CN107233785A - 利用超高压低温等离子体进行废气脱硫脱硝的方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用超高压低温等离子体进行废气脱硫脱硝的方法。所述方法包括：以超高压低温等离子体设备将含硫和/或含氮氧化物废气进行活化，同时通入经超高压低温等离子设备活化后的氨气与所述废气混合反应而生成固相和/或液相产物，以及，将生成的产物与气相体系分离。本发明还提供了利用超高压低温等离子体进行废气脱硫脱硝的系统。本发明提供的利用超高压低温等离子体脱硫脱硝的方法具有操作简单，流程短，适用性强，可实现多种污染物的同步、高效率脱除(烟气中硫化物、氮氧化物的转化率在80％以上)、无二次污染和能耗低等优点，且还可获得硝酸铵和硫酸铵等副产物，避免产生新的固体废物。

Description

利用超高压低温等离子体进行废气脱硫脱硝的方法及系统
技术领域
本发明涉及一种废气处理方法，特别涉及一种利用超高压低温等离子体进行含硫和/或含氮氧化物废气净化的方法及系统，属于工业废气处理以及大气污染净化领域。
背景技术
随着现代工业的飞速发展，煤和石油作为能源结构中的主力，其使用量日益增大，在燃烧过程中不可避免的产生了硫化物(SOX、H2S)、氮氧化物(N2O、NOX等)等污染物。其中硫氧化物SOX以SO2为主，会刺激呼吸道，导致气管及支气管萎缩，长期呼吸会危及生命；同时还影响动植物的正常生长，严重破坏生态平衡。N2O在温室效应的贡献率约为5％。其对温室效应的贡献约为甲烷的2.5倍，其使得全球变暖的潜能是CO2的310倍，N2O在大气中的浓度每增加一倍，全球温度将上升0.3℃；NOX会损伤人们的肺部机能，导致癌变；并会引起光污染，刺激眼部并具有强毒性，严重威胁人类的生存。同时SOX、NOX气体会与水蒸气结合形成酸雨，造成远距离污染及广域污染。火电厂、化工企业、汽车尾气等均是硫氧化物、氮氧化物的主要来源。
长期以来，我国不断出台了大批限制大气污染物排放的相关政策以及法律法规，例如《大气污染物综合排放标准GB16297-1996》中规定二氧化硫最高允许排放浓度为1.2g/m3，无组织排放监控浓度限值为0.5mg/m3；氮氧化物最高允许排放浓度为1.7g/m3，无组织排放监控浓度限值为0.15mg/m3。《火电厂大气污染物排放标准GB13223-2011》、《锅炉大气污染物排放标准GB13271－91》及《恶臭污染物排放标准GB14554-93》等国家标准均对含硫化物、氮氧化物排放浓度有强制性要求。这表明我国政府对于控制大气污染排放的强烈决心和治理大气污染的巨大力度，与此同时，这些相关政策也促进了我国废气污染控制、净化方面的研究和工程开发。
目前国内外现有的废气净化技术多是采用独立的脱硫、脱硝工艺，极少有可以同时处理硫化物、氮氧化物的技术工艺。传统的技术工艺多为湿式吸收法以及固体吸收法。其中，湿式吸收法存在设备占地面积大，流程复杂，投资和操作运行费用高，产生废水造成二次污染，后处理麻烦等问题。固体吸收法存在附剂用量多，设备庞大，投资高等缺点，而且传统方法大都存在废气中硫氧化物、氮氧化物回收率低，资源浪费严重的问题。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种利用超高压低温等离子体进行废气脱硫脱硝的方法及系统，以克服现有技术中的不足。
为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：
本发明实施例提供了一种利用超高压低温等离子体进行废气脱硫脱硝的方法，其包括：
