【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种针对氮氧化物的吸收转化和资源化利用工艺。
技术介绍
1、氮氧化物(nox)废气是大气污染的主要污染物之一，是导致酸雨和光化学烟雾等现象的原因之一，对人类健康以及生存环境造成不同程度的危害。因此氮氧化物污染物需要一种高效、有经济性的处理方法。同时，氢能源近几年作为理想清洁能源，引发社会各界关注。但目前国内大规模储氢经济性差，满足用氢需求仍有较大瓶颈。而氨分子的含氢量高，被作为新型的储氢载体，极具前景。若能将氮氧化物废气转化成的氨作为一种储氢载体，既能降低氮氧化物的危害，又可在终端裂解制氢，最终实现氮氧化物的资源化利用。
2、但是目前氮氧化物废气制氨气/氢气仍然存在一些技术瓶颈：
3、1.氮氧化物的吸收技术，目前技术主要有scr、常规吸收、液相气膜技术等。但scr技术的能耗高，常规吸收吸收速率慢，液相气膜技术因吸收液易挥发、对设备要求高而导致效率降低。例如，中国专利技术专利cn115814573a公开了用于生产矿源硝基腐植酸与硝基黄腐酸的综合处理系统，其中包含了对氮氧化物的处理，氮氧化物通过多道硅胶、分子筛、活性炭等物理吸附与氢氧化钠或过氧化钠溶液、消石灰与碳酸钙制成的吸收液等化学吸收的复合处理。工艺复杂，吸收成本高且每道处理吸收效率低。因此需要开发新型高效常温吸收技术。本专利技术采用吸收效率更高的固相碳材料负载强碱的吸收技术，无需高温、催化剂等条件，对设备的需求不高，有利于实施推广。
4、2.氮氧化物吸收后的硝酸盐的处理技术，目前主要有生物法反硝化，但是效率低，转化不完全，净化
5、3.低浓度氨水的富集技术，目前工业常用氨气蒸馏塔。中国专利技术专利cn217511873u公开了一种氨水蒸馏塔用可拆式氨水回收装置，反应箱内固态氢氧化钠与尾液中的水产生反应释放出大量热，尾液温度迅速升高，从而将尾液中的氨气解吸而出。但该装置使用期限短，经济性差，解吸效率不高。微波解吸装置现多用于体系快速升温来达到加速反应、促进吸附剂解吸的目的，本工艺中的微波解吸氨气单元则采用此技术以减少能耗，提高氨气解吸富集效率。
6、针对上述技术，虽然目前都有一些相关的技术专利技术，但是将上述技术进行有效耦合，达到氮氧化物高效资源化利用仍然缺乏相关技术。据此，本专利开发了一种针对氮氧化物的吸收转化和资源化利用工艺，在弥补现有技术空缺的情况下，开发出一套氮氧化物-氨-氢系列工艺流程，在新能源的大规模应用背景下，具有较大工业应用价值。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的上述技术问题，本专利技术的目的在于提供一种针对氮氧化物的吸收转化和资源化利用工艺。
2、本专利技术采用的技术方案如下：
3、一种针对氮氧化物的吸收转化和资源化利用工艺，所述工艺采用的装置包括氮氧化物吸收转化单元、电催化还原单元、微波解吸氨气单元以及氨的吸附和脱附单元，所述氮氧化物吸收转化单元用于将低浓度氮氧化物吸收转化生成低浓度的硝酸盐溶液，而后电催化还原单元将低浓度硝酸盐溶液电催化还原制氨，获得低浓度氨溶液；然后通过微波解吸氨气单元对含低浓度的氨溶液进行闪蒸，并利用冷凝装置进行初步除水，得到低含水率的高浓度氨气；氨的吸附和脱附单元中采用氯化钴吸附剂对氨气进行再次富集，并达到二次除水的效果。
4、进一步地，所述氮氧化物吸收转化单元包括臭氧氧化装置和喷淋吸收塔，低浓度氮氧化物和过量o3一并通入到臭氧氧化装置中进行反应，使进气中臭氧和no的体积比大于1：1，臭氧和no的体积比优选为3-5:1，使其中的no被氧化为no2，得到含有no2和过量o3的混合气体；
5、所述喷淋吸收塔内填充有吸收剂床层，吸收剂床层上方设有喷淋装置，所述吸收剂为负载强碱液膜的碳材料，从臭氧氧化装置排出的反应后的混合气体通入至喷淋吸收塔内的吸收剂床层中，no2被吸收剂吸附且和强碱反应生成硝酸盐，当强碱完全转化为硝酸盐、不再对no2吸附反应后，通过吸收剂床层上方的喷淋装置进行喷淋清水进行洗涤操作，清水将吸收剂床层上的硝酸盐洗涤下来得到低浓度硝酸盐水溶液，洗涤完成之后对吸收剂床层干燥，最后通过所述喷淋装置二次喷淋强碱溶液使吸附剂再生。
