CN105854527B - 一种废气脱硝装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种废气脱硝装置，包括废气吸收装置和废气脱除装置，废气吸收装置为喷淋塔或鼓泡塔；废气脱除装置为一体式结构的电化学装置，包括阴极、阳极、反应通道，阴极设置为阴极三维电极，阴极和阳极呈卷轴状排布，电化学装置一侧有进水通道，相对应的另一侧有出水通道，电化学装置上方设置有排气孔，阴、阳两极外加电场，电化学装置中的吸收液被再生，同时废气中的氮氧化物被还原为氮气。本发明采用吸收液将废气中氮氧化物吸收去除，并且吸收液可得到高效再生，吸收液在废气脱硝体系中持续循环，达到稳定的高效脱除废气中NO的效果。无需高温、反应条件温和等，节省成本、缩小吸收液储存体积、节省设备空间，对环境零污染。

Description

一种废气脱硝装置和方法
技术领域
本发明属于废气处理技术领域，具体涉及一种废气脱硝装置和方法。
背景技术
氮氧化物(NOx)是化学工业、国防工业、电力工业以及锅炉和内燃机等排放气体中有毒物质之一，是造成大气污染的主要污染源之一，也是直接导致我国各地阴霾天、臭氧破坏、空气污染的重大因素。但国内的脱硝技术尚不成熟，对NOx的污染的治理也相对滞后，相应的脱硝市场发展暂时比较缓慢。废气脱氮技术的发展是一个亟待解决的重大课题。为此，研究和开发具有处理效果好、投资及运行费用低、无二次污染等优点的烟气脱氮新技术迫在眉睫。
通常所说的NOx主要包括NO、NO 2、N2O5、N2O、N2O3等几种，其中主要是NO和NO2。目前研究讨论较多的NOx废气脱除的处理方法包括氧化法和还原法。氧化法脱硫脱硝易产生大量的硫酸盐和硝酸盐，对水体产生影响。还原法可将氮氧化物转化为无毒无害的N2，目前应用最广泛的为SCR技术，该技术需要催化剂，且催化剂无法再生，容易导致中毒，对温度要求高，且需要消耗尿素或氨等原料。设备占体积大，成本高、有一定安全隐患。
废气中主要NOX为NO，占90％以上。NO难溶于水，但易溶于络合吸收剂。可以用络合吸收的方法将NO高效脱除。然而，脱除后的吸收液难以再生，属于消耗品，不能循环使用。
发明内容
针对现有技术中存在的脱硝过程需要催化剂，且催化剂无法再生，容易导致中毒，对温度要求高，且需要消耗尿素或氨等原料的问题，本发明的目的在于提供一种废气脱硝装置和方法，采用电解的方法，再生电解液，实现吸收液的循环使用，节省成本、缩小储藏体积、并保持高效的NO去除率，在电解装置中，吸附的NO可被还原为无毒无害的N2脱除。
本发明采取的技术方案为：
一种废气脱硝装置，包括废气吸收装置和废气脱除装置，其中，废气吸收装置为喷淋塔或鼓泡塔；废气脱除装置为一体式结构的电化学装置，包括阴极、阳极、反应通道，阴极设置为定型或颗粒状导电材料组成的阴极三维电极，阴极和阳极呈卷轴状排布，电化学装置一侧有进水通道，相对应的另一侧有出水通道，电化学装置上方设置有排气孔，阴、阳两极外加电场，电化学装置中的吸收液被再生，同时废气中的氮氧化物被还原为氮气。
进一步的，所述废气脱除装置设置为有膜结构，即阴极和阳极间有离子膜隔开，只有单极性离子可自由通过。
进一步的，所述废气脱除装置设置为无膜结构，即阴极区和阳极区介质完全互通。
进一步的，所述废气脱除装置中，阳极腔下方的阳极腔进水通道的横截面上设置有阳极腔进水口；阴极腔下方的阴极腔进水通道的横截面上设置有阴极腔进水口；阳极腔上方的阳极腔出水通道的横截面上设置有阳极腔出水口；阴极腔上方的阴极腔出水通道的横截面上设置有阴极腔出水口。
进一步的，所述阴极和阳极的进水通道和出水通道设置为一条或者多条。
进一步的，所述阳极设置为带有金属氧化物涂层的钛板或钛网，金属氧化物涂层可以起到防治氧化的作用；所述阴极设置为导电性极好的金属板或网，金属板或网周围填充石墨碳毡、石墨烯、活性碳中的一种或几种，其多致密孔隙的特点，极大的增加阴极反应面积。
进一步的，呈卷轴状排布的阴极和阳极可替换为穿插式结构平行排布，或者废气脱除装置外形设置为方形或者圆筒状。
废气脱硝装置的废气脱硝方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
(1)含有氮氧化物的废气进入废气吸收装置中，被吸收液吸收，其余气体排出；
