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點擊數：2797發布：2016-06-30 來源： 四川天宇興源環?？萍加邢薰?/a>
離子液體凈化處理氮氧化物尾氣技術介紹
1 現有技術簡介
1.1 NOx已成為氣相污染的重要因素
近年來，隨著經濟的快速發展，氮氧化物（NOx）污染物的排放量迅速增加，嚴重污染了生態環境，已成為制約社會經濟發展的重要因素之一。
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，目前已經上升到約占1/3。如不加以控制，氮氧化物的增加可能會顯著抵消二氧化硫減排帶來的環境效益。
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濟可持續發展和環境保護的緊迫要求。
1.2 含NOx尾氣分類
含氮氧化物的尾氣，按照產生方式的不同可以分為兩類，即連續排放尾氣和間歇排放尾氣。
連續排放尾氣，以連續化生產裝置（以硝酸、硝酸銨為主）及連續化燃料焚燒（以火力發電廠與窯爐為主）兩種產生方式占主導地位。這類尾氣又由于產生的源頭不同，在濃度上存在很大差異。典型的硝酸廠尾氣中NOx濃度5000mg/m3左右，而典型的火力發電廠煤粉爐尾氣中NOx濃度約在450~600mg/m3。
間歇排放尾氣，由間歇性生產裝置和間歇性燃料焚燒產生，其主要特點是非連續化排放和高濃度，其中以催化劑生產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尾氣處理技術現狀
目前，常見的凈化處理尾氣中NOx的工藝路線按照產物的形態和用途，可以分為回收利用（富集收集NOx或變為硝酸）、氮氣化還原（將NOx轉變為N2）、硝酸鹽轉化（將NOx轉變為硝酸鹽及亞硝酸鹽）幾類，并由此衍生出多種技術方案，其中以將NOx轉變為N2的氮氣化還原路線為主導方向。
幾類工藝的特點見下表。
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處理技術方法 |
特 點 |
缺 點 |
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水吸收法 |
裝置簡單，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。 |
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稀硝酸吸收法 |
吸收效率較高，可以回收NO，有一定經濟效益，適用于硝酸廠尾氣。 |
對設備要求較高，消耗動力較大。 |
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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。 |
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絡合吸收法 |
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。 |
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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、熱電廠鍋爐、工業鍋爐、窯爐等尾氣處理。 |
要求有安全、穩定的氨源。在實際應用中由于氨量的控制誤差及尾氣中NOx濃度波動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。 |
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選擇性非催 化還原法 （SNCR） |
在高溫（800~1200℃）和沒有催化劑的情況下，向尾氣中噴尿素溶液等含有氨基的還原劑，也可采用含碳物質作為還原劑，通過尿素分解產生的氨自由基與NOx反應，把NOx還原成N2 和H2O。適合規模較大、連續排放且NOx 含量穩定的熱電廠鍋爐、工業鍋爐、窯爐等尾氣處理。 |
在實際應用中由于尾氣中NOx濃度波動等原因使得尿素分解產生的氨沒有充分利用，造成二次污染。部分含碳還原劑會與煙氣中的O2 反應生成CO2 和H2O造成無效消耗。 |
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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轉變為硝酸鹽和亞硝酸鹽。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，該兩類物質特別是亞硝酸鹽屬于禁止排放物質，廢水必須送專業的污水處理廠處理，導致運行成本很高。 |
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非堿液相處理技術 |
采用尿素為還原劑，在液相中將NOx變為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驗研究階段，技術尚未成熟，鮮有整套裝置面世。 |
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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題。 |
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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，通過特殊菌種在好氧、厭氧、缺氧條件下，利用有機基質轉變為N2。 |
該法設備占地大，過程復雜，耗時較長，運行成本較高，并且還存在生物淤泥等后續處理問題。 |
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碳還原法處理NOx |
以煤炭為還原劑，與NOx尾氣一起加熱，使其發生氧化還原反應，將NOx變為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。 |
實際應用中會存在煤炭不完全燃燒產生CO的問題。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介紹
離子液體凈化處理NOx技術是我公司與中科院成都分院在小試、中試基礎上，成功開發出了非堿液相NOx尾氣處理技術。
采用本技術處理NOx尾氣的是湖南省醴陵市協華科技實業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，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，實現了在溫和條件下尿素迅速與NOx進行深度氧化還原反應，將NOx轉變為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
該技術的原理是尿素與NOx發生氧化還原反應，將NOx轉變為無害化的N2。離子液體的催化作用提高了反應速率，促進了反應的深度進行。
2.2 技術特點
（1）適應范圍廣
該技術適用于目前各類含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處理技術嚴格限制組份的含NOx尾氣的處理。
（2）技術穩定易操作
該技術成套裝置具有優良的伺服性能，可以對含NOx尾氣做到即時響應，并且運行穩定，操作簡單方便。
（3）處理效率高
該技術具有優良的選擇還原性能，處理效果不受尾氣中NOx濃度波動、NO所占比例、尾氣溫度、壓力的影響，同時尾氣中的水、硫等組份也不影響處理效果，對各類尾氣中的NOx的處理效率不低于99%。實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）無二次污染隱患
尾氣中NOx處理后得到的氣相產物是N2，無氨產生，氣相產物可以達到有關排放標準直接排入大氣。
液相中會因為尾氣中含有組份的差異可以有少量硝酸脲產物生成。硝酸脲易結晶，含有硝基和氨基，是優良的復合肥料原料可以回收利用。
液相中無有毒有害及限制性物質生成。
離子液體作為循環母液循環使用，不排放，若客戶不再用于NOx尾氣處理時，我公司可以提供簡易的方法使之無害化或回收。
（5）處理費用低廉
該技術最主要的易耗原料是尿素，相比于其他技術所用原料具有安全、易購、廉價的特點。
整個工藝中無熱源要求，僅有尾氣輸送及離子液體液循環的動力需求。
處理過程運行成本較低。
3 流程圖及說明
根據西安向陽航天材料股份有限公司催化劑生產之溶解金屬工段所產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。
經過處理后的尾氣中殘余的微量NOx濃度遠遠低于有關排放濃度限制要求，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槽中，在補加所消耗的尿素和少量活性組份后循環使用。
液相中會有少量硝酸脲產物生成，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，在使用過程中少量補加即可。
5 主要清單
|
序號 |
名稱 |
主要內容 |
|
1 |
動力系統 |
泵、鼓風機、引風機 |
|
2 |
尾氣吸收系統 |
循環冷卻水系統 |
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不銹鋼換熱器 |
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|
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、管線、管件、電線電纜 |
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