一種低溫等離子體去除霧中NO的方法與流程

本發明屬于氮氧化物脫除技術領域，具體涉及一種低溫等離子體去除霧中no的方法。

背景技術：

燃煤是我國大氣污染的主要來源，其會產生包括二氧化硫(so2)、氮氧化物(nox)等在內的大氣污染物，其中so2和一氧化氮(no)導致當地空氣質量惡化，并引發霧霾、酸雨、光化學煙霧等環境問題。自1990年代末以來，為了控制so2的排放，政府大力將煙氣脫硫(fgd)工藝廣泛應用于燃煤電廠、工業鍋爐、冶金爐、石化工業中。在現有的fgd工藝中，濕法煙氣脫硫(wfgd)因其具有去除效率高、運行穩定、投資和運行成本相對較低等優點而應用于90％以上的脫硫系統中。然而，該濕法煙氣脫硫工藝帶來的重大問題是會形成霧，導致嚴重的濕沉積和煙羽，特別是在煙氣加熱器因頻繁故障被移除后這一問題更加突出。近年來，為分離wfgd工藝后的霧和殘留細顆粒物(pm2.5)，往往在濕法煙氣脫硫系統中使用濕式電除塵器(wesp)。

另外，電廠和工業鍋爐所產生的nox通常采用選擇性催化還原(scr)和選擇性非催化還原(sncr)來凈化，其需要消耗大量的氨氣作為還原劑，從而導致系統運行成本高，且同時存在nh3泄漏的潛在安全風險。然而，由于燒結機、煉焦爐等工業窯爐不適用于scr和sncr法，因此目前為止缺乏合適的技術來控制nox的排放。故而，開發一種新的煙氣脫硝(denox)方法已經得到了越來越多的關注，其中將低溫等離子體氧化與化學吸收相結合是一種很有前景的技術方向。這種低溫等離子體氧化結合化學吸收的denox技術是基于高壓放電產生的活性物種(如o、ho2、o3)將no氧化為no2，再采用水或堿性溶液對其進行吸收。mizuno的研究還表明，當氨和/或水蒸氣注入低溫等離子體反應器時，可在反應器內壁形成有利于no2吸收的水膜，從而提高denox性能。kuroki在通過單級等離子體-化學過程同時去除顆粒物、nox和sox時也得到了相似的結論。

在同軸低溫等離子(ntp)反應器中，no被高壓放電產生的活性物種氧化為no2。然而，如何在霧存在的情況下，有效地將no氧化為no2并且以霧吸收no2并沒有相關研究。到目前為止，盡管在霧存在的情況下將ntp氧化和傳統化學吸收相結合用于氧化和去除no已得到廣泛的探討和報道，然而針對上述問題的研究報道并沒有。

技術實現要素：

鑒于上述問題，本發明對發明人對將低溫等離子體氧化與化學吸收相結合的denox技術進行大量研究和分析，開發出了一種新的低溫等離子體去除霧中no的方法，該方法利用電暈產生的oh、o、臭氧(o3)等活性物種將no氧化為no2，而產生的no2在電場中被霧吸收，其中，o和o3對于將no轉化為no2非常重要，而nox轉化為硝酸/亞硝酸主要依靠oh自由基。另外該方法還具有高效便捷且易于控制的優點，能夠有效地實現no的轉化，從而解決大氣污染的難題。

為了實現上述目的，本發明提供一種低溫等離子體去除霧中no的方法，其是將含有煙氣的霧通入等離子體反應器中，利用等離子體反應器的電暈放電區產生的等離子體將含有煙氣的霧中的no氧化為no2，所產生的no2由于親水性強而被霧吸收，同時霧在電場力作用下被反應器壁捕集，其中所述含有煙氣的霧通入等離子體反應器的流量為1.5-3l/min。

