一種介質阻擋放電誘導還原脫除煙氣中NO_x的方法與裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于環(huán)境保護技術領域，具體涉及一種介質阻擋放電誘導還原脫除煙氣中NOx的方法與裝置。本發(fā)明利用介質阻擋放電電離或解離還原性氣體，產(chǎn)生還原性活性基團；利用這些還原性活性物種與NOx發(fā)生還原反應，所述還原性氣體為氨、烴類或醇類。本發(fā)明裝置包括進風控制閥、選擇性吸附單元、還原性氣體輸入控制閥、混合器、介質阻擋放電等離子體反應單元和脈沖電源。本發(fā)明利用電化學原理誘導化學還原脫除NOx，不需要催化劑，避免了因使用催化劑而存在的中毒、更換、溫度影響等問題，而且適用溫度范圍廣，操作靈活方便。
【專利說明】
一種介質阻擋放電誘導還原脫除煙氣中N0X的方法與裝置
技術領域
[0001] 本發(fā)明屬于環(huán)境保護技術領域，具體涉及一種介質阻擋放電誘導還原脫除煙氣中 N0X(硝）的方法與裝置。
【背景技術】
[0002] 大氣污染是二十一世紀人類社會生存和發(fā)展所面臨的最嚴重的環(huán)境問題之一，其 中煙氣中二氧化硫和氮氧化物的污染控制是目前大氣污染控制領域中最主要的任務之一， 尤其氮氧化物(N0 X)不僅本身是對人體健康有害的大氣污染物，而且是大氣二次污染物可 吸入微細粒子(PM2. 5)和臭氧(03)的重要前體物，會造成溫室效應和光化學污染，也是酸雨 的重要貢獻者，嚴重影響了人類的生存環(huán)境。由于我國N0 X排放量巨大，使大氣中PM2.5和03濃 度居高不下，時常造成灰霾天氣，對人體健康和生態(tài)環(huán)境造成巨大的危害。為了減少灰霾天 氣，改善區(qū)域性空氣質量，開展N0J兌除技術開發(fā)備受關注。
[0003] 我國對N0X減控的愈來愈重視，對煙氣中N0X的排放要求越來越嚴格，近年來相繼出 臺了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》(GB13271-2014)、《生活垃圾焚燒污染控制標準》(GB18485-2014)等標準，對N0 X的排放提出了更高的 要求，有些地區(qū)甚至出臺了更加嚴格的地方標準。
[0004] 隨著新的污染物排放標準的頒布和大氣污染物排放標準的愈加嚴格，煙氣中N0X 達標排放的壓力越來越大。煙氣脫硝技術也面臨著前所未有的壓力。如何削減和控制煙氣 產(chǎn)生的NOx污染已成為我國能源和環(huán)境保護部門面臨的嚴峻挑戰(zhàn)。
[0005] 還原法脫硝因其將N0X還原成為他，具有二次污染小，不存在廢液處理問題等優(yōu)點， 成為N0J兌除的首選方法，具有良好發(fā)展前景。但是現(xiàn)有的還原性方法中，選擇性催化還原 法（SCR)，催化劑易中毒失活，需定期更換，投資和運行費用較高；選擇性非催化還原法 (SNCR)，脫硝效率不高，且尿素或氨液消耗量大，NH 3容易被氧化為N0X，對噴氨控制的要求很 高，運行的可靠性和穩(wěn)定性難以達到要求;非選擇性催化還原(NSCR)使用Pt、Pd等貴金屬， 催化劑成本高，容易中毒，且運行溫度需要500°C以上，現(xiàn)有煙氣溫度條件難以滿足該溫度 要求。因此，開發(fā)備用和替代煙氣N0 X還原性脫除技術已非常必要。
[0006] 本發(fā)明采用一種介質阻擋放電等離子體方法，誘導化學還原脫除N0X技術。本發(fā)明 利用放電過程中因電離和激發(fā)添加的氣體還原劑，產(chǎn)生大量的強還原性基團，并利用這些 還原性活性物種與N0 X發(fā)生還原反應將其去除。該技術具有工藝簡單，N0X脫除效率高，適應 性強，運行和投資費用均較低，且與現(xiàn)有煙氣脫硫的凈化工藝融合性好等優(yōu)點。

