一種處理氮氧化物廢氣的新方法
【專(zhuān)利摘要】一種處理氮氧化物廢氣的新方法，包括有機(jī)溶劑高效吸收、催化氧化及其隨后的水萃取利用三個(gè)主要環(huán)節(jié)。所用有機(jī)溶劑主要包括酯類(lèi)、醇類(lèi)和酮類(lèi)一種或多種混合的有機(jī)溶劑。有機(jī)溶劑吸收的一氧化氮與氧氣在稀土配合物催化下氧化至二氧化氮和三氧化二氮才能用水萃取，得到三氧化二氮、亞硝酸和硝酸的水溶液。該水溶液可以用于硝基化和亞硝基化反應(yīng)或作為氧化劑而得到回收利用，有機(jī)溶劑可以循環(huán)用于一氧化氮的吸收。具有催化氧化功能的是稀土與酚酸酯類(lèi)化合物形成的具有弱配位相互作用的稀土配合物，它們的配位能力與稀土與氮氧化物的配位能力相近。本方法適合于低濃度氮氧化物的吸收和轉(zhuǎn)化利用，消除廢氣排放給環(huán)境帶來(lái)的危害。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種處理氮氧化物廢氣的新方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一類(lèi)利用有機(jī)溶劑的溶解吸收和稀土配合物催化氧化功能的氮氧化物廢氣高效處理方法，尤其適合于低濃度一氧化氮廢氣的吸收回收，屬于環(huán)境保護(hù)、有機(jī)化學(xué)和稀土材料領(lǐng)域。
技術(shù)背景
[0002]氮氧化物(NOx)是造成酸雨和光化學(xué)煙霧的主要污染物，會(huì)給自然環(huán)境和人類(lèi)生產(chǎn)活動(dòng)帶來(lái)嚴(yán)重的危害，包括對(duì)人體的致毒作用、對(duì)植物的損害作用、破壞臭氧層等。因此，自20世紀(jì)70年代起，歐、美、日等發(fā)達(dá)國(guó)家相繼對(duì)NOx的排放作了限制，并且隨技術(shù)與經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，限制日趨嚴(yán)格。
[0003]NOx包括NO、NO2, N2O5, N203、N2O4等，以NO2和NO的含量最多。汽車(chē)、飛機(jī)、內(nèi)燃機(jī)等流動(dòng)源及工業(yè)窯爐、火力發(fā)電站等固定源的燃燒過(guò)程，以及生產(chǎn)和使用硝酸的過(guò)程，如硝酸廠、氮肥廠、有機(jī)中間體廠、有色及黑色金屬冶煉廠、炸藥等工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程均會(huì)產(chǎn)生氮氧化物污染物。隨著經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速發(fā)展和能源消耗量的增加，NOx排放量也在快速增長(zhǎng)。2011年我國(guó)氮氧化物排放量2404萬(wàn)噸，與2010年相比上升了 5.73%, 2012年也還是呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，遠(yuǎn)未達(dá)到減排目標(biāo)。因此，氮氧化物的治理迫在眉睫。
[0004]稀土是我國(guó)的特色資源，尤其是江西的中重稀土資源豐富。在江西龍南重稀土礦中，氧化釔的含量在60%以上。由于銪、鋱、鏑、欽、鉺、銩、镥的價(jià)格高，供應(yīng)量不足，所以在分離出這些元素的同時(shí)產(chǎn)生了大量的氧化釔。因此，南方離子型稀土資源開(kāi)發(fā)中的一個(gè)重要而艱巨的任務(wù)是開(kāi)發(fā)釔的新用途。
[0005]在稀土冶煉過(guò)程中，高純度的稀土產(chǎn)品需要采用草酸來(lái)沉淀。所以，在稀土行業(yè)，每年都需要消耗大量的草酸。而草酸的生產(chǎn)是以葡萄糖為原料，用硝酸作氧化劑，并產(chǎn)生二氧化氮廢氣?，F(xiàn)行的方法是用水吸收制硝酸，循環(huán)使用。但每次吸收都不完全，都會(huì)產(chǎn)生一氧化氮。經(jīng)過(guò)3-4個(gè)塔式設(shè)備的多次吸收，最后的尾氣還是含有氮氧化物。因此，發(fā)展針對(duì)低濃度NO尾氣處理技術(shù)對(duì)于徹底解決硝酸生產(chǎn)和應(yīng)用工業(yè)領(lǐng)域氮氧化物污染問(wèn)題具有非常重要的意義。
