一種從氣流中去除氮氧化物的方法及裝置的制造方法
【專利摘要】一種從氣流中去除氮氧化物的方法，屬于大氣污染控制和環境保護技術領域，該方法的處理過程是把被處理氣體導入氣?固反應塔，同時向氣?固反應塔導入氯化鐵固體顆粒，氣流中的氮氧化物在氣?固反應塔與氯化鐵發生氣固吸附化學反應而被吸收得到去除，從而達到氣體凈化目的，本發明還公開了專用裝置，具有投資成本和運行費用低、可回收副產品，操作簡單、處理效率高、處理量大的特點。
【專利說明】
_種從氣)流中去除氮氧化物的方法及裝置
技術領域
[0001] 本發明涉及一種從氣流中去除氮氧化物的方法及裝置，屬于大氣污染控制和相關 環境保護技術領域。
【背景技術】
[0002] 人類活動產生的氮氧化物(N0X)主要包括N0和N02,其中由燃料燃燒產生的占90% 以上，其次是硝酸生產、化工制藥的硝化反應、金屬表面和半導體處理等工業過程。NOx對人 有致毒作用，大量的氮氧化物排放還是引起大氣光化學霧和酸雨的主要原因之一。中國環 境狀況公報統計數據表明我國城市酸雨中氮氧化物的貢獻在不斷增加，一些地方的酸雨污 染性質已開始由硫酸型向硝酸根離子不斷增加的復合型轉化（國家環保部：2010年中國環 境狀況公報）。近年來，國家新制定了一些法律、法規，對氮氧化物特別是火電等燃燒過程排 放的氮氧化物作出了更加嚴格的控制和減排規定。
[0003] -般地，火力發電廠等以化石燃料燃燒產生的煙氣中的氮氧化物濃度約為幾百到 幾千ppm，其中95%以上是一氧化氮。目前選擇性催化轉化法(SCR)是目前治理煙氣NOx的主 要手段之一，但催化劑對運行條件要求嚴格，需要氨作為還原劑，氣流中含有硫化物和粉塵 等對催化劑的壽命影響很大，特別對以煤為燃料的火電廠的運行費用很高;濕法是采用各 種液體對NOx進行吸收，是低溫排放源處理的主要方法，主要有氧化吸收法和還原吸收法兩 種，其中，氧化法是采用過氧化氫、次氯酸鈉和高錳酸鉀等作為氧化劑，進行吸收處理;還原 法是采用亞硫酸鈉、硫化鈉和尿素等作為還原劑，進行吸收處理。但對含一氧化氮較多氮氧 化物，由于一氧化氮在溶液中的溶解度很小，吸收效率較低，且藥劑較貴，運行使用費用高。 因此，研究開發提高新型煙氣氮氧化物的凈化技術，是該技術工業應用中急需解決的問題。
[0004] 本發明的目的是設計和提供一種從氣流中去除氮氧化物的方法及裝置，使氣流中 氮氧化物在較低溫度下得到去除，從而達到氣體凈化的目的。
【發明內容】
[0005] 本發明所采用的技術方案為:一種從氣流中去除氮氧化物的方法，其特征是把被 處理氣流導入氣-固反應塔，同時向氣-固反應塔導入氯化鐵固體顆粒，氣流中的氮氧化物 在氣-固反應塔與氯化鐵發生氣固吸附化學反應而被吸收，生成固體產物，從而達到氣體凈 化目的。
[0006] 本發明所述氮氧化物包括一氧化氮和二氧化氮，主要為一氧化氮。所述技術方案 中，氮氧化物與氯化鐵的氣固吸附化學反應的固體產物為氯化鐵與氮氧化物的絡合物和相 關鹽類。
[0007] 本發明所述的氣流主要為火力發電，冶煉等以化石燃料燃燒產生的含有氮氧化物 的煙氣，也可是其他工業過程產生的相關氣流。一般煙氣中氮氧化物的濃度在1%(體積含 量）以下，對于其他工業氣流中氮氧化物濃度高于1% (體積含量)時，也適用本發明所述的 方法。本發明所述的氣-固反應塔可采用化工單元操作常用的固定床、移動床、沸騰床、流化 床和循環流化床等氣-固接觸反應器，可采用順流、逆流和錯流等多種形式，效果大體相當， 具體可參看相關化工反應設備手冊。以循環流化床反應系統為例，所述的氣-固反應塔的側 下部設置有連接所述氣流的氣體進口，中部設置有氯化鐵固體顆粒加入口，所述氯化鐵固 體顆粒加入方式可采用機械進料或氣力進料等方式，效果相當，在塔體的下部氣體進口上 方設置有氣流分布器，使塔內氣固充分混合反應，塔體的上部設置有連接管，所述的氣流通 過連接管與氣固分離器連通，經氣固分離器氣固分離后，氣流從氣固分離器的上部排出，固 體顆粒從氣固分離器下部排出，其中部分固體顆粒可重新返回塔內，使沒有反應的氯化鐵 顆粒重新參加反應，可根據反應程度調節物料重新返回塔內參加反應的比例（范圍可為0-100%)〇
