雜多酸與微波輻照協(xié)同作用去除氮氧化物的裝置及其工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種雜多酸與微波輻照協(xié)同作用去除氮氧化物的裝置及其工藝，該裝置煙氣輸送管道連接至吸附床入口，吸附床的出口經(jīng)三通后同時連接至微波發(fā)生器內(nèi)的活性炭床以及凈化后的煙氣排放管道；脫附劑產(chǎn)生裝置經(jīng)三通閥連接至吸附床入口。含NOx煙氣經(jīng)三通閥輸入吸附床，凈化后的煙氣經(jīng)三通閥排出，吸附飽和后的吸附床進入水蒸汽脫附NOx階段，將吸附劑吸附的NOx脫附，同時吸附劑再生，脫附的NOx經(jīng)三通閥輸送至微波輻照活性炭還原NOx系統(tǒng)；NOx被活性炭還原為N2。本申請實現(xiàn)NOx還原過程中無氧氣存在，設備簡單，原料易得，NOx去除性能好，易操作便于推廣。
【專利說明】雜多酸與微波輻照協(xié)同作用去除氮氧化物的裝置及其工藝
[0001]【技術(shù)領(lǐng)域】
本發(fā)明涉及一種雜多酸與微波輻照協(xié)同去除氮氧化物裝置及其方法。
【背景技術(shù)】
[0002]氮氧化物(NOx)是大氣中主要污染物之一，可導致光化學煙霧、酸雨、臭氧層破壞以及溫室效應等大氣環(huán)境問題，此外可誘發(fā)人類呼吸系統(tǒng)疾病及肺部病變，嚴重影響著人類健康。隨著工業(yè)的發(fā)展和機動車數(shù)量的增加，NOx每年全球排放量在持續(xù)增長，基于此，制定更為嚴格的排放標準，研發(fā)更加高效的NOx脫除技術(shù)已迫在眉睫。
[0003]NOx控制技術(shù)包括源頭控制技術(shù)與末端控制技術(shù)，源頭控制技術(shù)的脫硝率較低僅為30%?40%，仍不能滿足日益嚴格的NOx排放標準。而目前國際上較成熟的煙氣末端脫硝技術(shù)有選擇性催化還原(SCR)和選擇性非催化還原(SNCR)，這兩種技術(shù)存在投資與運行費用高、氨泄漏易造成二次污染等經(jīng)濟與技術(shù)問題。為了降低煙氣凈化的成本及提高脫除效率，國內(nèi)外在煙氣脫硝方面進行了廣泛研究，其中，微波輻照活性炭脫硝技術(shù)，因其利用活性炭的還原性及微波加熱快速均勻等優(yōu)點，具有很高的脫硝效率和良好的應用前景，但還存在較多不足和缺陷，其中CN101693162B采用連續(xù)微波輻照方式利用活性炭還原煙氣中NOx，該方法存在著微波反應器運行能耗高、煙氣中氧造成炭損耗等問題。專利CN102489107A采用間歇式微波輻照條件下還原NOx，該方法雖然降低了微波反應器的運行能耗，但是仍無法解決氧的存在所造成的炭損耗問題，此外，該發(fā)明采用活性炭做NOx吸附齊U，也是不適宜的，因為活性炭對NOx的吸附屬于物理性吸附，只有在較低的溫度下才能表現(xiàn)出較高的吸附容量，而實際生產(chǎn)中為了滿足煙氣管道防腐要求煙氣溫度普遍較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服已有的微波輻照活性炭脫硝技術(shù)存在的煙氣中NOx還原過程中無法避免氧氣的存在，本發(fā)明提供一種雜多酸與微波輻照協(xié)同去除氮氧化物的裝置及其工藝，通過構(gòu)建雜多酸吸附、脫附煙氣中NOx以及微波輻照活性炭還原NOx體系，實現(xiàn)NOx還原過程中無氧氣存在。
[0005]該發(fā)明的總體構(gòu)思為:為避免煙氣中O2等成分對脫硝性能的影響以及對活性炭的消耗，首先在吸附系統(tǒng)里，利用雜多酸對煙氣中NOx進行吸附富集；吸附飽和后對富集的NOx脫附；脫附后的高濃度NOx進入微波輻照活性炭還原系統(tǒng)，在微波輻照下利用活性炭將NOx還原為N2。
[0006]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
雜多酸與微波輻照協(xié)同去除氮氧化物的裝置，煙氣輸送管道連接至吸附床入口，吸附床的出口經(jīng)三通后同時連接至微波發(fā)生器內(nèi)的活性炭床以及凈化后的煙氣排放管道；
脫附劑產(chǎn)生裝置經(jīng)三通閥連接至吸附床入口；
較佳地，含NOx煙氣輸送管道上通過三通閥并聯(lián)兩組或兩組以上的吸附床，脫附劑產(chǎn)生裝置經(jīng)三通閥同時連接至每組吸附床的入口。[0007]雜多酸與微波輻照協(xié)同去除氮氧化物的工藝，步驟如下:
(1)雜多酸吸附煙氣中NOx:
除塵脫硫后的含NOx煙氣通過煙氣輸入管道經(jīng)三通閥輸入吸附床，吸附凈化后的煙氣經(jīng)三通閥排出，吸附飽和后的吸附床進入水蒸汽脫附NOx階段。
[0008]吸附床中的吸附劑為雜多酸，如=H3Pff12O40,H4Geff12O40、H3Siff12O40, H3PMo12O40 ;吸附溫度為105?200°C，煙氣空速為500?IOOOOtr1 ；
(2)水蒸汽脫附雜多酸中NOx:
脫附劑由惰性氣體驅(qū)動經(jīng)過三通閥輸送至吸附床，通過反取代方式將雜多酸所吸附的NOx脫附，同時完成吸附劑的再生，脫附的NOx經(jīng)三通閥輸送至微波輻照活性炭還原NOx系統(tǒng)；
所述脫附劑為水蒸汽，水蒸汽含量為3.1?83.4vol.%，惰性載氣為N2,脫附溫度為25?95°C，空速為50?1000 h'
[0009](3)微波輻照活性炭還原NOx:
吸附床脫附后的NOx，經(jīng)三通閥輸入置于微波發(fā)生器內(nèi)的活性炭床，調(diào)節(jié)微波功率，NOx被活性炭還原為N2。
[0010]微波頻率為2.45GHz，微波功率為300?900W，還原反應空速為50?1000 h—1。
[0011]本發(fā)明的工藝包括吸附劑吸附煙氣中NOx、脫附劑脫附NOx同時完成吸附劑的再生以及微波輻照條件下使用活性炭還原脫附下的NOx三個階段；其中NOx吸附床有兩套或多套交替運行，吸附劑在適宜的吸附溫度與煙氣空速下，完成煙氣中NOx的吸附富集；Ν0χ在雜多酸吸附床上達到飽和后，通過惰性載氣將脫附劑輸送至吸附床，在適宜的脫附溫度與空速下，完成吸附劑上NOx的脫附，與此同時完成吸附劑的再生；脫附后的NOx進入活性炭反應床，在微波輻照與適宜空速條件下被活性炭還原為N2,具有高效NOx去除性能。
[0012]其中，采用雜多酸作為NOx吸附劑，具有選擇性吸附煙氣中NOx的特性，并且NOx吸附容量大，吸附劑易再生；采用水蒸汽作脫附劑在低溫下脫附NOx，具有脫附劑價廉易得、脫附效率高、脫附能耗低等特點。采用微波輻照間歇運行方式，具有降低微波發(fā)生器能耗、延長其使用壽命的特點。
[0013]雜多酸因其強酸性、氧化還原性及假液相性而被廣泛用于催化領(lǐng)域，在NOx吸附與分解方面也有著較多的應用，雜多酸對NOx的吸附，普遍認為是通過雜多酸對NO與NO2等分子吸附，并取代雜多酸二級結(jié)構(gòu)中的結(jié)晶水所實現(xiàn)。有研究表明，在雜多酸吸附過程中，NOx與H2O分子存在競爭吸附現(xiàn)象，IOO0C附近存在競爭優(yōu)勢分界點，高于該溫度NOx吸附占競爭優(yōu)勢，可取代雜多酸二級結(jié)構(gòu)中結(jié)晶水并吸附于雜多酸中，而低于該溫度水分子吸附占競爭優(yōu)勢，可取代已吸附的NOx，并能夠?qū)崿F(xiàn)雜多酸的再生?；诖?，雜多酸可作為NOx的優(yōu)良吸附劑，而水蒸汽可作為NOx的脫附劑，同時可實現(xiàn)雜多酸的再生。結(jié)合雜多酸的上述特性，以及目前已有發(fā)明中存在的無法克服煙氣中氧氣的存在對活性炭的氧化損耗問題，本發(fā)明通過構(gòu)建煙氣中NOx吸附-脫附-微波輻照活性炭還原技術(shù)，實現(xiàn)煙氣中NOx的高效去除。
[0014]本發(fā)明設備簡單，原料價廉易得，煙氣脫硝成本低，NOx去除性能好，易操作便于推廣?！緦＠綀D】

【附圖說明】[0015]圖1是本發(fā)明的工藝流程圖；附圖中主要標記的說明:1.煙氣輸入管道；2-1.三通閥'2-2.三通閥；2-3.三通閥；2-4.三通閥；2-5.三通閥；2_6.三通閥；3.惰性氣體；
4.水蒸汽發(fā)生器；5-1.—號吸附床；5-2.二號吸附床；6.微波發(fā)生器-J.活性炭床。
【具體實施方式】
[0016]下面結(jié)合【具體實施方式】對本發(fā)明做進一步的詳細說明。
[0017]實施例1:
雜多酸與微波輻照協(xié)同去除氮氧化物方法，步驟如下:
(I)雜多酸吸附煙氣中NOx:
除塵脫硫后的含NOx煙氣通過煙氣輸入管道I輸入，經(jīng)三通閥2-1、2-2進入一號吸附床5-1，吸附凈化后的煙氣經(jīng)三通閥2-4排出。吸附床中的吸附劑為磷鎢雜多酸H3PW12O4tl,吸附溫度為150°C，煙氣空速為5000h-1。
[0018]待吸附飽和后，切換三通閥2-1，使煙氣經(jīng)過三通閥2-3并進入二號吸附床5-2，吸附凈化后的煙氣經(jīng)三通閥2-6排出；
而吸附飽和后的一號吸附床進入水蒸汽脫附NOx階段。
[0019](2)水蒸汽脫附雜多酸中NOx:
水蒸汽發(fā)生器4產(chǎn)生的水蒸汽，由惰性氣體3經(jīng)過三通閥2-2輸送至一號吸附床5-1，水蒸汽通過反取代方式將雜多酸所吸附的NOx脫附；脫附氣中水蒸汽含量為12.2vol.%，惰性氣體為N2氣，脫附溫度為50°C，空速為500h-1 ；
脫附的NOx經(jīng)三通閥2-4、2-5輸送至微波輻照活性炭還原NOx系統(tǒng)。
[0020](3)微波輻照活性炭還原NOx:
一號吸附床脫附后的NOx，經(jīng)三通閥輸入置于微波發(fā)生器6內(nèi)的活性炭床7，調(diào)節(jié)微波功率，NOx被活性炭還原為N2。
[0021]兩個吸附床，交替運行，當一個在吸附時，另一個在脫附或空閑。
[0022]微波頻率為2.45GHz，功率為500W，空速為500 IT1，NOx去除率為87.3%。
[0023]實施例2-6區(qū)別于實施例1所采用的吸附劑及各步驟的工藝參數(shù)，其余條件同實施例I。實施例2-6工藝參數(shù)與性能考核見表1:
其中，所采用吸附劑的中文表述如下=H4GeW12O4tl:鍺鎢酸；H3SiW12040:硅鎢酸；H3PMo12O40:磷鑰酸；H3PW1204(1:磷鎢酸。
[0024]表1
【權(quán)利要求】
1.雜多酸與微波輻照協(xié)同作用去除氮氧化物的裝置，其特征在于:煙氣輸送管道連接至吸附床入口，吸附床的出口經(jīng)三通后同時連接至微波發(fā)生器內(nèi)的活性炭床以及凈化后的煙氣排放管道；脫附劑產(chǎn)生裝置經(jīng)三通閥連接至吸附床入口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雜多酸與微波輻照協(xié)同作用去除氮氧化物的裝置，其特征在于含NOx煙氣輸送管道上通過三通閥并聯(lián)兩組或兩組以上的吸附床，脫附劑產(chǎn)生裝置經(jīng)三通閥同時連接至每組吸附床的入口。
3.雜多酸與微波輻照協(xié)同作用去除氮氧化物的工藝，其特征在于，步驟如下: (1)雜多酸吸附煙氣中NOx: 除塵脫硫后的含NOx煙氣通過煙氣輸入管道經(jīng)三通閥輸入含有吸附劑雜多酸的吸附床，吸附凈化后的煙氣經(jīng)三通閥排出，吸附飽和后的吸附床進入水蒸汽脫附NOx階段； (2)水蒸汽脫附雜多酸中NOx: 脫附劑由惰性氣體驅(qū)動經(jīng)過三通閥輸送至吸附床，通過反取代方式將吸附劑雜多酸所吸附的NOx脫附，同時完成吸附劑的再生，脫附的NOx經(jīng)三通閥輸送至微波輻照活性炭還原NOx系統(tǒng)； (3)微波輻照活性炭還原NOx: 吸附床脫附后的NOx，經(jīng)三通閥輸入置于微波發(fā)生器內(nèi)的活性炭床，調(diào)節(jié)微波功率，NOx被活性炭還原為N2。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的雜多酸與微波輻照協(xié)同作用去除氮氧化物的工藝，其特征在于步驟(I)中的雜多酸為 H3PW1204q、H4Geff12O40, H3Siff12O40, H3PMo12O40 之任一。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的雜多酸與微波輻照協(xié)同作用去除氮氧化物的工藝，其特征在于步驟(I)中吸附溫度為105?200°C，煙氣空速為500?IOOOOh'
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的雜多酸與微波輻照協(xié)同作用去除氮氧化物的工藝，其特征在于步驟(2)中所述脫附劑為水蒸汽，水蒸汽含量為3.1?83.4vol.%，惰性載氣為N2，脫附溫度為25?95°C，空速為50?1000 IT1。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的雜多酸與微波輻照作用協(xié)同去除氮氧化物的工藝，其特征在于步驟(3)中微波頻率為2.45GHz，微波功率為300?900W，還原反應空速為50?1000 IT1。
【文檔編號】B01D53/74GK103990361SQ201410231350
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年5月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月29日
【發(fā)明者】張學楊, 曹文平, 劉強, 譚珍珍, 徐德蘭 申請人:徐州工程學院