6、进一步地，所述碳材料为活性碳、石墨烯、碳分子筛、碳纤维或富勒烯，优选为活性炭或碳纤维；强碱采用氢氧化钾、氢氧化钠为氢氧化铯，优选为氢氧化钠；所述负载强碱的碳材料的制备方法为：将浓度30-50％的强碱水溶液对碳材料进行充分喷淋或者浸泡处理，使碳材料对强碱水溶液吸附饱和，即制备完成。
7、进一步地，洗涤下来得到的低浓度硝酸盐水溶液中，亚硝酸根离子含量占亚硝酸根离子与硝酸根离子两者总摩尔含量的1-4％，硝酸根离子浓度为(1-5)×104ppm，优选为(2-4)×104ppm。
8、进一步地，所述电催化还原单元包括电解池、质子交换膜、铂片电极、工作电极和饱和甘汞电极，质子交换膜将电解池分隔为两个腔室，正极腔室中加入0.5mol/l的硫酸钠水溶液，并在正极腔室的电解液中插入铂片电极，负极腔室中通入上一步的低浓度的硝酸盐溶液、并向其中加入硫酸钠且调节硫酸钠浓度为0.5mol/l，负极腔室的电解液中插入工作电极，铂片电极和工作电极通过导线与电源连接，进行电解反应，将低浓度硝酸根盐溶液电催化还原，得到低浓度氨溶液；其中，所述工作电极包括电极基体以及涂在电极基体上的催化剂，催化剂为过渡金属、过渡金属氧化物、有机属框架材料或掺杂导电材料的多孔材料，优选为fe2o3，电极基体是碳纸。
9、进一步地，所述电解反应的电极电势为1.0v～2.0v，优选1.8～2.0v；所述低浓度的硝酸盐溶液的浓度是0.3-0.65mol/l。
10、进一步地，所述微波解吸氨气单元包括微波解吸装置和冷凝除水装置，所述冷凝除水装置包括设置于微波解吸装置上方的气液分离罐和低温冷却循环器，气液分离罐外侧设有换热夹层，低温冷却循环器向所述换热夹层通入低温流体以便对气液分离罐进行冷却降温；向微波解吸装置中通入低浓度氨溶液，并向微波解吸装置中通入n2作为载体，在微波辐射作用下升温快速解吸，对含低浓度的氨溶液进行闪蒸，闪蒸出的混合气体进入气液分离罐内进行冷凝初步除水后获得高浓度氨气；微波功率为100～400w，优选300w，微波辐射时间是5-25min，优选为15-20min；以待解吸处理的低浓度氨溶液体积为150ml计，通入载气n2的流量是5-25ml/min，优选本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种针对氮氧化物的吸收转化和资源化利用工艺，其特征在于：所述工艺采用的装置包括氮氧化物吸收转化单元、电催化还原单元、微波解吸氨气单元以及氨的吸附和脱附单元，所述氮氧化物吸收转化单元用于将低浓度氮氧化物吸收转化生成低浓度的硝酸盐溶液，而后电催化还原单元将低浓度硝酸盐溶液电催化还原制氨，获得低浓度氨溶液；然后通过微波解吸氨气单元对含低浓度的氨溶液进行闪蒸，并利用冷凝装置进行初步除水，得到低含水率的高浓度氨气；氨的吸附和脱附单元中采用氯化钴吸附剂对氨气进行再次富集，并达到二次除水的效果。
2.如权利要求1所述的一种针对氮氧化物的吸收转化和资源化利用工艺，其特征在于：所述氮氧化物吸收转化单元包括臭氧氧化装置（1）和喷淋吸收塔（2），低浓度氮氧化物和过量O3一并通入到臭氧氧化装置（1）中进行反应，使进气中臭氧和NO的体积比大于1：1，臭氧和NO的体积比优选为3-5:1，使其中的NO被氧化为NO2，得到含有NO2和过量O3的混合气体；
3.如权利要求2所述的一种针对氮氧化物的吸收转化和资源化利用工艺，其特征在于：所述碳材料为活性碳、石墨烯、碳分子筛、碳纤维或富勒烯
4.如权利要求3所述的一种针对氮氧化物的吸收转化和资源化利用工艺，其特征在于：洗涤下来得到的低浓度硝酸盐水溶液中，亚硝酸根离子含量占亚硝酸根离子与硝酸根离子两者总摩尔含量的1-4%，硝酸根离子浓度为（1-5）×104ppm，优选为（2-4）×104ppm。
5.如权利要求1所述的一种针对氮氧化物的吸收转化和资源化利用工艺，其特征在于：所述电催化还原单元包括电解池（3）、质子交换膜、铂片电极、工作电极和饱和甘汞电极，质子交换膜将电解池分隔为两个腔室，正极腔室中加入0.5mol/L的硫酸钠水溶液，并在正极腔室的电解液中插入铂片电极，负极腔室中通入上一步的低浓度的硝酸盐溶液、并向其中加入硫酸钠且调节硫酸钠浓度为0.5mol/L，负极腔室的电解液中插入工作电极，铂片电极和工作电极通过导线与电源连接，进行电解反应，将低浓度硝酸根盐溶液电催化还原，得到低浓度氨溶液；其中，所述工作电极包括电极基体以及涂在电极基体上的催化剂，催化剂为过渡金属、过渡金属氧化物、有机属框架材料或掺杂导电材料的多孔材料，优选为Fe2O3，电极基体是碳纸。
