專利名稱：一種脫除高濃度二氧化氮的方法及其設備的制作方法
技術領域：
本發明屬于一種脫除氮氧化物的方法，具體地說涉及一種脫除高濃度二氧化氮的方法及其設備。
保護人類賴以生存的環境不被工業廢氣污染，已成為迫在眉睫的課題，而且受到越來越多公眾的關注。氮氧化物和硫氧化物、烴類一起構成污染大氣主要有害物質，它們在空氣中達到一定濃度后對人類和動植物有毒害作用，在一定條件下烴類和氮氧化物還可發生光化學反應，更加劇了對大氣的污染。為了減少或消除這些污染，人們研究開發了各種各樣的方法，其中脫除氮氧化物的方法有催化還原法，該方法采用氫氣、一氧化碳氣、天然氣、烴類、氨等作為還原劑進行催化還原脫除氮氧化物，具有脫除率高、殘余氮氧化物低、無二次污染的優點，但是由于催化燃燒為一放熱反應，反應劇烈，放出的熱量集中不易帶出，致使溫度難以控制，一旦飛溫，會造成催化劑壽命縮短和失活，對反應器材質要求嚴格，使得設備造價昂貴。還原劑與氮氧化物在反應器內直接接觸反應，若氣體濃度控制不當，容易造成爆炸，不易操作，因此在處理廢氣時氮氧化物濃度不易過高，一般應小于0.3％，對于排出的高濃度氮氧化物廢氣就必須采用惰性氣體稀釋的方法，這樣就延長了處理時間，增加處理廢氣的成本，許多污染源排放的廢氣中含有催化劑毒物，易使催化劑中毒，限制了使用。
另外，還有化學吸收法，該法采用堿或氨等水溶液吸收氮氧化物，適用于氮氧化物濃度較大的場合，但其濃度也不易大于0.5％，吸收后的液體需經二次處理，否則會造成二次污染。
本發明的發明目的是提供一種脫除高濃度氮氧化物，且不形成二次污染的方法及其專用設備。
本發明的發明目的是這樣實現的，以甲醇裂解生成的氫氣和一氧化碳氣為燃料，點燃該燃料之后，通入10-100％體積百分比濃度的二氧化氮氣體一同燃燒，生成水和二氧化碳和氮氣，達到處理氮氧化物的目的。
甲醇在具有裂解-氧化雙功能催化劑的作用下，裂解生成氫氣和一氧化碳及少量的甲烷和二氧化碳，氣體組成約為66％的氫氣、32％的一氧化碳、1％的二氧化碳和0.2的甲烷。
將上述氣體點燃，并通入高濃度二氧化氮與過量的CO和H2反應生成氮氣、水和二氧化碳。
同時在高溫下部分二氧化氮分解為一氧化氮和氧氣；一氧化氮與氫氣和一氧化碳反應生成氮氣、水和二氧化碳，一氧化氮又可裂解為N2+O2。
本發明脫除高濃度二氧化氮氣的方法包括如下步驟(1)將空氣通入焚燒爐內吹掃，并使一次空氣過剩系數為0.2-0.7，二次空氣過剩系數為0.9-1.3，然后將由氫氣、一氧化碳和少量甲烷、二氧化碳組成的甲醇裂解氣通入焚燒爐內點燃；(2)當焚燒爐內的預熱溫度達到500℃，將體積百分比濃度為10-100％的二氧化氮氣體從燃燒器氧化劑入口與一次空氣混合，通入焚燒爐內與甲醇裂解氣一同燃燒，二氧化氮氣的通入量按二氧化氮與甲醇裂解氣體積比為1∶2.2-10通入，同時調節一次空氣量，使一次空氣和二氧化氮的總氧化劑過剩系數為0.5-0.95，爐內燃燒溫度控制為800-1300℃；(3)經過二次空氣，使燃燒不完全的甲醇裂解氣再次燃燒，最后排入大氣中。
如上所述的甲醇裂解氣的制取是將液體甲醇加壓到0.01-0.3MPa，加熱到180-300℃汽化后，通入裝有裂解-氧化雙功能催化劑的固定床反應器內，反應溫度為180-280℃，甲醇液體空速為0.2-1h-1的條件下進行催化裂解生成含有氫氣、一氧化碳和少量甲烷、二氧化碳的甲醇裂解氣。甲醇裂解氣制備過程及其中催化劑的詳細制法在中國專利90107440.3“金屬熱處理用氮基可控氣氛的生產方法”中已陳述。
