CN106268217A - NaOH协同气‑液两相滑动弧放电脱除SO2的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种NaOH协同气‑液两相滑动弧放电脱除硫化物的方法，将汽化的NaOH溶液和待脱硫的烟气混合均匀，通入滑动弧等离子体反应器，调节放电功率为0.19kW‑0.25kW，放电处理5s‑10s，放电结束后的气体经碱液吸收处理，得到脱除硫化物的洁净气体。本发明利用滑动弧放电技术，方法简单易行，在放电过程中能产生大量的OH自由基光谱强度，能有效提高的脱硫效率，脱硫效率能达到95％，缓解了火力发电厂污染大的缺陷，具有较好的应用前景。

Description

NaOH协同气-液两相滑动弧放电脱除SO2的方法
技术领域
本发明属于火力发电技术领域，具体涉及一种NaOH协同气-液两相滑动弧放电脱除SO2的方法。
背景技术
火电厂废气的大量排放对大气环境和人类健康造成巨大威胁，其中以颗粒污染物、SO2及氮氧化物排放量最大，危害最为严重。酸雨是目前大气污染引起的主要环境问题之一，主要由人为排放的SO2引起，其污染源90％来自燃煤。目前比较成熟的烟气治理工艺如石灰石/石灰法、选择催化还原等脱硫、脱硝费用较高，容易产生二次污染，且不具备同时处理多种废气的能力。
发明内容
本发明的目的是提供一种NaOH协同气-液两相滑动弧放电脱除SO2的方法，解决了现有脱硫方法容易产生二次污染的问题。
本发明所采用的技术方案是，一种NaOH协同气-液两相滑动弧放电脱除SO2的方法，将汽化的NaOH溶液和待脱硫的烟气混合均匀，通入滑动弧等离子体反应器，调节放电功率为0.19kW-0.25kW，放电处理5s-10s，放电结束后的气体经碱液吸收处理，得到脱除硫化物的洁净气体。
本发明的特点还在于：
汽化的NaOH溶液和待脱硫的烟气的体积比为1：1000-3：5000，待脱硫的烟气中SO2初始浓度为80ppm-500ppm，NaOH溶液浓度从0.2mol/L-1.6mol/L。
滑动弧等离子体反应器连接有循环泵，保证放电过程中汽化的NaOH溶液和待脱硫的烟气在滑动弧等离子体反应器内保持流动状态。
混合均匀的气体通入滑动弧等离子体反应器的流速为6L/min-10L/min。
NaOH湿气相对湿度为50％-90％。
碱液为NaOH溶液。
本发明方法所用装置包括滑动弧等离子体反应器，滑动弧等离子体反应器入口连接有缓冲罐，出口连接有碱液罐，缓冲罐分别与烟气罐和NaOH溶液储罐连接；NaOH溶液储罐出口和缓冲罐之间设置有雾化器，NaOH溶液经过雾化进入缓冲罐。
滑动弧等离子体反应器的放电结构采用相对设置的两个刀形放电电极，一个放电电极连接高压端，另一个放电电极接地线。
刀形放电电极的喷嘴出口直径4mm，距电极最窄处距离10mm，雾化液滴直径为3～5μm；电极长87mm、宽24mm、厚1mm，电极间最窄处间距1～5mm。
本发明的原理是：SO2气体和NaOH溶液混合进入滑动弧等离子体反应器产生的高能电子、活化状态的气体分子与NaOH溶液中的水分子发生反应生成OH自由基及H2O2、O3、O等活性粒子，在活性粒子的作用下，SO2脱除过程中发生的主要化学反应如下所示：
SO2+O→SO3 (1)
SO2+OH→HSO3 (2)
SO3+H2O→H2SO4 (3)
HSO3+OH→H2SO4 (4)
NaOH+e-→Na++OH* (5)
另外，NaOH溶液的放电剧烈，电流幅值大。NaOH溶液在电离过程中产生大量具有强氧化性的OH自由基，增加了反应空间的活性基团，同时，产物中的SO3易溶于NaOH溶液，减少了对环境的二次污染。因此，NaOH溶液增强了反应区域内OH自由基浓度，从而促进了反应的进行，提高了SO2去除率。
