CN106216096B - 一种基于湿式等离子体的烟气污染物处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于湿式等离子体的烟气污染物处理方法，所述方法去除粉尘颗粒物明显，实现对烟气的高效脱硫、脱硝、脱汞。所述方法首先利用湿式静电技术，对烟气中的粉尘颗粒物进行吸附脱除；然后利用湿式等离子体技术，对烟气中的挥发性有机物进行氧化脱除，烟气中单质汞、二氧化硫和氮氧化物得到深度氧化；再利用鼓泡吸收法，对烟气氧化后残余的污染物吸收脱除；最后经过阳离子交换树脂分离提取鼓泡吸收液中的汞与硫、硝。本公开具有高效、节能、资源循环利用的特点，结合实际烟气中污染物成分对各环节指标灵活控制，可满足不同工厂的需求。

Description

一种基于湿式等离子体的烟气污染物处理方法

技术领域

本方法属于工业烟气污染物处理技术领域，具体涉及一种基于湿式等离子体的烟气污染物处理方法。

背景技术

烟气中含有粉尘颗粒物、单质汞、二氧化硫和氮氧化物等多种污染物。传统的烟气污染物处理方法是针对每一种污染物设置一个独立的处理装置，主流技术方法包括除尘器脱除粉尘颗粒物，石灰石浆液吸收脱除二氧化硫，氨选择性催化还原脱除氮氧化物等。这种处理方式流程长、设备数量多而复杂，由此导致处理系统的投资和运行费用高、占地面积大。因此，开发新型技术，在较短的流程内，利用尽可能少的处理设备，实现多种污染物的联合脱除是烟气净化的努力方向。近年来低温等离子体气体净化技术，由于工艺简单、可同时去除多种污染物、占地面积小等优点引起了人们的广泛关注。但是等离子体反应的复杂性及放电程度的难以控制性，大大限制了等离子净化技术走向工业化应用的程度。

发明内容

基于此，本发明公开一种基于湿式等离子体的烟气污染物处理方法，所述方法包括以下步骤：

S100、利用湿式静电除尘技术，对烟气中的粉尘颗粒物进行吸附脱除；

S200、利用湿式等离子体技术，对烟气中的挥发性有机物进行氧化脱除及对烟气中的单质汞、二氧化硫和氮氧化物进行氧化；

S300、利用鼓泡吸收法，对经过步骤S200处理后的烟气中残余的污染物进行吸收脱除。

本发明具有高效、节能、资源循环利用的特点，结合实际烟气中污染物成分对各环节指标灵活控制，可满足不同工厂的需求。

附图说明

图1是本发明的烟气污染物处理方法原理图；

图2是本发明的湿式静电法脱除粉尘颗粒物原理图；

图3是本发明的等离子体反应原理图。

具体实施方式

在一个实施例中，本发明公开一种基于湿式等离子体的烟气污染物处理方法，所述方法包括以下步骤：

S100、利用湿式静电除尘技术，对烟气中的粉尘颗粒物进行吸附脱除；

S200、利用湿式等离子体技术，对烟气中的挥发性有机物进行氧化脱除及对烟气中的单质汞、二氧化硫和氮氧化物进行氧化；

S300、利用鼓泡吸收法，对经过步骤S200处理后的烟气中残余的污染物进行吸收脱除。

在本实施例中，如图1所示，提供了一种基于湿式等离子体的烟气污染物处理方法，所述方法首先利用湿式静电技术，对烟气中的粉尘颗粒物进行吸附脱除；然后利用湿式等离子体技术，对烟气中的挥发性有机物进行氧化脱除，烟气中单质汞、二氧化硫和氮氧化物得到深度氧化；再利用鼓泡吸收法，对烟气氧化后残余的污染物吸收脱除。最后通过阳离子交换树脂分离鼓泡吸收液中的汞与硫、硝，并进一步从吸收液中提取硫肥、硝肥用于农业，从吸附饱和的树脂上洗脱下来的汞盐经过结晶脱水等处理后可以作为工业原料。

