利用超高壓低溫等離子體進行廢氣脫硫脫硝的方法及系統與流程

本發明涉及一種廢氣處理方法，特別涉及一種利用超高壓低溫等離子體進行含硫和/或含氮氧化物廢氣凈化的方法及系統，屬于工業廢氣處理以及大氣污染凈化領域。

背景技術：

隨著現代工業的飛速發展，煤和石油作為能源結構中的主力，其使用量日益增大，在燃燒過程中不可避免的產生了硫化物(sox、h2s)、氮氧化物(n2o、nox等)等污染物。其中硫氧化物sox以so2為主，會刺激呼吸道，導致氣管及支氣管萎縮，長期呼吸會危及生命；同時還影響動植物的正常生長，嚴重破壞生態平衡。n2o在溫室效應的貢獻率約為5％。其對溫室效應的貢獻約為甲烷的2.5倍，其使得全球變暖的潛能是co2的310倍，n2o在大氣中的濃度每增加一倍，全球溫度將上升0.3℃；nox會損傷人們的肺部機能，導致癌變；并會引起光污染，刺激眼部并具有強毒性，嚴重威脅人類的生存。同時sox、nox氣體會與水蒸氣結合形成酸雨，造成遠距離污染及廣域污染。火電廠、化工企業、汽車尾氣等均是硫氧化物、氮氧化物的主要來源。

長期以來，我國不斷出臺了大批限制大氣污染物排放的相關政策以及法律法規，例如《大氣污染物綜合排放標準gb16297-1996》中規定二氧化硫最高允許排放濃度為1.2g/m³，無組織排放監控濃度限值為0.5mg/m³；氮氧化物最高允許排放濃度為1.7g/m³，無組織排放監控濃度限值為0.15mg/m³。《火電廠大氣污染物排放標準gb13223-2011》、《鍋爐大氣污染物排放標準gb13271－91》及《惡臭污染物排放標準gb14554-93》等國家標準均對含硫化物、氮氧化物排放濃度有強制性要求。這表明我國政府對于控制大氣污染排放的強烈決心和治理大氣污染的巨大力度，與此同時，這些相關政策也促進了我國廢氣污染控制、凈化方面的研究和工程開發。

目前國內外現有的廢氣凈化技術多是采用獨立的脫硫、脫硝工藝，極少有可以同時處理硫化物、氮氧化物的技術工藝。傳統的技術工藝多為濕式吸收法以及固體吸收法。其中，濕式吸收法存在設備占地面積大，流程復雜，投資和操作運行費用高，產生廢水造成二次污染，后處 理麻煩等問題。固體吸收法存在附劑用量多，設備龐大，投資高等缺點，而且傳統方法大都存在廢氣中硫氧化物、氮氧化物回收率低，資源浪費嚴重的問題。

技術實現要素：

本發明的主要目的在于提供一種利用超高壓低溫等離子體進行廢氣脫硫脫硝的方法及系統，以克服現有技術中的不足。

為實現前述發明目的，本發明采用的技術方案包括：

本發明實施例提供了一種利用超高壓低溫等離子體進行廢氣脫硫脫硝的方法，其包括：

將含硫和/或含氮氧化物廢氣通過超高壓低溫等離子體進行活化，同時選擇性通入或不通入經超高壓低溫等離子設備活化后的氨氣與所述廢氣混合反應而生成固相/液相產物，

以及，將固相/液相產物與氣相體系分離。

進一步的，當廢氣中含有硫化物時，則通入所述氨氣，并混合反應生成所述固相/液相產物。

進一步的，當廢氣中僅含有氮氧化物而不含有硫化物時，可不通入所述氨氣，而使廢氣直接通過超高壓低溫等離子體設備，從而使其中的氮氧化物直接被分解為氮氣和氧氣后排放。

本發明實施例提供了一種利用超高壓低溫等離子體進行廢氣脫硫脫硝的系統，其包括：

第一超高壓低溫等離子體發生器，用以對至少含有硫化物的廢氣進行活化處理，

第二超高壓低溫等離子體發生器，用以對氨氣進行活化處理，

反應器，用以容置活化后的氨氣與所述煙氣并使該兩者混合反應而至少生成固相/液相產物，

以及，分離裝置，至少用以將所述固/液相產物與氣相體系分離。

本發明實施例提供了一種利用超高壓低溫等離子體進行廢氣脫硫脫硝的系統，其包括超高壓低溫等離子體發生器，用以生成超高壓低溫等離子體并對僅含有氮氧化物而不含有硫化物的廢氣進行活化處理，使廢氣中的氮氧化物直接還原被分解為氮氣和氧氣后排放。

