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一种脱除高浓度二氧化氮的方法及其设备 Download PDF

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Abstract

一种脱除高浓度二氧化氮的方法及其设备，以甲醇裂解生成的氢气和一氧化碳为燃料，点燃该燃料之后，通入10-100%体积百分比浓度的二氧化氮气体一同燃烧，生成水和二氧化碳和氮气，达到处理氮氧化物的目的。具有工艺简单操作容易，设备简单，燃烧尾气中的二氧化氮残余量小于400PPm，总氮氧化物残余量小于600PPm。

Description

一种脱除高浓度二氧化氮的方法及其设备
本发明属于一种脱除氮氧化物的方法，具体地说涉及一种脱除高浓度二氧化氮的方法及其设备。
保护人类赖以生存的环境不被工业废气污染，已成为迫在眉睫的课题，而且受到越来越多公众的关注。氮氧化物和硫氧化物、烃类一起构成污染大气主要有害物质，它们在空气中达到一定浓度后对人类和动植物有毒害作用，在一定条件下烃类和氮氧化物还可发生光化学反应，更加剧了对大气的污染。为了减少或消除这些污染，人们研究开发了各种各样的方法，其中脱除氮氧化物的方法有催化还原法，该方法采用氢气、一氧化碳气、天然气、烃类、氨等作为还原剂进行催化还原脱除氮氧化物，具有脱除率高、残余氮氧化物低、无二次污染的优点，但是由于催化燃烧为一放热反应，反应剧烈，放出的热量集中不易带出，致使温度难以控制，一旦飞温，会造成催化剂寿命缩短和失活，对反应器材质要求严格，使得设备造价昂贵。还原剂与氮氧化物在反应器内直接接触反应，若气体浓度控制不当，容易造成爆炸，不易操作，因此在处理废气时氮氧化物浓度不易过高，一般应小于0.3％，对于排出的高浓度氮氧化物废气就必须采用惰性气体稀释的方法，这样就延长了处理时间，增加处理废气的成本，许多污染源排放的废气中含有催化剂毒物，易使催化剂中毒，限制了使用。
另外，还有化学吸收法，该法采用碱或氨等水溶液吸收氮氧化物，适用于氮氧化物浓度较大的场合，但其浓度也不易大于0.5％，吸收后的液体需经二次处理，否则会造成二次污染。
本发明的发明目的是提供一种脱除高浓度氮氧化物，且不形成二次污染的方法及其专用设备。
本发明的发明目的是这样实现的，以甲醇裂解生成的氢气和一氧化碳气为燃料，点燃该燃料之后，通入10-100％体积百分比浓度的二氧化氮气体一同燃烧，生成水和二氧化碳和氮气，达到处理氮氧化物的目的。
甲醇在具有裂解-氧化双功能催化剂的作用下，裂解生成氢气和一氧化碳及少量的甲烷和二氧化碳，气体组成约为66％的氢气、32％的一氧化碳、1％的二氧化碳和0.2的甲烷。
将上述气体点燃，并通入高浓度二氧化氮与过量的CO和H2反应生成氮气、水和二氧化碳。
同时在高温下部分二氧化氮分解为一氧化氮和氧气；一氧化氮与氢气和一氧化碳反应生成氮气、水和二氧化碳，一氧化氮又可裂解为N2+O2。
本发明脱除高浓度二氧化氮气的方法包括如下步骤：
(1)将空气通入焚烧炉内吹扫，并使一次空气过剩系数为0.2-0.7，二次空气过剩系数为0.9-1.3，然后将由氢气、一氧化碳和少量甲烷、二氧化碳组成的甲醇裂解气通入焚烧炉内点燃；
(2)当焚烧炉内的预热温度达到500℃，将体积百分比浓度为10-100％的二氧化氮气体从燃烧器氧化剂入口与一次空气混合，通入焚烧炉内与甲醇裂解气一同燃烧，二氧化氮气的通入量按二氧化氮与甲醇裂解气体积比为1∶2.2-10通入，同时调节一次空气量，使一次空气和二氧化氮的总氧化剂过剩系数为0.5-0.95，炉内燃烧温度控制为800-1300℃；
(3)经过二次空气，使燃烧不完全的甲醇裂解气再次燃烧，最后排入大气中。
如上所述的甲醇裂解气的制取是将液体甲醇加压到0.01-0.3MPa，加热到180-300℃汽化后，通入装有裂解-氧化双功能催化剂的固定床反应器内，反应温度为180-280℃，甲醇液体空速为0.2-1h-1的条件下进行催化裂解生成含有氢气、一氧化碳和少量甲烷、二氧化碳的甲醇裂解气。甲醇裂解气制备过程及其中催化剂的详细制法在中国专利90107440.3“金属热处理用氮基可控气氛的生产方法”中已陈述。
本发明的甲醇裂解气还可以用其它方法制得。如甲醇高温热裂解和甲醇与水按一定比例混合后进行催化裂解或高温热裂解等。
如上所述的二氧化氮与甲醇裂解气体积比最好为1∶2.5-5。