本發明方法不但可以去除霧中的no，也可去除煙氣中的二氧化硫，故而本發明方法能夠同時脫除多種污染物，從而大大降低煙氣處理的投資和運行成本。

優選地，在上述方法中，所述含有煙氣的霧為濕法脫硫塔中排出的氣霧。

優選地，在上述方法中，所述含有煙氣的霧中no的濃度為200-300ppm。

優選地，在上述方法中，所述等離子體反應器的電源為正極性直流高壓電源或負極性直流高壓電源。

優選地，在上述方法中，所述電源的電壓為20-30kv。

優選地，在上述方法中，所述電源的放電電流為3-8ma，優選5ma。

優選地，在上述方法中，所述等離子體反應器為線筒式等離子體反應器。

優選地，在上述方法中，所述等離子體反應器的放電電極為帶連續等距鋸齒齒片的不銹鋼棒。

更優選地，在上述方法中，所述齒片的厚度為0.8-1.2mm。

更優選地，在上述方法中，所述不銹鋼棒上的齒片的片數為3-10片，優選3-8片，且相鄰齒片之間的間距為10-50mm。

更優選地，在上述方法中，所述齒片上的齒尖數為3-8個，最優選4-6個。

更優選地，在上述方法中，所述等離子體反應器的放電電極的放電間隙為15-50mm，最優選19-38mm。

在外加電壓一定時，減少放電間隙，會增大電暈電流和生成更高濃度的o3，從而有利于no的氧化和nox的去除，并且在相對較低的輸入能量下，無論放電間隙多少，霧幾乎都能被完全捕集，其中硝酸鹽、亞硝酸鹽和硫酸鹽是液相中的主要產物，而氣相中主要生成了少量的n2o，同時增加放電電極上齒尖數和齒片數可促進等離子體反應器的能量輸入，從而在固定外加電壓下增強no的氧化和nox的去除。另外正極性直流高壓電源相比于負極性直流高壓電源更能有效氧化no和去除nox。在no氧化效率約為80％時，正極性直流高壓電源的能量效率(4.5gno/kwh)大約是負極性直流高壓電源的(1.5gno/kwh)三倍。

與現有技術相比，本發明方法借助于等離子體反應器產生的等離子體將no氧化成no2，并利用no2的親水性強而被霧中的水分吸收以達到去除no2的目的，且霧中的水分由于電場力作用而被吸附在反應器表面。另外本發明方法地除霧效率高達100％。故而本發明在去除no的同時去除了霧，對于改善環境污染而言有著至關重要的作用。另外，本發明方法工藝簡單，能夠對于被吸附在霧中的no2能夠進一步回收利用，可以做到資源化處理，從而降低成本，不會造成二次污染，有效實現循環利用。

附圖說明

圖1為本發明方法的低溫等離子體去除霧中no的氧化和去除路徑；

圖2為實施例1中所收集的液相中的主要產物分布圖。

具體實施方式

為了使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面結合附圖對本發明做進一步地詳細描述。

本發明公開了一種低溫等離子體去除霧中no的方法，其是將含有煙氣的霧通入等離子體反應器中，利用等離子體反應器的電暈放電區產生的等離子體將含有煙氣的霧中的no氧化為no2，所產生的no2由于親水性強而被霧吸收，同時霧在電場力作用下被反應器壁捕集，其中所述含有煙氣的霧通入等離子體反應器的流量為1.5-3l/min。

進一步優選地，所述含有煙氣的霧通入等離子體反應器的流量為2l/min。

本發明方法中的含有煙氣的霧中的no的去除路徑由兩個過程組成：(1)no通過電暈放電產生的oh，o，o3等活性物種氧化為no2；(2)no2在電場中被霧所吸收(見圖1)。o和o3在no轉化為no2的過程中具有重要作用，而no2轉化為硝酸/亞硝酸主要依靠oh。

