CN111111401A - 一种工业废气中氮氧化物的无害化高效处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种工业废气中氮氧化物的无害化高效处理方法，涉及废气处理技术领域，工业废气经过进气管道进入加热器中加热升温后，再通过热还原器中的还原剂对废气中的氮氧化物进行还原处理得到掺杂有氮气的混合气体，混合气体经过冷凝器冷凝降温后，依次第一催化器和第二催化器催化降解，再通过设有风机和止回阀的循环管道返回进气管道中，重复上述处理步骤，直至检测合格后，从排气管道排出，排气管道上也设有风机，本发明对工业废气中氮氧化物的处理效果好，净化率达到99％以上，而且处理效率高，适合大规模推广应用。

Description

一种工业废气中氮氧化物的无害化高效处理方法
技术领域
本发明涉及废气处理技术领域，具体涉及一种工业废气中氮氧化物的无害化高效处理方法。
背景技术
工业废气，是指企业厂区内燃料燃烧和生产工艺过程中产生的各种排入空气的含有污染物气体的总称。这些废气有：二氧化碳、二硫化碳、硫化氢、氟化物、氮氧化物、氯、氯化氢、一氧化碳、硫酸、铅汞、铍化物、烟尘及生产性粉尘，排入大气，会污染空气，这些物质通过不同的途径经过呼吸道进入人的体内，有的直接产生危害，有的还有蓄积作用，会更加严重的危害人的健康，不同物质会有不同影响。
其中的氮氧化物主要包括氧化亚氮、一氧化氮、二氧化氮、亚硝酸、硝酸，还有少量三氧化二氮、四氧化二氮、三氧化氮和五氧化二氮等。其中一部分在大气中很不稳定，常温下很易转化成一氧化氮和二氧化氮。
氮氧化物会造成多种环境影响，主要表现在5个方面：氮氧化物自身的污染、臭氧污染、酸沉降、颗粒物污染、富营养化等问题。氮氧化物作为一次污染物，会对人体健康产生一定危害，氮氧化物还会产生多种二次污染物，作为生成臭氧的重要物质之一，与臭氧浓度和光化学污染紧密相关，氮氧化物还会造成土壤的酸化。排入大气中的氮氧化物和二氧化硫会导致酸雨，氮氧化物还会通过雨水落在江河湖泊、海洋中，进入地下水，造成水体的富营养化。富营养化问题还能引起土壤化学成分改变，即土壤酸化以及生态***失衡。
中国专利CN 107905875 A提供一种氮氧化物净化装置及方法，包括：氧化槽和吸收槽，氧化槽的侧边下端设有尾气进气口，尾气进气口的上方设有催化单元，催化单元覆盖整个氧化槽的横截面并与氧化槽的内壁固定连接，氧化槽的顶部设有第一喷淋装置，第一喷淋装置与氧化液的管道连接，吸收槽的顶部设有第二喷淋装置，第二喷淋装置与吸收液的管道连接，氧化槽和吸收槽一体化成型，氧化槽的顶部与吸收槽内的下端通过尾气连接通道连通，吸收槽的上部设有尾气出气口。
该发明提供了一种氮氧化物净化装置及方法，通过将汽车尾气引入氧化槽，在催化剂的作用下通过氧化液将尾气先进行氧化处理，再通过吸收槽对氮氧化物进行吸收，整个装置管路不易堵塞，并且净化效果好。该装置中对氮氧化物的催化处理方式较为单一，净化效果不好，而且仅仅适用于汽车尾气中的氮氧化物。
中国专利CN 104511240 A公开了一种处理氮氧化物废气的方法，涉及一种稀贵金属的分离提纯过程中、贵金属的冶金过程中产生的氮氧化物废气及大气的净化处理方法，其处理过程是将氮氧化物废气通入加入硫化钠和氢氧化钠的尿素溶液的吸收液，使尿素与氮氧化物进行吸收反应。该发明的方法，对氮氧化物废气的吸收效率高达91％，使废气最大限度的得到了治理，而且还简化了操作步骤，同时也使吸收后液更易回收与处理，利用尿素溶液对氮氧化物进行处理是对氮氧化物处理的一般方法，但是其对氮氧化物的处理效果不好，有很大一部分氮氧化物没有经过处理就被排放。