本發明通過將待處理的含硫和/或含氮氧化物廢氣、氨氣分別以超高壓低溫等離子體活化而產生大量活化粒子(亦可認為是活化自由基)，之后將活化后的所述廢氣和選擇性通入或不通入氨氣混合反應，使其中的硫、氮組分轉變為固相/液相產物，其后只需將固(/液)氣兩相進行分離，即可達到氣體凈化的目的，并可得到能回收利用的銨鹽等副產物。當廢氣中不含硫化物，僅含有氮氧化物(笑氣、no、n2o等)污染性氣體時，可以選擇是否通入氨氣，優選的關 閉氨氣的使用，廢氣直接通入超高壓低溫等離子體設備內，將氮氧化物直接分解為氮氣、氧氣，恒定高效，無耗材。

與現有技術相比，本發明的優點包括：提供的利用超高壓低溫等離子體脫硫脫硝的方法具有操作簡單，流程短，適用性強，操作簡單，選擇性靈活，可實現多種污染物的同步、高效率脫除(廢氣中硫化物、氮氧化物的轉化率在80％以上，優選在90％以上)、無二次污染和能耗低等優點，且還可獲得硝酸銨和硫酸銨等副產物，實現廢氣再利用。

附圖說明

圖1為本發明一典型實施方案之中一種利用超高壓低溫等離子體進行廢氣脫硫脫硝的工藝流程圖。

具體實施方式

鑒于現有技術中的不足，本案發明人經長期研究和大量實踐，得以提出本發明的技術方案，如下將進行詳細解釋說明。

本發明實施例的一個方面提供了一種利用超高壓低溫等離子體進行廢氣脫硫脫硝的方法，其包括：

將含硫和/或含氮氧化物廢氣通過超高壓低溫等離子體進行活化，同時選擇性通入或不通入經超高壓低溫等離子設備活化后的氨氣與所述廢氣混合反應而生成固相/液相產物，

以及，將固/液相產物與氣相體系分離。

在一些較佳實施方案中，所述超高壓低溫等離子體的激發電壓大于10kv而小于或等于300kv，優選為50-250kv，尤其優選為70-200kv。

在一些較佳實施方案中，所述超高壓低溫等離子體的操作活化溫度為30-300℃，優選為50-150℃。

進一步的，在所述的利用超高壓低溫等離子體進行廢氣脫硫脫硝的方法中，所述氨氣的用量是根據廢氣中的硫化物(例如二氧化硫)和氮氧化物含量而計算確定。

在一些實施方案中，當廢氣中含有硫化物時，則通入所述氨氣，并混合反應生成所述固相和/或液相產物。

在一些實施方案中，當廢氣中僅含有氮氧化物而不含有硫化物時，則可以不通入所述氨氣，使廢氣直接通過超高壓低溫等離子體設備，從而使其中的氮氧化物直接還原被分解為氮氣和氧氣后排放，綠色環保，無毒無害。

進一步的，所述廢氣中包含至少一種硫化物和/或至少一種氮氧化物；氮氧化物主要包括笑氣(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)等中的任意一種或多種的組合。

