一種二氧化硫去除裝置及其去除氣流中二氧化硫的方法
【專利說明】
(一)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種燃料燃燒后的廢氣處理方法，特別涉及一種從氣流中去除二氧化硫的裝置及處理廢氣中二氧化硫的方法，屬于大氣污染控制和環(huán)境保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域。
(二)
【背景技術(shù)】
[0002]人類活動產(chǎn)生的大量二氧化硫排放是引起大氣酸雨的主要原因。其中，燃料燃燒產(chǎn)生的二氧化硫(SO2)占排90%以上，其次是冶金、硫酸和煉油和化工制藥的等過程。502對人有致毒作用，屬中等毒類，對眼和呼吸道有強(qiáng)烈刺激作用，吸入高濃度二氧化硫可引起喉水腫、肺水腫、聲帶水腫及(或)痙攣導(dǎo)致窒息。中國環(huán)境狀況公報(bào)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，近年來我國城市酸雨污染程度有所加重。近年來，國家制定了一些法律、法規(guī)，對火力發(fā)電等燃燒過程排放的二氧化硫作出了更加嚴(yán)格的控制和減排規(guī)定。
[0003]—般地，火力發(fā)電廠等以化石燃料燃燒產(chǎn)生的煙氣中的二氧化硫濃度約為幾百到幾千mg/m3，一般地，石灰/石灰石等堿液吸收法是目前煙氣SO2廢氣治理的主要方法，但濕法吸收需要消耗大量水，設(shè)備投資大，系統(tǒng)復(fù)雜，且脫硫產(chǎn)物難以回收利用。干法一般是采用爐內(nèi)噴鈣的方式，但爐內(nèi)噴鈣效率不高，并對鍋爐效率有一定影響。
[0004]由脈沖電暈放電或無聲放電(又稱介質(zhì)阻擋放電)等氣體放電產(chǎn)生的非平衡等離子體技術(shù)應(yīng)用于廢氣治理，其基本原理是利用電暈放電產(chǎn)生大量高能電子、原子和自由基。這些高能電子、原子和自由基與有害分子反應(yīng)并使其氧化或離解，最終轉(zhuǎn)化為無害物。本發(fā)明者曾報(bào)導(dǎo)了采用脈沖電暈放電反應(yīng)器對二氧化硫的去除實(shí)驗(yàn)結(jié)果，研究結(jié)果參看黃立維等《化工學(xué)報(bào)》英文版(2011，2011，19(3):518-522)的報(bào)道。
(三)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明目的是提供一種從氣流中去除二氧化硫的反應(yīng)裝置及處理工藝，使氣流中含有的這些二氧化硫被氣體放電氧化和降解，從氣體反應(yīng)中分解出來有害中間產(chǎn)物被加入的固體吸收劑吸收，氣固分離后，達(dá)到氣體凈化的目的。
[0006]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0007]本發(fā)明提供一種二氧化硫去除裝置，所述裝置由筒體和氣體放電電極組成，所述筒體由上部分直筒體和下部分倒錐體構(gòu)成，所述筒體上部分直筒體內(nèi)部設(shè)置有氣體放電電極，所述氣體放電電極與高壓電源連接，筒體接地或接電源零線;所述的直筒體上部設(shè)置有與氣體管道連接進(jìn)口、所述的進(jìn)口還與固體吸收劑進(jìn)口相接;所述筒體上部分直筒體的下部設(shè)有凈化后氣體出口，所述直筒體內(nèi)部放電電極下端以下設(shè)置有集氣罩，所述集氣罩通過管路與凈化后氣體出口連通，所述筒體下部分倒錐體的底端設(shè)置有反應(yīng)后固體吸收劑出