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种工业废气中氮氧化物的无害化高效处理方法。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种工业废气中氮氧化物的无害化高效处理方法，具体为：工业废气经过进气管道进入加热器中加热升温后，再通过热还原器中的还原剂对废气中的氮氧化物进行还原处理得到掺杂有氮气的混合气体，混合气体经过冷凝器冷凝降温后，依次第一催化器和第二催化器催化降解，再通过设有风机和止回阀的循环管道返回进气管道中，重复上述处理步骤，直至检测合格后，从排气管道排出，排气管道上也设有风机。
优选地，所述还原剂为质量浓度为15-30％的尿素水溶液或液氨。
优选地，还原剂经过高压喷头成为雾滴与热的工业废气充分接触，起到充分还原处理的目的。
优选地，第一催化器的内壁上设有紫外灯，内部设有第一催化剂。
优选地，所述第一催化剂为TiO2/g-C3N4复合催化剂。
优选地，所述TiO2/g-C3N4复合催化剂的制备方法如下：
优选地，将层状钛酸和三聚氰胺机械粉碎混合后，氮气保护下，升温至300-320℃煅烧1-3h后，再升温至620-650℃煅烧4-6h，研磨后加入甲醇，超声处理20-50min，回流搅拌处理5-10h，减压浓缩，蒸干甲醇后，研磨即可。
优选地，层状钛酸和三聚氰胺的质量比为100:1-5。
优选地，第二催化器内填充有第二催化剂，所述第二催化剂为CeO2-CuO/γ-Al2O3、Na-Rh/γ-Al2O3、Ag/γ-Al2O3、Ag-Pt/γ-Al2O3、MnOx/γ-Al2O3、Fe-Mn/γ-Al2O3中的任意一种。
优选地，所述第二催化器内还设有等离子体发生器。
(三)有益效果
本发明提供了一种工业废气中氮氧化物的无害化高效处理方法，具有以下有益效果：
工业废气从左侧进气管道进入加热器中，当工业废气温度在450℃以上时，加热器不工作，当工业废气温度在450℃以下时，加热器工作，将其加热到450℃以上，热的工业废气进入热还原器中，还原剂(质量浓度为15-30％的尿素水溶液或液氨)经过高压喷头成为雾滴与热的工业废气逆向充分接触，起到充分还原处理的目的，此步骤中约80-85％的氮氧化物被还原成为氮气，TiO2/g-C3N4复合催化剂在紫外灯的作用下，可以对剩余的氮氧化物进行光催化，复合催化剂中g-C3N4的引入造成了TiO2的晶格缺陷，导致TiO2中光催化活性位较多，提高了光催化活性，而且相比于现有的方法，本发明TiO2/g-C3N4复合催化剂的制备方法简单，光催化效果好，最后再利用等离子与催化剂协同对剩余微量氮氧化物进行净化，使得净化效果更好，避免有残余氮氧化物排入大气，当氮氧化物的浓度过高时，经过处理后的废气再通过循环管道返回进气管道中，重复上述处理步骤，多次处理，本发明对工业废气中氮氧化物的处理效果好，净化率达到99％以上，而且处理效率高，适合大规模推广应用。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图；
图中标号分别代表：
1、热还原器；2、冷凝器；3、第一催化器；4、第二催化器；5、止回阀；6、风机；7、加热器。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
