CN103990361B - 杂多酸与微波辐照协同作用去除氮氧化物的装置及其工艺 - Google Patents

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本发明涉及一种杂多酸与微波辐照协同作用去除氮氧化物的装置及其工艺，该装置烟气输送管道连接至吸附床入口，吸附床的出口经三通后同时连接至微波发生器内的活性炭床以及净化后的烟气排放管道；脱附剂产生装置经三通阀连接至吸附床入口。含NOx烟气经三通阀输入吸附床，净化后的烟气经三通阀排出，吸附饱和后的吸附床进入水蒸汽脱附NOx阶段，将吸附剂吸附的NOx脱附，同时吸附剂再生，脱附的NOx经三通阀输送至微波辐照活性炭还原NOx系统；NOx被活性炭还原为N2。本申请实现NOx还原过程中无氧气存在，设备简单，原料易得，NOx去除性能好，易操作便于推广。

Description

杂多酸与微波辐照协同作用去除氮氧化物的装置及其工艺
技术领域
本发明涉及一种杂多酸与微波辐照协同去除氮氧化物装置及其方法。
背景技术
氮氧化物（NOx）是大气中主要污染物之一，可导致光化学烟雾、酸雨、臭氧层破坏以及温室效应等大气环境问题，此外可诱发人类呼吸系统疾病及肺部病变，严重影响着人类健康。随着工业的发展和机动车数量的增加，NOx每年全球排放量在持续增长，基于此，制定更为严格的排放标准，研发更加高效的NOx脱除技术已迫在眉睫。
NOx控制技术包括源头控制技术与末端控制技术，源头控制技术的脱硝率较低仅为30%～40%，仍不能满足日益严格的NOx排放标准。而目前国际上较成熟的烟气末端脱硝技术有选择性催化还原(SCR)和选择性非催化还原(SNCR)，这两种技术存在投资与运行费用高、氨泄漏易造成二次污染等经济与技术问题。为了降低烟气净化的成本及提高脱除效率，国内外在烟气脱硝方面进行了广泛研究，其中，微波辐照活性炭脱硝技术，因其利用活性炭的还原性及微波加热快速均匀等优点，具有很高的脱硝效率和良好的应用前景，但还存在较多不足和缺陷，其中CN101693162B采用连续微波辐照方式利用活性炭还原烟气中NOx，该方法存在着微波反应器运行能耗高、烟气中氧造成炭损耗等问题。专利CN102489107A采用间歇式微波辐照条件下还原NOx，该方法虽然降低了微波反应器的运行能耗，但是仍无法解决氧的存在所造成的炭损耗问题，此外，该发明采用活性炭做NOx吸附剂，也是不适宜的，因为活性炭对NOx的吸附属于物理性吸附，只有在较低的温度下才能表现出较高的吸附容量，而实际生产中为了满足烟气管道防腐要求烟气温度普遍较高。
发明内容
为了克服已有的微波辐照活性炭脱硝技术存在的烟气中NOx还原过程中无法避免氧气的存在，本发明提供一种杂多酸与微波辐照协同去除氮氧化物的装置及其工艺，通过构建杂多酸吸附、脱附烟气中NOx以及微波辐照活性炭还原NOx体系，实现NOx还原过程中无氧气存在。
该发明的总体构思为：为避免烟气中O2等成分对脱硝性能的影响以及对活性炭的消耗，首先在吸附系统里，利用杂多酸对烟气中NOx进行吸附富集；吸附饱和后对富集的NOx脱附；脱附后的高浓度NOx进入微波辐照活性炭还原系统，在微波辐照下利用活性炭将NOx还原为N2。
本发明是通过以下技术方案实现的：
杂多酸与微波辐照协同去除氮氧化物的装置，烟气输送管道连接至吸附床入口，吸附床的出口经三通后同时连接至微波发生器内的活性炭床以及净化后的烟气排放管道；
脱附剂产生装置经三通阀连接至吸附床入口；
较佳地，含NOx烟气输送管道上通过三通阀并联两组或两组以上的吸附床，脱附剂产生装置经三通阀同时连接至每组吸附床的入口。
杂多酸与微波辐照协同去除氮氧化物的工艺，步骤如下：
（1）杂多酸吸附烟气中NOx：
除尘脱硫后的含NOx烟气通过烟气输入管道经三通阀输入吸附床，吸附净化后的烟气经三通阀排出，吸附饱和后的吸附床进入水蒸汽脱附NOx阶段。
吸附床中的吸附剂为杂多酸，如：H3PW12O40、H4GeW12O40、H3SiW12O40、H3PMo12O40；吸附温度为105～200℃，烟气空速为500～10000h-1；
（2）水蒸汽脱附杂多酸中NOx：
脱附剂由惰性气体驱动经过三通阀输送至吸附床，通过反取代方式将杂多酸所吸附的NOx脱附，同时完成吸附剂的再生，脱附的NOx经三通阀输送至微波辐照活性炭还原NOx系统；
所述脱附剂为水蒸汽，水蒸汽含量为3.1～83.4vol.%，惰性载气为N2，脱附温度为25～95℃，空速为50～1000h-1。
