專利名稱：一種脫除煙氣中氮氧化物的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種以絡(luò)合物溶液作為吸收劑，利用超重力旋轉(zhuǎn)床作為反應(yīng)器，脫除工業(yè)尾氣中NO的新方法。該方法可以用于工業(yè)排放氣體的凈化，適用于火力發(fā)電行業(yè)煙氣及流程工業(yè)尾氣中NO的脫除分離，屬于超重力技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
氮氧化物(NOx)指的是只由氮、氧兩種元素組成的化合物。作為空氣污染物的氮氧化物常指NO和NO2。NOx排放量最大的是火力發(fā)電站，約占全國(guó)NOx排放總量的40%以上?；痣娦袠I(yè)排放的氮氧化物成分復(fù)雜，但其中90%的直接排放物為NO?；痣娦袠I(yè)氮氧化物排放量巨大，迫切需要控制。據(jù)中國(guó)環(huán)保產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)組織的《中國(guó)火電廠氮氧化物排放控制技術(shù)方案研究報(bào)告》的統(tǒng)計(jì)分析，2007年火電廠排放的氮氧化物總量已增至840萬(wàn)噸，比2003年的597. 3萬(wàn)噸增加了近40. 6%，約占全國(guó)氮氧化物排放量的35% 40%。2008年全國(guó)氮氧化物排放量達(dá)到2000萬(wàn)噸，成為世界第一氮氧化物排放國(guó)。據(jù)專家預(yù)測(cè)，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人口增長(zhǎng)和城市化進(jìn)程的加快，中國(guó)氮氧化物排放量將繼續(xù)增長(zhǎng)。若無(wú)控制，氮氧化物排放量在2020年將達(dá)到3000萬(wàn)噸，給我國(guó)大氣環(huán)境帶來(lái)巨大的威脅。研究結(jié)果顯示，氮氧化物除了作為一次污染物傷害人體健康外，還會(huì)產(chǎn)生多種二次污染。氮氧化物是形成區(qū)域細(xì)粒子污染和灰霾的重要原因，造成了我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)大氣能見(jiàn)度日趨下降，灰霾天數(shù)不斷增加。此外，氮氧化物排放量的增加使得我國(guó)酸雨污染由硫酸型向硫酸和硝酸復(fù)合型轉(zhuǎn)變，硝酸根離子在酸雨中所占的比例從上世紀(jì)80年代的1/10逐步上升到近年來(lái)的1/3?！笆晃濉逼陂g，氮氧化物排放的快速增長(zhǎng)加劇了區(qū)域酸雨的惡化趨勢(shì)，部分抵消了我國(guó)在二氧化硫減排方面所付出的巨大努力。選擇性催化還原方法(SCR)是目前最主要應(yīng)用的煙氣脫硝方法。該方法是利用鐵、釩、鉻、鈷、鎳及堿金屬等催化劑在溫度為200°C 450°C時(shí)利用氨氣或尿素將NOx還原為N2。但該方法也存在一定的缺陷，例如煙氣中含有SO2、塵粒和水霧，對(duì)催化反應(yīng)和催化劑均不利，故采用SCR法必須首先進(jìn)行煙氣除塵和脫硫，或者是選用不易受骯臟煙氣污染影響的催化劑；同時(shí)要使催化劑具有一定的活性，還必須有較高的煙氣溫度，因此該方法能耗較高。此外該方法中使用的氨氣或尿素不完全反應(yīng)后排空很容易造成二次污染。近年來(lái)，采用絡(luò)合物溶液對(duì)煙氣中氮氧化物脫除的濕法脫硝技術(shù)研究廣泛開(kāi)展。絡(luò)合物溶液與氮氧化物的反應(yīng)速率非?？?，且在一定的條件下絡(luò)合產(chǎn)物會(huì)分解放出氮氧化物，從而實(shí)現(xiàn)氮氧化物的富集利用和吸收劑的再生循環(huán)使用。因此，使用絡(luò)合物溶液進(jìn)行煙氣中氮氧化物脫除的方法被認(rèn)為是一種非常有前景的煙氣脫銷技術(shù)。由于絡(luò)合物溶液與氮氧化物的反應(yīng)速率非?？?，液相中的傳質(zhì)過(guò)程成為了影響氮氧化物脫除速率的關(guān)鍵因素。開(kāi)發(fā)新的反應(yīng)器強(qiáng)化這一過(guò)程的汽液傳質(zhì)成為將這一技術(shù)推廣至工業(yè)化應(yīng)用的重要前提。超重力技術(shù)是利用比地球重力加速度大得多的超重力環(huán)境對(duì)傳質(zhì)、傳熱過(guò)程和微觀混合過(guò)程進(jìn)行強(qiáng)化的新技術(shù)，在地球上通過(guò)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生模擬的超重力環(huán)境而獲得。