(2)废气脱除装置中的阳极和阴极两极板组上外加电场，电流密度为5～100mA/cm2，吸收液通过进水口进入废气脱除装置中，在反应通道中，吸收液得到再生，氮氧化物变为氮气在排气孔排出。
进一步的，所述吸收液为含有Fe、Co、Ni、Cu过渡金属中一种或几种的氨基羧酸类或巯基类等配体形成的络合物溶液或这些金属形成的游离态溶液。
本发明的有益效果为：
本发明采用液体吸收的方法，废气吸收装置采用喷淋或鼓泡的结构形式，高效持续再生吸收液，保持高的氮氧化物脱除效果，简单高效，对设备要求低，用吸收液将废气中氮氧化物固定，将废气中氮氧化物被吸收去除，吸附了氮氧化物的吸收液采用电化学的方法，在氮氧化物脱除装置中的反应通道内快速再生，再生的吸收液继续用于废气脱硝，吸附废气中氮氧化物，吸收液在废气脱硝体系中持续循环，达到稳定的高效脱除废气中氮氧化物的效果。再生吸收液的同时，被吸收液固定的氮氧化物被转化为N2排出，对环境零污染。
本发明不需要在高温下反应吸收，不需要气体加热装置，可减少能源损耗；催化剂可实现在线再生，不需要更换，一劳永逸，也可免除配备备用设备带来的成本高、占用空间大等诸多问题；不需要投加任何化学物质，不存在泄露、搬运化学品的危险，使用更为安全，对环境零污染；只有吸收和再生两个设备，结构简单，相比较传统的由化学药剂的储存系统，气体加热系统，气体混合系统和反应器组成的处理设备，操作和维护更为方便。
附图说明
图1是本发明脱硝方法流程示意图；
图2是本发明中的电解装置；
图中：1、废气；2、氮氧化物固定脱除；3、吸收液再生；4、脱除氮氧化物的废气；5、N2；6、阴极腔出水通道；7、阴极腔；8、阴极；9、阳极腔；10、阳极；11、阴极腔进水通道；12、阴极腔进水口；13、阳极腔进水口；14、阳极腔进水通道；15、阳极腔出水通道。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明。
如图1和图2所示，
实施例1
一种废气脱硝装置，包括废气吸收装置和废气脱除装置，其中，废气脱除装置为一体式结构的电化学装置，废气脱除装置外形设置为方形，包括阴极、阳极、反应通道，阴极设置为颗粒状导电材料组成的阴极三维电极，阴极和阳极呈穿插式结构平行排布，阴极和阳极的进水通道和出水通道设置为一条或者多条，阳极设置为带有金属氧化物涂层的钛板，金属氧化物涂层可以起到防治氧化的作用；所述阴极设置为导电性极好的金属板，金属板或网周围填充石墨碳毡、石墨烯、活性碳中的一种或几种，其多致密孔隙的特点，极大的增加阴极反应面积。电解装置包括阴极腔和阳极腔，废气脱除装置设置为有膜结构，即阴极和阳极间有离子膜隔开，只有单极性离子可自由通过。阳极腔内部设置有水流孔隙，阴极腔下方设置有阴极腔进水通道，阴极腔上方设置有阴极腔出水通道，所述阴极腔内设置有阴极；阳极腔下方设置有阳极腔进水通道，阳极腔上方设置有阳极腔出水通道，所述阳极腔内设置有阳极，阳极分别与阳极腔进水通道、阳极腔出水通道相连；阳极腔下方的阳极腔进水通道的横截面上设置有阳极腔进水口；阴极腔下方的阴极腔进水通道的横截面上设置有阴极腔进水口；阳极腔上方的阳极腔出水通道的横截面上设置有阳极腔出水口；阴极腔上方的阴极腔出水通道的横截面上设置有阴极腔出水口。电化学装置上方设置有排气孔，阴、阳两极外加电场，电化学装置中的吸收液被再生，同时废气中的氮氧化物被还原为氮气。废气吸收装置设置在电解还原装置的底部或侧部，废气吸收装置设置为喷淋塔或鼓泡塔，采用喷淋或鼓泡的结构形式。
实施例2
一种废气脱硝装置，包括废气吸收装置和废气脱除装置，其中，废气脱除装置为一体式结构的电化学装置，废气脱除装置外形设置为圆筒状，包括阴极、阳极、反应通道，阴极设置为定型导电材料组成的阴极三维电极，阴极和阳极呈卷轴状排布，阴极和阳极的进水通道和出水通道设置为一条或者多条，阳极设置为带有金属氧化物涂层的钛网，金属氧化物涂层可以起到防治氧化的作用；所述阴极设置为导电性极好的金属网，金属板或网周围填充石墨碳毡、石墨烯、活性碳中的一种或几种，其多致密孔隙的特点，极大的增加阴极反应面积。电解装置包括阴极腔和阳极腔，废气脱除装置设置为无膜结构，即阴极区和阳极区介质完全互通，阳极腔内部设置有水流孔隙，阴极腔下方设置有阴极腔进水通道，阴极腔上方设置有阴极腔出水通道，所述阴极腔内设置有阴极；阳极腔下方设置有阳极腔进水通道，阳极腔上方设置有阳极腔出水通道，所述阳极腔内设置有阳极，阳极分别与阳极腔进水通道、阳极腔出水通道相连；阳极腔下方的阳极腔进水通道的横截面上设置有阳极腔进水口；阴极腔下方的阴极腔进水通道的横截面上设置有阴极腔进水口；阳极腔上方的阳极腔出水通道的横截面上设置有阳极腔出水口；阴极腔上方的阴极腔出水通道的横截面上设置有阴极腔出水口。电化学装置上方设置有排气孔，阴、阳两极外加电场，电化学装置中的吸收液被再生，同时废气中的氮氧化物被还原为氮气。废气吸收装置设置在电解还原装置的底部或侧部，废气吸收装置设置为喷淋塔或鼓泡塔，采用喷淋或鼓泡的结构形式。