将含硫和/或含氮氧化物废气通过超高压低温等离子体进行活化，同时选择性通入或不通入经超高压低温等离子设备活化后的氨气与所述废气混合反应而生成固相/液相产物，
以及，将固相/液相产物与气相体系分离。
进一步的，当废气中含有硫化物时，则通入所述氨气，并混合反应生成所述固相/液相产物。
进一步的，当废气中仅含有氮氧化物而不含有硫化物时，可不通入所述氨气，而使废气直接通过超高压低温等离子体设备，从而使其中的氮氧化物直接被分解为氮气和氧气后排放。
本发明实施例提供了一种利用超高压低温等离子体进行废气脱硫脱硝的系统，其包括：
第一超高压低温等离子体发生器，用以对至少含有硫化物的废气进行活化处理，
第二超高压低温等离子体发生器，用以对氨气进行活化处理，
反应器，用以容置活化后的氨气与所述烟气并使该两者混合反应而至少生成固相/液相产物，
以及，分离装置，至少用以将所述固/液相产物与气相体系分离。
本发明实施例提供了一种利用超高压低温等离子体进行废气脱硫脱硝的系统，其包括超高压低温等离子体发生器，用以生成超高压低温等离子体并对仅含有氮氧化物而不含有硫化物的废气进行活化处理，使废气中的氮氧化物直接还原被分解为氮气和氧气后排放。
本发明通过将待处理的含硫和/或含氮氧化物废气、氨气分别以超高压低温等离子体活化而产生大量活化粒子(亦可认为是活化自由基)，之后将活化后的所述废气和选择性通入或不通入氨气混合反应，使其中的硫、氮组分转变为固相/液相产物，其后只需将固(/液)气两相进行分离，即可达到气体净化的目的，并可得到能回收利用的铵盐等副产物。当废气中不含硫化物，仅含有氮氧化物(笑气、NO、N2O等)污染性气体时，可以选择是否通入氨气，优选的关闭氨气的使用，废气直接通入超高压低温等离子体设备内，将氮氧化物直接分解为氮气、氧气，恒定高效，无耗材。
与现有技术相比，本发明的优点包括：提供的利用超高压低温等离子体脱硫脱硝的方法具有操作简单，流程短，适用性强，操作简单，选择性灵活，可实现多种污染物的同步、高效率脱除(废气中硫化物、氮氧化物的转化率在80％以上，优选在90％以上)、无二次污染和能耗低等优点，且还可获得硝酸铵和硫酸铵等副产物，实现废气再利用。
附图说明
图1为本发明一典型实施方案之中一种利用超高压低温等离子体进行废气脱硫脱硝的工艺流程图。
具体实施方式
鉴于现有技术中的不足，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本发明的技术方案，如下将进行详细解释说明。
本发明实施例的一个方面提供了一种利用超高压低温等离子体进行废气脱硫脱硝的方法，其包括：
将含硫和/或含氮氧化物废气通过超高压低温等离子体进行活化，同时选择性通入或不通入经超高压低温等离子设备活化后的氨气与所述废气混合反应而生成固相/液相产物，
以及，将固/液相产物与气相体系分离。
在一些较佳实施方案中，所述超高压低温等离子体的激发电压大于10kV而小于或等于300kV，优选为50-250kV，尤其优选为70-200kV。
在一些较佳实施方案中，所述超高压低温等离子体的操作活化温度为30-300℃，优选为50-150℃。
进一步的，在所述的利用超高压低温等离子体进行废气脱硫脱硝的方法中，所述氨气的用量是根据废气中的硫化物(例如二氧化硫)和氮氧化物含量而计算确定。
在一些实施方案中，当废气中含有硫化物时，则通入所述氨气，并混合反应生成所述固相和/或液相产物。
在一些实施方案中，当废气中仅含有氮氧化物而不含有硫化物时，则可以不通入所述氨气，使废气直接通过超高压低温等离子体设备，从而使其中的氮氧化物直接还原被分解为氮气和氧气后排放，绿色环保，无毒无害。
