[发明专利]用甲醛减少废气中氮的氧化物

说明书

本发明涉及一种减少氮的氧化物排放物並从而减少大气污染的方法。更具体地说，本发明涉及用甲醛减少燃烧气中氮的氧化物含量。

近年来已作了大量努力来解决各种生态和环境问题，例如空气污染、酸雨等。各种来源的燃烧废气和废产物向大气中的排放是空气污染的一个主要来源。除非对废产物加以处理，除去有害组分，否则环境会继续恶化。酸雨、森林和植被的减少、臭氧层的变化、有害和有刺激性的烟雾等是大气污染后果的实例。

常见的污染源包括内燃机、工业装置、电站锅炉、燃气轮机，和诸如加油站、干洗店等商业设施。曾经估计，NO_X年排放量的约1/3来自发电厂，来自汽车（例如小汽车和卡车）的约占40%至50%。这些设施产生的空气污染物的类型包括颗粒状排放物（例如煤灰）、含硫化合物（如SO₂和SO₃）、一氧化碳、臭氧，和通常统称为“NO_X”的氮的氧化物。

在污染的空气中的一种常见组分是二氧化氮，已知这是一种极毒的物质。二氧化氮经由各种来源，例如制造硝酸的工厂，进入大气，但是二氧化氮的一个主要来源是上述各类燃烧过程形成的氧化氮（NO）。在这些燃烧过程中，通过以下途径形成了氮的氧化物：（1）氮与大气氧在火焰的高温部分反应（“热固氮”）;和（2）燃料中的有机氮化合物在燃烧时氧化。燃烧时形成的氧化氮在与大气中的空气接触时转化成二氧化氮。

曾提出过各种从废气中除去氮的氧化物的方法，以便使气体可以排放到大气中而不危害环境。通过修改发动机和锅炉的设计使其更为有效或在较低温度下工作，已经减少了从锅炉、燃气轮机和内燃机中排放的氮的氧化物。减少氧化氮排放的其它建议涉及用各种化学物质将氮的氧化物转化为无害的气体，减少废气中的含量。但是，这种化学方法一般要求温度很高，例如在约1600-2000°F的范围或更高。某些用来减少NO_X含量的化学反应的温度已经通过使用能促进NO_X还原的催化剂而降低，但是使用催化剂有一些缺点，例如催化剂的花费、催化剂的寿命、使燃烧废气与催化剂相接触的花费和困难等。因此，一直在继续强调不直接使用催化剂的减少NO_X排放物的方法。在题为“减少NO_X排放物”（Power，1988年9月号，S-1至S-13页）的文章中提到了减少各种燃烧过程中NO_X排放物的许多方法。

在曾经提出用来减少燃烧废气中NO_X含量的化学物质之中有各种含氮化合物，例如氨、尿素、氰尿酸等。例如，美国专利3，900，554、4，335，084、4，743，436、4，849，192和4，851，201提到用氨减少NO_X排放物的方法。

在美国专利4，208，386、4，325，924、4，719，092和4，851，201中叙述了尿素的应用。在美国专利4，731，231、4，800，068和4，861，567以及R.A.Perry及D.L.Siebers的文章（Nature，324卷18/25，657-658页）提到用氰尿酸，更具体地说，用氰尿酸的分解产物异氰酸，减少燃烧废气中的NO_X含量。Perry提出，当氰尿酸热至约330℃以上时，氰尿酸分解形成异氰酸（HNCO）。当异氰酸与废气气流在400℃更高的温度下混合时，会发生一系列消耗HCNO和NO的反应。

美国专利4，743，436和4，849，192叙述了对于含氮的氧化物、三氧化硫等的废气的处理方法，其中先用氨处理废气以减少NO_X含量，然后用甲醇将燃烧废气中的三氧化硫成分还原成SO₂，从而减少了硫酸氢铵和硫酸的生成。

本发明介绍了一种减少废气气流中NO_X含量的方法，包括使废气与一定数量的能减少气体中NO_X含量的甲醛相接触。在一项优选的实施方案中，甲醛与废气流在能促进甲醛与气流中所含NO_X反应的催化剂存在下相接触。优选的催化剂包括锆、铈或其混合物。含正四氧化态锆、正四氧化态铈或它们的混合物的催化剂是特别理想的催化剂。

图1是在静态条件下进行的本发明一项实施方案的示意图，其中催化剂是可任意选择的。

图2是本发明一项实施方案的流程图，其中是用甲醛处理含NO_X的烟道气或废气。