【發(fā)明內容】

[0007] 本發(fā)明的目的在于提供一種效率高，適應性強，運行和投資費用較低的介質阻擋 放電誘導還原脫除煙氣中N0X的方法與裝置。
[0008] 本發(fā)明提供的介質阻擋放電誘導還原脫除煙氣中N0X的方法，是利用介質阻擋放 電電離或解離還原性氣體，產(chǎn)生還原性活性基團，并利用這些還原性活性物種與N0 X發(fā)生還 原反應，所述還原性氣體為氨、烴類、醇類等，具體反應為： 以氨為還原劑：
以烴類為還原劑：
以醇類為還原劑：
[0009] 本發(fā)明提供的介質阻擋放電誘導還原脫除煙氣中N0X的裝置，包括:進風控制閥， 選擇性吸附單元，還原性氣體輸入控制閥，混合器，介質阻擋放電等離子體反應單元，脈沖 電源。裝置結構組成如圖1所示。其中，進風控制閥用于控制煙氣進入流量，選擇性吸附單元 用于放置選擇性吸附材料，對進入的煙氣進行吸附，降低反應體系中的氧氣而產(chǎn)生的氧化 性競爭反應;還原性氣體輸入控制閥用于控制還原性氣體的流量;介質阻擋放電等離子體 反應單元和脈沖電源組成一 N0脫除反應單元，用于進行等離子體誘導還原脫除N0反應。
[0010] 煙氣從進風口經(jīng)過進風控制閥，進入選擇性吸附單元，經(jīng)過吸附單元處理的煙氣 通過管道進入混合器；同時，還原性氣體源通過輸入控制閥進入混合器，使煙氣和還原性氣 體在混合器中混合，然后通過管道進入介質阻擋放電等離子體反應單元，進行反應;最后， 經(jīng)過處理的氣體從介質阻擋放電等離子體反應單元的出口排出（可通過引風機）。排出的氣 體已經(jīng)完全脫除了 N0X。脈沖電源為介質阻擋放電等離子體反應單元提供電源。
[0011] 本發(fā)明中，使用時，可以由多個裝置并列，交替運行。具體可根據(jù)氮氧化物濃度及 運行控制周期的不同，配置合適數(shù)量的裝置。
[0012] 本發(fā)明中，選擇性吸附單元的作用是降低反應體系中的氧氣而產(chǎn)生的氧化性競爭 反應，具體原理為： N0分子直徑比氧氣分子小，因而擴散速度比氧氣快，故吸附劑吸附N0的速度也快，通過 控制吸附時間，從而使吸附劑上主要吸附的是N0。當其中一個選擇性吸附單元吸附飽和后， 通過切換控制閥門，開啟另一組選擇性吸附單元工作程序。飽和的選擇性吸附單元則通過 后置引風機的抽吸作用，實現(xiàn)變壓真空脫附，脫附出來的N0氣體與輸入的還原性氣體經(jīng)過 混合器充分混合后，排至介質阻擋放電等離子體反應池，在此進行等離子體誘導還原脫除 N0，反應完全后，最終由引風機排出。
[0013] 本發(fā)明中，所述選擇性吸附單元采用廊道結構形式，吸附材料為具有微孔的多孔 性材料，例如用分子篩、沸石、黏土礦、硅膠、活性炭等材料。充填量依據(jù)N0濃度、處理風量及 吸附時間來定。
[0014] 本發(fā)明中，混合器用于N0和還原性氣體的混合，以利于后續(xù)脫除N0的反應。混合器 采用折流式、螺旋式或射流式等形式，材質為耐腐蝕金屬。
[0015] 本發(fā)明中，介質阻擋放電等離子體反應單元和等離子體電源組成一 N0脫除反應單 元。介質阻擋放電等離子體反應單元(也稱反應池)結構如圖2所示。其中，介質阻擋放電等 離子體反應單元采用雙層套管結構，內外兩層管保持同心距不大于5mm。內層介質管材質為 石英、陶瓷、聚四氟等耐腐蝕材料，一端密閉，另一端伸出出風口外，內層管內布設導電金屬 材料，并與內電極引出線一端纏結在一起。外層介質管材質也為石英、陶瓷、聚四氟等耐腐 蝕材料，一端與一進風口相接，并在直管段布設有穿孔布風板;外層介質管另一端與一出風 口切向相接;外層介質管外壁敷設金屬導電材料，并與外電極引出線一端粘結。介質阻擋放 電等離子體反應單元采用中間進風，側面切向出風方式，方便電極引出和連接，也有利于氣 體在反應池中的分布。內外電極引出線分別與脈沖電源相接。
