專利名稱：煙氣的放電催化還原脫硫方法及其裝置的制作方法
技術領域：
本發明屬于環境保護工程領域，為一種利用高壓放電形成等離子體催化還原的環境，將煙氣中的二氧化硫SO2還原成單質硫SO的方法和裝置。
在當今社會的環境污染問題中，酸雨的污染主要來自于排煙和排氣中的SO2和NOx。而我國75％的能源是靠燃煤來獲得，因而，SO2的污染問題極為嚴重，在環境保護問題上，如何經濟有效地解決脫硫問題是關系到全民健康和經濟持繼發展的大問題。
傳統的脫硫技術有噴氧化鈣、氧化鎂粉的干法脫硫和石灰水洗等濕法脫硫技術，但效果不理想，且終產品不易處理。七十年代國內外開始了利用電子束脫硫技術的研究，電子束脫硫是利用加速器將電子加速成高能電子后射到煙氣中，使煙氣產生自由基，將SO2氧化成SO3并與水分子結合成H2SO4，通入氨氣后產生硫酸銨而達到脫硫目的。八十年代，日、美、歐等國家以及在我國也開始進行用納秒脈沖放電產生非平衡等離子體對煙氣進行脫硫的研究，這種方法與電子束法一樣，也是將SO2氧化加氨生成硫酸銨，只是起氧化作用的自由基是由非平衡等離子體產生的。采用上述方法脫硫雖優于傳統的脫硫技術，但仍存在下列問題①必須消耗大量氨氣。從硫酸銨的分子式(NH4)2SO4可以看出，脫除1摩爾SO2需消耗2摩爾氨氣，因此為了脫硫，在燃煤發電廠旁還必須建一個制氨廠才行。②終產物硫酸銨雖然可用作肥料，但它使土壤板結，并不是一種好肥料。
1993年，我國鞍山靜電研究所提出低溫常壓等離子體分解SO2的方法。利用脈寬小于10μs的超高壓脈沖，使氣體放電產生具有很高能量的自由電子，高能電子直接轟擊SO2分子，使其分解成單質硫和氧氣，即，這一方法不需要消耗氨氣。但此法利用高能電子直接轟擊SO2分子，大部分能量浪費在與其它分子的無用碰撞中，因此需要采用超高電壓的脈沖才行。
本發明的目的是提出在脈沖放電等離子體加催化劑的環境下，使煙氣中的CO2分解成CO和O2，利用CO將SO2還原成單質硫的放電催化還原脫硫方法及其裝置。
本發明所說的放電催化還原脫硫的方法是，在反應器中安置放電電極，放電電極上施加由納秒級高壓脈沖電源裝置提供的極間平均峰值場強為2～8KV/cm，重復頻率為50～1000Hz的脈沖電壓，在放電電極之間的放電環境中，加有催化劑。利用放電電極上產生的脈沖等離子體，高能電子碰撞CO2分子，使煙氣中的CO2分解成CO和O2。經碰撞后產生的CO借助于放電及催化劑與煙氣中的SO2反應生成單質硫S和二氧化碳CO2。單質硫附著在催化劑上，將附硫催化劑定期送到再生除硫系統中進行催化劑再生以重復使用和硫回收。
本發明所說的煙氣的放電催化還原脫硫裝置是由放電電極系統14、氣流系統15、反應器2、再生除硫系統、等部分組成。放電電極系統14可由平行排列的線——板電極或線——圓筒電極組成，并安置在反應器2中，在放電電極上加有納秒級高壓脈沖電壓，氣流系統15可設置在反應器2中放電電極的下部，其作用是使反應器2中的催化劑17可充分均勻地與脈沖放電等離子接觸，以增強反應器中CO與SO2的反應，促使生成單質硫。
也可以在反應器2中放電電極的上部設置催化劑17的注入器21，使催化劑17從注入器21中注入后自由落經放電電極系統區域，然后在放電電極系統14的下部收集催化劑后，通過催化劑的循環系統再重新從催化劑注入器21注入循環使用。此時亦可省略氣流系統。
再生除硫系統是用于再生催化劑和硫回收的。在催化脫硫過程中，產生的硫大部分附著在催化劑表面，因此，可定期將催化劑通過溫度為140～300℃的再生除硫床6，使硫升華而與催化劑分離，升華后的硫在硫回收罐9中冷凝成液態硫10后從罐中流出，然后使其在溫度低于60℃時凝結成固態硫。分離后的再生催化劑7可反復使用。
本發明所說的煙氣的放電催化還原脫硫方法及其裝置具有以下效果1.利用本發明所述的放電催化還原脫硫方法所生成的終產物是單質硫，是一種重要的工業原料。在實驗室中的模擬煙氣實驗得到的終產物已由中國地質大學檢測中心確認所獲得的是單質硫。
2.本發明與脈沖放電等離子體氧化加氨脫硫法相比，不需要消耗氨氣，而利用的中介氣體是煙氣中大量存在的CO2，因此初期投資運行費用將大為降低。
3.本發明低溫常壓等離子體分解法相比，具有比分解法大得多的高能電子利用率，因而不需要施加超高壓脈沖，只需加較低的高壓脈沖即可。本發明利用的是高能電子與占12％的CO2氣體分子的碰撞，而分解法利用的是高能電子與僅占0.1％左右的SO2直接碰撞，因而本發明具有更大的能量利用率，并易于實現單質硫的收集。
4.本發明與脈沖等離子體分解法相比，在電極距離為50毫米時，本方法只需施加10～40KV的電壓即可，而分解法需要40～280KV的高電壓。