進一步優選地，所述含有煙氣的霧為濕法脫硫塔中排出的氣霧。

進一步優選地，，所述含有煙氣的霧中no的濃度為200–300ppm。

進一步優選地，所述等離子體反應器的電源為正極性直流高壓電源或負極性直流高壓電源。

進一步優選地，所述電源的電壓為20-30kv。

進一步優選地，所述電源的放電電流為3-8ma，優選5ma。

進一步優選地，所述等離子體反應器為線筒式等離子體(ntp)反應器。

進一步優選地，所述等離子體反應器的放電電極為帶連續等距鋸齒齒片的不銹鋼棒。

進一步優選地，所述齒片的厚度為0.8-1.2mm。

進一步優選地，所述不銹鋼棒上的齒片的片數為3-10片，優選3-8片，且相鄰齒片之間的間距為10-50mm。

進一步優選地，所述齒片上的齒尖數為3-8個，最優選4-6個。

進一步優選地，所述等離子體反應器的放電電極的放電間隙為15-50mm，最優選19-38mm。

與現有技術相比，本發明方法借助于等離子體反應器產生的等離子體將no氧化成no2，并利用no2的親水性強而被霧中的水分吸收以達到去除no2的目的，且霧中的水分由于電場力作用而被吸附在反應器表面。另外本發明方法地除霧效率高達100％。故而本發明在去除no的同時去除了霧，對于改善環境污染而言有著至關重要的作用。另外，本發明方法工藝簡單，能夠對于被吸附在霧中的no2能夠進一步回收利用，可以做到資源化處理，從而降低成本，不會造成二次污染，有效實現循環利用。

為了使本發明的目的及優點更加簡潔明了，本發明將用以下具體實施例進行闡明，但本發明絕非僅限于這些實施例。以下實施例僅為本發明較優選的實施例，且僅用于闡述本發明，不能理解為對本發明的范圍的限制。應當指出的是，凡在本發明的實質和原則之內所做的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。因此，本發明專利的保護范圍應以所附權利要求為準。

實施例1

模擬煙氣由6％的o2，12％的co2和濃度為235ppm的no組成，以n2作為平衡氣，用純空氣、純n2、純co2、1.94％的no和2.0％的so2制備所得在進入ntp反應器前先于混合室完全混合，而霧由超聲波霧化器產生，并隨著經過的模擬煙氣進入到電暈放電區，其中模擬煙氣與霧的為2l/min。該次實驗在大氣壓力和室溫下進行，其中ntp反應器的參數設置為：電源為正極性直流高壓電源，電壓為25kv，放電電流為5ma，放電電極為帶連續等距鋸齒齒片的不銹鋼棒，齒片的厚度為1.0mm，齒片的片數為6片，且齒尖數為4個，放電電極的放電間隙為38mm。no，no2和so2的濃度通過煙氣分析儀(testo350)檢測，而o3濃度通過臭氧分析儀(2btechnologies,106-m)分析。其他氣態產物通過傅里葉變換紅外光譜儀(ftir,nicolet6700)來進行定性分析，且用純水將在反應器內壁所捕集的霧洗滌下來，然后用離子色譜(metrohm,883)確定其成分，與及檢測離子的濃度。

ic分析用于驗證所收集液體中的主要產物，以更好地理解在電暈放電條件下nox和so2在霧中的吸收機理：圖2顯示了產物的分布，檢測出了硝酸根，亞硝酸根和硫酸根等主要產物，so3^2-在液相中的濃度低于ic的檢測限，這表明經電暈放電約30分鐘后，幾乎所有的so3^2-離子都被氧化了，同時在霧存在的情況下，吸收也是no2在電暈放電反應器中去除的主要途徑，并且以no^3-為主要產物，因為在液體吸收劑中no^3-的濃度遠高于no²-。