□ O
[0008]進(jìn)一步，所述集氣罩開口朝下，集氣罩頂部距離放電電極下端距離一般50mm及以上，罩口大小設(shè)計(jì)時(shí)一般應(yīng)使罩口氣體流速小于2.0m/s，以便氣流不影響筒體內(nèi)反應(yīng)后氣體和固體吸收劑分離。
[0009]進(jìn)一步，所述筒體直徑150mm，筒體高1300mm，其中直筒體高800mm，倒錐體高500mmo
[0010]進(jìn)一步，所述氣體放電電極包含單根或多根電極，所述多根電極為直線型電極線或環(huán)型電極線。
[0011]本發(fā)明還提供一種利用所述二氧化硫去除裝置去除氣流中二氧化硫的方法，所述方法為:將氣體放電電極與高壓電源連通，再將含二氧化硫的氣體從氣體進(jìn)口導(dǎo)入，并將固體吸收劑通過計(jì)量進(jìn)量器加入固體吸收劑進(jìn)口，氣體停留時(shí)間為3-30S，從凈化后氣體出口收集處理后的氣體，從固體吸收劑排出口收集固體吸收劑;所述固體吸收劑與被吸收的二氧化硫的化學(xué)計(jì)量摩爾比為10-30:1。
[0012]進(jìn)一步，所述固體吸收劑為氫氧化鈣、氫氧化鎂、氧化鈣、氧化鋅和碳酸鈣中的一種或多種混合。
[0013]進(jìn)一步，所述固體吸收劑粒徑為50μπι-1000μπι(50-400μπι)。
[0014]進(jìn)一步，所述含二氧化硫的氣體濃度為400-800mg/m3，氧氣體積濃度6_12%，水分體積濃度8-10%，其余為氮?dú)?，?yōu)選為600mg/m3，氧氣體積濃度8%，水分體積濃度10%，其余為氮?dú)狻?br>[0015]進(jìn)一步，向所述含二氧化硫的氣體中添加體積濃度0.5% -10 %氬氣。
[0016]所述的高壓電源的供電方式包括脈沖供電和交流供電，其中脈沖供電的電壓為±2kV-±200kV(優(yōu)選40kV)，脈沖重復(fù)頻率為2Hz-2kHz(優(yōu)選50-500HZ)，交流供電的電壓為2kV-200kV(優(yōu)選40kV)，頻率為1Hz-1OkHz(優(yōu)選50_500Hz)。
[0017]進(jìn)一步，所述含二氧化硫的氣體溫度為20?160°C。
[0018]本發(fā)明所述的一種二氧化硫去除裝置的筒體結(jié)構(gòu)的上部分為直筒體，下部分為倒錐體，所述筒體一般為圓筒形，也可以是長方體或正方體，效果大體相當(dāng)，所述直筒體部分的主要功能是提供氣相和氣固相反應(yīng)，倒錐體部分主要功能為收塵和除塵。本發(fā)明所述的放電電極通常為圓型或芒刺型，放電電極的供電方式包括脈沖和交流，其中脈沖供電的電壓一般為土 2kV-土 200kV，正電壓和負(fù)電壓效果一樣，脈沖重復(fù)頻率為一般2Hz-2kHz，交流供電的電壓一般為2kV-200kV，頻率為一般1Hz-1OkHz。不同供電形式的處理效果大體相當(dāng)，且與輸入的能量成正比，單位處理氣量能耗約2-200W.h/m3，具體與去除率和氣體性質(zhì)等操作參數(shù)有關(guān)。接地極或零線一般為筒體，脈沖供電時(shí)筒體接地，交流供電時(shí)筒體接零線。電極材料一般為不銹鋼、鈦、鎢或合金等導(dǎo)電材料，筒體材料一般為不銹鋼，放電電極與接地電極(或零線)之間的距離一般為10-300mm。反應(yīng)器內(nèi)可布置單根或多根電極，具體依據(jù)筒體大小設(shè)定，一般筒體直徑小于10mm時(shí)，可采用單根放電電極線沿軸心垂直設(shè)置，筒體直徑大于10mm時(shí)，可采用多根直線型電極線或環(huán)型電極線，在筒體內(nèi)垂直或水平放置或各種組合，效果相當(dāng)，兩相鄰放電電極線的距離可依據(jù)筒體結(jié)構(gòu)大小等操作參數(shù)設(shè)計(jì)，無特殊要求