[0008] 本發明所述的氣-固反應塔內的反應溫度范圍一般為35°C-95°C，負壓下溫度可適 當低一點，塔內壓力高于常壓時溫度也可適當高一點，優選溫度范圍為40°C_75°C。如預先 把所述氯化鐵固體顆粒的溫度加熱到40°C以上(優選加熱范圍50°C-95°C)后，再加入到所 述的氣-固反應塔，則反應塔內氣流溫度可低一些，這是因為氯化鐵預熱后得到了活化，使 得相應反應溫度降低，此時進入氣-固反應塔的氣流溫度可低于35°C，氯化鐵與氮氧化物的 氣固反應為放熱反應。所述的氮氧化物在反應塔內反應過程的氣固接觸時間一般為0.5s-l〇〇s，接觸時間長，去除率高，優選為ls-25s。氯化鐵與氮氧化物的氣固吸附化學反應的化 學計量比可按1計算，實際操作過程，氯化鐵的投加量可根據反應塔形式、氯化鐵顆粒粒徑， 氣流溫度、反應時間和轉化率等操作參數而確定。對于循環流化床氣-固反應塔，氯化鐵與 氮氧化物的摩爾比一般為0.5-100,摩爾比越大反應效果越好，優先取為5-30,具體可視去 除率而定，對于固定床、移動床、沸騰床和流化床，無特定要求，視需要投加。所述氯化鐵固 體顆粒，一般為粉末狀，可采用一般工業商品，其粒徑一般為〇. ，粒徑小些為好。也 可采用把石英砂、陶瓷或沸石等顆粒填料與氯化鐵粉末按一定比例混合后導入氣-固反應 塔，以提高反應塔內氣固混合效果和氣體接觸面積，提高反應效率和物料的利用率，所述顆 粒填料的粒徑一般為O.Olmm-lOmm，混合比例最大為99%(體積比），具體可根據反應塔形式 和操作參數確定，采用流化床反應塔，填料的比例可低些，優選5%_30%，固定床反應塔的 可高些，優選30-60 %。如在固定床氣-固反應塔內混合50 % (體積比）的粒徑約為的 石英砂后，可提高反應效率20%以上。氣流中的氧和水分等其他含量對氮氧化物的去除影 響不大，反應過程可能產生少量氯化氫氣體可經其后的固體或液體吸收得到去除。
[0009] 反應后得到的固體產物可通過加熱脫除被吸收的氮氧化物，加熱溫度在常壓下一 般為105°C以上，優選150 °C-250 °C，負壓下可低一些，可回收硝酸，在有氧存在時加熱到300 °C以上可得到氧化鐵副產品。也可把固體產物溶解于清水等溶劑后放出被吸收的氮氧化物 氣體，進一步處理也可回收氧化鐵副產品。固體產物也可用來再生氯化鐵后可循環使用。
[0010] 與現有技術相比，本發明的優點在于:采用氯化鐵在一定溫度下與氣流中的氮氧 化物發生氣固吸附化學反應，使氣流中的氮氧化物得到去除，從而達到氣體凈化目的，把固 體產物加熱處理后可回收硝酸或氧化鐵副產品，具有投資成本和運行費用低，操作簡單、處 理效率高、處理量大特點，適合推廣使用。
【附圖說明】
[0011] 圖1為本發明中實施例1中氣-固反應塔裝置的結構示意圖；
[0012]圖2為本發明中實施例4中氣-固反應塔裝置的結構示意圖；
[0013]圖3為本發明中實施例6中氣-固反應塔裝置的結構示意圖。
[0014] 圖中：1氣體進口；2氣體分布器;3固體顆粒加入口；4塔體;5連接管;6氣體出口；7 氣固分離器;8固體顆粒返回口；9固體顆粒排出口； 10檢修口； 11塔底固體顆粒排出口； 12-氣固反應區；13-固體顆粒回收區；14-氯化鐵充填層。
【具體實施方式】
[0015] 以下結合附圖和實施例對本發明作進一步詳細描述。
[0016] -種從氣流中去除氮氧化物的方法的裝置如圖1所示。該裝置包括塔體4,塔體4的 側下部設置有連接氣流的氣體進口 1，在塔體4的下部氣流入口上方設置有氣流分布器2使 塔內氣固充分混合反應，中部設置有固體顆粒加入口 3,塔體4的上部通過設置的連接管5與 氣固分離器7連通，氣固分離器7的上部設置有氣體出口 6,氣固分離器7的下部設置有固體 顆粒排出口 9,并且固體顆粒返回口 8與塔體4連通，塔體4中下部和底部還分別設置有檢修 口 1 〇和塔底固體顆粒排出口 11。