（3）微波辐照活性炭还原NOx：
吸附床脱附后的NOx，经三通阀输入置于微波发生器内的活性炭床，调节微波功率，NOx被活性炭还原为N2。
微波频率为2.45GHz，微波功率为300～900W，还原反应空速为50～1000h-1。
本发明的工艺包括吸附剂吸附烟气中NOx、脱附剂脱附NOx同时完成吸附剂的再生以及微波辐照条件下使用活性炭还原脱附下的NOx三个阶段；其中NOx吸附床有两套或多套交替运行，吸附剂在适宜的吸附温度与烟气空速下，完成烟气中NOx的吸附富集；NOx在杂多酸吸附床上达到饱和后，通过惰性载气将脱附剂输送至吸附床，在适宜的脱附温度与空速下，完成吸附剂上NOx的脱附，与此同时完成吸附剂的再生；脱附后的NOx进入活性炭反应床，在微波辐照与适宜空速条件下被活性炭还原为N2，具有高效NOx去除性能。
其中，采用杂多酸作为NOx吸附剂，具有选择性吸附烟气中NOx的特性，并且NOx吸附容量大，吸附剂易再生；采用水蒸汽作脱附剂在低温下脱附NOx，具有脱附剂价廉易得、脱附效率高、脱附能耗低等特点。采用微波辐照间歇运行方式，具有降低微波发生器能耗、延长其使用寿命的特点。
杂多酸因其强酸性、氧化还原性及假液相性而被广泛用于催化领域，在NOx吸附与分解方面也有着较多的应用，杂多酸对NOx的吸附，普遍认为是通过杂多酸对NO与NO2等分子吸附，并取代杂多酸二级结构中的结晶水所实现。有研究表明，在杂多酸吸附过程中，NOx与H2O分子存在竞争吸附现象，100℃附近存在竞争优势分界点，高于该温度NOx吸附占竞争优势，可取代杂多酸二级结构中结晶水并吸附于杂多酸中，而低于该温度水分子吸附占竞争优势，可取代已吸附的NOx，并能够实现杂多酸的再生。基于此，杂多酸可作为NOx的优良吸附剂，而水蒸汽可作为NOx的脱附剂，同时可实现杂多酸的再生。结合杂多酸的上述特性，以及目前已有发明中存在的无法克服烟气中氧气的存在对活性炭的氧化损耗问题，本发明通过构建烟气中NOx吸附-脱附-微波辐照活性炭还原技术，实现烟气中NOx的高效去除。
本发明设备简单，原料价廉易得，烟气脱硝成本低，NOx去除性能好，易操作便于推广。
附图说明
图1是本发明的工艺流程图;附图中主要标记的说明：1.烟气输入管道；2-1.三通阀；2-2.三通阀；2-3.三通阀；2-4.三通阀；2-5.三通阀；2-6.三通阀；3.惰性气体；4.水蒸汽发生器；5-1.一号吸附床；5-2.二号吸附床；6.微波发生器；7.活性炭床。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明做进一步的详细说明。
实施例1：
杂多酸与微波辐照协同去除氮氧化物方法，步骤如下：
（1）杂多酸吸附烟气中NOx：
除尘脱硫后的含NOx烟气通过烟气输入管道1输入，经三通阀2-1、2-2进入一号吸附床5-1，吸附净化后的烟气经三通阀2-4排出。吸附床中的吸附剂为磷钨杂多酸H3PW12O40，吸附温度为150℃，烟气空速为5000h-1。
待吸附饱和后，切换三通阀2-1，使烟气经过三通阀2-3并进入二号吸附床5-2，吸附净化后的烟气经三通阀2-6排出；
而吸附饱和后的一号吸附床进入水蒸汽脱附NOx阶段。
（2）水蒸汽脱附杂多酸中NOx：
水蒸汽发生器4产生的水蒸汽，由惰性气体3经过三通阀2-2输送至一号吸附床5-1，水蒸汽通过反取代方式将杂多酸所吸附的NOx脱附；脱附气中水蒸汽含量为12.2vol.%，惰性气体为N2气，脱附温度为50℃，空速为500h-1；
脱附的NOx经三通阀2-4、2-5输送至微波辐照活性炭还原NOx系统。
（3）微波辐照活性炭还原NOx：
一号吸附床脱附后的NOx，经三通阀输入置于微波发生器6内的活性炭床7，调节微波功率，NOx被活性炭还原为N2。
两个吸附床，交替运行，当一个在吸附时，另一个在脱附或空闲。
微波频率为2.45GHz，功率为500W，空速为500h-1，NOx去除率为87.3%。
实施例2-6区别于实施例1所采用的吸附剂及各步骤的工艺参数，其余条件同实施例1。实施例2-6工艺参数与性能考核见表1：
其中，所采用吸附剂的中文表述如下：H4GeW12O40：锗钨酸；H3SiW12O40：硅钨酸；H3PMo12O40：磷钼酸；H3PW12O40：磷钨酸。
表1
上述具体实施方式不以任何形式限制本发明的技术方案，凡是采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案均落在本发明的保护范围。

