專利名稱：等離子體協(xié)同低溫催化氧化no脫除氮氧化物的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及大氣污染凈化技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種在常溫條件下利用低溫等離 子體協(xié)同催化氧化NO脫除氮氧化物的方法。
背景技術(shù)：
氮氧化物(NOx)是主要的大氣污染物之一，是誘發(fā)光化學煙霧和酸雨的重要前驅(qū) 體?，F(xiàn)在全球的N0排放量已達35 58Mt/a，其中95X以上來自化石燃料的燃燒過程。NO 占燃燒煙氣中NOx總量的90% 95%。我國NOx主要來源于工業(yè)燃燒過程和車輛發(fā)動機。 由于我國的能源結(jié)構(gòu)仍以煤炭為主，且大部分屬直接燃燒，燃燒產(chǎn)生的NOx是一種重要污 染氣體。 目前多采用氨選擇性催化還原法對固定源廢氣中的氮氧化物進行凈化處理，氨選 擇性催化還原法雖然較成功的用于脫除固定源(如火電廠)排放的氮氧化物，但氨用量需 精確計量控制，且氨具有很強的腐蝕性，易泄露造成二次污染，運行成本高，且反應(yīng)溫度須 在35(TC以上，催化劑容易受到高濃度煙塵的沖刷和毒化；此外我國鍋爐的省煤器和空氣 預(yù)熱器是組裝為一體的，不利于SCR反應(yīng)器的安裝，因此現(xiàn)有SCR工藝難以在我國鍋爐上直 接應(yīng)用。 中國專利CN 1803257A中公開了一種以氨基物質(zhì)為還原劑用于燃煤電站脫除氮
氧化物的方法，該法是在燃煤鍋爐爐膛上部噴入氨基物質(zhì)與氮氧化物部分反應(yīng)脫除煙氣中
35 40 %的氮氧化物，未反應(yīng)完全的氨基物質(zhì)隨煙氣進入反應(yīng)器，在催化劑表面，氨基物
質(zhì)再一次與氮氧化物反應(yīng)，氮氧化物還原率可達90%以上，但該法反應(yīng)溫度較高，引入氨基
還原劑，存在泄露和設(shè)備腐蝕問題。中國專利CN 1613544A中公開了一種等離子體增強甲
烷選擇催化還原氮氧化物的方法，實現(xiàn)了在室溫到35(TC利用等離子體協(xié)同催化還原，超過
35(TC時僅利用催化還原，該法雖輸入功率較低，但仍須升溫，能耗較高。 選擇性催化氧化法是指先將NO部分地選擇性催化氧化為N02，再用濕法脫硫的吸
收劑(如石灰、NaOH和氨水等)吸收，實現(xiàn)濕法同時脫硫脫氮。目前第二步的吸收技術(shù)已
成熟，第一步的NO轉(zhuǎn)化為N02的催化氧化技術(shù)是關(guān)鍵和難點。因此，研究如何將NO轉(zhuǎn)化為
N02并進行高效吸收，以達到煙氣同時脫硫脫氮，具有重要的現(xiàn)實意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種利用低溫等離子體協(xié)同選擇性催化氧化(SCO)技術(shù)，將 NO低溫定量催化氧化脫除NOx的方法。 利用等離子體空間富集的大量極活潑的高活性物種(如離子，電子，激發(fā)態(tài)的原 子分子及自由基等)，協(xié)同催化氧化反應(yīng)，降低反應(yīng)的活化能，定量地將煙氣中的部分NO氧 化為N02，使NO氧化度達到50% 60%，此時NOx的吸收反應(yīng)將按NO和N02等分子吸收， 相當于是吸收N203，這時的吸收速率和吸收效率最高，對應(yīng)所需的氧化反應(yīng)溫度也不高，容 易實現(xiàn)，且能耗較低。