它能夠大幅度提高反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率和選擇性，顯著地縮小反應(yīng)器的體積，簡(jiǎn)化工藝、流程，實(shí)現(xiàn)過(guò)程的高效節(jié)能，減少污染排放。研究和分析表明，在超重力環(huán)境下，不同大小分子間的分子擴(kuò)散和相間傳質(zhì)過(guò)程均比在地球重力場(chǎng)下的要快得多，氣一液、液一液、液一固兩相在比地球重力場(chǎng)大數(shù)百倍至千倍的超重力環(huán)境下的多孔介質(zhì)中產(chǎn)生流動(dòng)接觸，巨大的剪切力使液體破碎成納米級(jí)的膜、絲和滴，產(chǎn)生巨大的和快速更新的相界面，使相間傳質(zhì)速率比傳統(tǒng)的塔器中提高I 3個(gè)數(shù)量級(jí)，使傳質(zhì)過(guò)程得到極大強(qiáng)化。關(guān)于超重力旋轉(zhuǎn)床裝置在本申請(qǐng)人(北京化工大學(xué))以前的專利(ZL95215430. 7)中已經(jīng)公開(kāi)。在此基礎(chǔ)上，本申請(qǐng)人在超重力技術(shù)的應(yīng)用研究方面也取得了重要的進(jìn)展，把該技術(shù)從分離、解吸的物理過(guò)程擴(kuò)展應(yīng)用到化學(xué)反應(yīng)過(guò)程。如在“一種脫除變換氣中二氧化碳的方法”(CN101168115A)中提出通過(guò)使用添加活化劑的熱鉀堿溶液、氫氧化鈉溶液或氫氧化鉀溶液作為吸收劑來(lái)脫除變換氣中的co2。但是采用超重力技術(shù)，使用絡(luò)合物溶液作為吸收劑進(jìn)行煙氣脫硝的研究，國(guó)內(nèi)外至今未見(jiàn)報(bào)導(dǎo)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種以超重力反應(yīng)器作為反應(yīng)設(shè)備，以絡(luò)合物溶液作為吸收齊U，從混合氣中脫除NO的方法，含NO的混合氣與吸收劑在超重力旋轉(zhuǎn)床反應(yīng)器內(nèi)逆流或錯(cuò)流接觸并進(jìn)行反應(yīng)，完成NO的脫除過(guò)程。由于煙氣中90%以上的NOx為NO，因此濕法脫硝針對(duì)的主要是煙氣中NO的脫除。本發(fā)明的一種脫除煙氣中氮氧化物的方法，其特征在于，包括以下步驟(a)開(kāi)啟超重力旋轉(zhuǎn)床反應(yīng)器，并將轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速調(diào)整到預(yù)定值100 4000轉(zhuǎn)/分鐘；(b)將吸收劑和含有NO的混合氣分別從液相進(jìn)口和氣相進(jìn)口送入到超重力旋轉(zhuǎn)床反應(yīng)器中，吸收劑在離心力的作用下由轉(zhuǎn)子內(nèi)緣流向轉(zhuǎn)子外緣，與氣體在超重力旋轉(zhuǎn)床反應(yīng)器內(nèi)逆流或錯(cuò)流接觸并進(jìn)行反應(yīng)，完成NO的脫除過(guò)程。吸收液的pH值為5 10，優(yōu)選為6 8，最優(yōu)選為7。氣液按體積流量比為30 300 1，優(yōu)選為50 150 1，更優(yōu)選60 100 I。吸收時(shí)系統(tǒng)的壓力為O.1 4.0MPa，優(yōu)選為O.1 LOMPa，最優(yōu)選為
O.1MPa0系統(tǒng)的溫度在10 80°C，優(yōu)選為15 40°C，最優(yōu)選為20 30°C。絡(luò)合物吸收液的濃度在O. 005 O. lmol/L，優(yōu)選為O. 01 O. 08mol/L，最優(yōu)選為O. 03 O. 05mol/L。本發(fā)明提供的混合氣中NO的脫除分離方法中，所用的超重力旋轉(zhuǎn)床包括但不局限于旋轉(zhuǎn)填充床、折流式、螺旋通道、定一轉(zhuǎn)子、旋轉(zhuǎn)碟片等超重力旋轉(zhuǎn)裝置。超重力旋轉(zhuǎn)床轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為100 4000轉(zhuǎn)/分鐘，優(yōu)選為1500 3500轉(zhuǎn)/分鐘，最優(yōu)選為2500 3200轉(zhuǎn)/分鐘。本發(fā)明所采用的吸收劑是含有二價(jià)鐵或鈷離子的絡(luò)合物溶液或其混合物。