CN112657325B - 去除气体中氮氧化物的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及气体处理领域，具体地，涉及一种去除气体中氮氧化物的方法。该方法包括：将过氧化氢和过氧化钠溶解于水中，得到复合吸收液；将含有氮氧化物的待处理气体与所述复合吸收液在超重力机中进行接触反应；其中，相对于100L的所述水，过氧化氢的用量为10‑250mol，过氧化钠的用量为5‑300mol。本发明能够迅速地高效地脱除气体中的氮氧化物，并且具有运行成本较低、工艺简单、设备占地小、设备维护成本低、尾液处理简单等优势。

Description

去除气体中氮氧化物的方法
技术领域
本发明涉及气体处理领域，具体地，涉及一种去除气体中氮氧化物的方法。
背景技术
众所周知，NOx是一类氮氧化合物的统称，主要成分为NO和NO2，其中NO性质稳定难处理。NOx是形成大气臭氧、酸沉降、光化学烟雾中二次颗粒物（PM2.5）的重要污染物和前提物，给人类健康和环境带来了巨大的伤害，同时制约了经济的发展。我国对这一环境污染物的重视程度在逐渐提高，《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011）规定于燃煤、油、气体燃料的锅炉和燃气机轮组中氮氧化物的排放限值均在200mg/m3以下。2015年发布的GB31570《石油炼制工业污染物排放标准》规定，自2017年7月1日起催化裂化催化剂再生烟气的NOx排放限值为200mg/m3，而在环境污染严重地区的NOx限定排放量更是不得高于100mg/m3。
目前广泛采用的NOx处理方法是选择性催化还原（SCR）。该法的原理是在一定的温度条件下，通过喷氨格栅将氨气（NH3）喷入至SCR反应器中，NH3在反应器内与NOx在催化剂的作用下发生还原反应，反应生成氮气（N2）和水（H2O）后排放进入大气，达到了脱除NOx的效果。SCR设备建设和占地空间大，运行成本高；反应过程中氨水易逃逸而腐蚀反应器；烟气温度、碱金属、灰分会影响运行状态和催化剂，降低运行效率。
因此，探索新的脱除氮氧化物技术是十分必要的。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的存在的脱除气体中氮氧化物的方法普遍存在的工艺复杂、成本较高等缺陷，提供了一种去除气体中氮氧化物的方法。
本发明的发明人考虑到，现有的催化还原的方法其实是一个工艺非常复杂、成本非常高的方法，但是由于这种催化还原方法的普遍使用而成为本领域技术人员普遍追求的研究方向；然而，这也成为了本领域技术人员的思维定势。因此，本发明的发明人试图突破这种思维定势，而去发现一种与催化还原的方法完全不同的、极为简单、成本极低的方式，并能够同样高效地解决去除气体中氮氧化物的技术问题；由此，本发明的发明人经过深入研究获得了本发明的技术方案。
本发明提供了一种去除气体中氮氧化物的方法，该方法包括：将过氧化氢和过氧化钠溶解于水中，得到复合吸收液；将含有氮氧化物的待处理气体与所述复合吸收液在超重力机中进行接触反应；其中，所述复合吸收液中，相对于100L的水，过氧化氢的用量为10-250mol，过氧化钠的用量为5-300mol。
通过上述技术方案，本发明能够迅速地高效地脱除气体中的氮氧化物，并且具有运行成本较低、工艺简单、设备占地小、设备维护成本低、尾液处理简单等优势。
本发明的其他特征和优势将在下面的具体实施方式中进行说明。
附图说明
图1是根据本发明一种具体实施方式的工艺流程图。
附图标记说明
1、气罐；2、气体转子流量计；3、红外分析仪；
4、超重力机；5、尾气排放管；6、废液槽；71、吸收液蠕动泵；
72、尾液蠕动泵；8、复合吸收液罐。
具体实施方式
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
