CN107485981B - 一种烟气脱硝装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种烟气脱硝装置和方法，用于工业烟气脱硝领域。本发明公开的烟气脱硝装置为一种螺旋型管道装置，用于分离工业烟气中的氮氧化物（NOx），内设有烟气主通道、NOx气体分离层、NOx气体通道、外壳保护层和NOx气体收集装置。本发明公开的烟气脱硝方法采用选择性渗透分离膜对烟气中的NOx气体进行分离，并将分离出的NOx气体进行收集，既达到了烟气脱硝的目的，又可资源化利用工业烟气中的NOx气体。该方法可脱除并收集工业烟气中90%以上的NOx，减少了NOx气体资源的浪费，且工艺简单，能耗低，具有很好的应用前景。

Description

一种烟气脱硝装置和方法
技术领域
本发明涉及一种烟气脱硝装置和方法，用于工业烟气脱硝领域。
背景技术
氮氧化物（NOx）是主要的空气污染物之一，可导致光化学污染、酸雨、臭氧空洞等多种大气环境问题。大气中NOx主要来自于工业烟气的排放，目前控制NOx排放的主要技术为选择性催化还原技术（Selective Catalytic Reduction，SCR），即在催化剂作用下，采用氨、尿素等还原剂将NOx还原成N2。该技术所用SCR催化剂价格昂贵，失效后成为危险固废，同时该技术使用大量的氨或尿素作为还原剂，使得脱硝成本很高。
气体分离技术在工业烟气脱硝领域的研究相对较少。专利（CN1177515A）提供了一种磁力气体分离装置，它能将气体中的顺磁性气体与逆磁性气体分离。然而顺磁性气体包括O2、NO、NO2、N2O等，该方法无法将O2与NOx分离，且分离效果不佳。专利（CN105944704A）提供了一种分离烟气中NO的方法，采用NO吸附剂吸附烟气中的NO，达到脱除NO并收集NO的目的。此方法应用规模较小，NO脱除效率低，不适用于工业烟气的脱硝。
因此，亟需一种烟气脱硝装置及脱硝方法，将NOx从烟气中分离，达到脱硝并回收利用NOx气体的目的。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种烟气脱硝装置和方法，所述烟气脱硝装置在螺旋型管道内布置NOx气体分离层，将NOx从烟气中分离，并将分离出的NOx气体进行收集，既达到了烟气脱硝的目的，又可资源化利用工业烟气中的NOx气体。本发明公开的烟气脱硝方法采用选择性渗透分离膜对烟气中的NOx气体进行分离，其工作温度为25-200℃，可脱除烟气中90%以上的NOx，是一种有效的低温烟气脱硝方法。该方法前期投入和后期运行成本低，工艺简单，能耗低，减少了NOx气体资源的浪费，具有很好的应用前景。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种烟气脱硝装置，所述装置包括用于初始工业烟气流通的烟气主通道、将NOx从所述初始工业烟气中分离的NOx气体分离层、NOx气体通道以及外壳保护层；所述NOx气体分离层为管道状，位于所述外壳保护层内部；
所述NOx气体分离层的内侧界定形成所述烟气主通道；所述NOx气体分离层的外侧与外壳保护层界定形成所述NOx气体通道；所述NOx气体通道位用于分离后的NOx气体的流通。
进一步地，所述装置为螺旋型烟气管道。将所述管道设置为螺旋型，能够使烟气在流通过程中与分离层之间始终产生足够的压力，以利于NOx气体的渗透。
进一步地，所述装置还包括NOx气体收集装置，所述NOx气体收集装置用于收集分离后的NOx气体。
进一步地，所述外壳保护层的直径r1为0.5-2m，所述NOx气体分离层的直径r2为0.3-1.5m，r2/r1为0.6-0.9，以保证管道的结构稳定。