废气脱硝装置的废气脱硝方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
(1)含有氮氧化物的废气进入废气吸收装置中，被吸收液吸收，其余气体排出；
(2)废气脱除装置中的阳极和阴极两极板组上外加电场，电流密度为5～100mA/cm2，吸收液通过进水口进入废气脱除装置中，在反应通道中，吸收液得到再生，氮氧化物变为氮气在排气孔排出。
进一步的，所述吸收液为含有Fe、Co、Ni、Cu过渡金属中一种或几种的氨基羧酸类或巯基类等配体形成的络合物溶液或这些金属形成的游离态溶液。
用本发明的脱硝方法处理NO含量5000ppm的废气，控制废气流量10L/min，采用吸收液喷淋的方式，吸收脱除废气中的NO。喷淋后的吸收液经过氮氧化物脱除装置去除，吸收液再生，同时被吸收的NO转化为N2排出，NO脱除效率持续稳定在98％以上。
吸收液采用电化学的方式再生并持续循环，，将固定在吸收液中的NO转化为无害的N2脱除，使吸收液再生。从而达到再生吸收液、将NO转化为无害N2的目的，整个过程无对环境有害的物质产生并保持高效稳定的NO脱除率，吸收液不断循环使用。
以上所述并非是对本发明的限制，本发明所述废气脱硝方法中所述电解装置不限于此种电解槽结构，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明实质范围的前提下，其它采用相同或相似原理的电解装置，以及在本电解装置基础上做出若干变化、改型、添加或替换，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种废气脱硝装置，其特征在于，包括废气吸收装置和废气脱除装置，其中，废气吸收装置为喷淋塔或鼓泡塔；废气脱除装置为一体式结构的电化学装置，包括阴极、阳极、反应通道，阴极设置为定型或颗粒状导电材料组成的阴极三维电极，阴极和阳极呈卷轴状排布，所述阳极设置为带有金属氧化物涂层的钛板或钛网；所述阴极设置为导电性极好的金属板或网，金属板或网周围填充石墨碳毡、石墨烯、活性炭中的一种或几种；电化学装置一侧有进水通道，相对应的另一侧有出水通道，电化学装置上方设置有排气孔，阴、阳两极外加电场，电化学装置中的吸收液被再生，同时废气中的氮氧化物被还原为氮气；
所述废气脱除装置设置为有膜结构，即阴极和阳极间有离子膜隔开，只有单极性离子可自由通过；
所述废气脱除装置中，阳极腔下方的阳极腔进水通道的横截面上设置有阳极腔进水口；阴极腔下方的阴极腔进水通道的横截面上设置有阴极腔进水口；阳极腔上方的阳极腔出水通道的横截面上设置有阳极腔出水口；阴极腔上方的阴极腔出水通道的横截面上设置有阴极腔出水口；
废气脱硝装置的废气脱硝方法，具体包括如下步骤：
（1）含有氮氧化物的废气进入废气吸收装置中，被吸收液吸收，其余气体排出；
（2）废气脱除装置中的阳极和阴极两极板组上外加电场，电流密度为5~100mA/cm2，吸收液通过进水口进入废气脱除装置中，在反应通道中，吸收液得到再生，氮氧化物变为氮气在排气孔排出。
2.根据权利要求1所述的一种废气脱硝装置，其特征在于，所述阴极和阳极的进水通道和出水通道设置为一条或者多条。
3.根据权利要求1所述的一种废气脱硝装置，其特征在于，呈卷轴状排布的阴极和阳极可替换为穿插式结构平行排布，或者废气脱除装置外形设置为方形或者圆筒状。
4.根据权利要求1所述废气脱硝装置的废气脱硝方法，其特征在于，所述吸收液为含有Fe、Co、Ni、Cu过渡金属中一种或几种的氨基羧酸类或巯基类配体形成的络合物溶液或这些金属形成的游离态溶液。
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