结合图1，工业废气从左侧进气管道进入加热器中，当工业废气温度在450℃以上时，加热器不工作，当工业废气温度在450℃以下时，加热器工作，将其加热到450℃以上，热的工业废气进入热还原器中，还原剂(质量浓度为15-30％的尿素水溶液或液氨)经过高压喷头成为雾滴与热的工业废气逆向充分接触，起到充分还原处理的目的，此步骤中约80-85％的氮氧化物被还原成为氮气，掺杂有氮气的混合气体依次第一催化器和第二催化器催化降解，再通过循环管道返回进气管道中，重复上述处理步骤，直至检测合格后，从排气管道排出。
实施例1：
一种工业废气中氮氧化物的无害化高效处理方法如下：
工业废气经过进气管道进入加热器中加热升温后，再通过热还原器中的还原剂(质量浓度为20％的尿素水溶液)对废气中的氮氧化物进行还原处理得到掺杂有氮气的混合气体，混合气体经过冷凝器冷凝降温后，依次第一催化器和第二催化器催化降解，第一催化器的内壁上设有紫外灯，内部设有TiO2/g-C3N4复合催化剂，第二催化器内设有等离子体发生器和CeO2-CuO/γ-Al2O3，再通过设有风机和止回阀的循环管道返回进气管道中，重复上述处理步骤，直至检测合格后，从排气管道排出，排气管道上也设有风机。
TiO2/g-C3N4复合催化剂的制备方法如下：
将层状钛酸和三聚氰胺按质量比100:3机械粉碎混合后，氮气保护下，升温至300℃煅烧3h后，再升温至640℃煅烧5h，研磨后加入甲醇，超声处理20min，回流搅拌处理6h，减压浓缩，蒸干甲醇后，研磨即可。
实施例2：
一种工业废气中氮氧化物的无害化高效处理方法如下：
工业废气经过进气管道进入加热器中加热升温后，再通过热还原器中的还原剂(液氨)对废气中的氮氧化物进行还原处理得到掺杂有氮气的混合气体，混合气体经过冷凝器冷凝降温后，依次第一催化器和第二催化器催化降解，第一催化器的内壁上设有紫外灯，内部设有TiO2/g-C3N4复合催化剂，第二催化器内设有等离子体发生器和Na-Rh/γ-Al2O3，再通过设有风机和止回阀的循环管道返回进气管道中，重复上述处理步骤，直至检测合格后，从排气管道排出，排气管道上也设有风机。
TiO2/g-C3N4复合催化剂的制备方法如下：
将层状钛酸和三聚氰胺按质量比100:5机械粉碎混合后，氮气保护下，升温至310℃煅烧3h后，再升温至640℃煅烧6h，研磨后加入甲醇，超声处理30min，回流搅拌处理10h，减压浓缩，蒸干甲醇后，研磨即可。
实施例3：
一种工业废气中氮氧化物的无害化高效处理方法如下：
工业废气经过进气管道进入加热器中加热升温后，再通过热还原器中的还原剂(质量浓度为30％的尿素水溶液)对废气中的氮氧化物进行还原处理得到掺杂有氮气的混合气体，混合气体经过冷凝器冷凝降温后，依次第一催化器和第二催化器催化降解，第一催化器的内壁上设有紫外灯，内部设有TiO2/g-C3N4复合催化剂，第二催化器内设有等离子体发生器和Ag/γ-Al2O3，再通过设有风机和止回阀的循环管道返回进气管道中，重复上述处理步骤，直至检测合格后，从排气管道排出，排气管道上也设有风机。
TiO2/g-C3N4复合催化剂的制备方法如下：
将层状钛酸和三聚氰胺按质量比100:1机械粉碎混合后，氮气保护下，升温至300℃煅烧3h后，再升温至640℃煅烧6h，研磨后加入甲醇，超声处理350min，回流搅拌处理8h，减压浓缩，蒸干甲醇后，研磨即可。
实施例4：
一种工业废气中氮氧化物的无害化高效处理方法如下：
工业废气经过进气管道进入加热器中加热升温后，再通过热还原器中的还原剂(质量浓度为15％的尿素水溶液)对废气中的氮氧化物进行还原处理得到掺杂有氮气的混合气体，混合气体经过冷凝器冷凝降温后，依次第一催化器和第二催化器催化降解，第一催化器的内壁上设有紫外灯，内部设有TiO2/g-C3N4复合催化剂，第二催化器内设有等离子体发生器和Ag-Pt/γ-Al2O3，再通过设有风机和止回阀的循环管道返回进气管道中，重复上述处理步骤，直至检测合格后，从排气管道排出，排气管道上也设有风机。