[0016] 其中，所述出風口與外介質管連接方式見圖3所示。
[0017] 其中，所述穿孔布風板孔眼大小按空口流速3-5 m/s，孔眼呈輻射狀均布，孔眼數(shù) 量根據(jù)系統(tǒng)處理風量來確定。
[0018]本發(fā)明的優(yōu)點 與現(xiàn)行的同類工藝技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點： (1) 在反應體系中輸入還原性氣體，利用電化學原理誘導化學還原脫除N0X，不需要催 化劑，避免了因使用催化劑而存在的中毒、更換、溫度影響等問題； (2) 適用溫度范圍廣，可從室溫條件至300°C正常適用； (3) 兼有脫硫作用，可實現(xiàn)同步脫硫脫硝； (4) 采用選擇性吸附單元，有效降低氧氣參與反應而引起的氧化性競爭反應； (5) 操作靈活，即開即用； (6)與現(xiàn)有煙氣脫硫的凈化工藝融合性好，實現(xiàn)脫硫后再脫硝的做法，無需升溫處理， 而且也沒有硫氧化物對催化劑的影響問題。
[0019]本發(fā)明采用一種介質阻擋放電等離子體方法，誘導化學還原脫除N0X。本發(fā)明利 用放電過程中因電離和激發(fā)添加的氣體還原劑，產(chǎn)生大量的強還原性基團，并利用這些還 原性活性物種與N0X發(fā)生還原反應將其去除。并采用選擇性吸附單元，優(yōu)先吸附氮氧化物， 降低氧氣參與反應而引起的氧化性競爭反應。同時，采用交替運行的模塊化運行方式，并根 據(jù)氮氧化物濃度，靈活調整模塊化數(shù)量。本發(fā)明具有工藝簡單，N0 X脫除效率高，適應性強， 運行和投資費用均較低，且與現(xiàn)有煙氣脫硫的凈化工藝融合性好等優(yōu)點。
[0020]本發(fā)明的特點 1、 利用介質阻擋氣體放電激勵還原性氣體，產(chǎn)生還原性活性基團，并用于化學還原脫 硝過程； 2、 所用還原性氣體為氨、烴類、醇類等； 3、 采用選擇性吸附單元，優(yōu)先吸附氮氧化物，降低氧氣參與反應而引起的氧化性競爭 反應； 4、 吸附材料為具有微孔的多孔性材料，可用分子篩、沸石、黏土礦、硅膠、活性炭等材 料； 5、 選擇性吸附單元采用廊道式結構形式，氣阻小，脫附快； 6、 介質阻擋放電等離子體反應池采用中間進風，側面切向出風方式，利于氣流分布； 7、 氮氧化物與還原性氣體反應前經(jīng)過混合器和布風板，有利于反應;混合器采用折流 式、螺旋式或射流式等形式，布風板采用孔眼輻射狀均布方式； 8、 采用交替運行的模塊化運行方式，并根據(jù)氮氧化物濃度，靈活調整模塊化數(shù)量。
【附圖說明】
[0021 ]圖1為等離子體誘導還原法脫除N0X的系統(tǒng)組成圖。
[0022]圖2為介質阻擋放電反應系統(tǒng)圖。
[0023]圖3為出風口與外介質管連接圖。
[0024] 圖中標號：1-進風控制閥；2-選擇性吸附單元;3-還原性氣體輸入控制閥；4-混合 器;5-介質阻擋放電等離子體反應池;6-脈沖電源;7-進風控制閥;8-選擇性吸附單元;9-還 原性氣體輸入控制閥；10-混合器；11-介質阻擋放電等離子體反應池；12-脈沖電源；13-進 風口； 14-外介質管；15-布風板；16-外電極；17-內電極；18-出風口； 19-內介質管;20-內電 極引出線;21-外電極引出線。
【具體實施方式】
[0025] 圖1中所示為兩組交裝置替運行的模式。標號1、2、3、4、5、6依次為一個裝置的進風 控制閥，選擇性吸附單元，還原性氣體輸入控制閥，混合器，介質阻擋放電等離子體反應單 元，脈沖電源;標號7、8、9、10、11、12依次為另一個裝置的進風控制閥，選擇性吸附單元，還 原性氣體輸入控制閥，混合器，介質阻擋放電等離子體反應單元，脈沖電源。