當(dāng)采用絡(luò)合物溶液作為吸收劑時(shí)，所用的絡(luò)合物吸收液包含但不局限于[乙二胺四乙酸亞鐵](Fen[EDTA])、[乙二胺四乙酸鈷](Co[EDTA])、[乙二胺鈷](Co [ENj2)、[胺乙三酸亞鐵](Fe11 [NTA]),[胺乙三酸鈷](Co[NTA]),[乙二胺二乙酸亞鐵](Fe11 [EDDA])、[ 二亞乙基三胺五乙酸亞鐵](Fen[DTPA])等。另外，當(dāng)采用絡(luò)合物溶液作為吸收劑時(shí)，所用的吸收劑經(jīng)過(guò)超重力反應(yīng)器后，進(jìn)入廢液貯罐,準(zhǔn)備再生。發(fā)明效果本發(fā)明能夠?qū)⒃蠚庵械腘O進(jìn)行有效脫除分離，混合氣中NO的脫除率可達(dá)85%(體積)以上，本發(fā)明提出的脫除吸收混合氣中NO的技術(shù)方法，具有設(shè)備投資少，能耗低、設(shè)備所占空間小、對(duì)環(huán)境友好、對(duì)設(shè)備無(wú)腐蝕等優(yōu)點(diǎn)。


圖1是本發(fā)明的工藝流程圖其中1-液相進(jìn)口 2-氣相進(jìn)口 3-超重力旋轉(zhuǎn)床4-轉(zhuǎn)子5-氣相出口 6-液相出口
具體實(shí)施方案下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方案進(jìn)一步說(shuō)明。所用設(shè)備為已公開(kāi)專利(ZL95215430. 7)。本發(fā)明的一種實(shí)施方案的反應(yīng)裝置圖如圖1所示。開(kāi)啟超重力旋轉(zhuǎn)床3，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速至預(yù)定轉(zhuǎn)速。吸收劑經(jīng)由液相進(jìn)口管I由液體分布器噴淋到超重力旋轉(zhuǎn)床轉(zhuǎn)子4的內(nèi)緣，來(lái)自上一工段的含有NO的混合氣經(jīng)由氣相進(jìn)口管2進(jìn)入到超重力旋轉(zhuǎn)床反應(yīng)器，與吸收液在超重力旋轉(zhuǎn)床的轉(zhuǎn)子中逆流或錯(cuò)流接觸，在超重力條件下進(jìn)行NO的脫除，然后從氣相出口 5排出，進(jìn)入后續(xù)工段。吸收劑從位于超重力旋轉(zhuǎn)床反應(yīng)器下部的液相出口6流出。采用煙氣分析儀在線分析超重力旋轉(zhuǎn)床反應(yīng)器出口氣體中NO的濃度。實(shí)施例1原料氣組成IOOOppm(體積分?jǐn)?shù)計(jì))的NO和N2組成的混合氣體。吸收劑為[乙二胺四乙酸亞鐵](Fen[EDTA])，pH值為7，濃度為0.02mOl/L。調(diào)節(jié)系統(tǒng)溫度為20°C，壓力調(diào)節(jié) 為O.1Mpa，啟動(dòng)超重力旋轉(zhuǎn)床反應(yīng)器，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為2825r/m，然后打開(kāi)反應(yīng)器液體進(jìn)口的控制閥門(mén)，吸收劑經(jīng)由液相進(jìn)口管I由液體分布器噴淋到超重力旋轉(zhuǎn)床轉(zhuǎn)子4的內(nèi)緣，調(diào)節(jié)液體的流量為2. 65L/h，來(lái)自上一工段的含有NO的混合氣經(jīng)由氣相進(jìn)口管2進(jìn)入到超重力旋轉(zhuǎn)床反應(yīng)器，與吸收液在超重力旋轉(zhuǎn)床的轉(zhuǎn)子中逆流接觸，在超重力條件下進(jìn)行NO的捕集，然后從氣相出口 5排出，進(jìn)入后續(xù)工段。氣體的流量為
O.39m3/h。吸收液從位于超重力旋轉(zhuǎn)床反應(yīng)器下部的液相出口 6流出。采用煙氣分析儀在線分析超重力旋轉(zhuǎn)床反應(yīng)器出口氣體中NO的濃度。出口氣體NO的濃度為201，NO的脫除率達(dá)到79. 9%0實(shí)施例2-19工藝流程及步驟同實(shí)施例1，各實(shí)施例的溫度、壓力、吸收劑種類、吸收劑pH值、吸收劑濃度、氣液的流量、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速及試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1.吸收劑為[乙二胺四乙酸亞鐵](Fen[EDTA])、[二亞乙基三胺五乙酸亞鐵](Fe11Q)TPA])、[乙二胺鈷](Co[EN]2)等含有亞鐵或鈷中心離子的絡(luò)合物溶液或其混合物。操作溫度為10 70°C，壓力為O. 01 4MPa，吸收劑的pH值為5 10，吸收劑的濃度為O. 005 O. lmol/L,吸收劑與混合氣的體積流量比為30 300 I。表I各實(shí)施例的工藝條件及實(shí)驗(yàn)結(jié)果