本发明提供了一种去除气体中氮氧化物的方法，该方法包括：将过氧化氢和过氧化钠溶解于水中，得到复合吸收液；将含有氮氧化物的待处理气体与所述复合吸收液在超重力机中进行接触反应；其中，所述复合吸收液中，相对于100L的水，过氧化氢的用量为10-250mol，过氧化钠的用量为5-300mol。
通过得到过氧化氢和过氧化钠的复合吸收液，能够有效地去除气体中氮氧化物，为了进一步提高脱氮效率，优选地，相对于100L的水，过氧化氢的用量为40-200 mol，过氧化钠的用量为10-100mol；更优选地，相对于100L的水，过氧化氢的用量为80-120mol，过氧化钠的用量为20-50mol。
优选地，所述水为去离子水。
为了实现更高的脱氮效率，优选地，相对于100L/h的所述复合吸收液，且相对于每250cm3的所述超重力机中的填料尺寸，所述待处理气体的气体流量为100-30000 L/h，更优选为100-5000L/h，进一步优选为100-2000L/h。本领域技术人员能够根据实际的填料尺寸，对气体流量按比例放大或减少。
在步骤（2）中，优选地，所述待处理气体中所述氮氧化物的体积分数为100-2000ppm，更优选为300-500ppm。
在本发明中，参与所述接触反应的所述复合吸收液包括可能的接触反应之后得到并回流至该接触反应的尾液；由于接触反应后的尾液的成分与所述复合吸收液的成分基本一致，因此该术语之间的包含关系是合理的。例如，上述“相对于100L/h的所述复合吸收液”中，如果进行了回流，则该100L/h的复合吸收液包括新鲜的复合吸收液和回流的尾液，甚至可能全部为回流的尾液。
所述接触反应在超重力机中进行，在超重力机中，液体被高速旋转的填料剧烈破碎切割，气液充分接触，增大传质效果，从而能够实现迅速地高效地去除气体中氮氧化物的目的。为了实现更高的脱氮效率，优选地，所述超重力机的转子转速为500-2000r/min，更优选为1000-1500r/min。在优选转子转速情况下的超重力机能够在尽可能节省能源的情况下使物料实现最充分的接触从而实现更高的脱氮效率。
优选地，所述方法还包括：将所述接触反应得到的尾液的至少部分作为回流尾液返回混入所述接触反应中，所述回流尾液在所述接触反应中代替至少部分所述复合吸收液，以使得参与所述接触反应的液体流量保持稳定。以所述回流尾液与所述复合吸收液的总重量为基准，所述回流尾液的体积比为0-100%。
优选地，所述回流的方式可以选自但不限于以下几种方式：
方式一，将全部尾液进行回流，并且在该反复回流的过程中不再加入新鲜的复合吸收液；在这种情况下，回流时间可以达到76h后再将回流尾液抛弃或进一步处理；
方式二，将部分尾液进行回流，同时配合以部分新鲜复合吸收液，用量使得过氧化氢和过氧化钠的量满足需要；
方式三，将全部尾液进行回流，并根据反应的程度适时投加过氧化氢和/或过氧化钠，以使得过氧化氢和过氧化钠的量满足需要。
以上几种方式，本领域技术人员可以根据需要进行选择。
优选地，所述方法还包括：在所述接触反应后所得的尾气进行检测氮氧化物的浓度，检测达到标准后即可排放。所述检测的方法例如用红外分析仪进行检测。
本申请的方法可以在图1所示的系统中进行，从而在该系统中进行本发明的方法包括：
（i）在复合吸收液罐8中，将过氧化氢和过氧化钠溶解于水中得到复合吸收液；
（ii）将所述复合吸收液从所述复合吸收液罐8中通过吸收液蠕动泵71注入超重力机4的反应器中；同时，将气罐1中的含有氮氧化物的待处理气体经过气体转子流量计2注入所述超重力机4的反应器中；所述待处理气体与所述复合吸收液在所述超重力机4的反应器中进行接触反应；
（iii）所述接触反应后的气体，即尾气，经过气体出口排出并经过红外分析仪3检测达标后通过尾气排放管5进行排放；
（iv）所述接触反应后的气体，即尾液，经过液体出口排出后进入废液槽6中，然后至少部分通过尾液蠕动泵72回流至所述超重力机4的反应器中，参与所述接触反应。
下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
（1）准备待处理气体，其中NO气体的体积分数为500ppm。