本發明的甲醇裂解氣還可以用其它方法制得。如甲醇高溫熱裂解和甲醇與水按一定比例混合后進行催化裂解或高溫熱裂解等。
如上所述的二氧化氮與甲醇裂解氣體積比最好為1∶2.5-5。
為了完成上述脫除高濃度二氧化氮的方法，設計了專用的焚燒爐，該焚燒爐是由爐體、燃燒氣出口、觀察孔、測溫孔、燃燒器組成，其特征在于在爐體下部有一次進風口，爐體上部有二次進風口，燃燒器固定于爐體底部，爐體下部安裝有點火器。
當使用該焚燒爐時，從燃燒器一次風進口按空氣過剩系數為0.2-0.7的風量通入一次空氣，爐膛二次進風口按空氣過剩系數0.9-1.3的風量給焚燒爐通入二次空氣，打開點火器，從燃燒器燃氣進口處通入甲醇裂解氣，甲醇裂解氣燃燒，從測溫孔測爐內溫度，爐內溫度達到500℃時，從燃燒器氧化劑進口通入10-100％的二氧化氮氣，同時調整一次空氣進風量，使爐內一次空氣和二氧化氮總氧化劑的過剩系數為0.5-0.95，二次進風口的進風量按空氣過剩系數0.9-1.5配入，以保證剩余的甲醇裂解氣完全燃燒，燃燒后的氣體從焚燒爐出口排入大氣。
如上所述的燃燒器是非預混式燃氣燃燒器。
本發明與現有技術相比具有如下優點1.工藝簡單，操作容易。
2.處理二氧化氮濃度高，范圍廣，濃度可在10～100％范圍內變化。
3.被處理的二氧化氮氣可是連續或不連續供給。
4.燃燒尾氣中的二氧化氮殘余量小于400PPm。
5.氧化劑與還原劑在燃燒前不予混，避免發生爆炸的可能性，安全可靠。
6.設備簡單，可做成移動式的處理裝置，隨時對二氧化氮氣進行處理。
本發明的實例結合


如下實施例1如圖所示，1是爐體，2是燃燒氣出口，3是觀察孔，4是測溫孔，5是燃燒器，6是氧化劑進口，7是二次進風口，8是點火器，9是燃氣進口，10是燃燒器的一次進風口。
燃燒氣出口2位于爐體1的頂端，觀察孔3和測溫孔4位于爐體1中部，爐體1上部開有二次進風口7，爐體1下部點火器8，燃燒器5固定于爐體1底部。燃燒器5的上部開有燃氣進口9，下部開有一次進風口10和氧化劑進口6，并且使進入的空氣與氧化劑在混合腔中混合。
從一次進風口10通入一次空氣，調節流量為3.5m3/h(即空氣過剩系數為0.3)，在二次進風口9通入二次空氣15m3/h，打開點火器8開關，在甲醇裂解反應器內裝甲醇裂解-氧化雙功能催化劑10升，控制甲醇進料量使其液體空速0.32h-1，甲醇經計量泵加壓至0.06MPa，進入汽化器加熱至260℃，再進入甲醇裂解反應器進行甲醇裂解反應，反應溫度230℃，產生甲醇裂解氣4.8m3/h，甲醇裂解氣經冷凝器冷凝后，通過流量計計量后從燃燒器燃氣入口9送入焚燒爐內點燃，從測溫孔4測量爐內溫度達到500℃時，將1.4m3/h的NO2氣體與3.5m3/h的N2混合配制成濃度為28.6％的NO2混合氣體4.9m3/h，經燃燒器氧化劑進口6與一次空氣在燃燒器5下部的混合腔內混合后，通入爐內與爐內已點燃的甲醇裂解氣燃燒，氧化劑過剩系數為0.89，測爐內溫度為870℃，調整二次空氣過剩系數為1.3，以保證剩余的甲醇裂解氣完全燃燒，同時降低燃燒尾氣的溫度，燃燒后尾氣從燃燒氣出口2排入大氣，取樣氣泵抽氣取樣分析NO2小于200ppm。其它條件同實施例1。
