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點(diǎn)擊數:2321發(fā)布:2016-06-30 來(lái)源: 四川天宇興源環(huán)??萍加邢薰?/a>
離子液體凈化處理氮氧化物尾氣技術(shù)介紹
1 現有技術(shù)簡(jiǎn)介
1.1 NOx已成為氣相污染的重要因素
近年來(lái),隨著(zhù)經(jīng)濟的快速發(fā)展,氮氧化物(NOx)污染物的排放量迅速增加,嚴重污染了生態(tài)環(huán)境,已成為制約社會(huì )經(jīng)濟發(fā)展的重要因素之一。
氮氧化物是生成臭氧的重要前體物之一,也是形成區域細粒子污染和灰霾的重要原因。跟蹤監測表明,硝酸根離子在酸雨中所占的比例在上世紀80年代約為1/10,目前已經(jīng)上升到約占1/3。如不加以控制,氮氧化物的增加可能會(huì )顯著(zhù)抵消二氧化硫減排帶來(lái)的環(huán)境效益。
因此,將氮氧化物(包括NO 和NO2)列為“十二五”期間大氣污染物總量控制對象,要求氮氧化物排放量減少10%。
氮氧化物的控制已成為經(jīng)濟可持續發(fā)展和環(huán)境保護的緊迫要求。
1.2 含NOx尾氣分類(lèi)
含氮氧化物的尾氣,按照產(chǎn)生方式的不同可以分為兩類(lèi),即連續排放尾氣和間歇排放尾氣。
連續排放尾氣,以連續化生產(chǎn)裝置(以硝酸、硝酸銨為主)及連續化燃料焚燒(以火力發(fā)電廠(chǎng)與窯爐為主)兩種產(chǎn)生方式占主導地位。這類(lèi)尾氣又由于產(chǎn)生的源頭不同,在濃度上存在很大差異。典型的硝酸廠(chǎng)尾氣中NOx濃度5000mg/m3左右,而典型的火力發(fā)電廠(chǎng)煤粉爐尾氣中NOx濃度約在450~600mg/m3。
間歇排放尾氣,由間歇性生產(chǎn)裝置和間歇性燃料焚燒產(chǎn)生,其主要特點(diǎn)是非連續化排放和高濃度,其中以催化劑生產(chǎn)裝置尾氣為典型代表,尾氣中NOx含量一般在2~5%(v/v)。
1.3 含NOx尾氣處理技術(shù)現狀
目前,常見(jiàn)的凈化處理尾氣中NOx的工藝路線(xiàn)按照產(chǎn)物的形態(tài)和用途,可以分為回收利用(富集收集NOx或變?yōu)橄跛幔?/span>、氮氣化還原(將NOx轉變?yōu)?/span>N2)、硝酸鹽轉化(將NOx轉變?yōu)橄跛猁}及亞硝酸鹽)幾類(lèi),并由此衍生出多種技術(shù)方案,其中以將NOx轉變?yōu)?/span>N2的氮氣化還原路線(xiàn)為主導方向。
幾類(lèi)工藝的特點(diǎn)見(jiàn)下表。
處理技術(shù)方法 |
特 點(diǎn) |
缺 點(diǎn) |
水吸收法 |
裝置簡(jiǎn)單,可吸收尾氣中的部分NO2,作為稀硝酸回用。只可適用于氣量小、凈化要求不高的場(chǎng)合。 |
吸收效率低,后續尾氣中仍有較多NO。該法不能凈化NO為主的NOx。 |
稀硝酸吸收法 |
吸收效率較高,可以回收NO,有一定經(jīng)濟效益,適用于硝酸廠(chǎng)尾氣。 |
對設備要求較高,消耗動(dòng)力較大。 |
MOAPT工藝流程 |
采用變壓變溫多段反應吸收-精餾操作,可吸收回用NOx,達到尾氣處理目的。 |
設備占地面積大,投資和運行費用很高。 |
絡(luò )合吸收法 |
適用于NOx 氣量不大且含有NO 較多的廢氣處理。 |
運行費用較高。 |
選擇性催化還原法(SCR) |
是目前連續排放NOx尾氣的主流處理方法。典型技術(shù)是:在催化劑存在下,氨為還原劑,NH3/NOx摩爾比為1.05~1.15,溫度在250~500℃,將NOx還原為N2 和H2O,理想狀態(tài)可使NOx 的脫除率達到90%以上。適合規模較大、連續排放且NOx 含量穩定的硝酸廠(chǎng)、熱電廠(chǎng)鍋爐、工業(yè)鍋爐、窯爐等尾氣處理。 |
