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脱硝新技术介绍

点击数:648发布:2016-06-30 来源: 四川天宇兴源环保科技有限公司


离子液体净化处理氮氧化物尾气技术介绍

1  现有技术简介


1.1  NOx已成为气相污染的重要因素

近年来,随着经济的快速发展,氮氧化物(NOx)污染物的排放量迅速增加,严重污染了生态环境,已成为制约社会经济发展的重要因素之一。

氮氧化物是生成臭氧的重要前体物之一,也是形成区域细粒子污染和灰霾的重要原因。跟踪监测表明,硝酸根离子在酸雨中所占的比例在上世纪80年代约为1/10,目前已经上升到约占1/3。如不加以控制,氮氧化物的增加可能会显著抵消二氧化硫减排带来的环境效益。

因此,将氮氧化物(包括NO NO2)列为十二五期间大气污染物总量控制对象,要求氮氧化物排放量减少10%

氮氧化物的控制已成为经济可持续发展和环境保护的紧迫要求。

1.2  NOx尾气分类

含氮氧化物的尾气,按照产生方式的不同可以分为两类,即连续排放尾气和间歇排放尾气。

连续排放尾气,以连续化生产装置(以硝酸、硝酸铵为主)及连续化燃料焚烧(以火力发电厂与窑炉为主)两种产生方式占主导地位。这类尾气又由于产生的源头不同,在浓度上存在很大差异。典型的硝酸厂尾气中NOx浓度5000mg/m3左右,而典型的火力发电厂煤粉炉尾气中NOx浓度约在450~600mg/m3

间歇排放尾气,由间歇性生产装置和间歇性燃料焚烧产生,其主要特点是非连续化排放和高浓度,其中以催化剂生产装置尾气为典型代表,尾气中NOx含量一般在2~5%v/v)。

1.3  NOx尾气处理技术现状

目前,常见的净化处理尾气中NOx工艺路线按照产物的形态和用途,可以分为回收利用(富集收集NOx或变为硝酸)、氮气化还原(将NOx转变为N2)、硝酸盐转化(将NOx转变为硝酸盐及亚硝酸盐)几类,并由此衍生出多种技术方案,其中以将NOx转变为N2的氮气化还原路线为主导方向。

几类工艺的特点见下表。

处理技术方法

特   点

缺   点

水吸收法

装置简单,可吸收尾气中的部分NO2,作为稀硝酸回用。只可适用于气量小、净化要求不高的场合。

吸收效率低,后续尾气中仍有较多NO。该法不能净化NO为主的NOx

稀硝酸吸收法

吸收效率较高,可以回收NO,有一定经济效益,适用于硝酸厂尾气。

对设备要求较高,消耗动力较大。

MOAPT工艺流程

采用变压变温多段反应吸收-精馏操作,可吸收回用NOx,达到尾气处理目的。

设备占地面积大,投资和运行费用很高。

络合吸收法

适用于NOx 气量不大且含有NO 较多的废气处理。

运行费用较高。

选择性催化还原法(SCR

是目前连续排放NOx尾气的主流处理方法。典型技术是:在催化剂存在下,氨为还原剂,NH3/NOx摩尔比为1.05~1.15,温度在250~500,将NOx还原为N2 和H2O,理想状态可使NOx 的脱除率达到90%以上。适合规模较大、连续排放且NOx 含量稳定的硝酸厂、热电厂锅炉、工业锅炉、窑炉等尾气处理。

要求有安全、稳定的氨源。在实际应用中由于氨量的控制误差及尾气中NOx浓度波动等原因使得净化效率一般只有65~80%,并容易造成NOx处理不达标和氨排放污染。投资和运行成本高。

选择性非催

化还原法

SNCR

在高温(800~1200)和没有催化剂的情况下,向尾气中喷尿素溶液等含有氨基的还原剂,也可采用含碳物质作为还原剂,通过尿素分解产生的氨自由基与NOx反应,把NOx还原成N2 和H2O。适合规模较大、连续排放且NOx 含量稳定的热电厂锅炉、工业锅炉、窑炉等尾气处理。

在实际应用中由于尾气中NOx浓度波动等原因使得尿素分解产生的氨没有充分利用,造成二次污染。部分含碳还原剂会与烟气中的O2 反应生成CO2 和H2O造成无效消耗。

碱液吸收法

使用NaOHNa2SO3Ca(OH)2Na2CO3 、氨水等碱性溶液吸收NOx,将NOx转变为硝酸盐和亚硝酸盐。对NOx的处理效率在60~70%之间。该法适用于间歇性排放且NO2含量较高的尾气处理。

对于含有NO较多的NOx尾气净化效率较低。废水中含有硝酸盐和亚硝酸盐混合物,该两类物质特别是亚硝酸盐属于禁止排放物质,废水必须送专业的污水处理厂处理,导致运行成本很高。

非碱液相处理技术

采用尿素为还原剂,在液相中将NOx变为N2。该法适用于连续排放和间歇排放尾气处理,并且适用于高浓度NOx尾气净化。

目前绝大多数机构仍处于实验研究阶段,技术尚未成熟,鲜有整套装置面世。

氧化吸收法

对于含NO 较多的废气,用浓HNO3O3NaClOKMnO4 等做催化剂,先将NO 部分氧化成NO2,然后再用碱液吸收,净化效率高。适用于间歇性排放且含NO高的尾气处理。

