CN102895865A - 从气流中去除污染物的方法 - Google Patents

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Abstract

一种从气流中去除污染物的方法，包括用于从气流中去除污染物(特别是氮氧化物)的方法，通过将臭氧混入气流中，并将混合的臭氧和气流进给到吸附单元来实现。臭氧和氮氧化物的反应产物会被吸附，并从吸附单元中得到净化的气流。

Description

从气流中去除污染物的方法
背景技术
本发明提供了用于从气流排放物中去除污染物的工艺。更特别地，本发明用于从气流中去除低浓度的污染物，例如氮氧化物。
在某些工业如制药或农业化学工艺中，低氮氧化物(NOx)浓度是必要的。当空气在这些类型的工艺中被用作氧化剂时，空气中所含的即便痕量的氮氧化物也会积聚并转化为含氮化合物，例如亚硝酸盐和硝酸盐。由于对最终产物的严格规定，亚硝酸盐和硝酸盐是不希望的，并且必须被去除或者在最初就抑制它们的形成。
正常大气的特征为在室温下具有约0.1ppm或更低的低氮氧化物浓度。根据获得空气样品的地点，氮氧化物的浓度在数值上会有很大变化。
近来联邦和地方环境法律要求非常显著地减少有害气体物质向大气中的排放。这些有害空气污染物中最主要的是氮氧化物(NOx)。响应于这些法律的严格执行力度，工业空气污染者已经作出客观的努力来减少从工业或市政来源以气态废物的形式进入空气中的这些有害物质的量。减少气态废物中的NOx浓度的成功尝试通常涉及将废气中的NOx同氮基还原剂进行反应。其它的方法包括选择性催化还原(SCR)，湿法吸收和干法吸附，它们通常被用于有效地去除排放气体中的高浓度的氮氧化物。
另一个已知的从气流中去除NOx的方法涉及将NOx同臭氧接触，由此将它们氧化为高级氮氧化物，例如N2O5，并借助湿式洗涤器从气流中去除这些高级氧化物。
美国专利第5,206,002，5,316,737，5,985,223和6,197,268号中公开了基于臭氧的NOx氧化工艺的具体细节，其公开内容结合在此作为参考。
但是，当所处理的气流中的氮氧化物的浓度较低时，这些方法并不必然有效。本发明提供了一种用于从空气和其它气流中去除氮氧化物的方法，从而得到可在最终的化学生产工艺中被用作氧化剂的气流。
发明内容
本发明是一种用于从包含低浓度污染物的气流中去除这些污染物(特别是氮氧化物)的方法。对本发明的目的来说，这些浓度为ppm级(少于2ppm)。该方法包括如下步骤：
a)将臭氧进给到所述气流中；
b)将含有臭氧的气流进给到吸附单元；
c)在吸附单元中从所述气流中分离出污染物；和
d)从吸附单元回收净化的气流。
所述气流选自包含空气、氧气和富氧空气的组。另一种含浓度范围为0至10％体积百分比的臭氧的少量气流与所述主气流在管式混合器(tube blender)内混合。使用本发明方法所处理的污染物是氮氧化物，并且这些氮氧化物选自包含一氧化氮、二氧化氮和N2O5的组。
吸附单元被安置在压缩单元的上游，压缩单元在净化的气流被送至储存器或工业设备内的其它用具之前将其压缩。吸附单元含有能够吸附氮氧化物的吸附剂，例如：二氧化锰，也可以是活性炭和专用沸石。诸如二氧化锰和炭的吸附剂不仅吸附NOx，而且也将过量的臭氧转化为氧气。吸附单元可具有不止一个含有多于一种吸附剂的床层。可使用单个的吸附单元，但优选地使用两个或两个的倍数的吸附单元，这样在一个吸附单元或一组吸附单元能吸附氮氧化物污染物的同时另一个吸附单元或另一组吸附单元进行再生。
从第二吸附单元或第二组吸附单元中释放的氮氧化物可被直接排入大气，或者可将它们通入湿式洗涤器，在湿式洗涤器内将氮氧化物从再生气流中去除。该再生气流通常为空气或氮气并且可被加热以增进其对吸附材料进行再生的能力。
吸附单元不仅提供了对气流中污染物的分离，也通过将臭氧转化为氧气而消除了气流中过量的臭氧。
可将现在已不含氮氧化物的净化的气流回收，并可用于工业工艺，例如化学和精细化学生产工艺。
附图说明
图1是根据本发明的氮氧化物去除方法的示意图。
图2是同图1相似的示意图，示出了再生气源位于不同位置的根据发明的氮氧化物去除方法。
具体实施方式
翻到图1，示出了氮氧化物去除方法的示意图。空气通过管线1供至管式混合器50。臭氧通过管线2和阀门V1供至管式混合器50，在管式混合器50中同空气混合。该混合物可以是空气和臭氧，或者可选地，如果仅从管线1供应氧气，则为氧气和臭氧的混合物。添加到空气或氧气中的臭氧量取决于空气或氧气中所含的氮氧化物的量。通常该量为所述气流中存在的NOx量的1至20倍。气流2中臭氧的浓度为0至10％体积百分比。该空气混合物从管式混合器50通过管线1A供至吸附床10和20。在这一实施方式中，显示了两个吸附床，但是，一个吸附床以及两个或更多个吸附床的组也是足够的。当阀门V2开启且阀门V3关闭时，空气和臭氧的混合物通过管线3供至吸附器10。这个步骤中，空气流中的杂质被吸附在吸附器10内，不含杂质的空气流从管线7以及开启的阀门V6排出至压缩机30，并在压缩机30中作为净化的空气通过管线12而排出。被去除的杂质主要为二氧化氮和N2O5，它们都是臭氧同主要的氮氧化合物氧化氮反应所得的产物。这些化合物很容易被吸附床内的吸附剂(如二氧化锰)所吸附。用于吸附氧化氮杂质的常用吸附剂包括活性炭和沸石。
在吸附周期的第一部分中，吸附床是吸附器10，并且经历再生的床是吸附器20。在这个步骤中，净化的空气或氮气通过管线9供至加热器40。阀门V9关闭、阀门V8打开，因此净化的空气或氮气被引导经过管线11到管线8。阀门V7将关闭，并且所述空气或氮气将进入吸附器20，其中空气或氮气将对存在于其中的吸附材料进行再生。该再生气体将通过管线5排出并被引导通过阀门V5到管线6，在管线6再生气体将排放到大气中或被供至湿式洗涤器，未示出。
在吸附周期的后半段中，空气和臭氧的混合物被引导进入管线1A，越过关闭的阀门V2，进入开启的阀门V3。混合物被引导通过管线5进入第二吸附单元20中，其中空气和臭氧的混合物中的杂质将被吸附器20内的适当的吸附剂所吸附。现在净化的空气将通过管线8离开吸附器20，并穿过开启的阀门V7进入压缩机30中，并在压缩机30中作为净化的空气通过管线12排出。
在所述吸附过程的第二步中，吸附器20将作为吸附床，吸附器10将作为再生床。在这一步中，阀门V5和阀门V8关闭，净化的空气或氮气通过管线9进入到加热器40，并通过开启的阀门V9进入到管线7，并将进入吸附器10。净化的空气或氮气将对含有杂质的吸附材料进行再生，并将通过管线3排出吸附器10，阀门V2处于关闭状态，则通过开启的阀门V4进入管线4，在此连接到管线6中，并在管线6中被排放到大气中或被供至湿式洗涤器，未示出。
在本发明的方法的一个替换的布置方式中，图2示出了加热器的不同的位置。所有其它的命名同图1中一样，吸附周期遵循相同的步骤，除了被用作为再生气体的气体的生成。在这个替换布置方式中，加热器40被设置在将分别延伸自吸附器10和吸附器20的管线7和8相连接的导管上。当空气从吸附器10中流出时，净化的空气的一部分被分流通过管线15和开启的阀门V10并穿过加热器40，在此进入管线8并供至吸附器20，用于对吸附器20中所含的吸附材料进行再生。在吸附周期的另一半中，通过管线8离开吸附器20的净化的空气通过开启的阀门V10进到加热器40，并从管线15到管线7，在此进入吸附器10并作为吸附器10中所含吸附剂的再生气体。
虽然参照具体实施方式对本发明进行了描述，但是很明显本发明的许多其它的形式或改变对于本领域技术人员来说是显而易见的。本发明所附的权利要求通常应解释为涵盖了在本发明精神和范围内的所有上述明显的形式和改变。