要求有安全、穩定的氨源。在實(shí)際應用中由于氨量的控制誤差及尾氣中NOx濃度波動(dòng)等原因使得凈化效率一般只有65~80%,并容易造成NOx處理不達標和氨排放污染。投資和運行成本高。 |
選擇性非催 化還原法 (SNCR) |
在高溫(800~1200℃)和沒(méi)有催化劑的情況下,向尾氣中噴尿素溶液等含有氨基的還原劑,也可采用含碳物質(zhì)作為還原劑,通過(guò)尿素分解產(chǎn)生的氨自由基與NOx反應,把NOx還原成N2 和H2O。適合規模較大、連續排放且NOx 含量穩定的熱電廠(chǎng)鍋爐、工業(yè)鍋爐、窯爐等尾氣處理。 |
在實(shí)際應用中由于尾氣中NOx濃度波動(dòng)等原因使得尿素分解產(chǎn)生的氨沒(méi)有充分利用,造成二次污染。部分含碳還原劑會(huì )與煙氣中的O2 反應生成CO2 和H2O造成無(wú)效消耗。 |
堿液吸收法 |
使用NaOH、Na2SO3、Ca(OH)2、Na2CO3 、氨水等堿性溶液吸收NOx,將NOx轉變?yōu)橄跛猁}和亞硝酸鹽。對NOx的處理效率在60~70%之間。該法適用于間歇性排放且NO2含量較高的尾氣處理。 |
對于含有NO較多的NOx尾氣凈化效率較低。廢水中含有硝酸鹽和亞硝酸鹽混合物,該兩類(lèi)物質(zhì)特別是亞硝酸鹽屬于禁止排放物質(zhì),廢水必須送專(zhuān)業(yè)的污水處理廠(chǎng)處理,導致運行成本很高。 |
非堿液相處理技術(shù) |
采用尿素為還原劑,在液相中將NOx變?yōu)?/span>N2。該法適用于連續排放和間歇排放尾氣處理,并且適用于高濃度NOx尾氣凈化。 |
目前絕大多數機構仍處于實(shí)驗研究階段,技術(shù)尚未成熟,鮮有整套裝置面世。 |
氧化吸收法 |
對于含NO 較多的廢氣,用濃HNO3、O3、NaClO、KMnO4 等做催化劑,先將NO 部分氧化成NO2,然后再用堿液吸收,凈化效率高。適用于間歇性排放且含NO高的尾氣處理。 |
該法需消耗大量氧化劑,而且同樣存在含有硝酸鹽和亞硝酸鹽的廢水后處理問(wèn)題。 |
微生物凈化法 |
將NOx 由氣相轉移到液相或固相表面的液膜中,通過(guò)特殊菌種在好氧、厭氧、缺氧條件下,利用有機基質(zhì)轉變?yōu)?/span>N2。 |
該法設備占地大,過(guò)程復雜,耗時(shí)較長(cháng),運行成本較高,并且還存在生物淤泥等后續處理問(wèn)題。 |
碳還原法處理NOx |
以煤炭為還原劑,與NOx尾氣一起加熱,使其發(fā)生氧化還原反應,將NOx變?yōu)?/span>N2。該法適用于連續排放的高濃度NOx尾氣處理。運行成本較低。 |
實(shí)際應用中會(huì )存在煤炭不完全燃燒產(chǎn)生CO的問(wèn)題。由于使用煤炭作為還原劑,還需要配套尾氣脫硫裝置并增加脫硫運行成本。 |
2 離子液體凈化處理技術(shù)介紹
離子液體凈化處理NOx技術(shù)是我公司與中科院成都分院在小試、中試基礎上,成功開(kāi)發(fā)出了非堿液相NOx尾氣處理技術(shù)。
采用本技術(shù)處理NOx尾氣的是湖南省醴陵市協(xié)華科技實(shí)業(yè)有限公司的催化劑分解工段,尾氣中NOx濃度為2.5~5.0%v/v。該套NOx處理系統目前已經(jīng)正處于建設中,預計在2015年3月投入使用。
我公司的離子液體凈化處理NOx技術(shù),采用以尿素為原料之一的離子液體作為基礎,利用離子液體+液體催化劑的催化作用,實(shí)現了在溫和條件下尿素迅速與NOx進(jìn)行深度氧化還原反應,將NOx轉變?yōu)?/span>N2,確保了不低于99%的NOx轉化效率,處理后尾氣中的NOx濃度排放低于國標要求,尾氣可以直接排放。
2.1 處理原理
該技術(shù)的原理是尿素與NOx發(fā)生氧化還原反應,將NOx轉變?yōu)闊o(wú)害化的N2。離子液體的催化作用提高了反應速率,促進(jìn)了反應的深度進(jìn)行。