[0017] 根據圖1所示的一種從氣流中去除氮氧化物的方法的裝置，其處理工藝流程是把 待處理氣流由氣體進口 1導入塔體4，經過氣體分布器2與由固體顆粒加入口 3加入的氯化鐵 固體顆粒混合后，發生吸附化學反應，凈化后的氣流從塔上部的連接管5進入氣固分離器7 進行氣固分離，氣流從氣體出口6排出，部分固體顆粒可通過固體顆粒返回口8返回塔體4內 繼續參加反應，其余部分通過固體顆粒排出口9排出，同時塔底部也設置有塔底固體顆粒排 出口 11排出多余的固體顆粒。
[0018] 實施例1: 一種從氣流中去除氮氧化物的方法的循環流化床氣-固反應塔裝置如圖 1所示。所述循環流化床氣_固反應塔塔徑為? 60mm，高為2500mm，塔體材料為316L不銹鋼。 氣流中氮氧化物(一氧化氮約為95% )的濃度為500ppm，氧氣為約8% (體積），水分含量約為 10% (體積），其余為氮氣。氯化鐵為工業級粉末狀顆粒，含量98%以上，平均粒徑約為 0.1mm，氣流溫度分別為35 °C，45 °C、65°C、80 °C和95 °C，氣體流量約為5m3/h，反應塔內氣-固 接觸時間約為2s-5s。氮氧化物與氯化鐵摩爾比約為1:15,固體進料為機械計量進料。經氣 固分離器(采用旋風分離器)分離得到反應后固體顆粒不返回塔內。實驗結果如表1所示。 [0019]表1氮氧化物的去除效果
[0021] 實施例2:氣流中一氧化氮濃度為500ppm，氣流溫度分別為40 °C、55 °C和75 °C，一氧 化氮與氯化鐵的摩爾比1:30,其他條件同實施例1。實驗結果如表2所示。
[0022]表2-氧化氮的去除效果
[0024]實施例3:物料中混合20 % (體積）的粒徑約為1mm的石英砂，氮氧化物與氯化鐵摩 爾比約為1:10。氣流溫度分別為40°C、55°C和75 °C。其他條件同實施例1。實驗結果如表3所 不。
[0025]表3氮氧化物的去除效果
[0027] 實施例4: 一種從氣流中去除氮氧化物的方法的氣-固逆流移動床反應塔裝置如圖 2所示。
[0028] 該裝置包括塔體4，塔體4下部設置有氣體進口 1，上部設置有固體顆粒加入口 3和 氣體出口 6,底部設置有固體顆粒排出口 9,氣體進口 1經塔體4內的氣固反應區12與氣體出 口6連通，所述的固體顆粒加入口 3經塔體4內的氣固反應區12及固體顆粒回收區13與固體 顆粒排出口 9連通。
[0029] 該塔體4管徑為〇 60mm，高為1500mm，塔體材料為316L不銹鋼，氣固反應區12有效 高度約為1000mm。載氣為空氣，相對濕度約為70%，氣流中一氧化氮的濃度為500ppm。氯化 鐵為工業級粉末狀顆粒，含量98%以上，平均粒徑約為0.1mm，反應塔內氣流溫度分別為40 °C、55°C和75°C，平均氣體流量約lm 3/h，反應塔內氣-固接觸時間約為10s-l5s。氮氧化物與 氯化鐵摩爾比約為1:30。
[0030]其處理工藝流程是把待處理的氣流由氣體進口 1進入塔體4與由固體顆粒加入口 3 加入的氯化鐵粉體在氣固反應區12發生氣固吸附化學反應，凈化后的氣流從氣體出口 6排 出，反應后固體顆粒經固體顆粒回收區13后通過固體顆粒排出口 9排出。實驗結果如表4所 不。
[0031]表4 一氧化氮的去除效果
[0033]實施例5: -種從氣流中去除氮氧化物的方法的氣-固逆流移動床反應塔裝置如圖 2所示。氯化鐵粉體在加入所述的氣-固反應塔前先加熱至40°C、50°C、80°C和95°C后再導 入，導入反應塔的氣流溫度約為25°C，其他條件同實施例4，實驗結果得到氣體出口NO濃度 分別為 365ppm、273ppm、85ppn^PI48ppm。