進一步的，所述廢氣還可包含氮氣，氧氣和水蒸氣中的任意一種或多種，但不限于此。例如，所述廢氣可以是常見的工業煙氣，包括高爐尾氣、化工尾氣等等。

在一些較為具體的實施案例中，還可以在對氨氣和/或所述廢氣進行所述的活化處理之前，對其進行預處理。

例如，可以將氨氣和所述廢氣分別預熱后，再以低溫等離子體分別進行活化處理，以降低能耗。

例如，對于一些含有粉塵的廢氣，可以采用業界所知的合適方式預先進行除塵處理。

例如，對于一些硫氮含量較高的廢氣，可以采用業界所知的合適方式預先進行初步脫硫脫硝處理，之后再以低溫等離子體分別進行活化處理，如此可以更好的提高廢氣處理量和處理效率。

本發明實施例的另一個方面提供了一種利用超高壓低溫等離子體進行廢氣脫硫脫硝的系統，其包括：

第一超高壓低溫等離子體發生器，用以對至少含有硫化物的廢氣進行活化處理，

第二超高壓低溫等離子體發生器，用以對氨氣進行活化處理，

反應器，用以容置活化后的氨氣與所述煙氣并使該兩者混合反應而至少生成固相和/或液相產物，

以及，分離裝置，至少用以將所述固相和/或液相與氣相體系分離。

在一些較佳實施方案中，由所述第一超高壓低溫等離子體發生器和/或第二超高壓低溫等離子體發生器產生的低溫等離子體的激發電壓大于10kv而小于或等于300kv；優選為50-250kv，尤其優選為70-200kv。

在一些較佳實施方案中，由所述第一超高壓低溫等離子體發生器和/或第二超高壓低溫等離子體發生器產生的低溫等離子體的操作活化溫度為30-300℃，優選為50-150℃。

在一些較佳實施方案中，利用超高壓低溫等離子體進行廢氣脫硫脫硝的系統還包括煙氣再熱器，至少用以對氨氣和所述煙氣進行換熱處理，滿足所述超高壓低溫等離子體發生器操作溫度。

其中，所述煙氣再熱器可采用回轉式煙氣換熱器，并且所述煙氣再熱器的至少又一熱端入口還與所述反應器的輸出口連通，至少又一冷端出口還與排氣裝置連通。

進一步的，所述廢氣中包含至少一種硫化物和/或至少一種氮氧化物；氮氧化物主要包括笑氣(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)等中的任意一種或多種的組合。

本發明實施例的一個方面提供了一種利用超高壓低溫等離子體進行廢氣脫硫脫硝的系統，其包括超高壓低溫等離子體發生器，用以生成超高壓低溫等離子體并對僅含有氮氧化物而不含有硫化物的廢氣進行活化處理，使廢氣中的氮氧化物直接被分解為氮氣和氧氣后排放。

在一些較佳實施方案中，所述超高壓低溫等離子體的激發電壓大于10kv而小于或等于300kv；優選為50-250kv，尤其優選為70-200kv，操作活化溫度為30-300℃，優選為50-150℃。

實施例1：該實施例中的一種廢氣凈化系統的結構可參閱圖1所示，其可包括煙氣再熱器(回轉式煙氣再熱器)、超高壓低溫等離子體發生器、反應器、分離室，儲罐和排氣煙囪等。

在以該系統進行廢氣處理時，可以將待處理廢氣與氨氣分別通過回轉式煙氣再熱器進行預熱，預熱后的廢氣和氨氣分別進入超高壓低溫等離子體發生器，對氣體進行活化，產生大量活化粒子，之后將活化后的廢氣和氨氣在反應器中進行混合并發生反應，生成固/液相產物，將固氣兩相進行分離，從而達到氣體凈化的目的，并得到可以用于工業生產的等副產物。其中，氣固相分離后的固體/溶液(包括銨鹽等)可引入儲罐中儲存備用。

其中，所述氨氣可由液氨/氨水通過氨氣發生器制備。

其中，所述氨氣的供給管路上還可設置閥門和流量計等，以記錄、調節氨氣流量。

同樣的，所述廢氣的供給管路上也可設置閥門和流量計等。

在一具體實施案例中，可以利用該系統凈化工業煙氣，該煙氣包含氮氣、氧氣、水蒸氣、多種硫化物以及氮氧化物氣體等，其中，硫化物總含量為1000ppm，氮氧化物總含量為2000ppm，氧氣濃度為10％，水蒸氣濃度為5％，氮氣為載氣，廢氣總流量為10000m³/h。

