CN107837661A - 海藻生物炭结合低温等离子体协同脱除硫硝汞的装置和方法 - Google Patents
海藻生物炭结合低温等离子体协同脱除硫硝汞的装置和方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种海藻生物炭结合低温等离子体协同脱除硫硝汞的装置和方法。该装置的进气通道、尾部通道与壳体的连接处均设置有整流板；壳体内设置有若干处理单元；每个处理单元包含：两个相对设置的板式电极，并且之间设有若干蜂窝海藻生物炭，其中，一个电极板的内侧设有介质；两个板式电极的外侧均设有绝缘层。采用海藻在无氧或低氧条件下高温裂解炭化生成的海藻生物炭作为吸附剂，在等离子体协同催化体系中实现高效脱硫脱硝脱汞。在氧气气氛下，等离子体放电产生多种具有氧化性的活性物种，如O3、O等，氧化烟气中的NO、Hg0。海藻生物炭与SO2产生化学吸附，同时吸附NO、Hg0的氧化产物，达到脱除污染物的目的。
Description
技术领域
本发明属于环保技术领域，尤其涉及一种海藻生物炭结合低温等离子体协同脱除硫硝汞的装置和方法。
背景技术
中国是世界上最大的煤炭生产国和煤炭消费国。煤炭是中国的主要一次能源，是国民经济的重要支柱，但是不可否认，煤炭在开发利用的过程中对环境造成了严重影响，已引起国人和周边国家的关注。为此，寻求有效的对策，减轻煤炭污染，加强环境保护，势在必行。
煤在燃烧过程中产生的气态污染物主要有二氧化硫、氮氧化物和重金属(汞)等。虽然煤中汞的含量很低，但基于我国巨大的煤炭消耗量现状，其对于全球汞排放的贡献不可小视。因此，寻求一种高效脱除燃煤过程中所产生污染物的方法，解决我国在这一方面的环保问题，迫在眉睫。
烟气中硫硝汞等多种污染物高效协同控制技术近年来备受重视，该治理方法采用较少的处理单元即可有效达到预期的处理效果，是低成本解决我国大气污染问题的关键。其中，采用吸附方法同时脱除多种污染物技术是一种十分可行的方法。但是，单纯采用吸附剂对氮氧化物和汞的脱除效率很低，无法达到国家规定的排放要求。
发明内容
本发明针对吸附法同时脱硫脱硝脱汞技术存在的不足，提供了一种海藻生物炭结合低温等离子体协同脱除硫硝汞的装置和方法。
一种海藻生物炭结合低温等离子体协同脱除硫硝汞的装置，包括：进气通道、整流板、若干处理单元、尾部通道、高压交流电源、接地装置、接地线、高电压输入线和壳体；进气通道、壳体和尾部通道依次连接，其中，进气通道与壳体连接处，壳体和尾部通道连接处均设置有整流板；壳体内设置有若干处理单元；高压交流电源的输出端通过高电压输入线与每级处理单元的其中一个板式电极连接，另一个板式电极通过接地装置和接地线接地。
每个处理单元包含：两个板式电极、介质、蜂窝海藻生物炭、绝缘层；两个板式电极相对设置，并且之间设有若干蜂窝海藻生物炭，其中，一个电极板的内侧设有介质；两个板式电极的外侧均设有绝缘层；
若干处理单元之间通过串联、并联或者为串联结合并联的方式固定于壳体之中。
两个板式电极法线方向的极板间距为20～100mm。
所述蜂窝海藻生物炭的高度与极板间距相同，宽度与极板宽度相同，在烟气流向上可放置多块。
所述高压交流电源输出电压为8kV～30kV。
所述介质的材料为氧化铝陶瓷或石英板，低温等离子体采用介质阻挡放电装置产生。
设备运行时，并行放置两个装置，交替运行，以便取出蜂窝海藻生物炭进行废物收集和再生，如图2所示。
利用本发明所述的海藻生物炭结合低温等离子体协同脱除硫硝汞装置脱除硫硝汞的方法是：
(1)含有SO2、NOx和单质汞的烟气由进气通道进入本发明所述装置，经整流板整流，进入海藻生物炭结合低温等离子体协同脱除硫硝汞的处理单元。低温等离子体采用介质阻挡放电装置产生，等离子体放电产生高能电子和多种具有氧化性的活性物种，O3自由基、O自由基、OH自由基。