TiO2/g-C3N4复合催化剂的制备方法如下：
将层状钛酸和三聚氰胺按质量比100:2机械粉碎混合后，氮气保护下，升温至305℃煅烧2h后，再升温至620℃煅烧4h，研磨后加入甲醇，超声处理30min，回流搅拌处理8h，减压浓缩，蒸干甲醇后，研磨即可。
实施例5：
一种工业废气中氮氧化物的无害化高效处理方法如下：
工业废气经过进气管道进入加热器中加热升温后，再通过热还原器中的还原剂(质量浓度为15-30％的尿素水溶液)对废气中的氮氧化物进行还原处理得到掺杂有氮气的混合气体，混合气体经过冷凝器冷凝降温后，依次第一催化器和第二催化器催化降解，第一催化器的内壁上设有紫外灯，内部设有TiO2/g-C3N4复合催化剂，第二催化器内设有等离子体发生器和MnOx/γ-Al2O3，再通过设有风机和止回阀的循环管道返回进气管道中，重复上述处理步骤，直至检测合格后，从排气管道排出，排气管道上也设有风机。
TiO2/g-C3N4复合催化剂的制备方法如下：
将层状钛酸和三聚氰胺按质量比100:4机械粉碎混合后，氮气保护下，升温至300℃煅烧2h后，再升温至620℃煅烧4h，研磨后加入甲醇，超声处理20min，回流搅拌处理10h，减压浓缩，蒸干甲醇后，研磨即可。
实施例6：
一种工业废气中氮氧化物的无害化高效处理方法如下：
工业废气经过进气管道进入加热器中加热升温后，再通过热还原器中的还原剂(液氨)对废气中的氮氧化物进行还原处理得到掺杂有氮气的混合气体，混合气体经过冷凝器冷凝降温后，依次第一催化器和第二催化器催化降解，第一催化器的内壁上设有紫外灯，内部设有TiO2/g-C3N4复合催化剂，第二催化器内设有等离子体发生器和Fe-Mn/γ-Al2O3，再通过设有风机和止回阀的循环管道返回进气管道中，重复上述处理步骤，直至检测合格后，从排气管道排出，排气管道上也设有风机。
TiO2/g-C3N4复合催化剂的制备方法如下：
将层状钛酸和三聚氰胺按质量比100:1机械粉碎混合后，氮气保护下，升温至300℃煅烧2h后，再升温至630℃煅烧5h，研磨后加入甲醇，超声处理20min，回流搅拌处理6h，减压浓缩，蒸干甲醇后，研磨即可。
实施例7：
一种工业废气中氮氧化物的无害化高效处理方法如下：
工业废气经过进气管道进入加热器中加热升温后，再通过热还原器中的还原剂(质量浓度为25％的尿素水溶液)对废气中的氮氧化物进行还原处理得到掺杂有氮气的混合气体，混合气体经过冷凝器冷凝降温后，依次第一催化器和第二催化器催化降解，第一催化器的内壁上设有紫外灯，内部设有TiO2/g-C3N4复合催化剂，第二催化器内设有等离子体发生器和MnOx/γ-Al2O3，再通过设有风机和止回阀的循环管道返回进气管道中，重复上述处理步骤，直至检测合格后，从排气管道排出，排气管道上也设有风机。
TiO2/g-C3N4复合催化剂的制备方法如下：
将层状钛酸和三聚氰胺按质量比100:1机械粉碎混合后，氮气保护下，升温至300℃煅烧1h后，再升温至620℃煅烧4h，研磨后加入甲醇，超声处理20min，回流搅拌处理5h，减压浓缩，蒸干甲醇后，研磨即可。
实施例8：
一种工业废气中氮氧化物的无害化高效处理方法如下：
工业废气经过进气管道进入加热器中加热升温后，再通过热还原器中的还原剂(液氨)对废气中的氮氧化物进行还原处理得到掺杂有氮气的混合气体，混合气体经过冷凝器冷凝降温后，依次第一催化器和第二催化器催化降解，第一催化器的内壁上设有紫外灯，内部设有TiO2/g-C3N4复合催化剂，第二催化器内设有等离子体发生器和CeO2-CuO/γ-Al2O3，再通过设有风机和止回阀的循环管道返回进气管道中，重复上述处理步骤，直至检测合格后，从排气管道排出，排气管道上也设有风机。