Claims (17)

1.一种用于从气流中去除污染物的方法，包括如下步骤：
a)将臭氧进给到所述气流中；
b)将所述含有臭氧的气流进给到吸附单元；
c)在所述吸附单元中从所述气流中分离污染物；和
d)从所述吸附单元中回收净化的气流。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述气流选自包含空气、氧气和富氧空气的组。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，加入到所述气流中的臭氧的浓度为0至10％体积百分比，臭氧的量为所存在的NOx量的1至20倍。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述污染物是氮氧化物。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述氮氧化物选自包含一氧化氮、二氧化氮和N2O5的组。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述吸附单元包含能够吸附氮氧化物的吸附剂。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述臭氧与所述气流在管式混合器中混合。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述吸附单元被安置在压缩机上游。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，存在两个吸附单元。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，当第一吸附单元吸附所述污染物时，第二吸附单元进行再生。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，从所述第二吸附单元中释放的氮氧化物被供至湿式洗涤器。
12.如权利要求10所述的方法，其特征在于，使用加热的再生空气或氮气来执行所述再生。
13.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述污染物出现为浓度低于2.0ppm。
14.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述净化的气流可被用在化学生产工艺中。
15.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述吸附单元进一步将过量的臭氧转化为氧气。
16.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述吸附单元包含超过一个床层。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述超过一个床层包含多于一种吸附剂。
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