一種等離子體干式煙氣脫硫方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種等離子體干式煙氣脫硫方法，該方法采用等離子體輔助脫硫過濾器，300K到773K中低溫范圍對輪船尾氣和重型機械設(shè)備排放煙氣進(jìn)行脫硫。工藝過程簡單，在一個裝置中SO2通過干法直接轉(zhuǎn)化為硫酸鹽固體，不用轉(zhuǎn)化為硫酸，無污水、污酸處理問題，無需催化劑，也沒有NH3等添加劑，可應(yīng)用于船舶汽車尾氣處理等便攜性要求較高的應(yīng)用領(lǐng)域。所施加電流僅為μA級，且煙氣無需二次加熱，因而能耗低。低溫脫硫活性高、處理量大，應(yīng)用溫度范圍廣。
【專利說明】_種等離子體干式煙氣脫硫方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本發(fā)明涉及煙氣脫硫的【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種等離子體干式煙氣脫硫方法。

【背景技術(shù)】
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[0002]船舶柴油機和燃煤工業(yè)鍋爐等重型機械排放廢氣中的502等對大氣環(huán)境造成的污染已引起國際社會的廣泛關(guān)注?？刂芐O2排放可采用多種方法，主要途徑有燃燒前脫除原料的硫分；燃燒過程中采用先進(jìn)的燃燒方法減少SO2的形成；以及燃燒后對SO 2進(jìn)行吸收，即煙氣脫硫。依據(jù)我國目前的技術(shù)水平，煙氣脫硫是降低SO2排放量最經(jīng)濟有效的手段。
[0003]煙氣脫硫技術(shù)按脫硫劑和脫硫產(chǎn)物的干濕狀態(tài)又可分為濕法和干法，目前以石灰石-石膏法為代表的濕法脫硫技術(shù)，是最主流的煙氣脫硫方法。濕法脫硫總體說來雖然技術(shù)比較成熟，脫硫效率較高，但仍存在投資運行成本大、易腐蝕設(shè)備等缺點。相對來說，一般的干法脫硫過程簡單，對設(shè)備腐蝕性小，脫硫產(chǎn)物易處理，但也容易存在脫硫效率低的問題。針對船舶柴油機和重型燃煤鍋爐尾氣脫硫領(lǐng)域，濕法脫硫普遍面臨廢水處理問題，易造成設(shè)備龐大、二次污染等不利結(jié)果，難以取代干法脫硫。此外，近年來，等離子體法逐漸發(fā)展起來，并成為煙氣脫硫的研宄熱點，等離子體中的離子、電子和激發(fā)態(tài)原子都是活性很強的物種，很容易和煙氣中的分子、原子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，與脫硫反應(yīng)裝置相結(jié)合，可有效提高脫硫效率。
[0004]在傳統(tǒng)的碳酸鹽吸附SO2的干式脫硫方法中，923K時碳酸鹽可以很好地與SO 2反應(yīng)，但當(dāng)反應(yīng)溫度較低時(473K?723K)，碳酸鹽直接與302反應(yīng)形成硫酸鹽的速率大大降低，而且柴油機尾氣通常低于923K，將煙氣二次加熱后再脫硫無疑增加了能耗。此外，當(dāng)溫度升至中溫階段(773K左右)，一些碳酸鹽材料還會發(fā)生分解，造成脫硫材料不穩(wěn)定。
[0005]采用低溫等離子體輔助脫硫，可以降低反應(yīng)溫度，提高脫硫效率。專利CN103768942A采用介質(zhì)阻擋放電方法產(chǎn)生低溫等離子體，并將等離子體注入到柴油機排氣管道中，與尾氣中的NO2、SO2反應(yīng)生成硫酸、硝酸霧，將酸霧氣體弓I入到電除酸霧器中，再由直流高壓電源輸入高壓電經(jīng)高壓電纜、絕緣子等裝置施加到電極上，使得電極與電除酸霧器外殼形成高壓靜電場，從而得到凝結(jié)增粗的酸液滴，最后回收硝酸、硫酸的混合酸液，或再添加Ca (OH) 2生成Ca (NO 3) 2和CaSO 4。該法無需外加氧化催化劑、不用NH3等添加劑，SO 2脫除效率可達(dá)到85%，但需要經(jīng)過復(fù)雜的過程將SO2轉(zhuǎn)化為硫酸，增大了設(shè)備占地空間，對設(shè)備抗腐蝕要求增高，同時回收的硫酸和硝酸混合酸液作為化工產(chǎn)品分離也需要消耗財力物力。


