專利名稱：一種從氣流中去除NOx的方法
技術領域：
本發明是涉及用于除去各種生產過程氣流中含有氮氧化物NOx的方法，更具體是涉及用電暈放電和固體吸收劑聯合的方式去除廢氣中含有的NOx凈化方法。
氮氧化物NOx主要包括NO和NO2產生于燃料燒和各種生產加工過程，大量的氮氧化物排放是引起大氣光化學霧和酸雨的主要原因之一。
一般地，目前NOx治理的主要方法有干法和濕法兩種。其中作為干法的催化還原法是目前處理燃料廢氣的主要手段之一，但催化劑對運行條件要求較高，投資和運轉費用較高，不適合低溫排放源的應用；濕法是采用各種液體對NOx進行吸收，但對含NO較多的NOx，其處理效率低，且廢液需二次處理。
由脈沖放電和無聲放電等產生的非平衡等離子體技術作為一種新型的NOx廢氣治理技術，近年來得到各國研究者的廣泛研究。研究發現用非平衡等離子體技術能實現NOx的氧化和還原反應。一般在有氧化劑存在下主要發生氧化反應，而在還原劑存在下主要發生還原反應。但由于非平衡等離子化學反應難于控制，因此在處理實際氣體時必須與其他方法聯合使用。Yang等在Environmental Progress17(3)183-189，1998，報導了采用兩段式，即先經非平衡等離子反應器使NOx中的NO被氧化為NO2后，再由吸收器吸收，以解決用液體吸收法對含NO較多的NOx處理效率較低的問題。該法雖然克服了NO難于吸收的問題，但其工藝依然復雜。也有報導采用水膜放電反應器如MizunoA等IEEE-LAS Transac-tions31(6)1463-1467，1995，但該法的實際應用面臨的困難是由于水的蒸法導致能耗很大，并且被處理氣體溫度不能超過100℃和水的二次處理問題。
本發明的目的是在于設計和提供了一種非平衡等離子體技術結合化學反應吸收的方法，是采用電暈放電和固體吸收劑聯合的方法以克服上述用非平衡等離子體技術處理NOx的問題。
本發明的內容是在于提供用于氣流中NOx凈化方法，其特征是由電暈放電和固體吸收劑聯合一體的反應吸收器組成，其中在電暈放電所需的兩電極之間的一電極表面部分或全部覆蓋有一定厚度的多孔性吸收材料，使被處理氣體通過由吸收材料表面和另一放電電極組成的空間，使氣流中的NO在電暈放電作用下被氧化為NO2，所生成的NO2被裝在反應器內的固體吸收劑吸收，從而達到氣體凈化，吸收飽和后的吸收劑通過解吸反應后再生。
吸收過程的主要反應，以Mg(OH)2作吸收劑為例
解吸過程的主要反應在250～350℃范圍
本發明所采用的電暈放電反應吸收器的結構形式可以是線—筒、線—板式和針—板式，電極材料包括普通導電材料、兩電極的距離一般為5～100mm。
本發明所采用電暈放電的供電方式包括交流和脈沖，其中交流供電的電壓為2～100KV、頻率為20～50KHz脈沖供電的電壓為±2K～±150KV，脈沖重復頻率為10～2KHz。以脈沖供電效果較好。
本發明所采用的電暈放電反應吸收器內作為固體吸收劑的包括鈣或鎂的氧化物、氫氧化物或碳酸鹽。其中以氫氧化物和氧化物為佳，兩種金屬的吸收劑的性能在氣流溫度小于100℃時的去除效果相當。但再生溫度不同，鈣為500-600℃，鎂為250-350℃。另外也可在吸收劑材料中添加質量含量0.5-10％的一元或多元具有催化活性的過渡金屬如釩、鈦、錳、鉻、銅、鎳、鈦或鐵的氧化物作為輔助材料以加強反應。當反應溫度在80-100℃時，對去除率平均有約10％的提高，有關催化劑的材料可以參考文獻Hans Bosch and Frans Janssen，Catalysis Today，1988，2(4)369-521。吸收劑的載體材料可以是氧化鋁。
固體吸收劑與電極的結合方式可以是直接涂裝成型和預先成型后組裝，徑向吸收劑高度一般為1～50mm，視反應器大小及負荷大小設定。電暈放電反應吸收器反應器的工作溫度可為室溫～200℃，一般以小于100℃為宜。氣體在反應器內的停留時間一般為2～5s。
吸收劑解吸再生是通過對吸收劑加熱脫吸反應后再生的，加熱的方式可以是用裝在反應器內的電熱絲加熱和熱氣流加熱。解吸溫度視采用的吸收劑不同而變化。解吸可在氮氣和/或空氣中進行，可回收解吸后的NOx，也可在氮氣中加入還原氣體，如氨氣和輕烴等，經電暈放電或催化劑存在下把脫吸后的氣體還原為氮氣。
