一种吸附净化并富集回收烟气氮氧化物的方法及系统技术方案

本发明专利技术属于烟气中气体回收技术领域，具体涉及一种吸附净化并富集回收烟气氮氧化物的方法及系统。所述方法在保证烟气运输过程中不结酸结露、不损耗NOX组分含量的前提下，先对烟气进行脱硫、降温、脱水、再降温；再将无硫、无水、常温的烟气通入到吸附器中对NOX进行吸附脱除；吸附饱和后通过加热、负压方式对吸附剂进行解吸再生，得到含较高浓度NO2、NO的混合解吸气；最后采用精馏方法液化、分离、提浓解吸气，得到高纯的NO2液态与NO气态产品；该方法克服现有烟气中NOX无损富集回收的不足，在高效脱除烟气中NOX的同时形成附加值很高的NO与NO2产品，同时充分利用余热资源，与现有技术相比，具有更为显著的经济效益。

A Method and System for Adsorption, Purification and Enrichment and Recovery of Nitrogen Oxides from Flue Gas

The invention belongs to the technical field of gas recovery in flue gas, in particular to a method and system for adsorbing, purifying and enriching nitrogen oxides in flue gas. Under the precondition of no acid condensation and no loss of NOX component content during flue gas transportation, the method first desulfurizes the flue gas, lowers the temperature, dehydrates and then lowers the temperature; then the flue gas without sulfur, water and normal temperature is introduced into the adsorber to adsorb and remove NOX; after adsorption saturation, the adsorbent is desorbed and regenerated by heating and negative pressure, and the adsorbent with high concentration of NO2, NO is obtained. Mixed desorption gas; At last, distillation method is used to liquefy, separate and concentrate desorption gas to obtain high purity liquid NO2 and gaseous NO products; this method overcomes the shortcomings of non-destructive enrichment and recovery of NOX in existing flue gas, and forms high value-added NO and NO2 products while efficiently removing NOX in flue gas, and makes full use of waste heat resources. Compared with existing technology, this method has more remarkable economy. Benefits.