實施例2其它條件同實施例1，只是將一次空氣量改為6.2m3/h(空氣過剩系數0.54)，同時將0.5m3/h的NO2氣體與4.4m3/h的N2混合配制成濃度為10.2％的NO2混合氣體4.9m3/h，與一次空氣混合后通入焚燒爐內燃燒，氧化劑過剩系數0.75，測爐內溫度為820℃，用取樣泵抽氣分析尾氣中NO2小于200ppm。
實施例3其它條件同實施例1，只是將一次空氣量改為2.5m3/h(空氣過剩系數0.22)，同時將2m3/h的NO2氣體與1.9m3/h的N2混合配制成濃度為51％的NO2混合氣體4.9m3/h，與一次空氣混合后通入焚燒爐內燃燒，氧化劑過剩系數為0.86，爐內溫度為1020℃，用取樣泵抽氣分析尾氣中NO2小于350ppm。
實施例4其它條件同實施例3，將1.3m3/h的NO2氣體通入爐內后將一次空氣關閉，氧化劑過剩系數為0.54，爐內溫度1180℃，用取樣泵抽氣分析尾氣中NO2小于300ppm。
實施例5其它條件同實施例1，只是將一次空氣量改為4.5m3/h(空氣過剩系數0.39)，同時將1.5m3/h的NO2氣體與3.6m3/h的N2混合配制成濃度為29％的NO2混合氣體5.1m3/h，與一次空氣混合后通入焚燒爐內燃燒，氧化劑過剩系數為0.63，爐內溫度840℃，用取樣泵抽氣分析尾氣中NO2小于200ppm。
權利要求
1.一種脫除高濃度二氧化氮的方法，其特征在于包括如下步驟(1)將空氣通入焚燒爐內吹掃，并使一次空氣過剩系數為0.2-0.7，二次空氣過剩系數為0.9-1.3，然后將由氫氣、一氧化碳和少量甲烷、二氧化碳組成的甲醇裂解氣通入焚燒爐內點燃；(2)當焚燒爐內的預熱溫度達到500℃，將體積百分比濃度為10-100％的二氧化氮氣體從燃燒器氧化劑入口與一次空氣混合，通入焚燒爐內與甲醇裂解氣一同燃燒，二氧化氮氣的通入量按二氧化氮與甲醇裂解氣體積比為1∶2.2-10通入，同時調節一次空氣量，使一次空氣和二氧化氮的總氧化劑過剩系數為0.5-0.95，爐內燃燒溫度控制為800-1300℃；(3)經過二次空氣，使燃燒不完全的甲醇裂解氣再次燃燒，最后排入大氣中。
2.根據權利要求1所述的一種脫除高濃度二氧化氮的方法，其特征在于所述的二氧化氮與甲醇裂解氣體積比為1∶2.5-10。
3.一種脫除高濃度二氧化氮的燃燒爐設備是由爐體(1)、燃燒氣出口(2)、觀察孔(3)、測溫孔(4)、燃燒器(5)組成，其特征在于在爐體(1)下部有一次進風口(10)，爐體(1)上部有二次進風口(7)，燃燒器(5)固定于爐體(1)底部，爐體(1)下部安裝有點火器(8)。
4.一種脫除高濃度二氧化氮的燃燒器設備，其特征在于所述的燃燒器(5)是非預混式煤氣燃燒器。
全文摘要
一種脫除高濃度二氧化氮的方法及其設備,以甲醇裂解生成的氫氣和一氧化碳為燃料,點燃該燃料之后,通入10—100%體積百分比濃度的二氧化氮氣體一同燃燒,生成水和二氧化碳和氮氣,達到處理氮氧化物的目的。具有工藝簡單操作容易,設備簡單,燃燒尾氣中的二氧化氮殘余量小于400PPm,總氮氧化物殘余量小于600PPm。
文檔編號B01D53/56GK1240154SQ9911084
公開日2000年1月5日 申請日期1999年7月21日 優先權日1999年7月21日
發明者蘇化東, 鄭質文, 李雯, 鄧惠平, 張玉珍, 張舒清, 曹立紅, 劉東勛, 崔富梅, 李毅, 孫吉獻, 吳志勇, 石晉峰, 閻曉強, 李江, 谷連文 申請人:中國科學院山西煤炭化學研究所, 中國人民解放軍88749部隊