CN2768877Y - 氮氧化物的脉冲电晕催化分解装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种氮氧化物的脉冲电晕催化分解装置，所述装置包括高压直流脉冲电源、反应器、高低压电极对等装置，所述反应器包括串联的多级反应管、并联的与反应管一一对应的多组电极对、进气端管、排气端管与级间连通弯管。所述反应管包括催化剂体与相应的支架。本实用新型装置可以实现脉冲电晕放电等离子体与固体催化剂协同作用分解氮氧化物，可结合现有其他技术，使用在烟气处理流程末级，可以更加有效的降低氮氧化物的排放。

Description

氮氧化物的脉冲电晕催化分解装置
技术领域
本实用新型涉及一种氮氧化物的脉冲电晕催化分解装置，特别是一种脉冲电晕放电等离子体与固体催化剂的协同作用下高效分解氮氧化物等大气污染物的装置。
背景技术
我国已成为世界上第三大能源生产国和第二大能源消费国，煤炭在中国能源结构中所占的比例高达67.1％，占世界煤炭消费量的27％。我国是以煤炭为主的能源消费大国，从目前我国NOx的排放情况看，大部分的NOx是由燃煤锅炉及各种化工厂贡献出来的。而且我国的机动车辆主要集中于城市，其排放控制技术仅相当于国外20世纪80年代的水平，单车污染物排放因子很高，排放高度低，加上城市交通和人口集中，使得我国的一些大城市的NOx严重超标，潜在这发生光化学烟雾的危险。
现代社会面临环境日益恶化带来的威胁，NOx污染所造成的危害日益扩大，氮氧化物不仅能对人体能够造成强烈的伤害，而且，还是造成酸雨、光化学烟雾、臭氧层破坏等严重环境问题直接原因。
由于各方面的原因，我国对SO2的重视较多，而对NOx的脱除害不普遍，尤其是对电厂及其它大型工业锅炉NOx的脱除还未提到日程上来。随着我国对SO2治理工作的不断深入，NOx可能取代SO2成为我国大气酸性降雨的主要污染源。我国我在近期制定了NOx的排放标准，但脱氮技术与国外差距较大，实践经验不足，亟需广大科研人员加强开发研究，发展具有我国特色的脱氮技术。
氮氧化物(NOx)的排放主要是指NO的排放，氮氧化物控制技术可分为两大类，即燃烧中控制技术和燃烧后控制技术。其中燃烧中控制技术是根据氮氧化物的形成机理而产生的，主要有低氧燃烧法，烟气再循环法等。这些方法在技术上或经济上都有许多缺陷，不同程度的降低了燃烧的温度，降低了燃烧的效率。燃烧后控制技术包括选择性催化还原法，吸附法，水吸收法，稀硝酸吸收法，氨吸收法，亚硫酸氨法，弱酸性尿素吸收法等。这些方法控制难度大、能耗高、也在不同程度的存在着工艺复杂、吸收成本高、吸收产物的高效回收等问题，处理不当，还会形成二次污染物的排放。湿吸收法的效果较好，溶剂可回收，缺点是吸收剂的容量有限而设备庞大，再生及溶剂回收等后处理过程复杂。
近年来利用放电等离子体净化空气污染物受到了一定的重视。放电等离子体去除空气污染物是利用等离子体的高能电子和O、OH等活性粒子，对有害物质分子进行分解，使这些污染物转化为无害物质排放。目前研究人员已在脉冲电晕等离子体发生装置、反应器匹配、反应过程等方面获得了一些结果，表明等离子体放电产生高能电子与中性气体分子和原子进行碰撞，使这些中性粒子激发而产生分解和电离。但是，等离子体反应的缺点是化学反应选择性较差、定向控制能力较弱，如何达到高的NO分解率、避免副产物形成和降低能耗，尚有较多问题有待解决。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种在常温常压下脉冲电晕放电催化分解NO污染物的装置，能够较高效率地将氮氧化物分解成无害的物质。
本实用新型的目的是这样实现的：本实用新型的装置包括高压直流脉冲电源、反应器、高低压电极对等装置构成的氮氧化物污染气体反应系统。所述电极对包括高压电极和接地电极，高压电极可以是针状电极，接地电极可以是网状电极，该电极对直接与高压直流脉冲电源连接，即高低压电极对中的高压电极与高压直流脉冲电源的高压输出端相连接，接地电极和脉冲电源的接地电极共同接地。所述的高压直流脉冲电源为公开技术，由大连理工大学静电与特种电源研究所生产、销售。反应器由串联的五级或多于五级的反应管，以及并联的五组或多于五组的电极对组成，反应管与电极对一一对应；还包括进气端管、排气端管与级间连通弯管。每一反应管包括催化剂体与相应的支架，反应管外有保温套层。反应管由石英材料制成，催化剂分段置于反应器中，NO可在脉冲电晕等离子和催化剂协同作用下发生分解。装置简图如图1所示。
本实用新型装置的特征是脉冲电晕发生系统与污染气体反应系统相互分离，含有氮氧化物的污染气体对脉冲电晕等离子的发生不产生影响；反应器由石英材料制成，催化剂置于反应器中，污染气体可在等离子和催化剂协同作用下发生分解，分解后的气体产物无害，直接排入大气。
本实用新型装置根据脉冲电晕放电等离子体特点以及氮氧化物分解反应的需要，采用贵重金属钯的氧化物附载于多孔活性氧化铝或分子筛混合构成的固体催化剂。多孔活性氧化铝或分子筛载体主要起到吸附NO污染物的作用。
本实用新型装置的工作原理是利用脉冲电晕放电等离子体与催化反应的协同作用，以达到几方面作用：
