CN112827326A - 一种用多孔离子液体可逆捕集烟道气中NOx的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用多孔离子液体可逆捕集烟道气中NO x 的方法以及适用于该方法的装置，针对烟道气需要降低其中NO x 含量、达标后排放的现状。该方法采用咪唑作为阳离子、[NTf2]作为阴离子合成的离子液体与ZIFs材料合成的多孔离子液体作为吸收剂，利用离子液体对NO x 具有良好吸收效果的特点，实现了从烟道气中高效捕集较高纯度NO x 、达标排放的目标。与传统有机化学剂吸收的方法相比，减少溶剂损失，没有副反应，减少腐蚀，大幅降低了能耗，节省了设备费用。吸收剂难挥发的特性可采用闪蒸罐实现NO x 解吸，多孔离子液体可回用至吸收塔，降低了原料成本。本发明具有显著的实用性及经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及一种多孔离子液体作为吸收剂可逆捕集烟道气中NOx的方法。本发明属于化工分离纯化技术领域。
背景技术
我国是以煤炭为主要能源的国家，75％的一次能源来自于煤炭燃烧。燃煤发电是煤炭的主要利用方式，其产生的烟道气中含有二氧化硫(SO2)和氮氧化物(NOx)等酸性气体，会造成酸雨、光化学烟雾等环境问题。因此，控制燃煤烟道气污染物的排放是我国治理环境问题重要任务之一。
烟气中NOx的主要成分是一氧化氮(NO)，它在水溶液中的溶解度很低，因此很难去除。另一方面，NO是化工生产硝酸的重要中间体。因此，研究可再生、高效的NO吸附剂具有重要的社会意义。目前，控制烟气中NOx排放的主要工业技术有选择性催化还原(SCR)和选择性非催化还原(SNCR)。但这些技术无法从烟气中回收NO。此外，传统脱硝技术还面临着脱除温度高、催化剂易中毒、催化剂频繁更换等问题，成本较高。与上述干法脱硝相比，湿法脱硝因其成本低、设备简单等优点而备受关注。然而，NO在水溶液中的吸收能力很低。为了解决这个问题，需要研制一种吸附效果更好、适用范围更广的新型气体吸附材料及相应的吸收方法。
离子液体是指一种由氮或磷杂环的有机阳离子和无机阴离子组成的盐，在室温条件下呈液态。本身具有化学稳定性高、热力学稳定性高、难挥发性、良好的导电性等优点可用于高压条件下的反应。这些特殊的结构和物性特性为离子液体的应用带来了广阔的发展空间，尤其是离子液体对有机以及无机化合物有很好的溶解能力，使之在固定转化和利用氮氧化物方面具有极大的应用潜力。
多孔离子液体是含离子液体或具有离子液体结构的高分子聚合物，多孔离子液体吸附/脱附酸性气体的速度比离子液体更快、选择性好、并且吸附/脱附完全可逆。多孔离子液体聚合物具有发达的孔结构，能更有效的提高NOx的吸附量。
文献(Fuel processing technology,2018,178,7-12)设计了一种金属功能离子液体(IL)[Bmim]2FeCl4，并将其应用于模拟烟气中NO的高效可逆吸收。随着温度的降低和NO浓度的增加，IL对NO的吸收能力增加。在30℃时，IL对浓度为0.2％的NO的吸收容量高达0.205mol/mol-IL，在80℃时可从IL中解吸，再生实验表明，IL可重复使用，在4个吸附/解吸循环中，其吸收容量无变化。尽管该方法可以实现对NO的高容量吸附，但是其制备方法复杂。
专利(CN109939531A)涉及一种利用离子液体同时脱除SO2和NOx的方法和装置。本发明在整个过程充分利用了电厂压缩冷凝的条件和烟气中存在的氧化气氛，具有占地面积小，结构紧凑，经济高效和吸收剂可重复利用等优点，但是无法对SO2和NOx进行选择性吸收。
专利(CN105126904B)涉及一种用于氨法脱硫脱硝一体化的催化剂及其催化剂体系和方法。该方法制备的催化剂为吡啶类或咪唑类离子液体，离子液体制备简，具有催化速度快，催化性能稳定，可循环利用的优势。但是其吸收过程极易产生氨逸出的情况。