5.本發明所提出的放電催化還原脫硫法，可以在煙氣溫度下(70～150℃)進行，而美國利用CO經CuO/r-Al2O3催化還原脫SO2法，需要在450～550℃溫度條件下進行，因為他們不是在放電等離子體條件下進行的。而且，美國的方法需要消耗CO，本發明則是利用煙氣中大量存在的CO2做中介氣體，不需從外部送CO去消耗。
6.本發明所述的裝置具有結構簡單，易于實施的優點。
附

圖1本發明所述的煙氣的放電催化還原脫硫方法的工藝流程圖；附圖2有氣流系統的煙氣的放電催化還原脫硫裝置示意圖；附圖3無氣流系統的煙氣的放電催化還原脫硫裝置示意圖；附圖4線——板電極形式示意圖；附圖5線——圓筒電極形式示意圖。
附圖1為本發明所述的煙氣的放電催化還原脫硫方法工藝流程圖。含硫煙氣經除塵裝置1后送入反應器2中，在70～150℃溫度環境下進行放電催化脫硫，反應器2中的放電電極系統14加有高壓脈沖電源3提供的脈沖電壓，經放電催化脫硫后的干凈煙氣4經排煙道排出。經放電催化脫硫后，硫附著在催化劑上，當達到一定的附著量之后，將附硫催化劑5送到溫度為140～300℃的除硫再生床6進行除硫再生，將再生催化劑7復送到反應器2中使用。經過除硫再生后，產生含單質硫氣體8，將其送到硫回收罐9中，分離成液態硫10和不含單質硫的氣體11，然后將液態硫10降溫到60℃下形成固態硫12。不含單質硫的氣體11可利用氣體預熱器13預熱后，作為再生除硫床6的熱源。氣體預熱器13可以利用煙道中的熱能而構成。
附圖2、3是有氣流系統和無氣流系統的煙氣的放電催化還原脫硫裝置原理示意圖。它們都是在反應器2中安置有放電電極系統14，在放電電極上加有高壓脈沖電壓。
附圖2中的氣流系統15設置在反應器2器中放電電極系統14有下部，氣流系統15可使從催化劑貯存罐16中送出的催化劑17均勻地通過放電電極，然后使催化劑17再回到催化劑貯存罐16中以再次循環使用。在本裝置中，含硫煙氣從進氣口18送入，從排氣口19送出。
附圖3由于無氣流系統，所以催化劑17可直接從反應器2，放電電極系統14上方加入，在反應器2的下部收集、含硫煙氣從進氣口18送入后，經安置有放電電極系統14和催化劑17的反應器2后，從排氣口19排出干凈煙氣。為了使催化劑可實現自動循環，可設置催化劑傳送帶20，將在反應器2下部收集到的催化劑17復送到反應器2的上部催化劑注入器21中。
無論是在附圖2或是附圖3所說的裝置中，都可以設置一套使含硫催化劑定期去再生除硫床的傳送機構22和定期返回再生催化劑的裝置23。
附圖4和附圖5是兩種不同的電極，即線——板電極和線——圓筒電極。
所說的催化劑可以是硅酸鹽及氧化鋁加活性金屬、堿金屬與堿土金屬氧化物。
權利要求
1.一種煙氣的放電催化還原脫硫的方法為在反應器中安置放電電極；在放電電極上施加納秒級高壓脈沖電壓；在反應器中，放電電極所處的環境中加有催化劑；在放電等離子體的作用下，高能電子碰撞煙氣中的CO2分子，使CO2分解成CO和O2，即 利用CO并借助催化劑與煙氣中的SO2反應，使還原成單質硫S和CO2，即
2.根據權利要求1所說的放電催化還原脫硫方法，其特征在于，在反應器中可設置能使催化劑均勻分布在電場中的氣流系統。
3.根據權利要求1所說的放電催化還原脫硫方法，其特征在于，所說的催化劑可通過催化劑收集、循環系統不斷向反應器中注入、補充。
4.根據權利要求1所說的放電催化還原脫硫方法，其特征在于，所說的催化劑可以是硅酸鹽及氧化鋁加活性金屬、堿金屬與堿土金屬氧化物。
5.根據權利要求1所說的放電催化還原脫硫方法，其特征在于，所說的單質硫可利用除硫系統回收。
6.一種煙氣的放電催化還原脫硫裝置，其特征在于，在反應器中安置有放電電極系統，反應器中放電電極之間加有催化劑，放電電極與納秒級高壓脈沖電源裝置相聯接；在反應器中可設置有氣流系統。
7.根據權利要求6所說的煙氣的放電催化還原脫硫裝置，其特征在于，所說的放電電極系統中的放電電極是以平行排列的線——板電極或線——圓筒電極方式安置在反應器中。
8.根據權利要求6所說的煙氣的放電催化還原脫硫裝置，其特征在于，設置有催化劑注入、收集和催化劑收集循環系統，使不斷向煙道中注入、補充的催化劑保存在其收集循環系統之中。
9.根據權利要求6所說的煙氣的放電催化還原脫硫裝置，其特征在于，所說的氣流系統可以省略。
10.根據權利要求6所說的煙氣的放電催化還原脫硫裝置其特征在于，所說的催化劑可以是硅酸鹽及氧化鋁加活性金屬、堿金屬與堿土金屬氧化物。
全文摘要
本發明為一種煙氣的放電催化還原脫硫方法及其裝置。利用施加于反應器中放電電極上高壓納秒脈沖放電形成一種等離子體催化還原的特殊環境，通過將煙氣中部分CO
文檔編號B01D53/50GK1114236SQ9510333
公開日1996年1月3日 申請日期1995年4月10日 優先權日1995年4月10日
發明者李勁, 李勝利, 李光興, 姚宏霖, 李謙, 尹小根 申請人:華中理工大學