當霧作為nox和so2的吸收劑被捕獲在接地電極上時，煙氣也得以凈化，且除霧效率達到99.8％，接近100％，同時no的凈化效率為88.9％。

實施例2

模擬煙氣由6％的o2，12％的co2和濃度為235ppm的no組成，以n2作為平衡氣，用純空氣、純n2、純co2、1.94％的no和2.0％的so2制備所得在進入ntp反應器前先于混合室完全混合，而霧由超聲波霧化器產生，并隨著經過的模擬煙氣進入到電暈放電區，其中模擬煙氣與霧的為2l/min。該次實驗在大氣壓力和室溫下進行，其中ntp反應器的參數設置為：電源為負極性直流高壓電源，電壓為25kv，放電電流為5ma，放電電極為帶連續等距鋸齒齒片的不銹鋼棒，齒片的厚度為1.0mm，齒片的片數為6片，且齒尖數為4個，放電電極的放電間隙為50mm。no，no2和so2的濃度通過煙氣分析儀(testo350)檢測，其中除霧效率達到99.5％，接近100％，同時no的凈化效率為70％，明顯低于正極性直流高壓電源作為電源的等離子體反應器的凈化效率。

實施例3

模擬煙氣由6％的o2，12％的co2和濃度為235ppm的no組成，以n2作為平衡氣，用純空氣、純n2、純co2、1.94％的no和2.0％的so2制備所得在進入ntp反應器前先于混合室完全混合，而霧由超聲波霧化器產生，并隨著經過的模擬煙氣進入到電暈放電區，其中模擬煙氣與霧的為2l/min。該次實驗在大氣壓力和室溫下進行，其中ntp反應器的參數設置為：電源為正極性直流高壓電源，電壓為30kv，放電電流為5ma，放電電極為帶連續等距鋸齒齒片的不銹鋼棒，齒片的厚度為1.2mm，齒片的片數為8片，且齒尖數為6個，放電電極的放電間隙為19mm。no，no2和so2的濃度通過煙氣分析儀(testo350)檢測，其中除霧效率達到99.9％，幾乎為100％，同時no的凈化效率為91％。

實施例4

模擬煙氣由6％的o2，12％的co2和濃度為235ppm的no組成，以n2作為平衡氣，用純空氣、純n2、純co2、1.94％的no和2.0％的so2制備所得在進入ntp反應器前先于混合室完全混合，而霧由超聲波霧化器產生，并隨著經過的模擬煙氣進入到電暈放電區，其中模擬煙氣與霧的為2l/min。該次實驗在大氣壓力和室溫下進行，其中ntp反應器的參數設置為：電源為正極性直流高壓電源，電壓為20kv，放電電流為5ma，放電電極為帶連續等距鋸齒齒片的不銹鋼棒，齒片的厚度為0.8mm，齒片的片數為3片，且齒尖數為4個，放電電極的放電間隙為50mm。no，no2和so2的濃度通過煙氣分析儀(testo350)檢測，其中除霧效率達到89.1％，同時no的凈化效率為68％。

通過上述實施例分析可知，在外加電壓一定時，減少放電間隙，會增大電暈電流和生成更高濃度的o3，從而有利于no的氧化和nox的去除，并且在相對較低的輸入能量下，無論放電間隙多少，霧幾乎都能被完全捕集，其中硝酸鹽、亞硝酸鹽和硫酸鹽是液相中的主要產物，而氣相中主要生成了少量的n2o，同時增加放電電極上齒尖數和齒片數可促進等離子體反應器的能量輸入，從而在固定外加電壓下增強no的氧化和nox的去除。另外正極性直流高壓電源相比于負極性直流高壓電源更能有效氧化no和去除nox。在no氧化效率約為80％時，正極性直流高壓電源的能量效率(4.5gno/kwh)大約是負極性直流高壓電源的(1.5gno/kwh)三倍。

根據上述說明書的揭示和教導，本發明所屬領域的技術人員還可以對上述實施方式進行變更和修改。因此，本發明并不局限于上面揭示和描述的具體實施方式，對發明的一些修改和變更也應當落入本發明的權利要求的保護范圍內。此外，盡管本說明書中使用了一些特定的術語，但這些術語只是為了方便說明，并不對本發明構成任何限制。