[0019]本發(fā)明所述的裝置從氣流中去除二氧化硫的處理工藝如下:先把固體吸收劑顆粒加入含有二氧化硫氣體的氣流中，固體吸收劑顆粒加的形式，可采用固體吸收劑顆粒計(jì)量進(jìn)量器加入，也可采用氣流輸送等形式，然后把所述的氣流導(dǎo)入所述裝置筒體的上部，在所述的氣體放電電極上連通高壓電源后產(chǎn)生電暈放電，使氣流中含有的二氧化硫氣體在反應(yīng)器內(nèi)被氧化為硫酸氣溶膠，然后被氣流中的固體吸收劑顆粒吸收，反應(yīng)后的固體吸收劑顆粒在重力、氣流夾帶和靜電力等作用下同時(shí)向筒壁和往下移動，最后通過設(shè)置在錐形下筒體下部的反應(yīng)后固體吸收劑出口排出，凈化后的氣流通過設(shè)置在筒體上部分直筒體下部的凈化后氣體出口排出。所述的凈化后氣體出口由集氣罩和連接管組成，集氣罩開口朝下，集氣罩頂部應(yīng)在放電電極下端以下，一般距離為50mm及以上，罩口大小設(shè)計(jì)時(shí)一般應(yīng)使罩口流速小于2.0m/s，以便氣流不影響筒體內(nèi)反應(yīng)后氣體和固體吸收劑顆粒得分離。
[0020]本發(fā)明所述的固體吸收劑顆?？梢允菤溲趸}、氫氧化鎂、氧化鈣、氧化鋅和碳酸鈣等堿性吸收劑的一種或其混合物，其中以氫氧化鈣和氫氧化鎂為佳，吸收效果大體相當(dāng)，其次為氧化鈣和氧化鋅。固體吸收劑與被吸收的二氧化硫的化學(xué)計(jì)量摩爾比一般為0.5:100，吸收劑顆粒為粉末狀，粒徑一般大于5μπι，太細(xì)不利氣固分離，優(yōu)選50μπι-1000μπι，氣體停留時(shí)間一般為0.5s以上，優(yōu)選3-30s，停留時(shí)間長去除率高。氣固反應(yīng)溫度一般在300 V以下，優(yōu)選20 °C -100 °C，氣固吸收反應(yīng)后的產(chǎn)物在高溫時(shí)易分解。
[0021]當(dāng)在氣流中加入高濃度的固體吸收劑顆粒時(shí)，如30g/m3以上時(shí)，將對氣體放電會產(chǎn)生一定的影響，此時(shí)可在氣流中加入氬氣等有利氣體放電的惰性氣體，可以起到增強(qiáng)放電效果和降低放電電壓的效果，并與加入量成正比，所述的加入的氬氣等惰性氣體的體積濃度一般為0.01%以上。
[0022]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:本發(fā)明把氣體放電等離子體化學(xué)反應(yīng)、氣一固吸收和氣固分離過程相結(jié)合，使二氧化硫在氣體放電作用下氧化為硫酸氣溶膠，產(chǎn)物硫酸氣溶膠又被氣流中的固體吸收劑吸收，氣固分離，二氧化硫從氣流中得到去除，運(yùn)行操作方便。
(四)
【附圖說明】
[0023]圖1是本發(fā)明所述的一種從氣流中去除二氧化硫的裝置結(jié)構(gòu)示意圖(筒體以圓筒為例)，包括:I氣體進(jìn)口，2固體吸收劑進(jìn)口，3中心電極線，4筒體，5放電電極圓環(huán)，6凈化后氣體出口，7集氣罩，8固體吸收劑出口。
[0024]圖2是本發(fā)明所述的一種從氣流中去除二氧化硫的裝置結(jié)構(gòu)示意圖(圖1)中的中心電極線與放電電極圓環(huán)的一種連接形式，放電圓環(huán)電極與電極中