權(quán)利要求
1.一種脫除煙氣中氮氧化物的方法，其特征在于，包括以下步驟 (a)開(kāi)啟超重力旋轉(zhuǎn)床反應(yīng)器，并將轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速調(diào)整到預(yù)定值100 4000轉(zhuǎn)/分鐘； (b)將絡(luò)合物吸收液和含有NO的混合氣分別從液相進(jìn)口和氣相進(jìn)口送入到超重力旋轉(zhuǎn)床反應(yīng)器中，吸收劑在離心力的作用下由轉(zhuǎn)子內(nèi)緣流向轉(zhuǎn)子外緣，與氣體在超重力旋轉(zhuǎn)床反應(yīng)器內(nèi)逆流或錯(cuò)流接觸并進(jìn)行反應(yīng)，完成NO的脫除過(guò)程；吸收液的pH值為5 10，氣液按體積流量比為30 300 1，吸收時(shí)系統(tǒng)的壓力為O.1 4. OMPa,系統(tǒng)的溫度在10 80°C，絡(luò)合物吸收液的濃度在O. 005 O. lmol/L。
2.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于，絡(luò)合物吸收液是含有二價(jià)鐵或鈷離子的絡(luò)合物溶液或其混合物。
3.按照權(quán)利要求2的方法，其特征在于，絡(luò)合物選自乙二胺四乙酸亞鐵、乙二胺四乙酸鈷、乙二胺鈷、胺乙三酸亞鐵、胺乙三酸鈷、乙二胺二乙酸亞鐵、二亞乙基三胺五乙酸亞鐵。
4.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所述超重力旋轉(zhuǎn)床選自旋轉(zhuǎn)填充床、折流式、螺旋通道、定一轉(zhuǎn)子、旋轉(zhuǎn)碟片超重力旋轉(zhuǎn)裝置。
5.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于，吸收液的pH值6 8。
6.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于，氣液按體積流量比為50 150 I。
7.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于，吸收時(shí)系統(tǒng)的壓力為O.1 1. OMpa0
8.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于，系統(tǒng)的溫度為15 40°C。
9.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于，絡(luò)合物吸收液的濃度為O.01 O. 08mol/L。
10.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于，超重力旋轉(zhuǎn)床轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為1500 3500轉(zhuǎn)/分鐘。
全文摘要
一種脫除煙氣中氮氧化物的方法，屬于超重力技術(shù)領(lǐng)域。包括如下步驟開(kāi)啟超重力反應(yīng)器，將轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速調(diào)整到100～4000轉(zhuǎn)/分鐘；將吸收液和含有NO的混合氣分別從液相進(jìn)口和氣相進(jìn)口送入到超重力旋轉(zhuǎn)床反應(yīng)器中，吸收劑在離心力的作用下由轉(zhuǎn)子內(nèi)緣流向轉(zhuǎn)子外緣，與氣體在超重力旋轉(zhuǎn)床反應(yīng)器內(nèi)逆流或錯(cuò)流接觸并進(jìn)行反應(yīng)，完成NO的脫除過(guò)程；吸收液的pH值為5～10，氣液按體積流量比為30～300∶1，吸收時(shí)系統(tǒng)的壓力為0.1～4.0MPa，系統(tǒng)的溫度在10～80℃，絡(luò)合物吸收液的濃度在0.005～0.1mol/L?；旌蠚庵蠳O的脫除率達(dá)85％以上，本發(fā)明設(shè)備投資少，能耗低、對(duì)環(huán)境友好、對(duì)設(shè)備無(wú)腐蝕。
文檔編號(hào)B01D53/78GK103055666SQ201110322550
公開(kāi)日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2011年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月21日
發(fā)明者陳建峰, 張亮亮, 王潔欣, 孫倩 申請(qǐng)人:北京化工大學(xué)