[0026]裝置的具體操作如下： ①開啟進風控制閥1，關閉還原性氣體輸入控制閥3、進風控制閥7、還原性氣體輸入控 制閥9,開始輸入含氮氧化物廢氣，一定時間后，關閉進風控制閥1，同時開啟還原性氣體輸 入控制閥3和進風控制閥7,并開啟介質阻擋放電等離子體反應單元5; ②一定時間后，關閉閥門還原性氣體輸入控制閥3和進風控制閥7,開啟進風控制閥1和 還原性氣體輸入控制閥9,并同時啟動介質阻擋放電等離子體反應單元11和關閉介質阻擋 放電等離子體反應單元5。
[0027]再經(jīng)一定時間后，重復以上操作步驟①和②。
【主權項】
1. 一種介質阻擋放電誘導還原脫除煙氣中NOx的方法，其特征在于具體步驟為:利用介 質阻擋放電電離或解離還原性氣體，產(chǎn)生還原性活性基團；利用這些還原性活性物種與NO x 發(fā)生還原反應，所述還原性氣體為氨、烴類或醇類。2. -種介質阻擋放電誘導還原脫除煙氣中NOx的裝置，其特征在于包括:進風控制閥，選 擇性吸附單元，還原性氣體輸入控制閥，混合器，介質阻擋放電等離子體反應單元，脈沖電 源;其中，進風控制閥用于控制煙氣進入流量，選擇性吸附單元用于放置選擇性吸附材料， 對進入的煙氣進行吸附，降低反應體系中的氧氣而產(chǎn)生的氧化性競爭反應;還原性氣體輸 入控制閥用于控制還原性氣體的流量;介質阻擋放電等離子體反應單元和脈沖電源組成一 NO脫除反應單元，用于進行等離子體誘導還原脫除NO反應； 煙氣從進風口經(jīng)過進風控制閥，進入選擇性吸附單元，經(jīng)過吸附單元處理的煙氣通過 管道進入混合器；同時，還原性氣體源通過輸入控制閥進入混合器，使煙氣和還原性氣體在 混合器中混合，然后通過管道進入介質阻擋放電等離子體反應單元，進行反應;最后，經(jīng)過 處理的氣體從介質阻擋放電等離子體反應單元的出口排出；脈沖電源為介質阻擋放電等離 子體反應單元提供電源。3. 根據(jù)權利要求2所述的介質阻擋放電誘導還原脫除煙氣中NOx的裝置，其特征在于，所 述選擇性吸附單元采用廊道結構形式，吸附材料為具有微孔的多孔性材料，所述多孔性材 料包括用分子篩、沸石、黏土礦、硅膠、活性炭。4. 根據(jù)權利要求2或3所述的介質阻擋放電誘導還原脫除煙氣中NOx的裝置，其特征在 于，所述混合器采用折流式、螺旋式或射流式，材質為耐腐蝕金屬。5. 根據(jù)權利要求4所述的介質阻擋放電誘導還原脫除煙氣中NOx的裝置，其特征在于，所 述介質阻擋放電等離子體反應單元和等離子體電源組成一 NO脫除反應單元;其中，介質阻 擋放電等離子體反應單元采用雙層套管結構，內外兩層管保持同心距不大于5mm;內層介質 管材質為石英、陶瓷、聚四氟耐腐蝕材料，一端密閉，另一端伸出出風口外，內層管內布設導 電金屬材料，并與內電極引出線一端纏結在一起;外層介質管材質也為石英、陶瓷、聚四氟 耐腐蝕材料，一端與一進風口相接，并在直管段布設有穿孔布風板;外層介質管另一端與一 出風口切向相接;外層介質管外壁敷設金屬導電材料，并與外電極引出線一端粘結；內外電 極引出線分別與脈沖電源相接。6. 根據(jù)權利要求2、3或5所述的介質阻擋放電誘導還原脫除煙氣中NOx的裝置，其特征 在于，所述穿孔布風板孔眼大小按空口流速3-5 m/s，孔眼呈輻射狀均布，孔眼數(shù)量根據(jù)系 統(tǒng)處理風量來確定。7. 根據(jù)權利要求2、3或5所述的介質阻擋放電誘導還原脫除煙氣中NOx的裝置，其特征在 于，由多個裝置并列，交替運行。
【文檔編號】B01D53/02GK105879566SQ201610360450
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年5月28日
【發(fā)明人】張仁熙, 曹栩, 趙瑋璇, 劉楊海超
【申請人】復旦大學