【技术实现步骤摘要】
一种吸附净化并富集回收烟气氮氧化物的方法及系统
本专利技术属于烟气中气体回收
，具体涉及一种吸附净化并富集回收烟气氮氧化物的方法及系统。
技术介绍
工业烟气中含有大量的SO2及NOX等污染物，浓度通常在200-1500mg/Nm3，常采用湿法法或半干法脱硫、SCR催化脱硝等技术对其分别进行消解脱除或转化成其他废物。事实上，高纯NO2及NO在冶金、化工、医学等多领域具有重要应用价值，烟气中的这些成分理应成其重要来源。将烟气污染物分离富集并资源化，已成为当前重要的一种绿色经济的治污趋向，但要有效实现这一技术路线，依然面临两大瓶颈难题：(1)烟气中NOX的无破坏收集：在保证烟气排放达标的前提下，要求各污染物在保持原有分子结构、未发生化学反应的条件下被转移，并以稳定聚集形式收集下来；(2)已收集NOX的资源化提浓：将收集到的NOX进行分离、除杂及资源化，得到高浓单组分产品。吸附技术因其简便性及对气体富集的普适性而具备同步分离复杂气氛的天然属性。针对NOX气体，主要以物理吸附为主，分子将主要吸附凝聚在吸附剂孔道内部。NOX的再生气资源化收益空间巨大，按目前NO与NO2特种气体市场价格计算，仅10万立/每小时的烧结烟气即可创造约1500万元的年总售额。但当前烟气多污染物吸附净化过程中由于二氧化硫、水蒸气及高温的影响，吸附剂对NOX的吸附量有限，使得难以通过再生气回收得到较高浓度且不含二氧化硫、水蒸的NOX富集气，难于进行NOX的高效提浓。在工业烟气污染物末端治理方面，过去主要关注粉尘和二氧化硫(SO2)的控制。国内外开发的脱硫技术主要有石灰-石膏法、镁法等湿法工艺；循环流化床、密相干塔等半干法脱硫工艺；活性炭吸附等干法脱硫工艺。其中湿式镁法多污染物协同去除技术具有减排效率高、余热自满足程度高的优点，但设施易结垢且治污固废未有效资源化利用。固废资源化及废水循环利用是未来工作重点。国内外开发的脱硝技术主要有SCR和SNCR两大类，SCR工艺因高效易操控而成为脱硝技术主流，现有催化剂主要为用于高温脱硝的钒钛系催化剂和用于焦化烟气脱硝的中低温催化剂。北京工业大学研发的钒钛催化剂，应用于湛江钢铁焦炉烟气净化低温SCR脱硝项目，系世界首套焦炉烟气低温脱硝工业化装置，200℃时脱硝率可达90％，提升催化剂低温活性并兼顾抗硫性是烟气脱硝研究的关键。近年来SO2与NOX的协同脱除备受关注，主要技术有活性焦吸附、NOXSO、LILAC等。日本新日铁等钢铁公司已经将活性焦用于吸附脱除SO2、NOX、二噁英、重金属等污染物。NOXSO工艺于1993年在美国获得规模应用，SO2和NOX的脱除率均优于85％，污染物解吸耗能大且资源化率低。我国太钢建设的活性焦法脱硫脱硝设备，脱硫效率大于95％，喷氨脱硝效率可达40％，活性焦再生耗能较大，仅可将SO2转化为稀硫酸且NOX未能资源化。作为现有主流的工业烟气脱硝技术，SCR法是基于催化的原理将烟气中NOX进行消解转化，无法对NOX进行无损回收并产生高附加值的产品。此外，SCR法脱硝需消耗昂贵的贵金属催化剂，催化剂易被粉尘及SO2毒化，为降低毒化速率需要保证在高温下脱硝，烟气回温能耗较高，运行成本高；同时在催化过程中需要喷入大量氨水，进而带来氨逃逸的环境污染问题。对于其他基于化学反应的脱硝技术(如氧化、吸收等)，NOX都在反应过程中不可避免地大量损耗转化，无法对NO及NO2进行富集回收。对于NOX的无损脱除与回收，可逆的物理吸附是关键的技术之一。活性焦协同吸附脱硫脱硝的方法通常具备40％的NOX脱除效率，该方法缺陷在于效率较低，且活性焦对NOX的吸附量衰减较快，难以稳定在一个水平；同时，由于碳材料在固定床中存在燃爆等安全问题，必须采用移动床方能实现高温解吸，从而使得解吸塔在固料动态移动过程中难于实现密封，解吸时需通入较多惰性气体，导致NOX解吸气稀释，不利于其富集回收。沸石类吸附剂不存在高温燃爆隐患且具有较高的热稳定性，可以用于固定床脱硝，但其受SO2、水分、吸附温度的影响较大，为获得较高且稳定的NOX吸附量，需要对烟气进行脱硫脱水降温，而在此过程中又不可避免地损耗NOX，造成NO及NO2进行富集回收困难。目前NOX资源化回收的手段主要是将净化过程中再生得到的复杂NOX混合气体，经过催化转化形成硝酸，抑或是通过加入氧化剂，生成硝酸，硝酸铵，硝酸钾，硝酸钠等。尚不存在采用精馏法提取附加值更高的高纯NO2、NO的技术手段，其主要原因在于通过常规高温烟气一体化吸附法的NOX吸附量较低，难以再生得到较高浓度且不含SO2与水的NOX富集气体。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提出一种吸附净化并富集回收烟气氮氧化物的方法及系统，该方法克服现有烟气中NOX无损富集回收的不足，在高效脱除烟气中NOX的同时形成附加值很高的NO与NO2产品，充分利用余热资源，与现有技术相比，具有更为显著的经济效益。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种吸附净化并富集回收烟气氮氧化物的方法，所述方法在保证烟气运输过程中不结酸结露、不损耗NOX组分含量的前提下，先对烟气进行脱硫、降温、脱水、再降温；再将无硫、无水、常温的烟气通入到吸附器中对NOX进行吸附脱除；吸附饱和后通过加热、负压方式对吸附剂进行解吸再生，得到含较高浓度NO2、NO的混合解吸气；最后采用精馏方法液化、分离、提浓解吸气得到高纯的NO2液态与NO气态产品；烟气降温所得余热用于吸附剂解吸再生及精馏制冷所需能耗。进一步地，所述方法具体包括以下步骤：S1，高温烟气经过鼓风机进入SO2吸附器脱硫；S2，对脱硫后的高温烟气进行降温，并对该高温烟气余热进行收集；S3，采用脱水塔对降温后的烟气中的水分进行脱除，尾部得到干燥的烟气；S4，对S3中得到所述干燥的烟气进行再次降温，得到常温的干燥烟气；S5，采用NOX吸附器对S4中得到的常温干燥烟气中的NOX进行吸附脱除，得到洁净的尾气；将NOX吸附器解吸后得到较高浓度的NO、NO2解吸气；采用精馏工艺进一步液化、分离、提纯NO、NO2解吸气，得到各自的高纯产品；S6，将所收集的烟气余热分别用于干燥塔解吸所需的热量、吸附器解吸所需的热量以及NOX精馏时所需冷量。进一步地，所述S1中，来自上游工段的烟气首先经过脱硫塔，脱硫方法可以采用常用活性炭法(干法)、半干法或湿法工艺，对烟气中的SO2进行精脱除，尾气SO2浓度小于10ppm，NOX的浓度在整个脱硫过程中变化不大。进一步地，所述S2中，脱完硫的烟气经鼓风机进入换热器进行降温，温度降至50-90℃，保证烟气不在换热器管道中结酸或结露，并同时收集烟气中的余热；所述换热器为气-气或气-液板式或管壳式换热器，换热器具备防腐功能。进一步地，所述S3中，将经所述S2降温后的烟气采用包含至少有2座脱水塔脱水工艺进行脱水；所述脱水工艺为真空变压吸附、变温吸附或真空变温吸附工艺；所述脱水塔为轴向流或径向流固定床形式，塔中填装有以硅胶、沸石、氧化铝为主的混合吸附剂，烟气中NOX的浓度在整个脱水过程中基本不变；所述脱水塔吸附饱和后进行切换，烟气转而进入另一座脱水塔进行脱水；同时对已吸附饱和的脱水塔进行再生，再生方式为常温负压、通热风直接加热吸附剂或负压与间接加热吸附剂同时进行，负压为-80kPa～-4本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种吸附净化并富集回收烟气氮氧化物的方法，其特征在于，所述方法先对烟气进行脱硫、降温、脱水、再降温；再将无硫、无水、常温的烟气通入到吸附器中对NOX进行吸附脱除；吸附饱和后通过加热、负压方式对吸附剂进行解吸再生，得到含较高浓度NO2、NO的混合解吸气；最后采用精馏方法液化、分离、提浓解吸气得到高纯的NO2液态与NO气态产品。

