CN1325371C - 流光放电等离子体氧化亚硫酸盐 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种采用非热等离子体在多相共存的条件下，氧化四价硫化物的工业实用方法是在常温条件下，在气压为0.2-50巴的条件下，采用高压电源作用于流光放电等离子体反应器的阳极和阴极组成的放电***，形成流光放电等离子体反应区；再将含亚硫酸盐的溶液通过注入装置加大气液传质介面的面积，将液体送入反应区；流光放电氧化处理，将四价硫氧化为六价；其中，加大气液传质介面的方式是喷雾方式，喷出雾滴为μ级；或是以溢流、灌注或点滴方式注入，在液体中鼓泡，气泡为μ级；或是以溢流、灌注或点滴方式注入，在反应区形成液膜；本发明与常规方法相比，有氧化速率高、能耗低、处理时间短、占地少、氨泄漏低等优点。
Description
技术领域：
本发明涉及等离子体化工技术领域，特别涉及在含氧气体环境下，依靠流光放电产生非热等离子体氧化液体或浆体中的四价硫化物技术领域。
背景技术：
众所周知，常规的氧化四价硫溶液的处理方法，如目前GE、Bischof和NKK公司都采用压缩空气液相鼓泡法(无放电催化)，此法反应器大，反应时间长，在大工业的应用上，有它相当的局限性。
发明内容：
本发明的目的是提供了一种反应器小、反应时间短、应用流光放电等离子体在多相共存的条件下氧化四价硫化物的工业处理技术。
为实现上述目的，本发明所采取的技术方案为：一种流光放电等离子体氧化亚硫酸盐的方法是：
1)采用高压电源作用于流光放电等离子体反应器的放电***，形成流光放电等离子体反应区；
2)含亚硫酸盐的溶液通过注入装置将液体送入反应区；
3)加大气液传质介面的面积；
4)在含氧气体条件下，流光放电将亚硫酸盐氧化为正盐.
所述的加大气液传质介面的面积，是采用雾化方式，或鼓泡方式，或使用高比表面积电极即液膜法，增加气液传质介面，提高传质效率；
所述的亚硫酸盐溶液还可含酸式亚硫酸盐、亚硫酸盐、硫酸盐、酸式硫酸盐和含硫氧化合物或含有催化物质Fe、Ti、Mn的离子；液相中也可含有固相；
所述的反应区内的含氧气体为氧气、空气、烟气，或含有SO2、NH3、NOX；
所述的高压电源为正、负脉冲高压电源或高频交流高压电源或交直流叠加高压电源或直流叠加正、负脉冲高压电源；
所述的流光放电等离子体反应区的高压极和接地极组成的放电***为线-线、线-板、线-筒的组合结构；
所述的放电极材料为金属、碳素、陶瓷或化纤；采用金属材料时为纯金属、合金或几种金属的组合；
所述的板型电极和筒型电极，其朝向放电极的表面为光表面或多孔表面，其材料为金属、陶瓷、碳素、或高聚物；多孔表面比表面积大于1平方厘米/立方厘米。
本发明流光放电等离子体氧化亚硫酸盐的原理是：在气体或液体中发生流光放电时，激发诸如OH、H、O以及N等高化学活性的自由基，利用它们可以进行常规化学技术难以实现的有工业应用价值的化学反应，同时提高气液传质介面，高效率地将溶液中的四价硫氧化为六价--亚硫酸盐氧化为正盐。
本发明所提供的流光放电等离子体氧化亚硫酸盐的实用工业技术与常规化工技术相比，产生了如下有益效果：
1)实现化工过程的反应器体积小、占地少、能耗低、氧化速度高、处理时间短；
2)提高了活性粒子的浓度、能量效率和利用率；
3)受处理的液体或浆体，可进一步处理成硫酸盐干粉。
附图说明：
图1：液体雾化氧化法采用矩形卧式反应器工艺流程示意图；
2：气体鼓泡窄脉冲放电氧化法采用线筒型立式反应器工艺流程示意图；