本发明采用单塔和一个闪蒸罐实现了烟道气中NOx的脱除，以基于ZIFs材料和咪唑基[NTf2]制备的多孔离子液体为吸收剂，利用该吸收剂对NOx较好的吸收效果，实现NOx脱除率可达90％以上；利用吸收剂难挥发的特性，使多孔离子液体能够实现回收再利用，降低了分离难度；利用闪蒸罐回收多孔离子液体，能耗低且工艺简单。
发明内容
[要解决的技术问题]
本发明的目的在于提供一种多孔离子液体作为吸收剂可逆捕集烟道气中NOx的方法。
[技术方案]
本发明针对传统有机化学吸收剂脱硝技术存在的问题，即传统吸收剂吸附容量小，对环境易造成污染，化学吸收腐蚀性强、易与烟道气中氧气发生不可逆反应加剧了设备的腐蚀等，提出了一种多孔离子液体作为吸收剂可逆捕集烟道气中NOx的方法，不仅达到了防止腐蚀、高效吸收的目的，而且吸收剂材料更加清洁环保，吸收解吸后NOx的纯度高达90％以上。
本发明是通过如下技术方案实现的：一种多孔离子液体作为吸收剂可逆捕集烟道气中NOx的方法，实现该方法的装置包括：吸收塔T1、换热器H1、闪蒸罐S1；来自工厂的烟道气从吸收塔T1底部进入塔内，与来自吸收塔T1顶部的吸收剂逆流吸收；由吸收塔T1塔顶气相出口排出脱除NOx的烟道气，吸收塔T1塔底富NOx吸收剂物流与换热器H1相连接；吸收塔T1塔底液相经换热器H1换热后进入闪蒸罐S1；闪蒸罐S1罐顶气相出口解吸出NOx，吸收剂由闪蒸罐S1罐底采出再经换热器H1进入吸收塔T1。
一种多孔离子液体作为吸收剂可逆捕集烟道气中NOx的方法，包括以下步骤：
(1)烟道气经预处理被输送至吸收塔T1塔底；
(2)多孔离子液体被输送至吸收塔T1塔顶，吸收塔T1塔顶气相出口排出脱除NOx的烟道气，吸收塔T1塔底富NOx吸收剂经过换热器H1进入闪蒸罐S1；
(3)通过闪蒸罐S2，解吸出NOx，NOx从罐顶直接采出进入后处理工序，多孔离子液体经罐底流出，经换热器H1回收至吸收塔T1；
吸收塔T1操作压力为25～35bar，塔板数为5～10块，多孔离子液体从塔顶进入，烟道气从塔底进入，塔顶进料温度为25～60℃，塔底进料温度为25～60℃；闪蒸罐S1操作压力为0.05～1.5bar，温度为100～130℃。
根据本发明的另一优选实施方式，其特征在于：所述多孔离子液体吸收剂为咪唑型离子液体与ZIF-8材料合成，其阴离子为[NTf2]，用量为4000～6000kg/h。
根据本发明的另一优选实施方式，其特征在于：所述的烟道气中，氧气体积分数为3.3％、水的体积分数为8.5％，SO2体积分数为700×10-6％，NOx的体积分数为150×10-6％。
根据本发明的另一优选实施方式，其特征在于：经预处理脱水后，底部排出水含量高于99％。
根据本发明的另一优选实施方式，其特征在于：闪蒸罐S1罐顶排出的NOx纯度高于90％。
根据本发明的另一优选实施方式，其特征在于：经闪蒸罐S1闪蒸后，由罐底经换热器H1输送至吸收塔T1的吸收剂多孔离子液体纯度高于99.9％，可重复用于吸收塔T1。
本发明的一种多孔离子液体作为吸收剂可逆捕集烟道气中NOx的方法具体描述如下：常压下，烟道气(氧气-二氧化硫-水-NOx)经预处理脱水后，送入吸收塔T1塔底，吸收剂多孔离子液体进入吸收塔T1塔顶，气液在吸收塔内部逆流传质，氧气和二氧化硫在塔顶排出，富NOx吸收剂从塔底经换热器H1换热后流入闪蒸罐S1，NOx气体从灌顶排出，多孔离子液体吸收剂从罐底采出后经换热器H1换热后进入吸收塔T1塔顶循环利用。
[有益效果]
本发明与现有技术相比，主要有以下有益效果：
(1)采取本工艺分离烟道气，能够有效地脱除烟道气中的NOx达标排放，解决了设备腐蚀问题；
(2)分离后的NOx纯度高于90％、氮气纯度高达99.7％、脱除水纯度高达99.6％；
(3)该方法具有能耗低，工艺简单，吸收剂多孔离子液体易于回收、化学热稳定性好，降低了分离成本。
附图说明
图1是本发明的流程示意图，其中：
T1-吸收塔；H1-换热器；S1-闪蒸罐。
具体实施方式