在一个实施例中，所述湿式静电除尘技术具体包括，利用静电作用将粉尘颗粒物吸附于湿式静电器的极板上，并由湿式静电器上的水幕喷头形成的水膜冲刷。

在本实施例中，所述湿式静电除尘技术利用静电作用将粉尘颗粒物吸附于极板上，并由水膜冲刷。水膜与气体的温差促进了颗粒的热泳作用，气液换热引起的水膜蒸发，增加气体湿度，加强阴极电晕放电，显著提高颗粒的脱除效率。

所述湿式静电技术对烟气中的粉尘颗粒物进行吸附脱除，原理图如图2所示。含有粉尘颗粒物的气体，在接有高压直流电源的阴极线和接地的阳极板之间所形成的高压电场中通过时，由于静电作用尘粒沉积于阳极板上，然后被水膜冲洗下来。烟气经静电处理后实现粉尘颗粒物的湿式吸附脱除，防止粉尘颗粒物与等离子体脱除挥发性有机物时产生的中间产物接触时造成二次污染从而影响降解的效率。

在一个实施例中，所述水膜与通过湿式静电器的气体之间能够形成温差。

在本实施例中，所述温差促进了所述粉尘颗粒物的热泳现象，增加了气体湿度，促进湿式除尘器的阴极电晕放电，提高颗粒的脱除效率。

在一个实施例中，所述步骤S200具体为：利用所述湿式等离子体技术产生多种自由基、高能电子、离子及活性粒子，作用于烟气污染物，将烟气污染物中的挥发性有机物降解为二氧化碳和水；将所述单质汞、二氧化硫和氮氧化物氧化成汞离子、三氧化硫、二氧化氮。

在本实施例中，所述等离子体技术对烟气中的挥发性有机物进行氧化脱除，烟气中单质汞、二氧化硫和氮氧化物得到深度氧化，原理图如图3所示。高压电源快速的上升沿产生强电场，得到高能电子，使烟气中的水蒸气、氧气等分子被激活电离，产生多种自由基(如氧自由基、羟基自由基等)、高能电子和离子等活性粒子，作用于烟气污染物，经过一系列反应，最终将挥发性有机物降解为无害的二氧化碳和水等，单质汞、二氧化硫和氮氧化物被氧化成汞离子、三氧化硫、二氧化氮等。

在一个实施例中，所述方法采用基于高频交直流叠加电源激励的介质阻挡流光放电，产生多种自由基、高能电子、离子及活性粒子。

进一步地，电子从外加电场获得能量，激励气体产生电子雪崩，建立的导电通道能非常快地通过放电间隙，形成大量细丝状的脉冲微放电，均匀、稳定地充满整个放电间隙。气体被击穿、导电通道建立后，空间电荷在放电间隙中输送并积累在介质上，介质表面电荷将建立电场，其方向与外电场相反，从而削弱作用电场，避免了电晕放电过程中易出现的局部火花或弧光放电，系统可靠性强。

进一步地，高频交直流叠加电源即在直流基压上叠加交流电压，具有比脉冲电源更稳定的输出功率和更低廉的成本，工业应用前景良好。使用高频交直流叠加电源作为激励电源，使整个放电管区域均为流光放电区，有效处理气体污染物。

在一个实施例中，所述步骤S300在鼓泡塔中利用鼓泡吸收液对步骤S200处理后的烟气中残余的污染物进行吸收脱除。

在本实施例中，所述鼓泡吸收法主要进行氧化后多种污染物吸收脱除过程。鼓泡塔可使气液充分混合，反应良好，吸收脱除彻底，又具有结构简单，容易清理，操作稳定，投资和维修费用低，传热传质效率高等优点。

在一个实施例中，所述鼓泡塔中装有鼓泡吸收液；所述方法通过阳离子交换树脂分离鼓泡吸收液中的汞、硫、硝，并进一步从鼓泡吸收液中提取硫肥、硝肥用于农业，并将吸附饱和的阳离子交换树脂上洗脱下来的汞盐经过结晶脱水处理后作为工业原料。