【發(fā)明內(nèi)容】

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[0006]本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題與缺陷，提供一種等離子體干式煙氣脫硫方法，采用干式脫硫過濾器在300K到773K中低溫范圍對輪船尾氣和重型機械設(shè)備排放煙氣進(jìn)行脫硫。
[0007]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)的:
[0008]一種等離子體干式煙氣脫硫方法，該方法采用等離子體輔助脫硫過濾器，300K到773K中低溫范圍對輪船尾氣和重型機械設(shè)備排放煙氣進(jìn)行脫硫，所述等離子體輔助脫硫過濾器為兩端開口的桶狀結(jié)構(gòu)，上下兩端分別設(shè)有電極、電極間填充有蜂窩煤過濾裝置，所述蜂窩煤過濾裝置蜂窩煤孔道內(nèi)涂有碳酸鹽吸附材料；該方法包括以下步驟:
[0009]a、含硫煙氣沿與電極所在平面垂直方向進(jìn)入等離子體輔助脫硫過濾器，利用高壓電源放電，產(chǎn)生等離子體，所述等離子體含有高氧化能力的自由基O*和O3氣體；
[0010]b、利用O3氣體對煙氣中SO 2進(jìn)行氧化，形成SO 3，SO3再與等離子體輔助脫硫過濾器電極間填充的蜂窩煤過濾裝置蜂窩煤孔道內(nèi)側(cè)的碳酸鹽吸附材料反應(yīng)生成硫酸鹽和二氧化碳。
[0011]所述等離子體輔助脫硫過濾器為干式煙氣脫硫過濾器。
[0012]所述高壓電源優(yōu)選為兩個，電極為兩對。
[0013]所述等離子體為常壓低溫等離子體，等離子體的產(chǎn)生方法為介質(zhì)阻擋放電，放電間隙為5.0mm?50mm，放電過程中，電子溫度為5000K?20000K，氣體溫度為300K?773K。
[0014]所述等離子體的產(chǎn)生條件優(yōu)選為:電源頻率為IkHz?100kHz，電壓為104kV?
2X 105kV，電流為 I ?200 μ A。
[0015]所述碳酸鹽吸附材料選自MgC03、K2CO3.Li2CO3中的一種。
[0016]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點:
[0017]1.工藝過程簡單，采用等離子體輔助脫硫過濾器，在一個裝置中SO2通過干法直接轉(zhuǎn)化為硫酸鹽固體，不用轉(zhuǎn)化為硫酸，無污水、污酸處理問題，無需催化劑，也沒有冊13等添加劑，可應(yīng)用于船舶汽車尾氣處理等便攜性要求較高的應(yīng)用領(lǐng)域。
[0018]2.所施加電流僅為μΑ級，且煙氣無需二次加熱，因而能耗低。
[0019]3.低溫脫硫活性高、處理量大，應(yīng)用溫度范圍廣。

【專利附圖】

【附圖說明】
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[0020]圖1是高壓電源為一個，電極為一對時的等離子體輔助脫硫過濾器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]其中，1、排煙氣通道，2、煙氣3、等離子體，4、蜂窩煤過濾裝置，5、介電層，6、電極，7、匹配的電導(dǎo)，8、高壓電源；
[0022]圖2是高壓電源為兩個，電極為兩對時的等離子體輔助脫硫過濾器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖3是蜂窩煤過濾裝置的截面示意圖；
[0024]圖4是本發(fā)明脫硫方法在含硫煙氣溫度為723Κ時的SO2的脫除效果示意圖；
[0025]其中，A指煙氣 Α，含 S02200ppm，O21wt %，C026wt %，水蒸汽 6wt %，其余為 N2;B 指混合煙氣B，B中還含031000ppm。

