[发明专利]一种脱除烟气中氮氧化物的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种以络合物溶液作为吸收剂，利用超重力旋转床作为反应器，脱除工业尾气中NO的新方法。该方法可以用于工业排放气体的净化，适用于火力发电行业烟气及流程工业尾气中NO的脱除分离，属于超重力技术领域。

背景技术

氮氧化物(NO_x)指的是只由氮、氧两种元素组成的化合物。作为空气污染物的氮氧化物常指NO和NO₂。NOx排放量最大的是火力发电站，约占全国NO_x排放总量的40％以上。火电行业排放的氮氧化物成分复杂，但其中90％的直接排放物为NO。火电行业氮氧化物排放量巨大，迫切需要控制。据中国环保产业协会组织的《中国火电厂氮氧化物排放控制技术方案研究报告》的统计分析，2007年火电厂排放的氮氧化物总量已增至840万吨，比2003年的597.3万吨增加了近40.6％，约占全国氮氧化物排放量的35％～40％。2008年全国氮氧化物排放量达到2000万吨，成为世界第一氮氧化物排放国。据专家预测，随着国民经济发展、人口增长和城市化进程的加快，中国氮氧化物排放量将继续增长。若无控制，氮氧化物排放量在2020年将达到3000万吨，给我国大气环境带来巨大的威胁。研究结果显示，氮氧化物除了作为一次污染物伤害人体健康外，还会产生多种二次污染。氮氧化物是形成区域细粒子污染和灰霾的重要原因，造成了我国经济发达地区大气能见度日趋下降，灰霾天数不断增加。此外，氮氧化物排放量的增加使得我国酸雨污染由硫酸型向硫酸和硝酸复合型转变，硝酸根离子在酸雨中所占的比例从上世纪80年代的1/10逐步上升到近年来的1/3。“十一五”期间，氮氧化物排放的快速增长加剧了区域酸雨的恶化趋势，部分抵消了我国在二氧化硫减排方面所付出的巨大努力。

选择性催化还原方法(SCR)是目前最主要应用的烟气脱硝方法。该方法是利用铁、钒、铬、钴、镍及碱金属等催化剂在温度为200℃～450℃时利用氨气或尿素将NOx还原为N₂。但该方法也存在一定的缺陷，例如烟气中含有SO₂、尘粒和水雾，对催化反应和催化剂均不利，故采用SCR法必须首先进行烟气除尘和脱硫，或者是选用不易受肮脏烟气污染影响的催化剂；同时要使催化剂具有一定的活性，还必须有较高的烟气温度，因此该方法能耗较高。此外该方法中使用的氨气或尿素不完全反应后排空很容易造成二次污染。

近年来，采用络合物溶液对烟气中氮氧化物脱除的湿法脱硝技术研究广泛开展。络合物溶液与氮氧化物的反应速率非常快，且在一定的条件下络合产物会分解放出氮氧化物，从而实现氮氧化物的富集利用和吸收剂的再生循环使用。因此，使用络合物溶液进行烟气中氮氧化物脱除的方法被认为是一种非常有前景的烟气脱销技术。由于络合物溶液与氮氧化物的反应速率非常快，液相中的传质过程成为了影响氮氧化物脱除速率的关键因素。开发新的反应器强化这一过程的汽液传质成为将这一技术推广至工业化应用的重要前提。

超重力技术是利用比地球重力加速度大得多的超重力环境对传质、传热过程和微观混合过程进行强化的新技术，在地球上通过旋转产生模拟的超重力环境而获得。它能够大幅度提高反应的转化率和选择性，显著地缩小反应器的体积，简化工艺、流程，实现过程的高效节能，减少污染排放。研究和分析表明，在超重力环境下，不同大小分子间的分子扩散和相间传质过程均比在地球重力场下的要快得多，气一液、液一液、液一固两相在比地球重力场大数百倍至千倍的超重力环境下的多孔介质中产生流动接触，巨大的剪切力使液体破碎成纳米级的膜、丝和滴，产生巨大的和快速更新的相界面，使相间传质速率比传统的塔器中提高1～3个数量级，使传质过程得到极大强化。关于超重力旋转床装置在本申请人(北京化工大学)以前的专利(ZL95215430.7)中已经公开。在此基础上，本申请人在超重力技术的应用研究方面也取得了重要的进展，把该技术从分离、解吸的物理过程扩展应用到化学反应过程。如：在“一种脱除变换气中二氧化碳的方法”(CN101168115A)中提出通过使用添加活化剂的热钾碱溶液、氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液作为吸收剂来脱除变换气中的CO₂。但是采用超重力技术，使用络合物溶液作为吸收剂进行烟气脱硝的研究，国内外至今未见报导。

发明内容