[0034]實施例6:-種從氣流中去除氮氧化物的方法的固定床氣-固反應塔裝置如圖3所 不。
[0035]該裝置包括塔體4，塔體4下部設置有氣體進口 1，氣體進口 1上方設置有氣流分布 器2,氣流分布器2上方為氯化鐵充填層14,氯化鐵充填層14的上部設置有固體顆粒加入口 3、下部設置有固體顆粒排出口 9，塔體4的上部還設置氣體出口 6，氣體進口 1經氣流分布器2 和氯化鐵充填層14的空隙氣體通道與氣體出口 6連通，所述的固體顆粒加入口 3和固體顆粒 排出口 9分別與氯化鐵充填層14連通。
[0036] 該塔體4直徑為〇 60mm，高為1500mm，材料為316L不銹鋼。物料中混合50 % (體積） 的平均粒徑約為3mm的石英砂，混合物的堆積密度約為1500kg/m3，反應塔內充填高度約為 500mm。采用管式電爐，反應塔外壁加熱（氯化鐵粉體和石英沙混合物加入前不另預熱），使 反應塔出口氣體溫度保持在65°C_95°C之間，氣體流量約0.5m 3/h，氣體進口氣流溫度為室 溫，氣體在反應塔內停留時間約為15s-25s。其他條件同實施例1。
[0037]其處理工藝流程是把待處理的含氮氧化物的氣流由氣體進口 1經過氣流分布器2 導入氯化鐵充填層14,在所述的氯化鐵充填層14內，氮氧化物與氯化鐵發生氣固吸附化學 反應被去除，凈化后的氣流從反應塔上部的氣體出口6排出，反應后固體顆粒可由固體顆粒 排出口 9定期排出。當進口氮氧化物(一氧化氮約為95 % )的濃度為500ppm時，測的氣體出口 氮氧化物濃度約為55ppm。由于固定床反應塔加入的氯化鐵的量是固定的，因此氣流中氮氧 化物的去除率隨塔內氯化鐵的反應消耗而變化，測得的氮氧化物濃度為最大去除率時的濃 度。
[0038]應該說明的是，以上實施例僅用于說明本發明的技術方案，本發明的保護范圍不 限于此。對于本領域的技術人員來說，凡在本發明的精神和原則之內，對各實施例所記載的 技術方案進行修改，或者對其中的部分技術特征進行任何等同替換、修改、變化和改進等， 均應包含在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1. 一種從氣流中去除氮氧化物的方法，其特征是把被處理的氣流導入氣-固反應塔，同 時向氣-固反應塔導入氯化鐵固體顆粒，氣流中的氮氧化物在氣-固反應塔內與氯化鐵發生 氣固吸附化學反應而被吸收得到去除，從而達到氣體凈化目的。2. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于所述的氣-固反應塔采用固定床、移動床、沸 騰床、流化床或循環流化床反應塔的一種。3. 根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于所述的氣-固反應塔內的反應溫度范圍 為 35°C_95°C。4. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于所述氯化鐵固體顆粒的預熱溫度為40°C以 上。5. 根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于所述的氣-固反應塔內氣-固接觸時間為 0.5s-100s〇6. 根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于所述的氣-固反應塔內采用石英砂、陶瓷 或沸石顆粒填料與氯化鐵粉末的混合配比，所述的填料的體積占比最大為99%。7. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于所述的氮氧化物包括一氧化氮和二氧化氮。8. 