进一步的，所述废气中包含至少一种硫化物和/或至少一种氮氧化物；氮氧化物主要包括笑气(N2O)、一氧化氮(NO)、五氧化二氮(N2O5)、三氧化二氮(N2O3)、二氧化氮(NO2)、四氧化二氮(N2O4)等中的任意一种或多种的组合。
进一步的，所述废气还可包含氮气，氧气和水蒸气中的任意一种或多种，但不限于此。例如，所述废气可以是常见的工业烟气，包括高炉尾气、化工尾气等等。
在一些较为具体的实施案例中，还可以在对氨气和/或所述废气进行所述的活化处理之前，对其进行预处理。
例如，可以将氨气和所述废气分别预热后，再以低温等离子体分别进行活化处理，以降低能耗。
例如，对于一些含有粉尘的废气，可以采用业界所知的合适方式预先进行除尘处理。
例如，对于一些硫氮含量较高的废气，可以采用业界所知的合适方式预先进行初步脱硫脱硝处理，之后再以低温等离子体分别进行活化处理，如此可以更好的提高废气处理量和处理效率。
本发明实施例的另一个方面提供了一种利用超高压低温等离子体进行废气脱硫脱硝的系统，其包括：
第一超高压低温等离子体发生器，用以对至少含有硫化物的废气进行活化处理，
第二超高压低温等离子体发生器，用以对氨气进行活化处理，
反应器，用以容置活化后的氨气与所述烟气并使该两者混合反应而至少生成固相和/或液相产物，
以及，分离装置，至少用以将所述固相和/或液相与气相体系分离。
在一些较佳实施方案中，由所述第一超高压低温等离子体发生器和/或第二超高压低温等离子体发生器产生的低温等离子体的激发电压大于10kV而小于或等于300kV；优选为50-250kV，尤其优选为70-200kV。
在一些较佳实施方案中，由所述第一超高压低温等离子体发生器和/或第二超高压低温等离子体发生器产生的低温等离子体的操作活化温度为30-300℃，优选为50-150℃。
在一些较佳实施方案中，利用超高压低温等离子体进行废气脱硫脱硝的系统还包括烟气再热器，至少用以对氨气和所述烟气进行换热处理，满足所述超高压低温等离子体发生器操作温度。
其中，所述烟气再热器可采用回转式烟气换热器，并且所述烟气再热器的至少又一热端入口还与所述反应器的输出口连通，至少又一冷端出口还与排气装置连通。
进一步的，所述废气中包含至少一种硫化物和/或至少一种氮氧化物；氮氧化物主要包括笑气(N2O)、一氧化氮(NO)、五氧化二氮(N2O5)、三氧化二氮(N2O3)、二氧化氮(NO2)、四氧化二氮(N2O4)等中的任意一种或多种的组合。
本发明实施例的一个方面提供了一种利用超高压低温等离子体进行废气脱硫脱硝的系统，其包括超高压低温等离子体发生器，用以生成超高压低温等离子体并对仅含有氮氧化物而不含有硫化物的废气进行活化处理，使废气中的氮氧化物直接被分解为氮气和氧气后排放。
在一些较佳实施方案中，所述超高压低温等离子体的激发电压大于10kV而小于或等于300kV；优选为50-250kV，尤其优选为70-200kV，操作活化温度为30-300℃，优选为50-150℃。
实施例1：该实施例中的一种废气净化系统的结构可参阅图1所示，其可包括烟气再热器(回转式烟气再热器)、超高压低温等离子体发生器、反应器、分离室，储罐和排气烟囱等。
在以该系统进行废气处理时，可以将待处理废气与氨气分别通过回转式烟气再热器进行预热，预热后的废气和氨气分别进入超高压低温等离子体发生器，对气体进行活化，产生大量活化粒子，之后将活化后的废气和氨气在反应器中进行混合并发生反应，生成固/液相产物，将固气两相进行分离，从而达到气体净化的目的，并得到可以用于工业生产的等副产物。其中，气固相分离后的固体/溶液(包括铵盐等)可引入储罐中储存备用。