6.如权利要求5所述的一种针对氮氧化物的吸收转化和资源化利用工艺，其特征在于：所述电解反应的电极电势为1.0V~2.0V，优选1.8~2.0V；所述低浓度的硝酸盐溶液的浓度是0.3-0.65mol/L。
7.如权利要求1所述的一种针对氮氧化物的吸收转化和资源化利用工艺，其特征在于：所述微波解吸氨气单元包括微波解吸装置（4）和冷凝除水装置，所述冷凝除水装置包括设置于微波解吸装置（4）上方的气液分离罐（5）和低温冷却循环器（6），气液分离罐（5）外侧设有换热夹层，低温冷却循环器（6）向所述换热夹层通入低温流体以便对气液分离罐（5）进行冷却降温；
8.如权利要求1所述的一种针对氮氧化物的吸收转化和资源化利用工艺，其特征在于：所述氨的吸附和脱附单元包括至少两台吸附脱附塔（7），所述两台吸附脱附塔中均装填有作为吸附剂的氯化钴，其中一台内通入初步除水后的高浓度氨气，作为吸附剂的氯化钴吸收氨气，另一台对吸附的氨气进行脱附处理，在加热和氮气吹扫条件下，脱附出氨气。
9.如权利要求8所述的一种针对氮氧化物的吸收转化和资源化利用工艺，其特征在于：所述脱附处理时，加热脱附出氨气的温度是80-100℃，氨气脱附完全之后，加热至275-300℃使氯化钴吸附的结合水脱除，实现氯化钴吸附剂的再生。
10.如权利要求1所述的一种针对氮氧化物的吸收转化和资源化利用工艺，其特征在于：还包括氨催化分解单元，氨催化分解单元的催化剂采用铁系催化剂，铁系催化剂采用Fe3O4，高浓度氨气在铁系催化剂Fe3O4的作用下分解为氮气和氢气，产生的氢气可作为清洁能源利用。
...【技术特征摘要】
1.一种针对氮氧化物的吸收转化和资源化利用工艺，其特征在于：所述工艺采用的装置包括氮氧化物吸收转化单元、电催化还原单元、微波解吸氨气单元以及氨的吸附和脱附单元，所述氮氧化物吸收转化单元用于将低浓度氮氧化物吸收转化生成低浓度的硝酸盐溶液，而后电催化还原单元将低浓度硝酸盐溶液电催化还原制氨，获得低浓度氨溶液；然后通过微波解吸氨气单元对含低浓度的氨溶液进行闪蒸，并利用冷凝装置进行初步除水，得到低含水率的高浓度氨气；氨的吸附和脱附单元中采用氯化钴吸附剂对氨气进行再次富集，并达到二次除水的效果。
2.如权利要求1所述的一种针对氮氧化物的吸收转化和资源化利用工艺，其特征在于：所述氮氧化物吸收转化单元包括臭氧氧化装置（1）和喷淋吸收塔（2），低浓度氮氧化物和过量o3一并通入到臭氧氧化装置（1）中进行反应，使进气中臭氧和no的体积比大于1：1，臭氧和no的体积比优选为3-5:1，使其中的no被氧化为no2，得到含有no2和过量o3的混合气体；
3.如权利要求2所述的一种针对氮氧化物的吸收转化和资源化利用工艺，其特征在于：所述碳材料为活性碳、石墨烯、碳分子筛、碳纤维或富勒烯，优选为活性炭或碳纤维；强碱采用氢氧化钾、氢氧化钠为氢氧化铯，优选为氢氧化钠；所述负载强碱的碳材料的制备方法为：将浓度30-50%的强碱水溶液对碳材料进行充分喷淋或者浸泡处理，使碳材料对强碱水溶液吸附饱和，即制备完成。
4.如权利要求3所述的一种针对氮氧化物的吸收转化和资源化利用工艺，其特征在于：洗涤下来得到的低浓度硝酸盐水溶液中，亚硝酸根离子含量占亚硝酸根离子与硝酸根离子两者总摩尔含量的1-4%，硝酸根离子浓度为（1-5）×104ppm，优选为（2-4）×104ppm。
5.如权利要求1所述的一种针对氮氧化物的吸收转化和资源化利用工艺，其特征在于：所述电催化还原单元包括电解池（3）、质子交换膜、铂片电极、工作电极和饱和甘汞电极，质子交换膜将电解池分隔为两个腔室，正极腔室中加入0.5mol/l的硫酸钠水溶液，并在正极腔室的电解液中插入铂片电极，负极腔室中通入...
【专利技术属性】
技术研发人员：柯权力，杨茗，吴珊琪，吕雅琳，许李旸，刘浩，方国楠，熊峰，卢晗锋，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：
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