（2）称量20mol Na2O2和100mol的H2O2溶解于100L去离子水中并搅拌均匀，得到复合吸收液。
（3）开启超重力机，转子转速设置为1200转/分。使用蠕动泵将所述复合吸收液从进液口注入反应器中，液体流量为20L/h；同时将所述待处理气体注入反应器中与所述复合吸收液充分接触，气体流量300L/h。
（4）采用红外分析仪在线监测气体出口的气体，测得出口气体中NO浓度为29.3ppm，脱除效率达到94.14%。
实施例2
（1）准备待处理气体，其中NO气体的体积分数为500ppm。
（2）称量40mol Na2O2和100mol的H2O2溶解于100L去离子水中并搅拌均匀，得到复合吸收液。
（3）开启超重力机，转子转速设置为1200转/分。使用蠕动泵将所述复合吸收液从进液口注入反应器中，液体流量为20L/h；同时将所述待处理气体注入反应器中与所述复合吸收液充分接触，气体流量100L/h。
（4）采用红外分析仪在线监测气体出口的气体，测得出口气体中NO浓度为6.7ppm，脱除效率达到98.66%。
实施例3
（1）准备待处理气体，其中NO气体的体积分数为500ppm。
（2）称量40mol Na2O2和100mol的H2O2溶解于100L去离子水中并搅拌均匀，得到复合吸收液。
（3）开启超重力机，转子转速设置为1200转/分。使用蠕动泵将所述复合吸收液从进液口注入反应器中，液体流量为20L/h；同时将所述待处理气体注入反应器中与所述复合吸收液充分接触，气体流量200L/h。
（4）采用红外分析仪在线监测气体出口的气体，测得出口气体中NO浓度为10.1ppm，脱除效率达到97.98%。
实施例4
（1）准备待处理气体，其中NO气体的体积分数为300ppm。
（2）称量20mol Na2O2和40mol的H2O2溶解于100L去离子水中并搅拌均匀，得到复合吸收液。
（3）开启超重力机，转子转速设置为1200转/分。使用蠕动泵将所述复合吸收液从进液口注入反应器中，液体流量为20L/h；同时将所述待处理气体注入反应器中与所述复合吸收液充分接触，气体流量400L/h。
（4）采用红外分析仪在线监测气体出口的气体，测得出口气体中NO浓度为49.7ppm，脱除效率为83.3%。
实施例5
（1）准备待处理气体，其中NO气体的体积分数为500ppm。
（2）称量40mol Na2O2和100mol的H2O2溶解于100L去离子水中并搅拌均匀，得到复合吸收液。
（3）开启超重力机，转子转速设置为1200转/分。使用蠕动泵将所述复合吸收液从进液口注入反应器中，液体流量为20L/h；同时将所述待处理气体注入反应器中与所述复合吸收液充分接触，气体流量1000L/h。
（4）采用红外分析仪在线监测气体出口的气体，测得出口气体中NO浓度为65.6ppm，脱除效率为86.88%。
以上实施例的出口气体的NO浓度和脱除效率均为进行一次气液接触反应之后的结果，以上实施例在后续运行中均采用了将尾液进行回流的操作。
实施例6用于说明“以76h为一个运行周期，在这个运行周期内，将所得的尾液全部回流，不再加入新鲜的复合吸收液，至76h时将尾液弃置，重新配置新的复合吸收液进行新的运行周期”的情况。需要说明的是，实施例6仅用来示意这种情况下的测试结果的变化趋势。在实际操作中，本领域技术人员可以根据需要随时停止这个运行周期，或者与“加入过氧化钠和/或过氧化氢”或者与“加入新鲜的复合吸收液”相配合。
实施例6-1至实施例6-5
按照实施例3的方法进行，所不同的是，实施例6-1至实施例6-5分别测试回流2h、4h、20h、40h、76h的出口气体的NO浓度和脱除效率，结果如下：
实施例6-1的NO浓度为13.5ppm，脱除效率为97.3%；
实施例6-2的NO浓度为19.2ppm，脱除效率为96.16%；
实施例6-3的NO浓度为50.4ppm，脱除效率为89.92%；
实施例6-4的NO浓度为98.6ppm，脱除效率为80.28%；
实施例6-5的NO浓度为186.4ppm，脱除效率为62.72%；