其中，所述氨气可由液氨/氨水通过氨气发生器制备。
其中，所述氨气的供给管路上还可设置阀门和流量计等，以记录、调节氨气流量。
同样的，所述废气的供给管路上也可设置阀门和流量计等。
在一具体实施案例中，可以利用该系统净化工业烟气，该烟气包含氮气、氧气、水蒸气、多种硫化物以及氮氧化物气体等，其中，硫化物总含量为1000ppm，氮氧化物总含量为2000ppm，氧气浓度为10％，水蒸气浓度为5％，氮气为载气，废气总流量为10000m3/h。
对该工业烟气(如下简称废气)进行净化的具体操作过程如下：
1.废气通过废气入口管道进入烟气再热器，调节废气温度至50-150℃。
2.同时打开氨气管道阀门，开启氨水/氨气储罐，通过流量计记录流量，通过氨气管道阀门调节氨气流量，流量约40m3/h。
3.将氨气通过烟气再热器进入回转式烟气再热器进行预热，至温度为50-150℃。
4.预热后的废气与氨气分别通过烟气再热器热端出口进入低温等离子体发生器，在低温等离子体发生器中进行活化(激发电压为50-120kV，气体活化时间为0.1-10s)，产生大量的自由基。
5.将活化后的废气与氨气流在反应器中混合反应。
6.对反应后的产物进行气固(/液)相分离操作，从而得到固(/液)相产物和净化废气。固相/液相产物从分离室下端直接排出收集，净化废气通过烟气再热器冷端入口进入回转式烟气再热器，继而通过烟气再热器热端出口从排气烟囱排出。
其中，产物包含硝酸铵和硫酸铵，气相产物中硫化物总含量在100ppm以下，氮氧化物总含量在200ppm以下，远远低于国家的相关排放标准。
与传统脱硫脱硝技术相比，本实施例1使用超高压低温等离子体脱硫脱硝，具有工艺简单、流程短、适用性强、操作简单、可实现多种污染物同步脱除等特点，并可避免二次污染，绿色环保，还可将SOX、NOX等气体转化成可回收利用的盐类，避免资源的浪费，可广泛应用于烟气处理、气体净化等领域。
对照例1：净化锅炉气，烟气包含氮气、氧气、水蒸气、多种硫化物以及氮氧化物气体等，其中，硫化物总含量为950ppm，氮氧化物总含量为2100ppm，氧气浓度为10％，水蒸气浓度为5％，氮气为载气，废气总流量为10000m3/h。
对该工业烟气(如下简称废气)进行净化的具体操作过程如下：
1.废气通过废气入口管道进入烟气再热器，调节废气温度至50-150℃。
2.同时打开氨气管道阀门，开启氨水/氨气储罐，通过流量计记录流量，通过氨气管道阀门调节氨气流量，流量约40m3/h。
3.将废气通过烟气再热器冷端入口进入回转式烟气再热器进行预热，至温度为50-150℃。
4.预热后的废气通过烟气再热器热端出口进入低温等离子体发生器，在低温等离子体发生器中进行活化(激发电压为50-120kV，气体活化时间为0.1-10s)，产生大量的自由基。
5.将活化后的废气与未经活化的氨气在反应器中混合反应。
6.对反应后的产物进行气固(/液)相分离操作，从而得到固(/液)相产物和净化废气。固/液相产物从分离室下端直接排出收集，净化废气通过烟气再热器冷端入口进入回转式烟气再热器，继而通过烟气再热器热端出口从排气烟囱排出。最后净化废气中硫化物总含量在500ppm，氮氧化物总含量在1500ppm。
该对照例1的原料及工艺条件与实施例1基本相同，所不同者仅仅在于，该对照例1中是将预热后的工业烟气输入低温等离子体发生器活化而氨气不需活化，之后输入反应器进行反应，其硫氮脱除效果远远差于实施例1。
