離子液體凈化處理氮氧化物尾氣技術(shù)介紹

1.1  NOx已成為氣相污染的重要因素

近年來，隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，氮氧化物（NOx）污染物的排放量迅速增加，嚴重污染了生態(tài)環(huán)境，已成為制約社會經(jīng)濟發(fā)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(qū)域細粒子污染和灰霾的重要原因。跟蹤監(jiān)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(jīng)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(huán)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(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展和環(huán)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(chǎn)生方式的不同可以分為兩類，即連續(xù)排放尾氣和間歇排放尾氣。

連續(xù)排放尾氣，以連續(xù)化生產(chǎn)裝置（以硝酸、硝酸銨為主）及連續(xù)化燃料焚燒（以火力發(fā)電廠與窯爐為主）兩種產(chǎn)生方式占主導地位。這類尾氣又由于產(chǎn)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(fā)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(chǎn)裝置和間歇性燃料焚燒產(chǎn)生，其主要特點是非連續(xù)化排放和高濃度，其中以催化劑生產(chǎn)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(shù)現(xiàn)狀

目前，常見的凈化處理尾氣中NOx的工藝路線按照產(chǎn)物的形態(tài)和用途，可以分為回收利用（富集收集NOx或變?yōu)橄跛幔?/span>、氮氣化還原（將NOx轉(zhuǎn)變?yōu)?/span>N₂）、硝酸鹽轉(zhuǎn)化（將NOx轉(zhuǎn)變?yōu)橄跛猁}及亞硝酸鹽）幾類，并由此衍生出多種技術(shù)方案，其中以將NOx轉(zhuǎn)變?yōu)?/span>N₂的氮氣化還原路線為主導方向。

幾類工藝的特點見下表。

2  離子液體凈化處理技術(shù)介紹

離子液體凈化處理NOx技術(shù)是我公司與中科院成都分院在小試、中試基礎(chǔ)上，成功開發(fā)出了非堿液相NOx尾氣處理技術(shù)。

采用本技術(shù)處理NOx尾氣的是湖南省醴陵市協(xié)華科技實業(yè)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(tǒng)目前已經(jīng)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(shù)，采用以尿素為原料之一的離子液體作為基礎(chǔ)，利用離子液體+液體催化劑的催化作用，實現(xiàn)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(zhuǎn)變?yōu)?/span>N₂，確保了不低于99%的NOx轉(zhuǎn)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(shù)的原理是尿素與NOx發(fā)生氧化還原反應，將NOx轉(zhuǎn)變?yōu)闊o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(shù)特點

（1）適應范圍廣

該技術(shù)適用于目前各類含NOx尾氣的凈化處理，包括連續(xù)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(shù)嚴格限制組份的含NOx尾氣的處理。

（2）技術(shù)穩(wěn)定易操作

該技術(shù)成套裝置具有優(yōu)良的伺服性能，可以對含NOx尾氣做到即時響應，并且運行穩(wěn)定，操作簡單方便。

（3）處理效率高

該技術(shù)具有優(yōu)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(jiān)測結(jié)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(chǎn)物是N₂，無氨產(chǎn)生，氣相產(chǎn)物可以達到有關(guān)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(chǎn)物生成。硝酸脲易結(jié)晶，含有硝基和氨基，是優(yōu)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(zhì)生成。

離子液體作為循環(huán)母液循環(huán)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(shù)最主要的易耗原料是尿素，相比于其他技術(shù)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(huán)的動力需求。

處理過程運行成本較低。

3  流程圖及說明

根據(jù)西安向陽航天材料股份有限公司催化劑生產(chǎn)之溶解金屬工段所產(chǎn)生的氮氧化物尾氣中NO占絕大多數(shù)，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(jīng)過處理后的尾氣中殘余的微量NOx濃度遠遠低于有關(guān)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(huán)槽中，在補加所消耗的尿素和少量活性組份后循環(huán)使用。

液相中會有少量硝酸脲產(chǎn)物生成，在離子液體中易結(jié)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(shù)中主要消耗物料。

據(jù)監(jiān)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