【技术特征摘要】
1.一种吸附净化并富集回收烟气氮氧化物的方法，其特征在于，所述方法先对烟气进行脱硫、降温、脱水、再降温；再将无硫、无水、常温的烟气通入到吸附器中对NOX进行吸附脱除；吸附饱和后通过加热、负压方式对吸附剂进行解吸再生，得到含较高浓度NO2、NO的混合解吸气；最后采用精馏方法液化、分离、提浓解吸气得到高纯的NO2液态与NO气态产品。2.根据权利要求1所述的一种吸附净化并富集回收烟气氮氧化物的方法，其特征在于，所述方法具体包括以下步骤：S1，高温烟气经过鼓风机进入SO2吸附器脱硫；S2，对脱硫后的高温烟气进行降温，并对该高温烟气余热进行收集；S3，采用脱水塔对降温后的烟气中的水分进行脱除，得到干燥的烟气；S4，对S3中得到所述干燥的烟气进行再次降温，得到常温的干燥烟气；S5，采用NOX吸附器对S4中得到的常温干燥烟气中的NOX进行吸附脱除，得到洁净的尾气；将NOX吸附器解吸后得到较高浓度的NO、NO2解吸气；采用精馏工艺进一步液化、分离、提纯NO、NO2解吸气，得到各自的高纯产品。3.根据权利要求2所述的一种吸附净化并富集回收烟气氮氧化物的方法，其特征在于，所述S2中，脱完硫的烟气经鼓风机进入换热器进行降温，温度降至50-90℃，保证烟气不在换热器管道中结酸或结露，并同时收集烟气中的余热；所述换热器为气-气或气-液板式或管壳式换热器，换热器具备防腐功能。4.根据权利要求2所述的一种吸附净化并富集回收烟气氮氧化物的方法，其特征在于，所用脱水塔为轴向流或径向流固定床形式，吸附剂为硅胶、沸石和氧化铝的混合吸附剂，所述硅胶、沸石和氧化铝三者体积配比i:j:k满足1<i<20，1<j<10，1<k<40；混合吸附剂中的H2O饱和吸附量为4～60mmol/g，NOX的饱和吸附量<0.1μmol/g。5.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：李子宜，刘应书，杨雄，彭兆丰，邢奕，刘文海，田京雷，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：北京,11