(1)NO污染物及其反应中间物在催化剂表面的吸附使其在反应区有更长停留时间和更高的氧化降解率；
(2)表面吸附物种的化学反应(如吸附态NO的分解)比气相反应更容易进行；
(3)脉冲电晕放电等离子体产生的高活性粒子可激活NO分子，降低催化反应所需要的温度；
(4)脉冲电晕放电等离子体高能电子的作用可能促进催化剂表面上新的活性中心的形成。
脉冲电晕放电等离子体与固体催化剂协同作用的好处是：相对于单纯的等离子体法，可以依靠催化作用实现较长的停留时间和化学反应定向控制，提高NO分解率；另一方面，可以利用等离子体激活催化反应，降低反应温度。等离子体可通过如下途径激活催化反应：第一，等离子体放电使反应物分子获得能量，有利于其在催化剂活性中心上进行化学吸附，延长停留时间。第二，各种活性粒子直接作用于催化剂的活性中心，参与催化反应。第三，等离子体活性粒子尤其是高能电子的作用有利于反应产物从催化剂表面脱附。
在实现上述方法的本实用新型装置中，催化剂被保温套层加热到活性温度，部分催化剂的位置处在反应器中的高压电极和接地电极之间，电极之间形成的微弱的脉冲电晕电流。另外，烟气在反应器中的流动，将同时经过催化剂的活性中心表面和高压的脉冲电场电晕放电区域，高压电极和接地电极之间形成的脉冲放电等离子体，协同催化剂的作用，NO将被分解。
本实用新型装置结合现有其他技术，使用在烟气处理流程末级，可以更加有效的降低氮氧化物的排放。本实用新型装置的应用流程如图6所示。
使用本实用新型装置净化烟气中的NO具有如下优点：
(1)不产生废液，废渣等二次污染物；
(2)采用脉冲电晕放电等离子体，能量消耗较少；
(3)结构简单，便于安装，使用。
附图说明：
图1是本实用新型装置实施例的技术结构图；
图2是本实用新型装置的一根反应管的结构放大示意图；
图3是本实用新型装置实施例催化剂体间支架一的纵剖面示意图；
图4是本实用新型装置实施例催化剂体间支架一的横剖面示意图；
图5是本实用新型装置实施例催化剂体间支架二的纵剖面示意图；
图6是本实用新型装置实施例催化剂体间支架二的横剖面示意图；
图7是本实用新型装置实施例是催化剂体结构的纵剖面示意图；
图8是本实用新型装置实施例是催化剂体结构的横剖面示意图；
图9是本实用新型装置使用的工艺流程示意图。
具体实施方式
以下结合实施例对本实用新型的发明内容进一步详细说明：
如图1所示，本实用新型所设计的氮氧化物脉冲电晕分解装置结构如下：1、接地电极；2、级间连通弯管；3、排气端管；4、反应管；5、催化剂体间支架一、6、催化剂体间支架二；7、催化剂体；8、进气端管；9、高压电极；10、控温保温套层。
本实用新型装置特征是脉冲电晕等离子发生系统与氮氧化物污染气体反应系统(如图1)相互分离，能量以脉冲电晕等离子的形式，通过高低压电极对注入反应器中，NO气体对脉冲电晕发生装置没有影响。低含氧量的烟气经过余热回收、脱硫和除尘后，由进气管8进入由高压电极9(图1)和接地电极1(图1)所构成的反应器，烟气在反应器中流经有保温套层控制温度的催化剂活性区和等离子体区7，然后进入下一级反应器。在烟气流经五级或以上的反应器之后，NO的脱除率即可达到较高的水平，级数的多少，可以根据实际需要确定。在本实用新型装置中，气体流程为串联形式，电路为并联形式，高压电极9(图2)和接地电极1(图2)之间的间隙为3.5cm，高压电极9(图2)由高压脉冲电源供电，高压电极是由直径2mm的钢丝制成，尖端磨成针状；高压电级的输入脉冲电压保持在25kV，高压脉冲的上升前沿小于150μs，脉冲频率约为100～160Hz。接地电极由孔距2×2mm的钢制网状金属构成，与高压电极垂直对中安装。保温套管10(图2)的温度设定为270～320℃，对反应器中的催化剂块进行温度控制，反应器中的催化剂块体(图5)的外壳和催化剂块体的隔离支架(图3、4)均由多孔的耐温(400℃)非金属材料制成。烟气经过多级反应器的处理之后，NO的浓度下降到可以达到或超过国家环境保护总局颁布的《大气污染物综合排放标准》，可以直接向大气排放。

Claims (6)

1、一种氮氧化物的脉冲电晕催化分解装置，其特征在于：包括高压直流脉冲电源、反应器、高低压电极对等装置，所述反应器包括串联的多级反应管、并联的与反应管一一对应的多组电极对、进气端管、排气端管与连接各反应管的级间连通弯管；所述电极对包括高压电极与接地电极，该电极对直接与高压直流脉冲电源连接，即高低压电极对中的高压电极与高压直流脉冲电源的高压输出端相连接，接地电极和脉冲电源的接地电极共同接地。
2、如权利要求1所述的氮氧化物的脉冲电晕催化分解装置，其特征在于：所述反应管为串联的五级或五级以上。
3、如权利要求1或2所述的氮氧化物的脉冲电晕催化分解装置，其特征在于：所述反应管包括催化剂体与相应的支架。
4、如权利要求3所述的氮氧化物的脉冲电晕催化分解装置，其特征在于：所述反应管外有保温套层。
5、如权利要求1所述的氮氧化物的脉冲电晕催化分解装置，其特征在于：所述高压电极为针状电极。
6、如权利要求1所述的氮氧化物的脉冲电晕催化分解装置，其特征在于：所述接地电极为网状电极。
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