一种吸附协同等离子体作用的一体化脱硝脱汞方法 【技术领域】
本发明涉及一种气体一体化脱硝脱汞方法，尤其是指一种表面吸附协同低温等离子体作用的一氧化氮还原与汞氧化相结合的一体化脱除方法。
背景技术
近年来，煤燃烧过程中痕量元素的排放受到了越来越多的重视，研究痕量元素的排放及控制已经成为燃烧污染中的一个新兴前沿领域。尽管痕量元素在煤中的浓度很低，但由于电厂燃煤消耗量极大，其对环境的危害不容忽视。在这些痕量元素中，汞由于其存在形式的特殊性而受到广泛重视。汞的存在形式主要包括气相汞(气相元素汞Hg0和气相二价汞Hg2+)和固相颗粒汞。固相汞指的是与颗粒表面结合的那部分汞，它较容易被除尘器脱除；二价汞比较稳定，易溶于水，易被湿法洗涤系统所捕获而脱除，并且，氧化状态的汞蒸气在烟气中可以部分或全部被颗粒碳吸收，而吸收了汞的碳颗粒可以被除尘设备从烟气中除去，所以排入大气的二价汞Hg2+的量比较少；而元素汞Hg0具有较高的蒸汽压并难溶于水，是相对比较稳定的形态，难以被污染控制设备收集而直接排入大气，所以控制元素汞Hg0的排放只有通过添加吸收剂捕获或者转化为易去除的Hg2+形式。
对于汞的脱除，尽管目前研究人员已经对其进行了大量研究，并提出了活性炭吸附脱汞、钙基吸收剂脱汞、利用湿法烟气脱硫脱汞和利用飞灰的吸附作用脱汞等方法，但由于这些方法或者成本较高，或者脱除效率较低，因此都还不太尽如人意。另一方面，综合各方面因素考虑，未来最终的燃煤烟气污染控制技术应该是高效、低投入(包括低运行成本)的多种污染物一体化综合控制技术，也就是说，最适合的燃煤烟气污染控制技术应该是对已有的脱硫脱硝技术进行改进，使之能够同时进行脱汞。
在已经授权的专利号为CN02138395.2的中国发明专利中，发明人提出了一种新型的表面吸附低能态等离子体一氧化氮还原方法。该脱硝方法具有能耗低、产物是氮气和氧气、产物可以直接排入大气、不会造成二次污染、工艺简单等优点，是处理固定和移动一氧化氮源的一种有效途径。但是在成功实施该方法时，还存在一个显而易见的问题：等离子体一氧化氮还原的产物中含有强氧化性的活性氧原子，产生活性氧原子的能量归根到底也来自电能，然而在该方法中，活性氧原子相互结合成氧分子，这部分能量就被浪费掉了。由于烟气中不仅含有一氧化氮，还含有一定量的汞，因此，如果能够将烟气中的汞氧化脱除与上述等离子体一氧化氮还原的方法结合起来，充分利用一氧化氮还原产生的活性氧原子来氧化汞，则上述问题将得到解决，这不仅省去了将汞氧化所需的电能，而且实现了同时脱硝脱汞。
【发明内容】
技术问题：本发明提供一种低能耗的、吸附协同等离子体作用的一体化脱硝脱汞方法。
技术方案：本方法是一种吸附协同等离子体作用的一氧化氮还原与汞氧化相结合的一体化脱除方法，在含有一氧化氮和汞的气体中加入氮气混合，并使其通过高频高压电场，该高频高压电场的峰值电压不低于3000伏特、脉冲电压频率不低于500赫兹，电场中设置有固体吸附剂颗粒。混合气体在经过电场时，吸附剂颗粒表面吸附氮气并发生气体放电，气体放电产生的活性氮原子诱发一氧化氮还原，同时生成副产物活性氧原子，而活性氧原子则继续诱发汞氧化，使汞转化为氧化汞，从而达到一氧化氮还原与汞氧化顺序进行的目的。所述固体吸附颗粒为球形或块状并充满于电场之中，该球形颗粒的直径为2～3毫米，块状颗粒的长度为2～3毫米。含有一氧化氮、汞和氮气的气体在高频高压电场中的停留时间大于10-4秒。
技术效果：①由于本发明使含有一氧化氮、汞和氮气的气体通过电场，电场中的固体颗粒有选择地化学吸附氮气，并在其表面形成气体放电，随后诱发顺序发生的一氧化氮还原和汞氧化反应(其顺序发生的基元反应为：e+N2→2N+e，N+NO→N2+O和O+Hg→HgO)，从而达到了有效地一体化脱硝脱汞的目的。②本发明中，强氧化性活性氧原子由一氧化氮还原反应生成，不需要额外的电能，因此节省了汞氧化所需的能耗。③本发明中，固体颗粒限定为球形或块状且其线性尺寸限定为2～3毫米，其优点在于能够使混合气体利用颗粒之间的间隙顺利通过，并有利于一氧化氮和汞的最大程度脱除，颗粒直径大小代表了颗粒的比表面积(比表面积是单位质量的颗粒所具有的表面积)，比表面积越大，颗粒所能吸附地气体越多。颗粒直径太小，颗粒之间的空隙也就太小，不利于气体通过；颗粒直径太大，比表面积就太小，不利于吸附。④本发明中，使含有一氧化氮、汞和氮气的气体在高频高压电场中的停留时间大于10-4秒，可以更为有效地脱除一氧化氮和汞，即可以有效地提高一氧化氮还原率和汞氧化率。
【具体实施方式】
一种吸附协同等离子体作用的一氧化氮还原与汞氧化相结合的一体化脱除方法，使含有一氧化氮和汞的气体通过高频高压电场，该高频高压电场的峰值电压不低于3000伏特、脉冲电压频率不低于500赫兹，本实施例所选电场的峰值电压不低于15000伏特，脉冲电压频率不低于3000赫兹。氮气被设置于高频高压电场中的固体吸附剂颗粒化学吸附于其表面，并经气体放电形成活性氮原子，活性氮原子还原一氧化氮而生成活性氧原子，活性氧原子继续将汞氧化，使之转化为氧化汞，从而完成了顺序式一氧化氮还原脱除与汞氧化脱除。固体吸附剂颗粒选用沸石与金属、金属氧化物的复合物，可以为球形并充满于电场中，该球形固体颗粒的直径为2～3毫米，也可以为块状并充满于电场中，该块状固体颗粒的长度为2～3毫米，含有一氧化氮和汞的气体滞留于电场的时间不小于10-4秒。