为了完成上述脱除高浓度二氧化氮的方法，设计了专用的焚烧炉，该焚烧炉是由炉体、燃烧气出口、观察孔、测温孔、燃烧器组成，其特征在于在炉体下部有一次进风口，炉体上部有二次进风口，燃烧器固定于炉体底部，炉体下部安装有点火器。
当使用该焚烧炉时，从燃烧器一次风进口按空气过剩系数为0.2-0.7的风量通入一次空气，炉膛二次进风口按空气过剩系数0.9-1.3的风量给焚烧炉通入二次空气，打开点火器，从燃烧器燃气进口处通入甲醇裂解气，甲醇裂解气燃烧，从测温孔测炉内温度，炉内温度达到500℃时，从燃烧器氧化剂进口通入10-100％的二氧化氮气，同时调整一次空气进风量，使炉内一次空气和二氧化氮总氧化剂的过剩系数为0.5-0.95，二次进风口的进风量按空气过剩系数0.9-1.5配入，以保证剩余的甲醇裂解气完全燃烧，燃烧后的气体从焚烧炉出口排入大气。
如上所述的燃烧器是非预混式燃气燃烧器。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
1.工艺简单，操作容易。
2.处理二氧化氮浓度高，范围广，浓度可在10～100％范围内变化。
3.被处理的二氧化氮气可是连续或不连续供给。
4.燃烧尾气中的二氧化氮残余量小于400PPm。
5.氧化剂与还原剂在燃烧前不予混，避免发生爆炸的可能性，安全可靠。
6.设备简单，可做成移动式的处理装置，随时对二氧化氮气进行处理。
本发明的实例结合附图说明如下：
实施例1
如图所示，1是炉体，2是燃烧气出口，3是观察孔，4是测温孔，5是燃烧器，6是氧化剂进口，7是二次进风口，8是点火器，9是燃气进口，10是燃烧器的一次进风口。
燃烧气出口2位于炉体1的顶端，观察孔3和测温孔4位于炉体1中部，炉体1上部开有二次进风口7，炉体1下部点火器8，燃烧器5固定于炉体1底部。燃烧器5的上部开有燃气进口9，下部开有一次进风口10和氧化剂进口6，并且使进入的空气与氧化剂在混合腔中混合。
从一次进风口10通入一次空气，调节流量为3.5m3/h(即空气过剩系数为0.3)，在二次进风口9通入二次空气15m3/h，打开点火器8开关，在甲醇裂解反应器内装甲醇裂解-氧化双功能催化剂10升，控制甲醇进料量使其液体空速0.32h-1，甲醇经计量泵加压至0.06MPa，进入汽化器加热至260℃，再进入甲醇裂解反应器进行甲醇裂解反应，反应温度230℃，产生甲醇裂解气4.8m3/h，甲醇裂解气经冷凝器冷凝后，通过流量计计量后从燃烧器燃气入口9送入焚烧炉内点燃，从测温孔4测量炉内温度达到500℃时，将1.4m3/h的NO2气体与3.5m3/h的N2混合配制成浓度为28.6％的NO2混合气体4.9m3/h，经燃烧器氧化剂进口6与一次空气在燃烧器5下部的混合腔内混合后，通入炉内与炉内已点燃的甲醇裂解气燃烧，氧化剂过剩系数为0.89，测炉内温度为870℃，调整二次空气过剩系数为1.3，以保证剩余的甲醇裂解气完全燃烧，同时降低燃烧尾气的温度，燃烧后尾气从燃烧气出口2排入大气，取样气泵抽气取样分析NO2小于200ppm。其它条件同实施例1。
实施例2
其它条件同实施例1，只是将一次空气量改为6.2m3/h(空气过剩系数0.54)，同时将0.5m3/h的NO2气体与4.4m3/h的N2混合配制成浓度为10.2％的NO2混合气体4.9m3/h，与一次空气混合后通入焚烧炉内燃烧，氧化剂过剩系数0.75，测炉内温度为820℃，用取样泵抽气分析尾气中NO2小于200ppm。
实施例3
其它条件同实施例1，只是将一次空气量改为2.5m3/h(空气过剩系数0.22)，同时将2m3/h的NO2气体与1.9m3/h的N2混合配制成浓度为51％的NO2混合气体4.9m3/h，与一次空气混合后通入焚烧炉内燃烧，氧化剂过剩系数为0.86，炉内温度为1020℃，用取样泵抽气分析尾气中NO2小于350ppm。
实施例4
其它条件同实施例3，将1.3m3/h的NO2气体通入炉内后将一次空气关闭，氧化剂过剩系数为0.54，炉内温度1180℃，用取样泵抽气分析尾气中NO2小于300ppm。
实施例5
其它条件同实施例1，只是将一次空气量改为4.5m3/h(空气过剩系数0.39)，同时将1.5m3/h的NO2气体与3.6m3/h的N2混合配制成浓度为29％的NO2混合气体5.1m3/h，与一次空气混合后通入焚烧炉内燃烧，氧化剂过剩系数为0.63，炉内温度840℃，用取样泵抽气分析尾气中NO2小于200ppm。