裝置可以由上述的反應吸收器多個串聯和并聯組成交替工作。
本發明的優點和積極效果采用電暈放電和固體吸收劑組合的方式，使NO在電暈放電作用下被氧化為NO2，同時被裝在反應器內的該多孔性吸收材料現場吸收，從而引導反應朝著生成NO2的方向進行，防止了NO2在電暈下再分解為NO的可能性。從而提高了反應效率，進而提高了能源利用效率。同時在電暈放電作用下固體吸收劑對NO2的吸收過程也得到了增強，并最后使反應進行完全。實驗結果表明，在相同條件下采用電暈放電吸收反應器結構比采用無吸收劑的電暈反應器，NOx的去除率提高了40～70％；比兩段式即先經電暈放電，后用同樣的固體吸收劑固體床吸收，NOx的去除率提高了30～40％。
圖1為一種線—筒式電暈放電吸收反應器結構圖。
下面結合附圖對本發明的實施例作進一步描述實施例1，實驗裝置采用圖1所示的線—筒式電暈放電吸收反應器，其標號為1、進氣口，2、電暈電極引出線接電源端，3、絕緣子，4、連接法蘭，5、電暈線電極，6、筒體兼作電極，7、多孔吸材料，8、電熱絲，9、連接法蘭，10、排氣口。筒內徑為26mm、筒內壁的吸收層厚度約為2mm，由氫氧化鎂的漿液直接涂裝在筒電極內壁的表面，在110℃下烘干成型。電暈電極采用0.5mm不銹鋼絲，有效放電長度為250mm。電源采用旋轉火花隙開關型正脈沖電源。
實驗條件為電源參數脈沖電壓22KV、脈沖頻率60Hz、功率18W氣體流量2000ml/min氣體成分N2.75％；O212％；H2O8％；CO24％實驗結果吸收過程表1
實施例2，由氫氧化鎂95％和五氧化二釩5％質量百分比組成的漿液直接涂裝在筒電極內壁表面，在110℃下烘干成型。其他條件如實施例1。實驗結果如表2所示意。
表2
實施例3，由氫氧化鈣97％和氧化銅3％質量百分比組成的漿液直接涂裝在筒電極內壁表面，在110℃下烘干成型。其他條件如實施例1。實驗結果如表3所示意。
表3
實施例4，由碳酸鈣100％的漿液直接涂裝在筒電極內壁表面，在110℃下烘干成型。其他條件如實施例1。實驗結果如表4所示意。
表4
實施例5，由碳酸鈣93％和二氧化錳7％的漿液直接涂裝在筒電極內壁表面，在110℃下哄干成型。其他條件如實施例1。實驗結果如表5所示意。
表5
實施例6，氣體成分NO500ppm，其余N2，其他條件如實施例1。表6
實施例7，氣體成分NO500ppm，O25％，其余N2。其他條件如實施例1。表7
實施例8，實驗條件為電源為交流電源，電壓20KV，頻率100Hz，功率20W，其他條件如實施例1。
表8
權利要求
1.一種從氣流中去除NOx的方法，其特征是由電暈放電和固體吸收劑聯合一體的反應吸收器組成，其中在電暈放電所需的兩電極之間的一電極表面部分或全部覆蓋有一定厚度的多孔性吸收材料，使被處理氣體通過由吸收材料表面和另一放電電極組成的空間，使氣流中的NO在電暈放電作用下被氧化為NO2，所生成的NO2被裝在反應器內的固體吸收劑吸收，從而達到氣體凈化吸收，飽和后的吸收劑通過解吸反應后再生。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于電暈放電的供電方法包括交流和脈沖。
3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于固體吸收劑包括鈣或鎂的氧化物、氫氧化物或碳酸鹽。
4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于固體吸收劑中可以添加一定量的一元或多元具有催化活性的過渡金屬如釩、鈦、錳、鉻、銅、鎳、鈦或鐵的氧化物作為輔助材料以加強反應。
全文摘要
一種由電暈放電和固體吸收劑聯合組成的化學反應吸收方法,用于燃料燃燒和生產過程產生的NOx的凈化。該方法的處理過程是把含有NOx的氣體導入由電暈放電和固體吸收劑組成的反應吸收器,在電暈放電等離子體的作用下,使NO被氧化為NO
文檔編號B01D53/56GK1332030SQ01121509
公開日2002年1月23日 申請日期2001年6月5日 優先權日2000年6月8日
發明者黃立維 申請人:黃立維