氧活性粒子注入烟道中的羟基自由基氧化脱硫脱硝方法技术

一种氧活性粒子注入烟道中的羟基自由基氧化脱硫脱硝方法，属于气体电离放电、等离子体化学和环境工程应用技术领域。其特征是浓度为８０～４００ｍｇ／Ｌ氧活性粒子〔Ｏ２＋、Ｏ３、Ｏ（１Ｄ）、Ｏ（３Ｐ）〕注入烟道中，其中Ｏ２＋与烟气中Ｈ２Ｏ反应生成ＨＯ２－引发剂，氧活性粒子与引发剂ＨＯ２－进行等离子体反应生成.ＯＨ，其反应时间为１μｓ～１ｍｓ；.ＯＨ氧化脱除烟气中ＳＯ２、ＮＯｘ并生成亚微粒酸雾，其反应时间在１～１０ｓ；再经荷电凝并后收集成混合酸液；最后经化学方法分离提纯成硫酸、硝酸，酸资源回收率达到５０％～９８％。本发明专利技术的效果和益处是解决了目前烟气脱硫脱硝存在的问题，实现了不用催化剂、吸收剂和还原剂，不产生任何再污染的副产品，不对环境产生任何负面影响的资源化干法同时脱硫脱硝的新方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于气体电离放电、等离子体化学和环境工程应用
，涉及氧活性 粒子、引发剂注入烟道中的羟基自由基氧化脱硫脱硝方法。
技术介绍
我国一次能源中70%是煤炭，煤炭燃烧过程中形成S02、NOx等气体致使环境污染 日趋严重，现有技术难以达到日趋严格的排放标准，因此不少学者进行探索性研究，其研究 结果表明现有技术存在不同程度的问题，气体电离放电方法应时而生。早在1971年美国 波克大学就进行了高频脉冲等离子体化学脱硫研究，SO2转化率达到96%。 Masuda(1988，1989)和GiorgioDinelli (1990)进行高压窄脉冲电晕放电非平衡等离子体 化学脱硫脱硝研究，在添加NH3吸收剂条件下模拟工业试验，脱硫率达到80 %，脱硝率达到 60%。2000年中国工程物理研究院也进行了类似的12000m3/h的脉冲放电烟气脱硫脱硝模 拟工业试验，试验结果表明其技术上仍然存在不少问题，尚处于试验阶段。2008年曹玮等人 明确指出脉冲放电脱硫脱硝还需依靠传统的液相洗涤吸收，催化氧化、活性剂吸附等技术 相结合，才可解决目前脉冲电晕放电烟气脱硫脱硝方法存在的问题，而后者还是主体反应。 这是由于脉冲电晕放电通道中的电子具有平均能量仅为2eV左右，此能量大多用于N2振动 激励上而消耗掉，脉冲放电并没有用于烟气脱硫脱硝反应上。早在1995年定方正毅就认定 脉冲放电脱硫脱硝是热化学反应，产物是亚硫酸铵，可见增设的脉冲放电环节并没有解决 污染物和吸收剂的氧化回收问题。从多国众多研究结果也表明了脉冲电晕放电技术存在的 产物是亚硫酸铵。在烟气运行温度条件下，亚硫酸铵是以气态存在，回收不了，相反又新增 加了氨的污染，这就表明了脉冲电晕放电并没有起主导作用，也没有解决氨干法脱硫脱硝 方法中的铵盐回收难题。另一个被公认为先进的气体电离放电方法是电子束协同活性吸收剂、氧化还原剂 NH3法，并于1997年在我国成都200MW机组上进行30X 104m3/h烟气量的工业试验。试验烟 气温度在58°C，添加吸收剂、氧化还原剂NH3条件下，其脱硫率达到了 80%以上，脱硝率仅 为18%，试验结果表明解决了脉冲脱硫脱硝中铵盐回收难题，回收率达到95%以上，比脉 冲脱硫脱硝的铵盐回收率高出90%左右，而烟气脱硝率低下的问题并没有解决。目前的气体电离放电脱硫脱硝存在问题1)燃煤、燃油烟气需全部通过等离子体反应器，因而存在等离子体反应器体积庞 大、能耗高等问题；2)烟气中N2通过等离子体反应器(源)的电场时，被离解、电离后与氧反应生成 新的N0X，一边脱除NOx而一边又生成新的N0X，可见气体电离放电无法解决脱除NOx效率低 下的难题；3)电子束法真空系统等设备庞大，X射线辐射污染严重；4)烟气脱硫脱硝反应温度低，需增设先降温后升温的庞大热交换器；能耗又进一 步增加；5)在脱硫脱硝反应过程，需添加氨等吸收、氧化还原剂及催化剂，以便增加其反应速率。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有气体电离放电烟气脱硫脱硝方法不足之处，提供氧活 性粒子注入烟道中的羟基自由基氧化脱硫脱硝方法。此法是把小流量、高浓度氧活性粒 子(02+、O3等)注入烟道中，氧活性粒子中O2+与烟气中水反应生成高初始反应速率常数 2. 2X IO6LAiol. s的过氧羟基离子H02_引发剂，氧活性粒子与引发剂进行等离子体反应生 成以· OH为主的活性粒子基团，氧化脱除大流量烟气中微量的S02、NOx，并生成微小颗粒 (雾)；再经荷电凝并电场凝并后输入到电除酸雾器，回收成酸液；最后再用化学方法分离 提纯成硫酸、硝酸。本专利技术解决了目前烟气脱硫脱硝存在的问题，实现了不用催化剂、吸收 剂和还原剂，不产生任何再污染的副产品，不对环境产生任何负面影响的资源化干法同时 脱硫脱硝的新方法。本专利技术解决其技术所采用技术方案是本专利技术的02+、03等氧活性粒子3注入烟道2 (或反应器)中与含S02、N0x烟气1中 的水分子发生等离子体化学反应生成酸的方案如附图说明图1所示。