该法需消耗大量氧化剂,而且同样存在含有硝酸盐和亚硝酸盐的废水后处理问题。

微生物净化法

NOx 由气相转移到液相或固相表面的液膜中,通过特殊菌种在好氧、厌氧、缺氧条件下,利用有机基质转变为N2

该法设备占地大,过程复杂,耗时较长,运行成本较高,并且还存在生物淤泥等后续处理问题。

碳还原法处理NOx

以煤炭为还原剂,与NOx尾气一起加热,使其发生氧化还原反应,将NOx变为N2。该法适用于连续排放的高浓度NOx尾气处理。运行成本较低。

实际应用中会存在煤炭不完全燃烧产生CO的问题。由于使用煤炭作为还原剂,还需要配套尾气脱硫装置并增加脱硫运行成本。

2  离子液体净化处理技术介绍

离子液体净化处理NOx技术是我公司与中科院成都分院在小试、中试基础上,成功开发出了非碱液相NOx尾气处理技术。

采用本技术处理NOx尾气的是湖南省醴陵市协华科技实业有限公司的催化剂分解工段,尾气中NOx浓度为2.5~5.0%v/v。该套NOx处理系统目前已经正处于建设中,预计在20153月投入使用。

我公司的离子液体净化处理NOx技术,采用以尿素为原料之一的离子液体作为基础,利用离子液体+液体催化剂的催化作用,实现了在温和条件下尿素迅速与NOx进行深度氧化还原反应,将NOx转变为N2,确保了不低于99%的NOx转化效率,处理后尾气中的NOx浓度排放低于国标要求,尾气可以直接排放。

2.1  处理原理

该技术的原理是尿素与NOx发生氧化还原反应,将NOx转变为无害化的N2。离子液体的催化作用提高了反应速率,促进了反应的深度进行。

2.2  技术特点

1适应范围广

该技术适用于目前各类含NOx尾气的净化处理,包括连续性排放尾气和间歇性排放尾气,并适用于含有其他NOx处理技术严格限制组份的含NOx尾气的处理。

2技术稳定易操作

该技术成套装置具有优良的伺服性能,可以对含NOx尾气做到即时响应,并且运行稳定,操作简单方便。

3处理效率高

该技术具有优良的选择还原性能,处理效果不受尾气中NOx浓度波动、NO所占比例、尾气温度、压力的影响,同时尾气中的水、硫等组份也不影响处理效果,对各类尾气中的NOx的处理效率不低于99%。实际应用的监测结果显示,处理后尾气中NOx浓度小于50×10-6mg/m3

4无二次污染隐患

尾气中NOx处理后得到的气相产物是N2,无氨产生,气相产物可以达到有关排放标准直接排入大气。

液相中会因为尾气中含有组份的差异可以有少量硝酸脲产物生成。硝酸脲易结晶,含有硝基和氨基,是优良的复合肥料原料可以回收利用。

液相中无有毒有害及限制性物质生成。

离子液体作为循环母液循环使用,不排放,若客户不再用于NOx尾气处理时,我公司可以提供简易的方法使之无害化或回收。

5处理费用低廉

该技术最主要的易耗原料是尿素,相比于其他技术所用原料具有安全、易购、廉价的特点。

整个工艺中无热源要求,仅有尾气输送及离子液体液循环的动力需求。

处理过程运行成本较低。

3  流程图及说明

根据西安向阳航天材料股份有限公司催化剂生产之溶解金属工段所产生的氮氧化物尾气中NO占绝大多数,为此其处理流程与其他间歇性NOx尾气处理存在差异,需提高NOxNO的氧化度以利于净化处理,针对该工段的NOx尾气处理流程如下图:

 


     在上图所示流程中,含有NOx的尾气依次进入第一级NO氧化器和第一级净化器,然后是第二级、第三级。在NO氧化器中提到NOx的氧化度。在多级净化器中,NOx与离子液体接触,离子液体所具备的催化作用使得尿素迅速与NOx中的NO2NO反应,将其还原为N2

经过处理后的尾气中残余的微量NOx浓度远远低于有关排放浓度限制要求,尾气可以直接排入大气。

处理NOx后的离子液体回到离子液体循环槽中,在补加所消耗的尿素和少量活性组份后循环使用。

液相中会有少量硝酸脲产物生成,在离子液体中易结晶析出,可以作为复合肥料原料回收利用。

4  物料消耗

尿素是离子液体净化NOx处理技术中主要消耗物料。

据监测1NOx(以NO2计)消耗0.88吨尿素。按1吨尿素1500元计算,处理1NOx尿素成本为1320元。

催化剂为一次性溶液添加,在使用过程中少量补加即可。

5  主要清单

序号

名称

主要内容

1

动力系统

泵、鼓风机、引风机

2

尾气吸收系统

循环冷却水系统

不锈钢换热器

多级NO氧化器

多级气体净化器

3

测控系统

温度、流量、NOx浓度测控系统以及动设备控制系统

4

吸收液体系

离子液体、尿素

5

土建

配套的土建工程

6

附件

容器、槽罐、阀门、管线、管件、电线电缆



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