對該工業煙氣(如下簡稱廢氣)進行凈化的具體操作過程如下：

1.廢氣通過廢氣入口管道進入煙氣再熱器，調節廢氣溫度至50-150℃。

2.同時打開氨氣管道閥門，開啟氨水/氨氣儲罐，通過流量計記錄流量，通過氨氣管道閥門調節氨氣流量，流量約40m³/h。

3.將氨氣通過煙氣再熱器進入回轉式煙氣再熱器進行預熱，至溫度為50-150℃。

4.預熱后的廢氣與氨氣分別通過煙氣再熱器熱端出口進入低溫等離子體發生器，在低溫等離子體發生器中進行活化(激發電壓為50-120kv，氣體活化時間為0.1-10s)，產生大量的自由基。

5.將活化后的廢氣與氨氣流在反應器中混合反應。

6.對反應后的產物進行氣固(/液)相分離操作，從而得到固(/液)相產物和凈化廢氣。固相/液相產物從分離室下端直接排出收集，凈化廢氣通過煙氣再熱器冷端入口進入回轉式煙氣再熱器，繼而通過煙氣再熱器熱端出口從排氣煙囪排出。

其中，產物包含硝酸銨和硫酸銨，氣相產物中硫化物總含量在100ppm以下，氮氧化物總含量在200ppm以下，遠遠低于國家的相關排放標準。

與傳統脫硫脫硝技術相比，本實施例1使用超高壓低溫等離子體脫硫脫硝，具有工藝簡單、流程短、適用性強、操作簡單、可實現多種污染物同步脫除等特點，并可避免二次污染，綠色環保，還可將sox、nox等氣體轉化成可回收利用的鹽類，避免資源的浪費，可廣泛應用于煙氣處理、氣體凈化等領域。

對照例1：凈化鍋爐氣，煙氣包含氮氣、氧氣、水蒸氣、多種硫化物以及氮氧化物氣體等，其中，硫化物總含量為950ppm，氮氧化物總含量為2100ppm，氧氣濃度為10％，水蒸氣濃度為5％，氮氣為載氣，廢氣總流量為10000m³/h。

對該工業煙氣(如下簡稱廢氣)進行凈化的具體操作過程如下：

1.廢氣通過廢氣入口管道進入煙氣再熱器，調節廢氣溫度至50-150℃。

2.同時打開氨氣管道閥門，開啟氨水/氨氣儲罐，通過流量計記錄流量，通過氨氣管道閥門調節氨氣流量，流量約40m³/h。

3.將廢氣通過煙氣再熱器冷端入口進入回轉式煙氣再熱器進行預熱，至溫度為50-150℃。

4.預熱后的廢氣通過煙氣再熱器熱端出口進入低溫等離子體發生器，在低溫等離子體發生器中進行活化(激發電壓為50-120kv，氣體活化時間為0.1-10s)，產生大量的自由基。

5.將活化后的廢氣與未經活化的氨氣在反應器中混合反應。

6.對反應后的產物進行氣固(/液)相分離操作，從而得到固(/液)相產物和凈化廢氣。固/液相產物從分離室下端直接排出收集，凈化廢氣通過煙氣再熱器冷端入口進入回轉式煙氣再熱器，繼而通過煙氣再熱器熱端出口從排氣煙囪排出。最后凈化廢氣中硫化物總含量在500ppm，氮氧化物總含量在1500ppm。

該對照例1的原料及工藝條件與實施例1基本相同，所不同者僅僅在于，該對照例1中是將預熱后的工業煙氣輸入低溫等離子體發生器活化而氨氣不需活化，之后輸入反應器進行反應，其硫氮脫除效果遠遠差于實施例1。

應當理解，上述實施例僅為說明本發明的技術構思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術的人士能夠了解本發明的內容并據以實施，并不能以此限制本發明的保護范圍。凡根據本發明精神實質所作的等效變化或修飾，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。