CN108905541A - 一种微波等离子体分解no的方法 - Google Patents

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李林哲
温婧
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    • B01D2259/806—Microwaves

Abstract

本发明涉及一种微波等离子体分解NO的方法，其采用微波作用于特定的发电介质，激发发电介质产生等离子体，用以分解NO；详细地，包括如下步骤：S1：采用微波作用于发电介质，使发电介质产生等离子体流，并将产生的等离子体流通入反应区内；S2：通过载气将NO气体通入反应区内，并与通入反应区内的等离子体流的高能粒子能量传递，混合后使气体分解成离子状态，进一步获取能量后生成N2和O2。本发明提供的微波等离子体分解NO的方法，其不仅解决现有技术中分解NO成本高和催化剂寿命限制等的问题，而且还具有转化率高，节能环保的优点。

Description

一种微波等离子体分解NO的方法
技术领域
本发明属于分解氮氧化物技术领域，尤其涉及一种微波等离子体分解NO的方法。
背景技术
氮氧化物(NOx)是主要的大气污染物之一。氮氧化物一方面作为一次污染物，人体吸入后会直接危害人的健康安全。另一方面作为二次污染物，在一定的条件下会形成雾霾、酸雨等恶劣二次污染。为消除NOx在大气中的影响，减轻对环境负担，寻找一种低耗高效的脱硝措施是环境保护中的重要措施。大气中的氮氧化物污染物主要是由NO和NO2构成，其中NO无色无臭微溶于的水，且在氮氧化物污染物中占有95％以上。
针对大气氮氧化物污染物的处理方法，目前先进的应用技术是以NH3为还原剂的SCR法和以活性炭(AC)脱硝工艺为代表的新兴的固相吸收/再生脱硝技术。随着行业发展和技术进步，二者在脱硝方面都有良好的表现，在适用的温度范围内氮氧化物的脱除率都达到了80～90％，尤其是NH3-SCR法时目前最成熟的脱硝技术，在行业内认可程度以及应用程度高。但二者都有各自的不足之处：NH3-SCR法虽然使用NH3作为还原剂直接与NOx反应生成N2与O2，但仍然存在设备投资、运行和维修费用高、关键技术难度大、还原剂有毒且耗量大和高效催化剂仍需进口等缺陷。而AC脱硝方法亦存在设备投资费用较高和活性炭消耗量大等缺点。
与此同时，上述方法对工作温度都有严格的限制。在实际生产过程中，我国许多污染源(火电厂、锅炉厂)基本都安装湿法烟气脱硫(WFGD)设施，烟气在脱硫塔内脱硫后温度降至60℃左右。如果采取上述两种方法脱硝，需要对脱硫后的烟气进行二次加热到催化剂工作温度(623K-673K)或者AC工作温度(373K-473K)，从而大大增加了运行成本和环境负担。
发明内容
(一)要解决的技术问题
针对现有存在的技术问题，本发明提供一种微波等离子体分解NO的方法，其不仅解决了现有技术中分解NO成本高和催化剂寿命限制的问题，而且还具有转化率高，节能环保的优点。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
一种微波等离子体分解NO的方法，采用微波作用于发电介质，令发电介质产生等离子体，用以分解NO。
优选地，包括如下步骤：
S1：采用微波作用于发电介质，使发电介质产生等离子体流，并将产生的等离子体流通入反应区内；
S2：通过载气将NO气体通入反应区内，并与通入反应区内的等离子体流混合后分解成离子状态，进一步获取能量后生成N2和O2。
优选地，所述方法还包括：对反应区内分解后的气体进行检测，检测结果达到排放标准后排放出反应区。
优选地，所述微波的工作功率为0.1kw-4kw；
所述反应区内通入的NO气体的温度为15℃-300℃。
优选地，所述反应区内通入NO气体的温度为20℃；
所述微波的工作功率为1kw-2kw。
优选地，所述步骤S2中的载气为N2；
所述步骤S2中通入的NO的浓度为200ppm-2000ppm。
优选地，所述步骤S2中通入的NO的浓度为600ppm-800ppm。
优选地，所述步骤S2中通入反应区的NO的反应停留时间为2s-20s。
优选地，所述步骤S2中通入反应区的NO的反应停留时间为3s-10s。
(三)有益效果
本发明的有益效果是：本发明提供的一种微波等离子体分解NO的方法，利用微波条件下金属放电产生的等离子体和气体电离的等离子体，结合微波及高能电子活化，室温条件下在微波场中进行氮氧化物直接分解，并在实验中取得良好效果。
其次，本发明在无催化剂的条件下将NO直接分解成无害的N2和O2。本发明无需额外加入NH3、H2和CH4等成本高昂、有毒的气体还原剂，同时高效直接分解NO，工艺简单，成本低廉且还具有无二次污染的优势。
附图说明
图1为本发明一种微波等离子体分解NO的方法实验4中烟气停留时间与气体流速和NO脱除率的关系图。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，以便于理解，通过以下具体实施方式，对本发明作详细描述。
本实施例公开了一种微波等离子体分解NO的方法，采用微波作用于发电介质，令发电介质产生等离子体，用以分解NO。
详细地，包括如下步骤：
S1：采用微波作用于发电介质，使发电介质产生等离子体流，并将产生的等离子体流通入反应区内；
S2：通过载气将NO气体通入反应区内，并与通入反应区内的等离子体流混合后分解成离子状态，进一步获取能量后生成N2和O2。
这里应说明的是：本实施例中所述的方法还包括：对反应区内分解后的气体进行检测，检测结果达到排放标准后排放出反应区。
本实施例中所述微波的工作功率为0.1kw-4kw；所述反应区内通入的NO气体的温度为15℃-300℃。
其中，最优的反应条件为：所述反应区内通入NO气体的温度为20℃；所述微波的工作功率为1kw-2kw。
