[发明专利]低温冷箱分离工业废气中氮氧化物的方法

说明书

技术领域

本发明专利属于NO_X废气环保治理、节能减排、再生资源化和循环经济技术领域。

背景技术

氮氧化物(主要指NO和NO₂，通称NOx)是目前造成大气污染的重要污染源之一。NO_X废气不但会造成酸雨、酸雾，还能破坏臭氧层，给自然环境和人类生产、生活带来严重危害。随着社会经济的持续性发展，我国对于环境的保护也越来越重视，刚刚出炉的十二五规划中也将废气脱硝和废水控氮列入重点发展规划。因此控制氮氧化物排放、加强氮氧化物污染的治理，发展氮氧化物新技术已成为环境保护工作中一项非常紧迫的任务。

目前氮氧化物的治理分为两大类，一类是控制燃烧过程中的氮氧化物；二是净化氮氧化物技术，前者是从源头上尽可能的降低氮氧化物的排放，主要有烟气循环法、二段燃烧法等；后一种对氮氧化物废气的脱除技术主要分为干法和湿法两大类。干法主要包括催化还原法、固体吸附法、等离子法，主要适用于低浓度氮氧化物体系，例如汽车尾气、燃料燃烧废气等。湿法则主要是通过用水、稀酸、碱溶液来反应吸收高浓度的NO_X。目前随着国家提倡节能减排、资源再生新技术的开发应用，采用水或稀酸吸收处理技术是近几年来发展最快、应用最广的技术，其不仅能够实现NO_X废气的环保排放，还能将废气中的NO_X全部进行回收和资源化，并根据实际需要生产出10～65％浓度不等的硝酸供企业循环利用。

美国德林卡德公司曾提出一种用于硝酸制造、再循环或回收的专利(CN96199789.3)：先用硝酸将NO_X源中的NO氧化成3价的氮氧化物(如N₂O₃)，再通入氧气和水进行反应，生成硝酸。这表明NO_X向硝酸转化过程中还存在其它可逆和不可逆反应。由于部分反应是循环进行的(如NO被氧化成NO₂，而NO₂与水又反应生成NO)，实践证明采用水或稀硝酸常压单塔或多塔串联吸收的方法，尾气排放很难达到国家排放标准(＜240mg/m3，186ppm)，有的甚至依然为“黄龙”。专利CN02138494.0曾提出一种以吸收塔为主吸收设备，喷射泵为辅助吸收设备，常压下用稀硝酸单级循环吸收尾气中氮氧化物的方法。其实际效果有待考证。本专利发明人获授权的专利ZL200610039814.1提出了一种治理回收氮氧化物的整套工艺，包括吸收、漂白、浓缩过程，该套工艺已在生产己二酸、草酸、DNT的企业(均采用硝酸做氧化剂，硝烟吸收后重新变为高浓度硝酸循环利用)成功应用。

综合目前所有的脱硝技术，唯一能产出有一定经济价值的工艺就是将回收的氮氧化物变为硝酸循环利用的技术，而此类工艺要达标排放(240mg/m³，186ppm)，其操作压力必须在0.4MPa以上。高压吸收工艺具有如下缺陷：一方面带压吸收过程中氮氧化物废气的压缩需要耗费大量的能量，另一方面气体在压缩过程中冷凝的硝酸容易腐蚀压缩设备，造成设备运行的不稳定，目前出口压力高于0.3MPa的NOX特种气体压缩机还依赖于进口，选择范围窄，造价昂贵。

发明内容

本发明提出了一种低温冷箱分离工业废气中氮氧化物(NO_X)的方法，该方法与传统的治理和回收工艺思路完全不同，主要思想在于，利用NO₂沸点较高(常压下沸点21℃)，与N₂(常压下沸点-195℃)、O₂(常压下沸点-183℃)、CO(常压下沸点-191℃)、CO₂(常压下沸点-78℃)相差较大，因此可以在低温下利用气液平衡原理通过分级冷凝的方式实现NO₂的分离。该方法一方面不仅实现了达标排放(通过深冷箱压力和温度调节控制尾气排放中NO_X浓度＜93ppm)，而且可以得到附加值更高的高纯NO₂液体(99.95％的NO₂售价达到500元/kg)，提高经济效益；另一方面冷箱工艺的压力要求低，基本在常压或者微正压，避免了高压工艺中特种气体压缩设备难以选择、运行过程容易损坏等缺陷。

本发明具体技术方案和原理如下：

一种低温冷箱分离工业废气中氮氧化物(NO_X)的方法，主要由变压、沉降、干燥、预冷换热、冷箱分离单元所组成，它包括如下步骤：