本专利技术采用强电场电离放电方 法，制取小流量高浓度的O2+、O3等氧活性粒子3 注入烟道2 (或反 应器)中，氧活性粒子中O2+与含S02、N0x烟气1中的水发生等离子体化学反应生成高浓度 (60mg/L 300mg/L)、高初始反应速率常数(2. 2X106L/mol. s)的H02_过氧羟基离子引发 齐U，02+、03等氧活性粒子3与引发剂H02_反应生成高浓度· 0H(30mg/L 150mg/L)，在长度 Im 20m烟道中· OH氧化脱除烟气中S02、NOx，实现不用催化剂、吸收剂、还原剂及其它传 统脱硫脱硝方法协同作用，· OH氧化脱除含S02、NOx烟气1中的S02、NOx并生成酸雾，脱除 率分别达到80% 98%、85% 99. 8%，生成酸雾经具有荷电凝并性能的电除酸雾器8回 收成H2S04、HNCV混合的酸液9，从图1可见，在烟道中形成规模、高浓度· OH是本专利技术的关 键技术与装置。本专利技术的活性粒子注入烟道中的等离子体脱硫脱硝反应模型如图2所示。此方案将为解决目前烟气脱硫脱硝技术的存在问题提供一种有效、可行的新技 术、新方法。实施本专利技术的具体步骤是1.氧活性粒子制取。本专利技术关键技术是新研制产生高浓度02+、03等氧活性粒子3的氧活性离子产生器 5，其结构如图3所示。它是由放电极板14、接地极12、电介质层16和隔片15等部件组成。 放电极板是由中间涂覆金属材料和外层是极薄(330μπι)的电介质层16烧结而成的，也可 用不锈钢薄板加工成放电极板14，并在放电一侧贴覆电介质层16 ；接地极12是用钛或不锈 钢加工成空腔板件，并在冷却液体或O2气入口 17输入冷却剂来调控等离子体反应过程的 温度，在接地极表面上也可喷冶一层薄的电介质层16，电介质材料为超微细的纯净Al2O3粉 体。本专利技术采用介质阻挡强电场电离放电方法把O2制成浓度达到80mg/L 400mg/L 的氧活性粒子，在放电极与接地极之间的0. 5mm 0.01mm放电间隙中建立折合电场强度在 200Td 400Td范围内电离放电场，电子从电场中获得平均能量达到6eV 9eV，其中大部 分电子所具有的最有用能量(8. 4eV 12. 5eV)将沉积在O2上，足以把O2离解、电离成高浓4度活性粒子，并在电场参数调控下分别定向合成氧活性粒子O2^OyO(3P)W(1D)。产生氧活 性粒子等离子体反应模式如图2中A所示，其等离子体反应式权利要求一种，是把氧活性粒子〔O2+、O3、O(1D)、O(3P)〕注入到长达1m～20m烟道或反应器中，氧活性粒子与烟气中水反应生成羟基自由基·OH，并在1～10s内·OH氧化脱除烟气中SO2、NOx并形成酸雾滴，经荷电凝并、电除酸雾器捕集成硫酸和硝酸混合液，其特征是a)氧活性粒子中O2+等与烟道里烟气中的水反应生成初始反应速率为2.2×106L/mol.s的过氧羟基离子HO2 引发剂，当O2+浓度为108/cm3～1014/cm3范围时生成HO2 浓度达到60mg/L～300mg/L；b)HO2 引发剂与浓度为80mg/L～400mg/L的氧活性粒子反应生成羟基自由基·OH，其浓度达到30mg/L～150mg/L；c本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氧活性粒子注入烟道中的羟基自由基氧化脱硫脱硝方法，是把氧活性粒子〔Ｏ↓［２］↑［＋］、Ｏ↓［３］、Ｏ（↑［１］Ｄ）、Ｏ（↑［３］Ｐ）〕注入到长达１ｍ～２０ｍ烟道或反应器中，氧活性粒子与烟气中水反应生成羟基自由基.ＯＨ，并在１～１０ｓ内.ＯＨ氧化脱除烟气中ＳＯ↓［２］、ＮＯ↓［ｘ］并形成酸雾滴，经荷电凝并、电除酸雾器捕集成硫酸和硝酸混合液，其特征是：ａ）氧活性粒子中Ｏ↓［２］↑［＋］等与烟道里烟气中的水反应生成初始反应速率为２．２×１０↑［６］Ｌ／ｍｏｌ．ｓ的过氧羟基离子ＨＯ↓［２］↑［－］引发剂，当Ｏ↓［２］↑［＋］浓度为１０↑［８］／ｃｍ↑［３］～１０↑［１４］／ｃｍ↑［３］范围时生成ＨＯ↓［２］↑［－］浓度达到６０ｍｇ／Ｌ～３００ｍｇ／Ｌ；ｂ）ＨＯ↓［２］↑［－］引发剂与浓度为８０ｍｇ／Ｌ～４００ｍｇ／Ｌ的氧活性粒子反应生成羟基自由基.ＯＨ，其浓度达到３０ｍｇ／Ｌ～１５０ｍｇ／Ｌ；ｃ）烟气温度在４０～１２０℃、含水量在５～１６％范围内，在没有添加催化剂、吸收剂、还原剂及无任何协同作用下，.ＯＨ氧化脱硫脱硝率分别达到８０％～９８％、８５％～９９．８％；ｄ）烟气中硫硝资源回收率达到５０％～９８％。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：白敏菂，白敏冬，张芝涛，冷宏，杨波，薛晓红，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：发明
国别省市：91[中国|大连]