进一步地，所述NOx气体分离层为NOx气体选择性渗透分离层，由NOx气体渗透分离膜构成。
进一步地，所述NOx气体分离层和所述外壳保护层之间设有联结点以固定所述NOx气体分离层。
进一步地，所述NOx气体分离层的工作温度为25-200℃，使其在烟气中保持结构稳定，NOx气体分离效率达到90%以上。
一种烟气脱硝方法，包括工业烟气的通入步骤、NOx气体的分离步骤、NOx气体的收集步骤和烟气的排出步骤；在所述NOx气体的分离步骤中，控制NOx气体分离层的内侧气压高于其外侧气压，在气压差的作用下，烟气主通道内的NOx气体透过NOx气体分离层进入NOx气体通道，以从工业烟气中分离NOx气体；
进一步地，在所述NOx气体的收集步骤，将NOx气体收集装置联通NOx气体通道并提供负压，分离后的NOx气体经由NOx气体通道进入收集装置并压缩，完成NOx气体的收集；分离后的烟气经由烟气出口排出，此时烟气中NOx的脱除率可达到90%以上。
本发明的有益技术效果：
（1）本发明所述烟气脱硝装置在螺旋型管道内布置NOx气体分离层，将NOx从烟气中分离，并将分离出的NOx气体进行收集，既达到了烟气脱硝的目的，又可资源化利用工业烟气中的NOx气体。
（2）本发明公开的烟气脱硝方法采用选择性渗透分离膜对烟气中的NOx气体进行分离，其工作温度为25-200℃，可脱除烟气中90%以上的NOx，是一种有效的低温烟气脱硝方法。
（3）本发明所述方法前期投入和后期运行成本低，工艺简单，能耗低，减少了NOx气体资源的浪费，具有很好的应用前景。
附图说明
图1为本发明所述烟气管道工作示意图；
图2为本发明所述烟气管道的径向截面示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。
实施例1
一种烟气脱硝装置，装置为螺旋型烟气管道，包括烟气主通道、NOx气体分离层、NOx气体通道、外壳保护层以及NOx气体收集装置。所述烟气主通道用于初始工业烟气的流通；所述NOx气体通道位于NOx气体分离层和外壳保护层之间，用于分离后的NOx气体的流通；所述NOx气体收集装置用于收集分离后的NOx气体。
所述螺旋型烟气管道外壳保护层的直径r1为1m，NOx气体分离层的直径r2为0.8m。NOx气体分离层由选择性有机渗透分离膜构成，NOx气体分离层和外壳保护层之间设有联结点以固定分离层。
一种烟气脱硝方法，包括工业烟气的通入、NOx气体的分离、NOx气体的收集和烟气的排出。初始气体由烟气入口进入螺旋型烟气管道的主通道，烟气温度为120℃。NOx气体收集装置联通NOx气体通道并提供负压，由于NOx气体分离层内侧气压高于外侧气压，在气压作用下，螺旋型管道内的NOx气体透过分离层进入低压的NOx气体通道，分离出的NOx气体经由NOx气体通道进入收集装置并压缩，完成NOx气体的收集；分离后的烟气经由烟气出口排出，此时烟气中NOx的脱除率可达到95%。
实施例2
一种烟气脱硝装置，装置为螺旋型烟气管道，包括烟气主通道、NOx气体分离层、NOx气体通道、外壳保护层以及NOx气体收集装置。所述烟气主通道用于初始工业烟气的流通；所述NOx气体通道位于NOx气体分离层和外壳保护层之间，用于分离后的NOx气体的流通；所述NOx气体收集装置用于收集分离后的NOx气体。
所述螺旋型烟气管道外壳保护层的直径r1为2m，NOx气体分离层的直径r2为1.7m。NOx气体分离层由选择性无机渗透分离膜构成，NOx气体分离层和外壳保护层之间设有联结点以固定分离层。