(2)气体进入等离子体放电区域后，首先与等离子体中的高能电子、O3自由基、O自由基、OH自由基、N自由基等活性粒子反应，SO2、NOx和单质汞被部分氧化成SO3、NO2和氧化汞等物质。同时，等离子体中的高能电子、O3自由基、O自由基、OH自由基、N自由基等活性粒子会对蜂窝海藻生物炭产生活化作用，待烟气穿过蜂窝海藻生物炭时，气相的SO2、SO3、NOx、单质汞、氧化汞在低温等离子体和蜂窝海藻生物炭的共同作用下，被吸附在蜂窝海藻生物炭表面，烟气中的污染物得到脱除。烟气反复经过氧化-吸附，污染物得到多级处理，可以达到很高的净化效率。气体经多级处理后，可以达到超低排放的标准，进入尾部烟道，排出。
需要特别说明的是：
1)本装置是一体化同时脱除多种污染物的装置。利用低温等离子体和蜂窝海藻生物炭产生协同作用，利用氧化-吸附过程脱除烟气中的污染物。高能电子和自由基粒子作用于蜂窝海藻生物炭表面，能提高海藻生物炭表面活性，增强海藻生物炭的吸附性。
2)此方法中，低温等离子体和蜂窝海藻生物炭产生协同作用，脱除过程中低温等离子体和蜂窝海藻生物炭缺一不可。没有低温等离子体，蜂窝海藻生物炭的脱除效率和使用寿命将大大下降。没有蜂窝海藻生物炭，低温等离子体只能氧化烟气中的污染物，无法有效脱除污染物。
3)生物炭具有较大的比表面积和微孔结构，表面官能团丰富，对燃煤过程中产生的重金属和污染物有着高效的吸附作用。另一方面，生物炭呈现碱性，且裂解温度越高，pH越高。生物炭呈现碱性是因为它含有一定量的灰分，矿质元素如Na、K、Mg、Ca等以氧化物或碳酸盐的形式存在于灰分中。本发明采用海藻在无氧或低氧条件下高温裂解炭化生成海藻生物炭，所述海藻指我国沿海地区常见藻类中的一种或任意种的混合物，原料易得、制备操作相对简单，所以本发明具有突出的经济优势。
4)该方法所需的运行温度低，装置可以运用在脱硫塔之后，进行烟气的进一步净化，达到超低排放要求。
5)利用了放电过程产生的多种具有氧化性的活性物种：O3、O等，对污染物产生高效的氧化作用。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1)本发明结合了海藻生物炭的特质，协同低温等离子体在氧气气氛下放电，对氮氧化物和汞具有较高的脱除效率；
2)可实现低温下协同脱除多种污染物，利于降低海藻生物炭的消耗量，降低运行成本；
3)等离子体放电可以有效提高吸附剂对污染物的吸附容量，减少吸附剂用量，提高吸附剂运行时间，降低运行成本；
4)对恶劣运行工况具有较强的适应性；
5)海藻生物炭制备工艺简单、成本较低、孔隙结构丰富，可广泛应用于烟气中多种污染物的协同脱除。
附图说明
图1为海藻生物炭结合低温等离子体协同脱除硫硝汞的装置：
图2为设备运行连接方式示意图。
附图标记说明：
1-进气通道、2-整流板、3-板式电极、4-介质、5-蜂窝海藻生物炭、6-绝缘层、7-尾部通道、8-高压交流电源、9-接地装置、10-接地线、11-高电压输入线、12-壳体。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
如图1所示，海藻生物炭结合低温等离子体协同脱除硫硝汞的装置，包括：进气通道1、整流板2、板式电极3、介质4、蜂窝海藻生物炭5、绝缘层6、高压交流电源8、高电压输入线11、接地线10、接地装置9、尾部通道7、壳体12；所述进气通道1、壳体12和尾部通道7依次连接，其中，进气通道1与壳体12连接处，壳体12和尾部通道7连接处均设置有整流板2；从进口到出口方向，壳体12内设置有2层处理单元，每层含有4个并列的处理单元；高压交流电源8的输出端通过高电压输入线11与每级处理单元的其中一个板式电极连接，另一个板式电极通过接地装置9和接地线10接地。
每个处理单元包含：两个板式电极3、介质4、蜂窝海藻生物炭5、绝缘层6；两个板式电极相对设置，并且之间设有若干蜂窝海藻生物炭5，其中，一个电极板的内侧设有介质4；两个板式电极的外侧均设有绝缘层6；