下面结合实施例，进一步说明本发明，但本发明并不限于下述实施例，在不脱离前后所述宗旨的范围下，变化实施例都包含在本发明的技术范围内。
实施例1：
进料中烟道气的成分为氧气3.3％、水8.5％，SO2 700×10-6％，NOx 150×10-6％(体积分数)，进料温度为50℃，流量为500kg/h。吸收塔T1内操作压力为25bar，理论板数为8块，吸收过程中吸收剂用量为4200kg/h，气体从塔底进，液体从塔顶进；闪蒸罐S1的操作压力为0.09bar，操作温度为120℃。分离后得到NOx质量分数为92.2％。
实施例2：
进料中烟道气的成分为氧气3.3％、水8.5％，SO2 700×10-6％，NOx 150×10-6％(体积分数)，进料温度为50℃，流量为500kg/h。吸收塔T1内操作压力为30bar，理论板数为8块，吸收过程中吸收剂用量为4400kg/h，气体从塔底进，液体从塔顶进；闪蒸罐S1的操作压力为0.09bar，操作温度为110℃。分离后得到NOx质量分数为93.6％。
实施例3：
进料中烟道气的成分为氧气3.3％、水8.5％，SO2700×10-6％，NOx150×10-6％(体积分数)，进料温度为50℃，流量为500kg/h。吸收塔T1内操作压力为28bar，理论板数为8块，吸收过程中吸收剂用量为4100kg/h，气体从塔底进，液体从塔顶进；闪蒸罐S1的操作压力为0.08bar，操作温度为125℃。分离后得到NOx质量分数为92.7％。
Claims (6)
1.一种用多孔离子液体可逆捕集烟道气中NO x 的方法，实现该方法的装置包括：吸收塔T1、换热器H1、闪蒸罐S1；来自工厂的烟道气从吸收塔T1底部进入塔内，与来自吸收塔T1顶部的吸收剂逆流吸收；由吸收塔T1塔顶气相出口排出脱除NO x 的烟道气，吸收塔T1塔底富NO x 吸收剂物流与换热器H1相连接；吸收塔T1塔底液相经换热器H1换热后进入闪蒸罐S1；闪蒸罐S1罐顶气相出口解吸出NO x ，吸收剂由闪蒸罐S1罐底采出再经换热器H1进入吸收塔T1；
一种用多孔离子液体可逆捕集烟道气中NO x 的方法，包括以下步骤：
（1）烟道气经预处理被输送至吸收塔T1塔底；
（2）多孔离子液体被输送至吸收塔T1塔顶，吸收塔T1塔顶气相出口排出脱除NO x 的烟道气，吸收塔T1塔底富NO x 吸收剂经过换热器H1进入闪蒸罐S1；
（3）通过闪蒸罐S2，解吸出NO x ，NO x 从罐顶直接采出进入后处理工序，多孔离子液体经罐底采出，经换热器H1回收至吸收塔T1；
吸收塔T1操作压力为25～35bar，塔板数为5～10块，多孔离子液体从塔顶进入，烟道气从塔底进入，塔顶进料温度为25～60℃，塔底进料温度为25～60℃；闪蒸罐S2操作压力为0.05～1.5bar，温度为100～130℃。
2.根据权利要求1所述的一种用多孔离子液体可逆捕集烟道气中NO x 的方法，其特征在于：所述多孔离子液体吸收剂为咪唑型离子液体与ZIF-8材料合成，其阴离子为[NTf2]，用量为4000～6000kg/h。
3.根据权利要求1所述的一种用多孔离子液体可逆捕集烟道气中NO x 的方法，其特征在于：所述的烟道气中，氧气体积分数为3.3%、水的体积分数为8.5%，SO2体积分数为700×10-6%，NO x 的体积分数为150×10-6%。
4.根据权利要求1所述的一种用多孔离子液体可逆捕集烟道气中NO x 的方法，其特征在于：经预处理脱水后，底部排出水含量高于99％。
5.根据权利要求1所述的一种用多孔离子液体可逆捕集烟道气中NO x 的方法，其特征在于：闪蒸罐S1罐顶排出的NO x 纯度高于90％。
6.根据权利要求1所述的一种用多孔离子液体可逆捕集烟道气中NO x 的方法，其特征在于：经闪蒸罐S1闪蒸后，由罐底经换热器H1输送至吸收塔T1的吸收剂多孔离子液体纯度高于99.9％，可重复用于吸收塔T1。
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