Claims (4)

1.一种脱除高浓度二氧化氮的方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)将空气通入焚烧炉内吹扫，并使一次空气过剩系数为0.2-0.7，二次空气过剩系数为0.9-1.3，然后将由氢气、一氧化碳和少量甲烷、二氧化碳组成的甲醇裂解气通入焚烧炉内点燃；
(2)当焚烧炉内的预热温度达到500℃，将体积百分比浓度为10-100％的二氧化氮气体从燃烧器氧化剂入口与一次空气混合，通入焚烧炉内与甲醇裂解气一同燃烧，二氧化氮气的通入量按二氧化氮与甲醇裂解气体积比为1∶2.2-10通入，同时调节一次空气量，使一次空气和二氧化氮的总氧化剂过剩系数为0.5-0.95，炉内燃烧温度控制为800-1300℃；
(3)经过二次空气，使燃烧不完全的甲醇裂解气再次燃烧，最后排入大气中。
2.根据权利要求1所述的一种脱除高浓度二氧化氮的方法，其特征在于所述的二氧化氮与甲醇裂解气体积比为1∶2.5-5。
3.一种脱除高浓度二氧化氮的燃烧炉设备，是由炉体(1)、燃烧气出口(2)、观察孔(3)、测温孔(4)、燃烧器(5)组成，其特征在于在炉体(1)下部有一次进风口(10)，炉体(1)上部有二次进风口(7)，燃烧器(5)固定于炉体(1)底部，燃烧器(5)的上部开有燃气进口(9)，下部开有氧化剂进口(6)，炉体(1)下部安装有点火器(8)。
4.根据权利要求3所述的一种脱除高浓度二氧化氮的燃烧炉设备，其特征在于所述的燃烧器(5)是非预混式煤气燃烧器。
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