【具體實施方式】
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[0026]以下是對本發(fā)明的進(jìn)一步說明，而不是對本發(fā)明的限制。
[0027]如圖1所示，所述等離子體輔助脫硫過濾器為兩端開口的桶狀結(jié)構(gòu)，上下兩端分別設(shè)有電極6、電極間填充有蜂窩煤過濾裝置4，所述蜂窩煤過濾裝置4蜂窩煤孔道內(nèi)涂有碳酸鹽吸附材料，所述等離子體輔助脫硫過濾器向煙氣提供高頻高壓的高壓電源為一個。
[0028]如圖2所示，所述等離子體輔助脫硫過濾器的向煙氣提供高頻高壓的高壓電源為兩個。
[0029]蜂窩煤過濾裝置的截面示意圖如圖3所示，碳酸鹽吸附材料涂覆在蜂窩煤過濾裝置蜂窩煤孔道結(jié)構(gòu)中。
[0030]實施例1:
[0031]本發(fā)明采用介質(zhì)阻擋放電方法產(chǎn)生等離子體源，利用圖2所示裝置對含硫煙氣進(jìn)行處理，排煙氣通道I的含硫煙氣2沿與電極6所在平面垂直方向進(jìn)入等離子體輔助脫硫過濾器，由頻率為IkHz?10kHz、電壓為104kV?2X 105kV的高壓電源8向煙氣I提供高頻高壓，產(chǎn)生相應(yīng)電流為I UA?200 μΑ。在等離子體輔助脫硫過濾器中，煙氣I主體的溫度可以為300Κ?773Κ之間，對應(yīng)電離產(chǎn)生電子的溫度則可達(dá)到5000Κ?20000Κ。經(jīng)強電離放電電場離解、電離后，O2轉(zhuǎn)化為O*以及O 3等離子體3。利用等離子體3中03氣體對煙氣I中SO2進(jìn)行氧化形成SO 3，SO3再與等離子體輔助脫硫過濾器電極間填充的蜂窩煤過濾裝置4蜂窩煤孔道內(nèi)側(cè)的碳酸鹽吸附材料反應(yīng)生成硫酸鹽和二氧化碳。
[0032]利用圖2所示裝置對含硫煙氣進(jìn)行處理，結(jié)果如圖4所示。圖中，煙氣A成分為含S02200ppm, O21wt %, C026wt%，水蒸汽6wt%，其余為N2;由高壓電源向煙氣A提供高頻高壓電，形成混合煙氣B，混合煙氣B中還含031000ppm。從圖4可知，當(dāng)煙氣主體溫度為723K時，采用K2CO3作為脫硫吸附劑，SO2的處理量為10mg-S02/g-K2C0^，煙氣A的502脫除率分別為91 %，而混合煙氣B的SO2脫除率可達(dá)到97%。當(dāng)煙氣主體溫度為723K時，采用K 2C03作為脫硫吸附劑，SO2的處理量為20mg-S0 2/g-K2C03時，煙氣A的SO 2脫除率分別為61 %，混合煙氣B的302脫除率仍可達(dá)到90%。當(dāng)SO2處理量較小的時候，煙氣中是否含有臭氧，SO2都可以被除掉，但SO 2處理量變大以后，含有臭氧的混合煙氣B反應(yīng)速率快，在一定的煙氣流速下，B的脫硫率仍可保持在較高水平；而不含臭氧的煙氣A的脫硫反應(yīng)速率有限，煙氣A的302脫除率明顯減低。由此可見利用本發(fā)明對含硫煙氣進(jìn)行處理，在處理量大時，還能保持尚脫硫活性。
【權(quán)利要求】
1.一種等離子體干式煙氣脫硫方法，其特征在于，該方法采用等離子體輔助脫硫過濾器，300K到773K中低溫范圍對輪船尾氣和重型機械設(shè)備排放煙氣進(jìn)行脫硫，所述等離子體輔助脫硫過濾器為兩端開口的桶狀結(jié)構(gòu)，上下兩端分別設(shè)有電極、電極間填充有蜂窩煤過濾裝置，所述蜂窩煤過濾裝置蜂窩煤孔道內(nèi)涂有碳酸鹽吸附材料；該方法包括以下步驟: a、含硫煙氣沿與電極所在平面垂直方向進(jìn)入等離子體輔助脫硫過濾器，利用高壓電源放電，產(chǎn)生等離子體，所述等離子體含有高氧化能力的自由基O*和O3氣體； b、利用O3氣體對煙氣中SO2進(jìn)行氧化，形成S03，S03再與等離子體輔助脫硫過濾器電極間填充的蜂窩煤過濾裝置蜂窩煤孔道內(nèi)側(cè)的碳酸鹽吸附材料反應(yīng)生成硫酸鹽和二氧化碳。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體干式煙氣脫硫方法，其特征在于，所述高壓電源為兩個，電極為兩對。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的等離子體干式煙氣脫硫方法，其特征在于，所述等離子體為常壓低溫等離子體，等離子體的產(chǎn)生方法為介質(zhì)阻擋放電，放電間隙為5.0mm?50_，放電過程中，電子溫度為5000K?20000K，氣體溫度為300K?773K。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的等離子體干式煙氣脫硫方法，其特征在于，所述等離子體的產(chǎn)生條件為:電源頻率為IkHz?10kHz，電壓為104kV?2X 105kV，電流為I?200 μ A。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的等離子體干式煙氣脫硫方法，其特征在于，所述碳酸鹽吸附材料選自MgCO3、K2CO3' Li2CO3中的一種。
【文檔編號】B01D53/81GK104492249SQ201410833747
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月29日
【發(fā)明者】黃宏宇, 大坂侑吾, 王智輝, 何兆紅, 劉學(xué)成, 鄧立生 申請人:中國科學(xué)院廣州能源研究所