一种烟气脱硝方法，包括工业烟气的通入、NOx气体的分离、NOx气体的收集和烟气的排出。初始气体由烟气入口进入螺旋型烟气管道的主通道，烟气温度为150℃。NOx气体收集装置联通NOx气体通道并提供负压，由于NOx气体分离层内侧气压高于外侧气压，在气压作用下，螺旋型管道内的NOx气体透过分离层进入低压的NOx气体通道，分离出的NOx气体经由NOx气体通道进入收集装置并压缩，完成NOx气体的收集；分离后的烟气经由烟气出口排出，此时烟气中NOx的脱除率可达到98%。
实施例3
一种烟气脱硝装置，装置为螺旋型烟气管道，包括烟气主通道、NOx气体分离层、NOx气体通道、外壳保护层以及NOx气体收集装置。所述烟气主通道用于初始工业烟气的流通；所述NOx气体通道位于NOx气体分离层和外壳保护层之间，用于分离后的NOx气体的流通；所述NOx气体收集装置用于收集分离后的NOx气体。
所述螺旋型烟气管道外壳保护层的直径r1为0.6m，NOx气体分离层的直径r2为0.5m。NOx气体分离层由选择性无机渗透分离膜构成，NOx气体分离层和外壳保护层之间设有联结点以固定分离层。
一种烟气脱硝方法，包括工业烟气的通入、NOx气体的分离、NOx气体的收集和烟气的排出。初始气体由烟气入口进入螺旋型烟气管道的主通道，烟气温度为25℃。NOx气体收集装置联通NOx气体通道并提供负压，由于NOx气体分离层内侧气压高于外侧气压，在气压作用下，螺旋型管道内的NOx气体透过分离层进入低压的NOx气体通道，分离出的NOx气体经由NOx气体通道进入收集装置并压缩，完成NOx气体的收集；分离后的烟气经由烟气出口排出，此时烟气中NOx的脱除率可达到90%。
实施例4
一种烟气脱硝装置，装置为螺旋型烟气管道，包括烟气主通道、NOx气体分离层、NOx气体通道、外壳保护层以及NOx气体收集装置。所述烟气主通道用于初始工业烟气的流通；所述NOx气体通道位于NOx气体分离层和外壳保护层之间，用于分离后的NOx气体的流通；所述NOx气体收集装置用于收集分离后的NOx气体。
所述螺旋型烟气管道外壳保护层的直径r1为0.9m，NOx气体分离层的直径r2为0.8m。NOx气体分离层由选择性有机渗透分离膜构成，NOx气体分离层和外壳保护层之间设有联结点以固定分离层。
一种烟气脱硝方法，包括工业烟气的通入、NOx气体的分离、NOx气体的收集和烟气的排出。初始气体由烟气入口进入螺旋型烟气管道的主通道，烟气温度为50℃。NOx气体收集装置联通NOx气体通道并提供负压，由于NOx气体分离层内侧气压高于外侧气压，在气压作用下，螺旋型管道内的NOx气体透过分离层进入低压的NOx气体通道，分离出的NOx气体经由NOx气体通道进入收集装置并压缩，完成NOx气体的收集；分离后的烟气经由烟气出口排出，此时烟气中NOx的脱除率可达到93%。
实施例5
一种烟气脱硝装置，装置为螺旋型烟气管道，包括烟气主通道、NOx气体分离层、NOx气体通道、外壳保护层以及NOx气体收集装置。所述烟气主通道用于初始工业烟气的流通；所述NOx气体通道位于NOx气体分离层和外壳保护层之间，用于分离后的NOx气体的流通；所述NOx气体收集装置用于收集分离后的NOx气体。
所述螺旋型烟气管道外壳保护层的直径r1为1.2m，NOx气体分离层的直径r2为0.9m。NOx气体分离层由选择性有机渗透分离膜构成，NOx气体分离层和外壳保护层之间设有联结点以固定分离层。
一种烟气脱硝方法，包括工业烟气的通入、NOx气体的分离、NOx气体的收集和烟气的排出。初始气体由烟气入口进入螺旋型烟气管道的主通道，烟气温度为90℃。NOx气体收集装置联通NOx气体通道并提供负压，由于NOx气体分离层内侧气压高于外侧气压，在气压作用下，螺旋型管道内的NOx气体透过分离层进入低压的NOx气体通道，分离出的NOx气体经由NOx气体通道进入收集装置并压缩，完成NOx气体的收集；分离后的烟气经由烟气出口排出，此时烟气中NOx的脱除率可达到95%。