[0006]我國(guó)的廢氣治理工程起步較晚，但是，通過(guò)引進(jìn)吸收和研究開(kāi)發(fā)，相關(guān)的治理技術(shù)發(fā)展迅速。目前正在研究和較為成熟且有一定優(yōu)勢(shì)的方法是燃燒法、吸附法、選擇性催化還原(SCR)、選擇性非催化還原(SNCR)和液體吸收等方法。選擇性催化還原是最早實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用的氮氧化物處理技術(shù)，其過(guò)程需要嚴(yán)格控制氨與一氧化氮的比例。催化法的研究很多，但與實(shí)際要求還有距離，需要進(jìn)一步尋找新型催化材料及設(shè)計(jì)新的工藝流程以求得突破。電子束照射和脈沖電流暈放電等物理方法是當(dāng)今煙氣脫硝的發(fā)展方向，但設(shè)備和運(yùn)行費(fèi)用高。微生物法的研究也很多，存在的問(wèn)題也很多，實(shí)際應(yīng)用困難。而傳統(tǒng)的液體吸收和吸附脫硝技術(shù)工藝過(guò)程簡(jiǎn)單，投資少，已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。雖然也存在一些問(wèn)題，但可以結(jié)合多種技術(shù)手段使操作工藝得到不斷完善，發(fā)展前景廣闊。
[0007]液體吸收法是利用氣體混合物中不同組分在吸收劑中溶解度不同，或者與吸收劑發(fā)生選擇性化學(xué)反應(yīng)，從而將有害組分從氣流中分離出來(lái)的過(guò)程。該法由于捕集效率高、設(shè)備簡(jiǎn)單、一次性投資低而廣受歡迎。吸收包括物理吸收和化學(xué)吸收，其中以化學(xué)吸收效果更好。例如:連二硫酸鈉和硫化鈉的氧化吸收法、亞硫酸鈉溶液吸收法、亞硫酸銨和亞硫酸氫銨吸收法、酸性尿素溶液吸收分解法、碳酸鈉和氫氧化鈉吸收法等等。
[0008]由于氮氧化物尾氣中NO的濃度占了 90-95%，而NO在水中的可溶性很差，所以吸收法一般需要將NO氧化成可溶性好的NO2，然后再選擇不同的吸收劑進(jìn)行吸收N02。常用的氧化劑有硝酸、MnO4' C102_、H2O2等，這些方法的氧化反應(yīng)很慢，效率不高，而且吸收后的溶液沒(méi)有再利用，導(dǎo)致成本太高而難以工業(yè)化。為此，需要進(jìn)一步發(fā)展催化氧化法來(lái)提高吸收效率和速度。一些金屬離子螯合物可以與NO結(jié)合并活化NO，進(jìn)而達(dá)到提高NO吸收效率的目的。例如:鐵-EDTA絡(luò)合法可以直接吸收NO，且吸收條件溫和、設(shè)備簡(jiǎn)單、效率也較高，但所生成的配合物不容易處理，會(huì)導(dǎo)致二次污染。在鈷氨或乙二胺的配位體系中，NO不僅可以與金屬離子配位而被吸收，而且能夠活化氧分子，利用空氣中的氧來(lái)氧化NO，形成亞硝酸和硝酸鹽。但其機(jī)制還不清楚，加上鈷的價(jià)格高，含氨體系的廢水排放也較嚴(yán)格，限制了它們的進(jìn)一步應(yīng)用。
[0009]關(guān)于NO與氧氣的反應(yīng)已經(jīng)有廣泛的研究，包括氣相反應(yīng)和氣-液界面的反應(yīng)。一
般認(rèn)為，反應(yīng)是分步進(jìn)行的，形成多種氧化產(chǎn)物:
【權(quán)利要求】
1.一種處理氮氧化物廢氣的方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟: [1]采用有機(jī)溶劑高效吸收廢氣中的一氧化氮，所用有機(jī)溶劑包括酯類(lèi)、醇類(lèi)和酮類(lèi)能以主客體相互作用而溶解吸收一氧化氮的一種或多種混合的有機(jī)溶劑，其體積與待吸收NO氣體的體積比為1:0.9，按物質(zhì)的量計(jì)算的比例為100:0.5 ； [2]在吸收了一氧化氮的有機(jī)溶劑中加入稀土配合物來(lái)催化氧化一氧化氮，生成二氧化氮和三氧化二氮，所用的稀土配合物是由稀土與酚酸酯組成，其用量為NO物質(zhì)的量的1-6倍，其中稀土與酚酸酯的物質(zhì)的量之比為3-1:1-2 ； [3]用水萃取有機(jī)溶劑中的稀土及氮氧化物，得到含稀土的三氧化二氮和亞硝酸的混合溶液，有機(jī)溶劑則循環(huán)用于一氧化氮的吸收；該水溶液可以用于硝基化和亞硝基化反應(yīng)而得到回收利用，而有機(jī)溶劑可以循環(huán)用于一氧化氮的吸收。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種處理氮氧化物廢氣的方法，其特征在于:所述有機(jī)溶劑是乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯中的一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種處理氮氧化物廢氣的方法，其特征在于:所述酚酸酯是水楊酸酯、沒(méi)食子酸酯、阿魏酸酯中的一種。
【文檔編號(hào)】B01D53/86GK103463970SQ201310399715
【公開(kāi)日】2013年12月25日 申請(qǐng)日期:2013年9月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月5日
【發(fā)明者】李永繡, 張?jiān)婈? 劉艷珠, 周新木, 周雪珍, 張玲, 鄒秀新 申請(qǐng)人:南昌大學(xué)