更优的，所述鼓泡吸收液为氨水。

在本实施例中，所述氨水与汞离子、三氧化硫、二氧化氮发生化学反应，生成物经过分离提取后分别用于工业原料或者农业肥料。

在这个实施例中，最后经过阳离子交换树脂分离提取鼓泡吸收液中的汞与硫、硝。采用阳离子交换树脂，其原理是阳离子交换树脂含有大量的氢离子，当碰到吸附力更强的汞离子时会被置换出去，从而达到吸附去除汞离子的目的。这种方法优点在于阳离子交换树脂可以反复利用，当吸附饱和时，可以通过洗脱的方法去除汞离子，恢复其对烟气中汞离子的吸附能力，洗脱下来的汞盐经过结晶脱水等处理后也可以作为工业原料。同时，提取鼓泡液中的硝酸铵、硫酸铵可以用于农业肥料。

在一个实施例中，所述鼓泡塔利用频率为1000Hz的压电陶瓷超声换能器产生超声场。

优选的，所述超声场鼓泡塔采用频率为1000Hz的压电陶瓷类换能器。超声波作为一种特殊的能量形式在气液体系中会产生空化效应、湍动效应、微扰效应等化工传质效应，进而有效强化气液相间传质。气液传质过程中，超声场能使流体传质阻力减小，提高扩散系数和液相体积传质系数。同时，超声波作用对于气泡特征参数的分布亦是有利的，大大提高了吸收效果。

在一个实施例中，所述鼓泡塔中装有鼓泡吸收液；所述方法通过阳离子交换树脂分离鼓泡吸收液中的汞、硫、硝，从鼓泡吸收液中提取硫肥、硝肥用于农业，并将吸附饱和的阳离子交换树脂上洗脱下来的汞盐经过结晶脱水处理后作为工业原料。

在一个实施例中，如图1所示，提供了一种基于湿式等离子体的烟气污染物处理方法，所述方法首先利用湿式静电技术，对烟气中的粉尘颗粒物进行吸附脱除；然后利用湿式等离子体技术，对烟气中的挥发性有机物进行氧化脱除，烟气中单质汞、二氧化硫和氮氧化物得到深度氧化；再利用鼓泡吸收法，对烟气氧化后残余的污染物吸收脱除。最后通过阳离子交换树脂分离鼓泡吸收液中的汞与硫、硝，并进一步从吸收液中提取硫肥、硝肥用于农业，从吸附饱和的树脂上洗脱下来的汞盐经过结晶脱水等处理后可以作为工业原料。

所述湿式静电除尘技术利用静电作用将粉尘颗粒物吸附于极板上，并由水膜冲刷。水膜与气体的温差促进了颗粒的热泳现象，气液换热引起的水膜蒸发，增加气体湿度，加强阴极电晕放电，显著提高颗粒的脱除效率。

所述湿式等离子体技术产生多种自由基、高能电子和离子等活性粒子，作用于烟气污染物，经过一系列反应，最终将挥发性有机物降解为无害的二氧化碳和水等，单质汞、二氧化硫和氮氧化物被氧化成汞离子、三氧化硫、二氧化氮等。

所述鼓泡吸收法主要进行氧化后多种污染物吸收脱除过程。鼓泡塔可使气液充分混合，反应良好，吸收脱除彻底，又具有结构简单，容易清理，操作稳定，投资和维修费用低，传热传质效率高等优点。

该实施例提供的烟气污染物处理方法因为湿式低温等离子体可同时处理多种污染物而具有高效的特点；采用湿式静电除尘结合等离子体反应技术可降低运行成本，使得系统具有经济性；回收利用烟气中的污染物，使得系统具有资源循环利用的特点，节能减排效益巨大。

在这个实施例中，所述湿式静电技术对烟气中的粉尘颗粒物进行吸附脱除，原理图如图2所示。含有粉尘颗粒物的气体，在接有高压直流电源的阴极线和接地的阳极板之间所形成的高压电场中通过时，由于静电作用尘粒沉积于阳极板上，然后被水膜冲洗下来。烟气经静电处理后实现粉尘颗粒物的湿式吸附脱除，防止粉尘颗粒物与等离子体脱除挥发性有机物时产生的中间产物接触时造成二次污染从而影响降解的效率。