应当理解，上述实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种利用超高压低温等离子体进行废气脱硫脱硝的方法，其特征在于包括：
将含硫和/或含氮氧化物废气通过超高压低温等离子体进行活化，同时选择性通入或不通入经超高压低温等离子设备活化后的氨气与所述废气混合反应而生成固相/液相产物，
以及，将固相/液相产物与气相体系分离。
2.根据权利要求1所述的利用超高压低温等离子体进行废气脱硫脱硝的方法，其特征在于：
所述超高压低温等离子体的激发电压大于10kV而小于或等于300kV，优选50～250kV，尤其优选为70-200kV；
和/或，所述超高压低温等离子体的操作活化温度为30-300℃，优选为50-150℃。
3.根据权利要求1所述的利用超高压低温等离子体进行废气脱硫脱硝的方法，其特征在于：所述氨气的用量是根据废气中的硫化物和氮氧化物含量而计算确定。
4.根据权利要求1所述的利用超高压低温等离子体进行废气脱硫脱硝的方法，其特征在于：
当废气中含有硫化物时，则通入所述氨气，并混合反应生成所述固相/液相产物；
而当废气中仅含有氮氧化物而不含有硫化物时，不通入所述氨气，而使废气直接通过超高压低温等离子体设备，从而使其中的氮氧化物还原直接被分解为氮气和氧气后排放。
5.根据权利要求1所述的利用超高压低温等离子体进行废气脱硫脱硝的方法，其特征在于：所述废气中包含至少一种硫化物和/或至少一种氮氧化物；所述硫化物包括二氧化硫、三氧化硫或硫化氢中的任意一种或两种以上的组合；所述氮氧化物包括笑气、一氧化氮、五氧化二氮、三氧化二氮、二氧化氮、四氧化二氮中的任意一种或两种以上的组合。
6.一种利用超高压低温等离子体进行废气脱硫脱硝的系统，其特征在于包括：
第一超高压低温等离子体发生器，用以对至少含有硫化物的废气进行活化处理，
第二超高压低温等离子体发生器，用以对氨气进行活化处理，
反应器，用以容置活化后的氨气与所述烟气并使该两者混合反应而至少生成固相/液相产物，
以及，分离装置，至少用以将所述固相/液相产物与气相体系分离。
7.根据权利要求6所述的利用超高压低温等离子体进行废气脱硫脱硝的系统，其特征在于：
由所述第一超高压低温等离子体发生器和/或第二超高压低温等离子体发生器产生的低温等离子体的激发电压大于10kV而小于或等于300kV；优选为50-250kV，尤其优选为70-200kV；
和/或，由所述第一超高压低温等离子体发生器和/或第二超高压低温等离子体发生器产生的低温等离子体的操作活化温度为30-300℃，优选为50-150℃。
8.根据权利要求6或7所述的利用超高压低温等离子体进行废气脱硫脱硝的系统，其特征在于还包括烟气再热器，至少用以对氨气和所述烟气进行换热处理，满足所述超高压低温等离子体发生器操作温度。
9.根据权利要求6所述的利用超高压低温等离子体进行废气脱硫脱硝的系统，其特征在于：所述废气中包含至少一种硫化物和/或至少一种氮氧化物；所述氮氧化物包括笑气、一氧化氮、五氧化二氮、三氧化二氮、二氧化氮、四氧化二氮中的任意一种或两种以上的组合。
10.一种利用超高压低温等离子体进行废气脱硫脱硝的系统，其特征在于包括超高压低温等离子体发生器，用以生成超高压低温等离子体并对仅含有氮氧化物而不含有硫化物的废气进行活化处理，使废气中的氮氧化物直接被分解为氮气和氧气后排放；
其中，所述超高压低温等离子体的激发电压大于10kV而小于或等于300kV，优选为50-250kV，尤其优选为70-200kV，操作活化温度为30-300℃，优选为50-150℃。
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