜂窝状结构，主要结构参数：装置长400mm，宽800mm，高1100mm，整体密封，漏风量小于1％。反应器内部共有4组8条传送带，带宽30mm，传送带上复合15mm厚毛毡作为吸收剂载体，上下传动轴距离为600mm，电晕放电极为直径0.8mm的不锈钢丝，电晕放电有效长度为400mm，电极板为不等边八边形蜂窝状结构圆筒，高度为400mm，截面长边80mm，短边40mm(与进气口垂直面)，共为12个，其中两边开口(装置边缘两组为一边开口)，开口为40mm，以便设置传送带。圆筒形电极板接电源负极，电晕线与电极板垂直距离为30mm，对称布置，电晕线与传送带吸附剂表面的距离为50mm左右，两相邻传送带中线的距离为80mm。传送带下面滚轮下端浸在浆液池液面下，使传送带上附着的毛毡充分与浆液接触，进行洗涤和上载吸收剂浆液，调速电机带动上、下两个滚轮转动，转速为1-2转/分，运行1小时后新鲜浆液通过浆液进出口更新。
实验条件为：
气体流量：3m3/h；气体温度：45℃
吸收剂浆液：氢氧化钙浓度：60％(体积百分比)或氧化锌60％(体积百分比)。
电源参数：交流电压30kV、交流频率1000Hz。
实验结果如表2所示。
表2有害物去除效果
Figure BSA00000188220800041

Claims (5)

1.一种从气流中去除氮氧化物的装置，其特征在于所述的装置的上部为电晕放电反应区和气-固吸收反应区前后交替布置或共用一个空间组成的气流通道，所述的电晕放电反应区是由电晕放电极和电极板之间的气流通道组成的空间，电晕放电极与高压电源连接，对应电极板接地或接电源负极，所述的气-固吸收反应区是由附着有固体吸收剂浆液的传送带正面与气流通道组成的空间，所述的装置的气体流道空间两端设置有气体进口和净化后气体出口，所述的装置的下部设置有吸收剂浆液池，吸收剂浆液池两端设置有新鲜浆液的进口和吸收后浆液出口，吸收剂浆液通过传送带由吸收剂浆液池输送到吸收反应区。
2.根据权利要求1所述的一种从气流中去除氮氧化物的装置，其特征在于所述的电晕的供电方式包括交流或脉冲，其中脉冲供电的电压为±2KV-±200KV，脉冲重复频率为10Hz-2KHz，交流供电的电压为±2KV-±200KV，频率为10Hz-10KHz。
3.根据权利要求1所述的一种从气流中去除氮氧化物的装置，其特征在于所述的传送带材料为塑胶、布或化学纤维，传送带正面复合有海绵或毛毡作为吸收剂的吸附材料，海绵或毛毡的厚度为5-50mm。
4.根据权利要求1所述的一种从气流中去除氮氧化物的装置，其特征在于固体吸收剂为碳酸钙、氧化钙、氢氧化钙、氧化锌、氧化锰、氧化镁或以上物质的混合物。
5.根据权利要求1所述一种从气流中去除氮氧化物的装置从废气中去除氮氧化物的方法，其特征在于所述方法的处理过程如下：把待处理的含氮氧化物的气体通过气体入口导入所述的装置，气流经过电晕放电反应区，气流中的一氧化物被氧化为二氧化氮，然后在气-固吸收反应区内，二氧化氮与固体吸收剂反应，被吸收剂吸收，净化后的气流通过气体出口排出，吸收反应后的吸收剂随传送带送到吸收剂浆液池，传送带上的海绵或毛毡层经洗净和重新上载新鲜吸收剂后，由传送带送回到气-固吸收反应区。
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