进一步地，通常气体和水膜之间存在一定的温差，从而在静电除尘器内形成温度场。进一步，由于气体和水膜换热，在水膜表面附近形成较强的温度梯度，从而对颗粒产生热泳作用，影响颗粒的运动特性。同时，气液换热引起水膜蒸发，从而使气体的湿度增大，显著提高阴极的电晕放电，形成电晕风，从而对颗粒运动产生影响，提高脱除效率。

在这个实施例中，所述等离子体技术对烟气中的挥发性有机物进行氧化脱除，烟气中单质汞、二氧化硫和氮氧化物得到深度氧化，原理图如图3所示。高压电源快速的上升沿产生强电场，得到高能电子，使烟气中的水蒸气、氧气等分子被激活电离，产生多种自由基(如氧自由基、羟基自由基等)、高能电子和离子等活性粒子，作用于烟气污染物，经过一系列反应，最终将挥发性有机物降解为无害的二氧化碳和水等，单质汞、二氧化硫和氮氧化物被氧化成汞离子、三氧化硫、二氧化氮等。

优选的，增加烟气中水蒸气的浓度，改变等离子体反应器中活性基团的种类和含量，激发最大量羟基自由基，提高异相氧化率。

进一步地，放电激发出更多的羟基自由基，氧自由基和臭氧的含量会随之降低。羟基自由基提供的异相氧化途径是低温等离子体脱硫的主要方式，大大提高了脱硫率，也在一定程度上改善了单质汞、氮氧化物的脱除率。

进一步地，对于挥发性有机物分子的反应过程，在羟基自由基的作用下，有机物大分子中氢键最可能先断开，产生的中间产物与水，随后反应产生多种自由基与其他中间产物，继续与湿式等离子体反应，碳的最终归宿为二氧化碳，氢则最后以水的形式存在。

进一步地，水蒸气的增加会减少副产物一氧化碳和臭氧的生成。

在这个实施例中，所述鼓泡吸收技术对烟气氧化后残余的污染物吸收脱除。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，做出的若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由提供的权利要求书确定的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于湿式等离子的烟气污染物处理方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S100、利用湿式静电除尘技术，对烟气中的粉尘颗粒物进行吸附脱除；

S200、利用湿式等离子体技术，对烟气中的挥发性有机物进行氧化脱除及对烟气中的单质汞、二氧化硫和氮氧化物进行氧化；

S300、利用鼓泡吸收法，对经过步骤S200处理后的烟气中残余的污染物进行吸收脱除；

S400、通过阳离子交换树脂分离鼓泡吸收液中的汞、硫与硝。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述湿式静电除尘技术具体包括，利用静电作用将粉尘颗粒物吸附于湿式静电器的极板上，并由湿式静电器上的水幕喷头形成的水膜冲刷。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述水膜与通过湿式静电器的气体之间能够形成温差。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S200具体包括：利用所述湿式等离子体技术产生多种自由基、高能电子、离子及活性粒子，作用于烟气污染物，将烟气污染物中的挥发性有机物降解为二氧化碳和水；

将所述单质汞、二氧化硫和氮氧化物氧化成汞离子、三氧化硫、二氧化氮。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述方法采用基于高频交直流叠加电源激励的介质阻挡流光放电，产生多种自由基、高能电子、离子及活性粒子。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤S300具体包括：在鼓泡塔中利用鼓泡吸收液对步骤S200处理后的烟气中残余的污染物二氧化氮、三氧化硫和汞离子及其他残余污染物进行吸收脱除。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述鼓泡吸收液为氨水。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述鼓泡塔利用频率为1000Hz的压电陶瓷超声换能器产生超声场。

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述鼓泡塔中装有鼓泡吸收液；所述方法通过阳离子交换树脂分离鼓泡吸收液中的汞、硫、硝，从鼓泡吸收液中提取硫肥、硝肥用于农业，并将吸附饱和的阳离子交换树脂上洗脱下来的汞盐经过结晶脱水处理后作为工业原料。