图3：液膜表面放电氧化法采用立式线筒形极配示意图；
图4：液体雾化放电氧化法采用双立式线筒形放电反应器附有热化学反应器的工艺流程示意图；
图5a.液体雾化放电氧化法喷雾注入放电极与液流平行型方式示意图；
图5b.液体雾化放电氧化法喷雾注入放电极与液流垂直型示意图；
图6：液体雾化放电氧化法采用立式线筒形反应器工艺流程示意图；
图7：接地极镶有多孔陶瓷内衬的立式线筒形反应单元并联组合的湿式放电反应器横截面示意图。
具体实施方式1：
如图1所示，浓度为1摩尔的亚硫酸铵溶液以50升/小时流量喷入线-板形电极结构的流光放电等离子体反应器，取极板3为阴极，每块极板高1米、宽1.2米，板间距为10cm，取放电极2为阳极，其结构为十字形锯齿线，高压电源1施加电压为22千伏，放电功率为1.8千瓦。溶液经注入装置5喷入反应区4中，注入方式如图5a或图5b所示，第一次通过流光放电等离子体处理后，75％氧化为硫酸铵，生成液进入罐6中；再次通过流光放电等离子体作用后，95％氧化为硫酸铵，生成液送做干燥处理成粉。
本发明所提供的流光放电等离子体氧化亚硫酸盐的实用工业技术与常规化工技术相比，产生了如下有益效果：实现化工过程的反应器体积小、占地少、能耗低、氧化速度高、处理时间短；提高了活性粒子的浓度、能量效率和利用率；受处理的液体或浆体，可进一步处理成硫酸铵干粉。
具体实施方式2：
如图2所示，反应器为立式线筒形结构，流光放电借高压窄脉冲电源1在放电极2和接地极3之间发生，注入功率为100瓦，且充满反应器，含氧气体为空气，由反应器底部经筛板13鼓入，筛板的开孔率为47％，静液层高度为10mm，与由7注进反应器内体积为10升、浓度为2摩尔的待处理亚硫酸盐溶液，在等离子体反应区4内，形成气泡，引发放电氧化反应，处理后的硫酸盐溶液由出口8排出，尾气从反应器顶部排出，氧化率达95％，能耗为15瓦时/摩尔。
本发明所提供的流光放电等离子体氧化亚硫酸盐的实用工业技术与常规化工技术相比，产生了如下有益效果：实现化工过程的反应器体积小、占地少、能耗低、氧化速度高、处理时间短；提高了活性粒子的浓度、能量效率和利用率；受处理的液体或浆体，可进一步处理成硫酸盐干粉。
具体实施方式3：
如图3所示，流光放电借高压电源1在放电极2和接地极3之间发生，且充满反应器，反应器为立式线筒形结构，接地极3是由接地的壳体内衬有一多孔陶瓷的载体15构成，多孔陶瓷的比表面积为8平方厘米/立方厘米，待处理的亚硫酸盐溶液7由设在反应器顶部沟槽中经注入装置5泄入载体，流过多孔陶瓷表面，流量为10升/小时，由流光放电引发载体液膜内氧化过程，放电功率为100瓦。处理后的正盐溶液由8排出器外，氧化率达到98％，能耗为17瓦时/摩尔。
本发明所提供的流光放电等离子体氧化亚硫酸盐的实用工业技术与常规化工技术相比，产生了如下有益效果：实现化工过程的反应器体积小、占地少、能耗低、氧化速度高、处理时间短；提高了活性粒子的浓度、能量效率和利用率；受处理的液体或浆体，可进一步处理成硫酸盐干粉；
具体实施方式4：
如图4所示，经热交换14a后的烟气为摄氏110度，进入气液固三相立式流光放电反应器3a顶部，在3a中使生成液脱水，同时使液体经受流光放电作用，发生固体表面反应，将生成液中残留的亚硫酸盐氧化为硫酸盐，将生成的干粉从3a排至罐12，烟气经3a得到降温增湿，从器底侧部进入热化学反应器9，用在储液槽10和储液调整槽11的循环含氨液体反复淋洗，在11中以欠化学计量注入氨水，使生成液溶质主要为亚硫酸氢氨，在保持液流平衡条件下，9中的生成液适量注入到常温立式流光放电反应器3b，继续氧化亚盐同时，并处理由9进入3b的气体，由于气体在9和3中皆是欠氨处理，经3b排出的尾气氨含量只有3ppm，低于允许排放浓度，尾气经再热器14b排出***。3b的生成液经6补氨中和生成硫酸铵后，适量送3a脱水，生成硫酸铵干粉，排入罐12中。亚盐溶液皆由注入装置5喷入反应器。此实施方式属于液体雾化放电氧化法。
