[发明专利]等离子‑超重力耦合协同脱除气体污染物的装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于化石燃料燃烧、垃圾焚烧、各种窑炉烟气及工业废气中多种气态污染物联合干法脱除的应用领域，涉及一种等离子-超重力耦合协同脱除气态污染物的装置及方法。

背景技术

化石燃料燃烧排放的硫氧化物、氮氧化物、有机化合物、汞和重金属等有害物质造成严重的大气污染，对人类及生存环境造成严重危害。目前大气污染控制设备主要有：静电除尘器、布袋除尘器、湿法脱硫和催化脱硝等，但现有烟气净化装置多为单一污染物脱除装置，占地面积大，流程复杂，随着环保标准不断提高，现有环保设施需要不断改造，投资大、运行成本高。因此开发一种经济、可行、有效的多种气体污染物联合脱除的装置和方法具有重要工业应用价值。

等离子体是继固态、液态、气态之后的物质第四态，是一种聚集态物质，其拥有的高能电子同气体分子碰撞时会发生一系列基元化反应，并在反应过程中产生多种活性自由基、高能电子和生态氧等。这些高能电子、自由基等活性粒子与气体中的各种污染物作用，能够在极短时间内将其分解或氧化。气体中SO₂、NO和重金属等有害物质被氧化成易于转化脱除的SO₃、NO₂和重金属氧化物，借助固体吸附剂(钙基或其它碱性固体化合物)的吸收、吸附和化学反应等过程将气态污染物进行有效脱除或转换为无害的物质。该装置技术由于发生了离子、原子、分子反应而具有较高的化学反应速率，较低的固体吸附剂消耗，脱除效率较高等优点。

传统重力场条件下，实现气-固体系反应过程的典型设备是各种重力流化床。由于受重力场限制，传统流化床存在诸多缺陷，如:大颗粒的腾涌、小颗粒的夹带、粘结、大气泡存在造成的气体短路导致气固分布不均大大降低了系统内的传质、传热和化学反应速率等。在超重力环境下，固体颗粒有效重力增加，气-固两相之间的相互作用(相对速度)大大增强，表现出很高的传质传热效率。因此，相对于传统重力场，超重力强化气-固相反应具有物料停留时间短、流化质量好、高传质和传热等优点。

本发明将等离子-超重力技术相互耦合，利用等离子氧化、分解气体污染物，借助超重力强化气-固相间相对速度和相互接触，增加气体分子与自由基和高能电子碰撞频率，延长活性自由基存活时间，避免自由基相互间结合失去活性，提高等离子体能量利用效率，从而实现烟气中多种气态污染物的联合高效脱除。因此，该发明的等离子-超重力耦合协同脱除气体多种污染物的装置和方法具有重要的环保、经济和社会效益。

发明内容

技术问题：本发明提供一种借助固体吸附剂旋转产生的超重力，提高低温等离子体高压放电产生的高能电子和自由基与多种气体污染物的碰撞频率、混合强度和化学反应速率，实现多种气体污染物联合脱除目的的等离子-超重力耦合协同脱除气体污染物的装置。

技术方案：本发明的等离子-超重力耦合协同脱除气体污染物的装置，包括反应器外壳、设置在所述反应器外壳中的烟气管道、高压放电极、石英介质层、非金属框和接地极，所述烟气管道一端穿过反应器外壳，高压放电极、石英介质层和非金属框围绕烟气管道设置并依次排列，所述接地极设置在非金属框正下方，所述非金属框内装有固体吸附剂，两者能绕烟气管道的轴向旋转，烟气管道位于非金属框中的部分设置有多孔壁，反应器外壳中部一侧设置烟气出口。

进一步的，高压放电极连接有升压调压器。

进一步的，非金属框和固体吸附剂旋转产生超重场，高压放电极和接地极之间形成等离子体放电区，所述非金属框内形成等离子与超重力耦合的气-固相反应区域。

进一步的，非金属框连接有调速电机驱动的旋转轴。

本发明的等离子-超重力耦合协同脱除气体污染物的方法，基于上述装置，包括以下步骤：

1)含多种污染物的烟气由烟气管道沿轴向经烟气管道下部的多孔壁沿径向进入装有固体吸附剂的非金属框区域；

2)高压放电极通电后，与接地极之间形成等离子放电区，部分烟气在所述等离子体放电区被电离，产生活性自由基和高能电子；

3)固体吸附剂与非金属框高速旋转产生超重场，在非金属框内形成等离子和超重力耦合区域，固体、气体、自由基和高能电子在所述超重力耦合区域内相互碰撞发生化学反应；

4)反应净化后气体在超重力作用下由非金属框侧面网眼流出，经烟气出口排出反应器。