TiO2/g-C3N4复合催化剂的制备方法如下：
将层状钛酸和三聚氰胺按质量比100:5机械粉碎混合后，氮气保护下，升温至320℃煅烧3h后，再升温至650℃煅烧6h，研磨后加入甲醇，超声处理50min，回流搅拌处理10h，减压浓缩，蒸干甲醇后，研磨即可。
下表1为本发明实施例1-3对工业废气中氮氧化物的处理结果。
表1：
Figure BDA0002332777750000091
由上表1可知：
本发明对工业废气中氮氧化物的处理效果好，净化率达到99％以上，而且处理效率高，适合大规模推广应用。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种工业废气中氮氧化物的无害化高效处理方法，其特征在于，工业废气经过进气管道进入加热器中加热升温后，再通过热还原器中的还原剂对废气中的氮氧化物进行还原处理得到掺杂有氮气的混合气体，混合气体经过冷凝器冷凝降温后，依次第一催化器和第二催化器催化降解，再通过设有风机和止回阀的循环管道返回进气管道中，重复上述处理步骤，直至检测合格后，从排气管道排出，排气管道上也设有风机。
2.如权利要求1所述的工业废气中氮氧化物的无害化高效处理方法，其特征在于，所述还原剂为质量浓度为15-30％的尿素水溶液或液氨。
3.如权利要求1所述的工业废气中氮氧化物的无害化高效处理方法，其特征在于，还原剂经过高压喷头成为雾滴与热的工业废气充分接触，起到充分还原处理的目的。
4.如权利要求1所述的工业废气中氮氧化物的无害化高效处理方法，其特征在于，第一催化器的内壁上设有紫外灯，内部设有第一催化剂。
5.如权利要求4所述的工业废气中氮氧化物的无害化高效处理方法，其特征在于，所述第一催化剂为TiO2/g-C3N4复合催化剂。
6.如权利要求5所述的工业废气中氮氧化物的无害化高效处理方法，其特征在于，所述TiO2/g-C3N4复合催化剂的制备方法如下：将层状钛酸和三聚氰胺机械粉碎混合后，氮气保护下，升温至300-320℃煅烧1-3h后，再升温至620-650℃煅烧4-6h，研磨后加入甲醇，超声处理20-50min，回流搅拌处理5-10h，减压浓缩，蒸干甲醇后，研磨即可。
7.如权利要求6所述的工业废气中氮氧化物的无害化高效处理方法，其特征在于，层状钛酸和三聚氰胺的质量比为100:1-5。
8.如权利要求1所述的工业废气中氮氧化物的无害化高效处理方法，其特征在于，第二催化器内填充有第二催化剂，所述第二催化剂为CeO2-CuO/γ-Al2O3、Na-Rh/γ-Al2O3、Ag/γ-Al2O3、Ag-Pt/γ-Al2O3、MnOx/γ-Al2O3、Fe-Mn/γ-Al2O3中的任意一种。
9.如权利要求8所述的工业废气中氮氧化物的无害化高效处理方法，其特征在于，所述第二催化器内还设有等离子体发生器。
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CN113617224A (zh) * 2021-08-23 2021-11-09 湖州乙戈环保设备有限公司 一种高速漆包线机用氮氧化物废气的处理装置及其处理方法
CN116907209A (zh) * 2023-09-14 2023-10-20 江苏博涛智能热工股份有限公司 一种物料预处理回转炉

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