本发明所提供的流光放电等离子体氧化亚硫酸盐的实用工业技术与常规化工技术相比，产生了如下有益效果：实现化工过程的反应器体积小、占地少、能耗低、氧化速度高、处理时间短、氨泄露少；提高了活性粒子的浓度、能量效率和利用率；受处理的液体或浆体，可进一步处理成硫酸铵干粉。
具体实施方式5：
如图6、7所示，采用立式线筒形反应器工艺流程实现液体雾化放电氧化法，反应器是由60个线筒形反应单元并联组成，构成反应区为一矩形横截面，增加处理能力。流光放电借高压电源1在放电极2和接地极3之间发生，并充满湿式反应器，放电功率为6千瓦，2是十字形锯齿线，3是在接地极内衬有多孔陶瓷载体15，待处理的浓度为2摩尔亚硫酸盐溶液7以150升/小时流量由器顶经注入装置5喷入反应区4中，生成液8由器底排出，新鲜空气由器底侧部进入，由器顶侧部排出，氧化率达到95％，能耗为20瓦时/摩尔。
本发明所提供的流光放电等离子体氧化亚硫酸盐的实用工业技术与常规化工技术相比，产生了如下有益效果：实现化工过程的反应器体积小、占地少、能耗低、氧化速度高、处理时间短；提高了活性粒子的浓度、能量效率和利用率；受处理的液体或浆体，可进一步处理成硫酸盐干粉。
Claims (7)
1、一种流光放电等离子体氧化亚硫酸盐的方法，其特征在于：
1)采用高压电源(1)作用于流光放电等离子体反应器的高压极(2)和接地极(3)组成的放电***，形成流光放电等离子体反应区(4)；该等离子体反应区(4)内的含氧气体为氧气、空气或烟气；
2)将含亚硫酸盐的溶液通过注入装置(5)送入反应区(4)；
3)加大气液传质界面的面积；
4)流光放电氧化处理，将溶液中的亚硫酸盐氧化为正盐。
2、根据权利要求1所述的流光放电等离子体氧化亚硫酸盐的方法，其特征在于：所述的加大气液传质界面的面积，采用雾化方式，或鼓泡方式，或使用高比表面积电极即液膜法，增加气液传质介面，提高传质效率。
3、根据权利要求1所述的流光放电等离子体氧化亚硫酸盐的方法，其特征在于：所述的含亚硫酸盐溶液还含酸式亚硫酸盐、硫酸盐、酸式硫酸盐、含硫氧化合物或含有催化物质Fe、Ti或Mn的离子。
4、根据权利要求1所述的流光放电等离子体氧化亚硫酸盐的方法，其特征在于：所述的高压电源(1)为正、负脉冲高压电源或高频交流高压电源或交直流叠加高压电源或直流叠加正、负脉冲高压电源。
5、根据权利要求1所述的流光放电等离子体氧化亚硫酸盐的方法，其特征在于：所述的流光放电等离子体反应区的高压极(2)和接地极(3)组成的放电***为线-线、线-板或线-筒的组合结构。
6、根据权利要求1或5所述的流光放电等离子体氧化亚硫酸盐的方法，其特征在于：所述的高压极(2)材料为金属、碳素、陶瓷或化纤；采用金属材料时为纯金属、合金或几种金属的组合。
7、根据权利要求1或5所述的流光放电等离子体氧化亚硫酸盐的方法，其特征在于：所述的高压极(2)其朝向放电极的表面为光表面或多孔表面，其材料为金属、陶瓷、碳素、或高聚物；多孔表面比表面积大于1平方厘米/立方厘米。
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