[发明专利]烟气的放电催化还原脱硫方法及其装置

说明书

本发明属于环境保护工程领域，为一种利用高压放电形成等离子体催化还原的环境，将烟气中的二氧化硫SO₂还原成单质硫SO的方法和装置。

在当今社会的环境污染问题中，酸雨的污染主要来自于排烟和排气中的SO₂和NO_x。而我国75％的能源是靠燃煤来获得，因而，SO₂的污染问题极为严重，在环境保护问题上，如何经济有效地解决脱硫问题是关系到全民健康和经济持继发展的大问题。

传统的脱硫技术有喷氧化钙、氧化镁粉的干法脱硫和石灰水洗等湿法脱硫技术，但效果不理想，且终产品不易处理。七十年代国内外开始了利用电子束脱硫技术的研究，电子束脱硫是利用加速器将电子加速成高能电子后射到烟气中，使烟气产生自由基，将SO₂氧化成SO₃并与水分子结合成H₂SO₄，通入氨气后产生硫酸铵而达到脱硫目的。八十年代，日、美、欧等国家以及在我国也开始进行用纳秒脉冲放电产生非平衡等离子体对烟气进行脱硫的研究，这种方法与电子束法一样，也是将SO₂氧化加氨生成硫酸铵，只是起氧化作用的自由基是由非平衡等离子体产生的。采用上述方法脱硫虽优于传统的脱硫技术，但仍存在下列问题：①必须消耗大量氨气。从硫酸铵的分子式(NH₄)₂SO₄可以看出，脱除1摩尔SO₂需消耗2摩尔氨气，因此为了脱硫，在燃煤发电厂旁还必须建一个制氨厂才行。②终产物硫酸铵虽然可用作肥料，但它使土壤板结，并不是一种好肥料。

1993年，我国鞍山静电研究所提出低温常压等离子体分解SO₂的方法。利用脉宽小于10μs的超高压脉冲，使气体放电产生具有很高能量的自由电子，高能电子直接轰击SO₂分子，使其分解成单质硫和氧气，即，这一方法不需要消耗氨气。但此法利用高能电子直接轰击SO₂分子，大部分能量浪费在与其它分子的无用碰撞中，因此需要采用超高电压的脉冲才行。

本发明的目的是提出在脉冲放电等离子体加催化剂的环境下，使烟气中的CO₂分解成CO和O₂，利用CO将SO₂还原成单质硫的放电催化还原脱硫方法及其装置。

本发明所说的放电催化还原脱硫的方法是，在反应器中安置放电电极，放电电极上施加由纳秒级高压脉冲电源装置提供的极间平均峰值场强为2～8KV/cm，重复频率为50～1000Hz的脉冲电压，在放电电极之间的放电环境中，加有催化剂。利用放电电极上产生的脉冲等离子体，高能电子碰撞CO₂分子，使烟气中的CO₂分解成CO和O₂。经碰撞后产生的CO借助于放电及催化剂与烟气中的SO₂反应生成单质硫S和二氧化碳CO₂。单质硫附着在催化剂上，将附硫催化剂定期送到再生除硫系统中进行催化剂再生以重复使用和硫回收。

本发明所说的烟气的放电催化还原脱硫装置是由放电电极系统14、气流系统15、反应器2、再生除硫系统、等部分组成。放电电极系统14可由平行排列的线——板电极或线——圆筒电极组成，并安置在反应器2中，在放电电极上加有纳秒级高压脉冲电压，气流系统15可设置在反应器2中放电电极的下部，其作用是使反应器2中的催化剂17可充分均匀地与脉冲放电等离子接触，以增强反应器中CO与SO₂的反应，促使生成单质硫。

也可以在反应器2中放电电极的上部设置催化剂17的注入器21，使催化剂17从注入器21中注入后自由落经放电电极系统区域，然后在放电电极系统14的下部收集催化剂后，通过催化剂的循环系统再重新从催化剂注入器21注入循环使用。此时亦可省略气流系统。

再生除硫系统是用于再生催化剂和硫回收的。在催化脱硫过程中，产生的硫大部分附着在催化剂表面，因此，可定期将催化剂通过温度为140～300℃的再生除硫床6，使硫升华而与催化剂分离，升华后的硫在硫回收罐9中冷凝成液态硫10后从罐中流出，然后使其在温度低于60℃时凝结成固态硫。分离后的再生催化剂7可反复使用。