Claims (3)

1.杂多酸与微波辐照协同去除氮氧化物的装置，其特征在于：烟气输送管道连接至吸附床入口，吸附床中的吸附剂为杂多酸,吸附床的出口经三通后同时连接至微波发生器内的活性炭床以及净化后的烟气排放管道；脱附剂产生装置经三通阀连接至吸附床入口,所述脱附剂为水蒸汽；含NOx烟气输送管道上通过三通阀并联两组或两组以上的吸附床，脱附剂产生装置经三通阀同时连接至每组吸附床的入口。
2.杂多酸与微波辐照协同去除氮氧化物的工艺，其特征在于，步骤如下：
(1)杂多酸吸附烟气中NOx：
除尘脱硫后的含NOx烟气通过烟气输入管道经三通阀输入含有吸附剂杂多酸的吸附床，吸附净化后的烟气经三通阀排出，吸附饱和后的吸附床进入水蒸汽脱附NOx阶段，吸附温度为105～200℃，烟气空速为500～10000h-1；
(2)水蒸汽脱附杂多酸中NOx：
脱附剂由惰性气体驱动经过三通阀输送至吸附床，通过反取代方式将吸附剂杂多酸所吸附的NOx脱附，同时完成吸附剂的再生，脱附的NOx经三通阀输送至微波辐照活性炭还原NOx系统；所述脱附剂为水蒸汽，水蒸汽含量为3.1～83.4vol.%，惰性载气为N2，脱附温度为25～95℃，空速为50～1000h-1；
(3)微波辐照活性炭还原NOx：
吸附床脱附后的NOx，经三通阀输入置于微波发生器内的活性炭床，调节微波功率，NOx被活性炭还原为N2，微波频率为2.45GHz，微波功率为300～900W，还原反应空速为50～1000h-1。
3.根据权利要求2所述的杂多酸与微波辐照协同去除氮氧化物的工艺，其特征在于步骤（1）中的杂多酸为H3PW12O40、H4GeW12O40、H3SiW12O40、H3PMo12O40之任一。
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