与传统的烟气处理技术相比，滑动弧等离子体是一种新型的等离子体发生方式，同时包含热等离子体和非平衡等离子体的特点。具有较高的电子温度和电子密度，可以达到很高的能量转换效率，对烟气中的SO2有明显的处理效果，能达到95％的去除率。而且该方法所用装置占地面积小，范围广，不产生废水废渣，没有二次污染，运行费用低，能同时处理多种污染物，净化彻底等诸多优点。
本发明的有益效果是，本发明NaOH协同气-液两相滑动弧放电脱除SO2的方法简单易行，在放电过程中能产生大量的OH自由基光谱强度，能有效提高的脱硫效率，脱硫效率能达到95％，缓解了火力发电厂污染大的缺陷，具有较好的应用前景。
附图说明
图1是本发明NaOH协同气-液两相滑动弧放电脱除烟气中SO2的装置的结构示意图；
图2是谱线相对强度随NaOH浓度变化趋势；
图3是SO2去除率随NaOH浓度变化情况。
图中，1.NaOH溶液储罐，2.雾化器，3.烟气罐，4.缓冲罐，5.滑动弧等离子体反应器，6.循环泵，7.碱液罐，8.放电电极。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但本发明并不限于这些实施方式。
本发明的装置如图1所示，包括有滑动弧等离子体反应器、烟气罐、NaOH溶液储罐、缓冲罐、循环泵等，滑动弧等离子体反应器入口连接有缓冲罐，出口连接有碱液罐，缓冲罐分别与烟气罐和NaOH溶液储罐连接；NaOH溶液储罐出口和缓冲罐之间设置有雾化器，NaOH溶液经过雾化进入缓冲罐。滑动弧等离子体反应器还连接有循环泵。
本发明的滑动弧等离子体反应器的放电结构采用相对设置的两个刀形放电电极8，一个放电电极连接高压端，另一个放电电极接地线。刀形放电电极的形状为刀片状，喷嘴出口直径4mm，距电极最窄处距离10mm，雾化液滴直径为3～5μm。电极长87mm、宽24mm、厚1mm，电极间最窄处间距1～5mm可调。
采用上述脱硫装置对火电厂废气进行脱硫的方法为：
步骤1，打开雾化器2，将NaOH溶液汽化，同时打开含SO2气体的烟气罐3，将雾化器喷出的NaOH湿气和烟气混合气体以1：1000-3：5000的体积比通入缓冲瓶4内混合均匀；烟气中SO2初始浓度为80ppm-500ppm，NaOH溶液浓度为0.2mol/L-1.6mol/L；经雾化后的NaOH湿气相对湿度约为50％-90％。
步骤2，打开循环泵6，将混合均匀的气体通入滑动弧等离子体反应器5，并使其在滑动弧等离子体反应器5内保持流动状态；调节进入反应器时的气体流速为6L/min-10L/min。
步骤3，打开滑动弧等离子体反应器5，调节放电功率为0.19kW-0.25kW，放电处理5s-10s。
步骤4，将处理后的气体通入NaOH碱液罐7中，生成相应的盐，完成脱硫，由出气口引出脱硫后的气体，完成烟气脱硫。
对放电过程进行检测，如图2所示，加入NaOH后，气液两相放电产生的OH基团的谱线明显增强，表明加入氢氧化钠可显著增加放电空间内OH自由基的浓度。NaOH溶液气液两相放电的谱线中除含有氮分子谱线外，589.0nm处还出现钠原子谱线，而且其强度随氢氧化钠溶液浓度的增加而升高。电离产生的带电粒子增加了溶液的导电率，进一步促进了气相分离，使放电更加剧烈。
NaOH溶液浓度对去除率的影响如图3所示，NaOH溶液浓度从0.2mol/L上升到1.2mol/L，去除率从86.5％提高到94.65％，而SO3生成量基本保持不变。从图2的谱线相对强度随NaOH浓度变化趋势可以看出，加NaOH溶液与不加NaOH相比，OH自由基的谱线强度从5098升高到13520，增加了165％。进一步证明了提高放电过程中产生的氧化性自由基含量是提高处理效率的关键。当溶液浓度超过1.2mol/L后，放电区域中的OH自由基数量稳定维持在较高水平，能达到95％左右。