实施例6
一种烟气脱硝装置，装置为螺旋型烟气管道，包括烟气主通道、NOx气体分离层、NOx气体通道、外壳保护层以及NOx气体收集装置。所述烟气主通道用于初始工业烟气的流通；所述NOx气体通道位于NOx气体分离层和外壳保护层之间，用于分离后的NOx气体的流通；所述NOx气体收集装置用于收集分离后的NOx气体。
所述螺旋型烟气管道外壳保护层的直径r1为1.5m，NOx气体分离层的直径r2为1.2m。NOx气体分离层由选择性无机渗透分离膜构成，NOx气体分离层和外壳保护层之间设有联结点以固定分离层。
一种烟气脱硝方法，包括工业烟气的通入、NOx气体的分离、NOx气体的收集和烟气的排出。初始气体由烟气入口进入螺旋型烟气管道的主通道，烟气温度为200℃。NOx气体收集装置联通NOx气体通道并提供负压，由于NOx气体分离层内侧气压高于外侧气压，在气压作用下，螺旋型管道内的NOx气体透过分离层进入低压的NOx气体通道，分离出的NOx气体经由NOx气体通道进入收集装置并压缩，完成NOx气体的收集；分离后的烟气经由烟气出口排出，此时烟气中NOx的脱除率可达到93%。

Claims (5)

1.一种烟气脱硝装置，其特征在于，所述装置包括用于初始工业烟气流通的烟气主通道、将NOx从所述初始工业烟气中分离的NOx气体分离层、NOx气体通道以及外壳保护层；所述NOx气体分离层为管道状，位于所述外壳保护层内部，所述NOx气体分离层为NOx气体选择性渗透分离层，由NOx气体渗透分离膜构成，所述NOx气体分离层在25-200℃下工作；所述装置为螺旋型烟气管道；
所述NOx气体分离层的内侧界定形成所述烟气主通道；所述NOx气体分离层的外侧与外壳保护层界定形成所述NOx气体通道；所述NOx气体通道用于分离后的NOx气体的流通；
采用所述烟气脱硝装置进行烟气脱硝的方法包括：包括工业烟气的通入步骤、NOx气体的分离步骤、NOx气体的收集步骤和烟气的排出步骤；在所述NOx气体的分离步骤中，控制NOx气体分离层的内侧气压高于其外侧气压，在气压差的作用下，烟气主通道内的NOx气体透过NOx气体分离层进入NOx气体通道，以从工业烟气中分离NOx气体，NOx的脱除率可达到90％以上。
2.根据权利要求1所述一种烟气脱硝装置，其特征在于，所述装置末端设有NOx气体收集装置，所述NOx气体收集装置用于收集分离后的NOx气体。
3.根据权利要求1所述一种烟气脱硝装置，其特征在于，所述外壳保护层的直径r1为0.5-2m，所述NOx气体分离层的直径r2为0.4-1.5m，r2/r1为0.6-0.9。
4.根据权利要求1所述一种烟气脱硝装置，其特征在于，所述NOx气体分离层和所述外壳保护层之间设有联结点以固定NOx气体分离层。
5.一种烟气脱硝方法，采用权利要求1-4任一项所述烟气脱硝装置，其特征在于，包括工业烟气的通入步骤、NOx气体的分离步骤、NOx气体的收集步骤和烟气的排出步骤；在所述NOx气体的分离步骤中，控制NOx气体分离层的内侧气压高于其外侧气压，在气压差的作用下，烟气主通道内的NOx气体透过NOx气体分离层进入NOx气体通道，以从工业烟气中分离NOx气体；
在所述NOx气体的收集步骤，将NOx气体收集装置联通NOx气体通道并提供负压，分离后的NOx气体经由NOx气体通道进入收集装置并压缩，完成NOx气体的收集；分离后的烟气经由烟气出口排出，此时烟气中NOx的脱除率可达到90％以上。
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