从该实施例的结果可以看出，在大概40h时脱除效率下降到80%以下，因此本领域技术人员可以在每运行40h时通过投加过氧化钠和/或过氧化氢来调整尾液（即复合吸收液）的成分。
对比例1
按照实施例1的方法进行，所不同的是，步骤（3）不使用超重力机，而是采用鼓泡塔设备（填料面积是同等尺寸超重力机的三倍以上）在相同工况条件下将待处理气体和复合吸收液进行接触，液体流量与气体流量与实施例1相同。
测得出口气体中NO浓度为345.7ppm，脱除效率为30.86%。
对比例2
按照实施例1的方法进行，所不同的是，在步骤（2）中将Na2O2替换为相同摩尔量的H2O2。
测得出口气体中NO浓度为279.9ppm，脱除效率为44.02%。
对比例3
按照实施例1的方法进行，所不同的是，在步骤（2）中将H2O2替换为相同摩尔量的Na2O2。
测得出口气体中NO浓度为437.1ppm，脱除效率为12.58%。
从上述实施例和对比例可以看出，采用本申请的方法，能够有效地脱除气体中的氮氧化物，脱除效率能够达到80%以上，在优选的情况下能够达到95%以上。并且从本发明的方法的过程中能够明显地看出，本发明的方法具有运行成本较低、工艺简单、设备占地小、设备维护成本低等优势。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种去除气体中氮氧化物的方法，其特征在于，该方法包括：将过氧化氢和过氧化钠溶解于水中，得到复合吸收液；将含有氮氧化物的待处理气体与所述复合吸收液在超重力机中进行接触反应；其中，所述复合吸收液中，相对于100L的水，过氧化氢的用量为10-250mol，过氧化钠的用量为5-300mol。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，相对于100L的水，过氧化氢的用量为40-200 mol，过氧化钠的用量为10-100mol。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，相对于100L的水，过氧化氢的用量为80-120mol，过氧化钠的用量为20-50mol。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，相对于100L/h的所述复合吸收液，且相对于每250cm3的所述超重力机中的填料尺寸，所述待处理气体的气体流量为100-5000L/h。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，相对于100L/h的所述复合吸收液，所述待处理气体的气体流量为500-2000L/h。
6.根据权利要求1、4和5中任意一项所述的方法，其中，所述待处理气体中所述氮氧化物的体积分数为100-2000ppm。
7.根据权利要求1-5中任意一项所述的方法，其中，所述超重力机的转子转速为500-2000r/min。
8.根据权利要求6所述的方法，其中，所述超重力机的转子转速为500-2000r/min。
9.根据权利要求7所述的方法，其中，所述超重力机的转子转速为1000-1500r/min。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，所述超重力机的转子转速为1000-1500r/min。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法还包括：将所述接触反应得到的尾液的至少部分作为回流尾液返回混入所述接触反应中，所述回流尾液在所述接触反应中代替至少部分所述复合吸收液。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，以所述回流尾液与所述复合吸收液的总重量为基准，所述回流尾液的体积比为100%。
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