此外，应说明的是：本实施例中所述步骤S2中的载气为N2；所述步骤S2中通入的NO的浓度为200ppm-2000ppm。
其中，所述步骤S2中通入的NO的浓度为600ppm-800ppm。
本实施例中所述步骤S2中通入反应区的NO的反应停留时间为2s-20s。
本实施例中所述步骤S2中通入反应区的NO的反应停留时间为3s-10s。
这里采用上述方案实施下述5个实验项目。
实验1
本实验考察利用微波激发放电介质产生的等离子体在不同的气体温度条件下直接分解被处理气中的NO的转换率。在本实施例中，NO浓度为800ppm，氧含量小于5‰微波功率2kW，入口混合气体流量为1L/min，其中载气为N2，反应压力为常压，反应区域温度为20℃，气体温度通过气体温度控制器控制。
表1：气体温度对NO脱除率的影响
由表1可以看出，微波等离子体直接分解脱硝的反应(NO→1/2 N2+1/2 O2)在气体温度为20℃时已经取得较理想的效果(NO脱除率达到85.2％)，随着气体温度的升高，NO脱除率也逐渐升高，之后接近平稳。由此可以看出，NO直接分解的反应在低温条件下也可以进行，气体温度升高对反应的正向进行有益，但对反应影响的程度会受到其他因素的制约。
实验2
本实验考察微波等离子体在不同微波功率下对含NO混合气体中NO脱除效率的影响。在本实验中，NO浓度为800ppm，载气为N2，氧含量小于5‰，入口混合气体流量为1L/min，气体温度及反应区域温度为20℃，反应压力是常压，微波功率通过控制阀控制。
表2：微波功率对NO脱除率的影响
微波功率(kW) NO脱除率(％)
0 0
1 73.4
2 89.8
3 94.6
4 97.7
由表2可以看出，微波等离子体直接分解含NO混合气体，随着微波功率增加，NO脱除率呈先增后平稳的趋势。从环保的角度考虑，2kW效果最好。功率继续增加，在增加能耗的同时对NO脱除效率影响并不明显。
实验3
本实施例考察微波等离子体在不同NO浓度下对含NO混合气体中NO的脱除效率的影响。在本实施例中，载气是N2，微波功率2kW，氧含量小于5‰，入口混合气体流量为1L/min，气体温度及反应区域温度为20℃，反应压力是常压，NO浓度通过气体质量流量控制器混入NO控制。
表3：微波功率对NO脱除率的影响
由表3可以看出，微波等离子体直接分解含NO混合气体，NO浓度对NO脱除率影响效果明显。
实验4
本实验通过调整模拟烟气气体流速，来达到控制烟气在反应区域停留时间的长短，以此来间接考察微波等离子体在不同反应时间长短的条件下对NO的脱除效率的影响。在本实施例中，载气是N2，NO初始浓度为800ppm，微波功率2kW，氧含量小于5‰，气体温度及反应区域温度为20℃，反应压力是常压，NO浓度通过气体质量流量控制器混入NO控制。
由图1为烟气停留时间与气体流速和NO脱除率的关系图，其中，A线为气体流速，B线为NO脱氧率，横轴为时间轴，左纵轴为气体流速轴，右纵轴为NO脱除率轴；可以看到，延期停留时间越短，气体流速越大，二者成反比例函数变化趋势：在烟气停留时间为2S时，气体流速达到了10.18L*m-3。若要使烟气停留时间为1S，则气体流速则需20L*m-3以上，为精确计，可以只取2S以上结果。
能够明显看到烟气停留时间大于12S时，对NO脱除率影响并不大。随着烟气停留时间的减少，气体流速迅速增大，但在此过程中，NO脱除率仍然保持一个较高的脱除水准(＞80％)。
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理，这些描述只是为了解释本发明的原理，不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种微波等离子体分解NO的方法，其特征在于，采用微波作用于发电介质，令发电介质产生等离子体，用以分解NO。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：采用微波作用于发电介质，使发电介质产生等离子体流，并将产生的等离子体流通入反应区内；
S2：通过载气将NO气体通入反应区内，并与通入反应区内的等离子体流具有的高能粒子间发生能量传递，混合后使气体分解成离子状态，进一步获取能量后生成N2和O2。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，
所述方法还包括：对反应区内分解后的气体进行检测，检测结果达到排放标准后排放出反应区。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述微波的工作功率为0.1kw-4kw；
所述反应区内通入的NO气体的温度为15℃-300℃。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述反应区内反应发生的温度为20℃；
所述微波的工作功率为1kw-2kw。
6.如权利要求2所述的方法，其特征在于，
所述步骤S2中的载气为N2；
所述步骤S2中通入的NO的浓度为200ppm-2000ppm。
7.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述步骤S2中通入的NO的浓度为600ppm-800ppm。
8.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤S2中通入反应区的NO的反应停留时间为2s-20s。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述步骤S2中通入反应区的NO的反应停留时间为3s-10s。
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