2.2 技術(shù)特點(diǎn)
(1)適應范圍廣
該技術(shù)適用于目前各類(lèi)含NOx尾氣的凈化處理,包括連續性排放尾氣和間歇性排放尾氣,并適用于含有其他NOx處理技術(shù)嚴格限制組份的含NOx尾氣的處理。
(2)技術(shù)穩定易操作
該技術(shù)成套裝置具有優(yōu)良的伺服性能,可以對含NOx尾氣做到即時(shí)響應,并且運行穩定,操作簡(jiǎn)單方便。
(3)處理效率高
該技術(shù)具有優(yōu)良的選擇還原性能,處理效果不受尾氣中NOx濃度波動(dòng)、NO所占比例、尾氣溫度、壓力的影響,同時(shí)尾氣中的水、硫等組份也不影響處理效果,對各類(lèi)尾氣中的NOx的處理效率不低于99%。實(shí)際應用的監測結果顯示,處理后尾氣中NOx濃度小于50×10-6mg/m3。
(4)無(wú)二次污染隱患
尾氣中NOx處理后得到的氣相產(chǎn)物是N2,無(wú)氨產(chǎn)生,氣相產(chǎn)物可以達到有關(guān)排放標準直接排入大氣。
液相中會(huì )因為尾氣中含有組份的差異可以有少量硝酸脲產(chǎn)物生成。硝酸脲易結晶,含有硝基和氨基,是優(yōu)良的復合肥料原料可以回收利用。
液相中無(wú)有毒有害及限制性物質(zhì)生成。
離子液體作為循環(huán)母液循環(huán)使用,不排放,若客戶(hù)不再用于NOx尾氣處理時(shí),我公司可以提供簡(jiǎn)易的方法使之無(wú)害化或回收。
(5)處理費用低廉
該技術(shù)最主要的易耗原料是尿素,相比于其他技術(shù)所用原料具有安全、易購、廉價(jià)的特點(diǎn)。
整個(gè)工藝中無(wú)熱源要求,僅有尾氣輸送及離子液體液循環(huán)的動(dòng)力需求。
處理過(guò)程運行成本較低。
3 流程圖及說(shuō)明
根據西安向陽(yáng)航天材料股份有限公司催化劑生產(chǎn)之溶解金屬工段所產(chǎn)生的氮氧化物尾氣中NO占絕大多數,為此其處理流程與其他間歇性NOx尾氣處理存在差異,需提高NOx中NO的氧化度以利于凈化處理,針對該工段的NOx尾氣處理流程如下圖:
在上圖所示流程中,含有NOx的尾氣依次進(jìn)入第一級NO氧化器和第一級凈化器,然后是第二級、第三級。在NO氧化器中提到NOx的氧化度。在多級凈化器中,NOx與離子液體接觸,離子液體所具備的催化作用使得尿素迅速與NOx中的NO2和NO反應,將其還原為N2。
經(jīng)過(guò)處理后的尾氣中殘余的微量NOx濃度遠遠低于有關(guān)排放濃度限制要求,尾氣可以直接排入大氣。
處理NOx后的離子液體回到離子液體循環(huán)槽中,在補加所消耗的尿素和少量活性組份后循環(huán)使用。
液相中會(huì )有少量硝酸脲產(chǎn)物生成,在離子液體中易結晶析出,可以作為復合肥料原料回收利用。
4 物料消耗
尿素是離子液體凈化NOx處理技術(shù)中主要消耗物料。
據監測1噸 NOx(以NO2計)消耗0.88噸尿素。按1噸尿素1500元計算,處理1噸NOx尿素成本為1320元。
催化劑為一次性溶液添加,在使用過(guò)程中少量補加即可。
5 主要清單
序號 |
名稱(chēng) |
主要內容 |
1 |
動(dòng)力系統 |
泵、鼓風(fēng)機、引風(fēng)機 |
2 |
尾氣吸收系統 |
循環(huán)冷卻水系統 |
不銹鋼換熱器 |
||
多級NO氧化器 |
||
多級氣體凈化器 |
||
3 |
測控系統 |
溫度、流量、NOx濃度測控系統以及動(dòng)設備控制系統 |
4 |
吸收液體系 |
離子液體、尿素 |
5 |
土建 |
配套的土建工程 |
6 |
附件 |
容器、槽罐、閥門(mén)、管線(xiàn)、管件、電線(xiàn)電纜 |
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