以纯水替代NaOH溶液，将其雾化后通入滑动弧等离子体反应器，按照同样的方法对烟气进行脱硫，作为对比例。然后对本发明和对比例的脱硫效果进行检测，结果显示，本发明去除效率达到95％，相比对比例提高了5％～7％，同时，产物中的SO3含量较对比例时降低了50％左右。
以下为具体实施例，以进一步说明本发明的方法。
以下实施例所采用的滑动弧等离子体反应器的放电结构采用相对设置的两个刀形放电电极，一个放电电极连接高压端，另一个放电电极接地线。刀形放电电极的形状为刀片状，喷嘴出口直径4mm，距电极最窄处距离10mm，雾化液滴直径为3～5μm。电极长87mm、宽24mm、厚1mm，电极间最窄处间距1～5mm可调。
实施例1
采用本发明脱硫方法对火电厂烟气进行脱硫处理，该烟气中SO2气体含量约为80ppm。
打开雾化器，将浓度为0.2mol/L的NaOH溶液汽化，使NaOH湿气相对湿度约为75％，然后通入缓冲瓶，同时打开烟气罐，将含SO2气体的烟气一并通入缓冲瓶，NaOH湿气和烟气以3：4200的比例混合均匀。将混合均匀的气体通入滑动弧等离子体反应器，并使其在滑动弧等离子体反应器内保持流动状态；调节气体进入反应器内时的流速为6L/min，电极间最窄处间距1mm，调节放电功率为0.19kW，放电处理5s。将处理后的气体通入NaOH碱液罐中，生成相应的盐，完成脱硫，由出气口引出脱硫后的气体，完成烟气脱硫。
实施例2
采用本发明脱硫方法对火电厂烟气进行脱硫处理，该烟气中SO2气体含量约为120ppm。
打开雾化器，将浓度为0.4mol/L的NaOH溶液汽化，使NaOH湿气相对湿度为70％，然后通入缓冲瓶，同时打开烟气罐，将含SO2气体的烟气一并通入缓冲瓶，NaOH湿气和烟气以3：3000(1:1000)的比例混合均匀。将混合均匀的气体通入滑动弧等离子体反应器，并使其在滑动弧等离子体反应器内保持流动状态；调节气体进入反应器内时的流速为10L/min，电极间最窄处间距3mm，调节放电功率为0.22kW，放电处理7s。将处理后的气体通入NaOH碱液罐中，生成相应的盐，完成脱硫，由出气口引出脱硫后的气体，完成烟气脱硫。
实施例3
采用本发明脱硫方法对火电厂烟气进行脱硫处理，该烟气中SO2气体含量约为300ppm。
打开雾化器，将浓度为0.8mol/L的NaOH溶液汽化，使NaOH湿气相对湿度为80％，然后通入缓冲瓶，同时打开烟气罐，将含SO2气体的烟气一并通入缓冲瓶，NaOH湿气和烟气以3：4000的比例混合均匀；将混合均匀的气体通入滑动弧等离子体反应器，并使其在滑动弧等离子体反应器内保持流动状态；调节气体进入反应器内时的流速为8L/min，电极间最窄处间距2mm，调节放电功率为0.25kW，放电处理10s。将处理后的气体通入NaOH碱液罐中，生成相应的盐，完成脱硫，由出气口引出脱硫后的气体，完成烟气脱硫。
实施例4
采用本发明脱硫方法对火电厂烟气进行脱硫处理，该烟气中SO2气体含量约为420ppm。
打开雾化器，将浓度为1mol/L的NaOH溶液汽化，使NaOH湿气相对湿度为75％，然后通入缓冲瓶，同时打开烟气罐，将含SO2气体的烟气一并通入缓冲瓶，NaOH湿气和烟气以3：3500的比例混合均匀；将混合均匀的气体通入滑动弧等离子体反应器，并使其在滑动弧等离子体反应器内保持流动状态；调节气体进入反应器内时的流速为7L/min，电极间最窄处间距4mm，调节放电功率为0.25kW，放电处理8s。将处理后的气体通入NaOH碱液罐中，生成相应的盐，完成脱硫，由出气口引出脱硫后的气体，完成烟气脱硫。