根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于所述的氣-固反應塔包括塔體(4)，所述 的塔體(4)側下部設置有連接氣流的氣體進口（1)，中部設置有所述的氯化鐵固體顆粒加入 口（3 )，在塔體(4)內的下部氣體進口（1)上方設置有氣流分布器(2)，塔體(4)的上部設置有 連接管(5)，所述的連接管(5)與氣固分離器(7)連通，所述的氣固分離器(7)的上部設置有 氣體出口（6)，下部設置有反應后固體顆粒排出口（9)和固體顆粒返回口（8)，所述的固體顆 粒返回口（8)與塔體(4)連通，所述氯化鐵與氮氧化物的摩爾比為0.5-100。9. 根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于所述的氣-固反應塔，其特征在于所述的 氣-固反應塔包括塔體(4)，所述的塔體(4)下部設置有氣體進口（1)，上部設置有固體顆粒 加入口（ 3)和氣體出口（ 6 )，底部設置有固體顆粒排出口（ 9 )，所述的氣體進口（1)經塔體(4) 內的氣固反應區（12)與氣體出口（6)連通，所述的固體顆粒加入口（3)經塔體(4)內的氣固 反應區（12)及固體顆粒回收區（13)與固體顆粒排出口（9)連通。10. 根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于所述的氣-固反應塔，其特征在于所述 的氣-固反應塔包括塔體(4)，所述的塔體(4)下部設置有氣體進口（1)，所述的氣體進口（1) 上方設置有氣流分布器(2)，所述的氣流分布器(2)上方為氯化鐵充填層（14)，所述的氯化 鐵充填層（14)的上部設置有固體顆粒加入口（3)、下部設置有固體顆粒排出口（9)，所述的 塔體(4)的上部還設置氣體出口（6)，所述的氣體進口（1)經氣流分布器(2)和氯氯化鐵充填 層（14)內的空隙與氣體出口（6)連通，所述的固體顆粒加入口（3)和固體顆粒排出口（9)分 別與氯化鐵充填層(14)連通。11. 一種用于從氣流中去除氮氧化物的氣-固反應塔，其特征在于氣-固反應塔包括塔 體(4)，所述的塔體(4)側下部設置有連接氣流的氣體進口（1 )，中部設置有所述的氯化鐵固 體顆粒加入口（ 3)，在塔體(4)內的下部氣體進口（ 1)上方設置有氣流分布器(2)，塔體(4)的 上部設置有連接管(5)，所述的連接管(5)與氣固分離器(7)連通，所述的氣固分離器(7)的 上部設置有氣體出口（6)，下部設置有反應后固體顆粒排出口（9)和固體顆粒返回口（8)，所 述的固體顆粒返回口（8)與塔體(4)連通。12. -種用于從氣流中去除氮氧化物的氣-固反應塔，其特征在于所述的氣-固反應塔 包括塔體(4)，所述的塔體(4)下部設置有氣體進口（1)，上部設置有固體顆粒加入口（3)和 氣體出口（6)，底部設置有固體顆粒排出口（9)，所述的氣體進口（1)經塔體(4)內的氣固反 應區（12)與氣體出口（6)連通，所述的固體顆粒加入口（3)經塔體(4)內的氣固反應區（12) 及固體顆粒回收區（13)與固體顆粒排出口（9)連通。13.-種用于從氣流中去除氮氧化物的氣-固反應塔，其特征在于所述的氣-固反應塔 包括塔體(4)，所述的塔體(4)下部設置有氣體進口（1)，所述的氣體進口（1)上方設置有氣 流分布器(2)，所述的氣流分布器(2)上方為氯化鐵充填層（14)，所述的氯化鐵充填層（14) 的上部設置有固體顆粒加入口（3)、下部設置有固體顆粒排出口（9)，所述的塔體(4)的上部 還設置氣體出口（6)，所述的氣體進口（1)經氣流分布器(2)和氯化鐵充填層（14)內的空隙 與氣體出口（6)連通，所述的固體顆粒加入口（3)和固體顆粒排出口（9)分別與氯化鐵充填 層（14)連通。
【文檔編號】B01D53/83GK106000079SQ201610541447
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年7月1日
【發明人】黃立維
【申請人】黃立維