两个板式电极3的面积为200mm×300mm，法线方向的间距为20mm。
蜂窝海藻生物炭5置于两个板式电极之间，高度、宽度、厚度分别为20mm、200mm、20mm，等间距放置5层于板状电极之间。
低温等离子体采用介质4阻挡放电装置产生，介质材料为氧化铝陶瓷。
高压交流电源8的输出电压为8kV～30kV，频率为50Hz。
如图2所示，设备运行时，并行放置两个装置，交替运行，以便取出蜂窝海藻生物炭进行废物收集和再生。
将含有3％O2、400ppm NO、300ppm SO2、70μg/m3单质汞的烟气从反应装置的进气通道1通入，流量为10L/min。高压交流电源8的输出电压设定为14kV。装置出口处采用烟气分析仪和测汞仪测定反应物浓度，计算得脱除效率为SO2 90％、NO 95％、单质汞96％。
Claims (7)
1.海藻生物炭结合低温等离子体协同脱除硫硝汞的装置，其特征在于，包括：进气通道(1)、整流板(2)、若干处理单元、尾部通道(7)、高压交流电源(8)、接地装置(9)、接地线(10)、高电压输入线(11)和壳体(12)；进气通道(1)、壳体(12)和尾部通道(7)依次连接，其中，进气通道(1)与壳体(12)连接处，壳体(12)和尾部通道(7)连接处均设置有整流板(2)；壳体(12)内设置有若干处理单元；高压交流电源(8)的输出端通过高电压输入线(11)与每级处理单元的其中一个板式电极连接，另一个板式电极通过接地装置(9)和接地线(10)接地；
每个处理单元包含：两个板式电极(3)、介质(4)、蜂窝海藻生物炭(5)、绝缘层(6)；两个板式电极相对设置，并且之间设有若干蜂窝海藻生物炭(5)，其中，一个电极板的内侧设有介质(4)；两个板式电极的外侧均设有绝缘层(6)。
2.根据权利要求1所述的海藻生物炭结合低温等离子体协同脱除硫硝汞的装置，其特征在于，若干处理单元之间通过串联、并联或者为串联结合并联的方式固定于壳体之中。
3.根据权利要求1所述的海藻生物炭结合低温等离子体协同脱除硫硝汞的装置，其特征在于，两个板式电极法线方向的极板间距为20～100mm。
4.根据权利要求1所述的海藻生物炭结合低温等离子体协同脱除硫硝汞的装置，其特征在于，所述蜂窝海藻生物炭(5)的高度与极板间距相同，宽度与极板宽度相同，在烟气流向上可放置多块。
5.根据权利要求1所述的海藻生物炭结合低温等离子体协同脱除硫硝汞的装置，其特征在于，所述高压交流电源输出电压为8kV～30kV。
6.根据权利要求1所述的海藻生物炭结合低温等离子体协同脱除硫硝汞的装置，其特征在于，所述介质(4)的材料为氧化铝陶瓷或石英板，低温等离子体采用介质阻挡放电装置产生。
7.利用权利要求1～6所述装置协同脱除硫硝汞的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)含有SO2、NOx和单质汞的烟气由进气通道进入权利要求1～6所述装置，经整流板整流，进入海藻生物炭结合低温等离子体协同脱除硫硝汞的处理单元；低温等离子体采用介质阻挡放电装置产生，等离子体放电产生高能电子和多种具有氧化性的活性物种，O3自由基、O自由基、OH自由基；
(2)气体进入等离子体放电区域后，首先与等离子体中的高能电子、O3自由基、O自由基、OH自由基、N自由基，SO2、NOx和单质汞被部分氧化成SO3、NO2和氧化汞；同时，等离子体中的高能电子、O3自由基、O自由基、OH自由基、N自由基会对蜂窝海藻生物炭产生活化作用，待烟气穿过蜂窝海藻生物炭时，气相的SO2、SO3、NOx、单质汞、氧化汞在低温等离子体和蜂窝海藻生物炭的共同作用下，被吸附在蜂窝海藻生物炭表面，烟气中的污染物得到脱除。
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