实施例5
采用本发明脱硫方法对火电厂烟气进行脱硫处理，该烟气中SO2气体含量约为500ppm。
打开雾化器，将浓度为1.2mol/L的NaOH溶液汽化，使NaOH湿气相对湿度为75％，然后通入缓冲瓶，同时打开烟气罐，将含SO2气体的烟气一并通入缓冲瓶，NaOH湿气和烟气以3：5000的比例混合均匀；将混合均匀的气体通入滑动弧等离子体反应器，并使其在滑动弧等离子体反应器内保持流动状态；调节气体进入反应器内时的流速为9L/min，电极间最窄处间距5mm，调节放电功率为0.2kW，放电处理5s。将处理后的气体通入NaOH碱液罐中，生成相应的盐，完成脱硫，由出气口引出脱硫后的气体，完成烟气脱硫。
本发明以上描述只是部分实施例，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式。上述的具体实施方式是示意性的，并不是限制性的。凡是采用本发明的方法，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，所有具体拓展均属本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种NaOH协同气-液两相滑动弧放电脱除SO2的方法，其特征在于，将汽化的NaOH溶液和待脱硫的烟气混合均匀，通入滑动弧等离子体反应器，调节放电功率为0.19kW-0.25kW，放电处理5s-10s，放电结束后的气体经碱液吸收处理，得到脱除硫化物的洁净气体。
2.根据权利要求1所述的NaOH协同气-液两相滑动弧放电脱除SO2的方法，其特征在于，所述汽化的NaOH溶液和待脱硫的烟气的体积比为1：1000-3：5000，待脱硫的烟气中SO2初始浓度为80ppm-500ppm，NaOH溶液浓度从0.2mol/L-1.6mol/L。
3.根据权利要求1所述的NaOH协同气-液两相滑动弧放电脱除SO2的方法，其特征在于，所述滑动弧等离子体反应器连接有循环泵，放电过程中汽化的NaOH溶液和待脱硫的烟气在滑动弧等离子体反应器内保持流动状态。
4.根据权利要求1所述的NaOH协同气-液两相滑动弧放电脱除SO2的方法，其特征在于，所述混合均匀的气体通入滑动弧等离子体反应器的流速为6L/min-10L/min。
5.根据权利要求1所述的NaOH协同气-液两相滑动弧放电脱除SO2的方法，其特征在于，所述NaOH湿气相对湿度为50％-90％。
6.根据权利要求1所述的NaOH协同气-液两相滑动弧放电脱除SO2的方法，其特征在于，所述碱液为NaOH溶液。
7.根据权利要求1所述的NaOH协同气-液两相滑动弧放电脱除SO2的方法，其特征在于，所用装置包括滑动弧等离子体反应器，滑动弧等离子体反应器入口连接有缓冲罐，出口连接有碱液罐，缓冲罐分别与烟气罐和NaOH溶液储罐连接；NaOH溶液储罐出口和缓冲罐之间设置有雾化器，NaOH溶液经过雾化进入缓冲罐。
8.根据权利要求7所述的NaOH协同气-液两相滑动弧放电脱除SO2的方法，其特征在于，所述滑动弧等离子体反应器的放电结构采用相对设置的两个刀形放电电极，一个放电电极连接高压端，另一个放电电极接地线。
9.根据权利要求8所述的NaOH协同气-液两相滑动弧放电脱除SO2的方法，其特征在于，所述刀形放电电极的喷嘴出口直径4mm，距电极最窄处距离10mm，雾化液滴直径为3～5μm；电极长87mm、宽24mm、厚1mm，电极间最窄处间距1～5mm。
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