該法主要用于脫除工業(yè)廢氣中的NOx，即熱電廠、冶煉廠、煉油廠、化工廠等固定源所排放的廢氣。 本發(fā)明的技術(shù)方案為(工藝流程)將含NO 0. 02 0. 05%、 022 6%的混合氣 體(待處理氣體)，空速在10000 60000h—1之間，通過等離子體反應(yīng)器活化，活化后的混 合氣通過裝有催化劑的固定床反應(yīng)器，使混合氣中的NOx在50 15(TC條件下定量的氧化 為N02，隨后氣體進入堿液吸收瓶進行吸收利用。低溫等離子體采用同軸式介質(zhì)阻擋反應(yīng) 器等離子體反應(yīng)器，外徑分別為20mm和25mm的剛玉管中心插入一個直徑10mm的不銹鋼電 極，剛玉管外壁用不銹鋼網(wǎng)纏繞作為高壓電極，不銹鋼墻板作為低壓電極，等離子體輸入電 壓控制在10 70V之間，電流控制在0. 2 1. 5A之間。 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其工藝簡潔，氣體中C0、C02、S02雜質(zhì)組分的不利影響小， 處理NOJ勺濃度范圍寬。較低溫度下將冊定量的轉(zhuǎn)化為冊2，進一步吸收利用，做到了資源 化處理，且本發(fā)明具有能耗低、工藝簡潔、占地面積小、無二次污染等特點。


圖1本發(fā)明的低溫等離子體協(xié)同催化氧化脫除尾氣中氮氧化物的實驗流程圖。
具體實施例方式
實施例l 同軸式介質(zhì)阻擋反應(yīng)器等離子體反應(yīng)器內(nèi)、外徑分別為20mm和25mm的剛玉管，剛 玉管中心插入一個直徑lOmm的不銹鋼電極，剛玉管外壁用不銹鋼網(wǎng)纏繞作為高壓電極，不 銹鋼墻板作為低壓電極，等離子體輸入電壓為10V，電流為0. 2A;N0體積分數(shù)為5X10—4， 02 為3%，N2為平衡氣，混合氣體總流量為200ml/min，空速為51000h—1。將待處理混合氣通過 等離子體反應(yīng)器活化，活化后的混合氣通過裝有MnOx-CP催化劑(0.2克)的固定床反應(yīng) 器，利用控溫層加熱至25(TC來定量的氧化為N02，隨后氣體進入堿液吸收瓶進行吸收利用。 NO的去除率在150。C達到了 82%。
實施例2 同軸式介質(zhì)阻擋反應(yīng)器等離子體反應(yīng)器內(nèi)、外徑分別為20mm和25mm的剛玉管，剛 玉管中心插入一個直徑lOmm的不銹鋼電極，剛玉管外壁用不銹鋼網(wǎng)纏繞作為高壓電極，不 銹鋼墻板作為低壓電極，等離子體輸入電壓為22V，電流為0. 5A。 NO體積分數(shù)為5X10—4，02 為3%， N2為平衡氣，混合氣體總流量為200ml/min，空速為12000h—1 ;將待處理混合氣通過 等離子體反應(yīng)器活化，活化后的混合氣通過裝有Mn0x-CA-400催化劑(0. 6克)的固定床反 應(yīng)器，利用控溫層加熱至25(TC來定量的氧化為N02，隨后氣體進入堿液吸收瓶進行吸收利 用。N0的去除率在50。C時達到了41X。
實施例3 同軸式介質(zhì)阻擋反應(yīng)器等離子體反應(yīng)器內(nèi)、外徑分別為20mm和25mm的剛玉管，剛 玉管中心插入一個直徑lOmm的不銹鋼電極，剛玉管外壁用不銹鋼網(wǎng)纏繞作為高壓電極，不 銹鋼墻板作為低壓電極，等離子體輸入電壓為70V，電流為1. 5A ;N0體積分數(shù)為5X 10—4， 02 為3%， N2為平衡氣，混合氣體總流量為200ml/min，空速為60000h—1 ;將待處理混合氣通過 等離子體反應(yīng)器活化，活化后的混合氣通過裝有MA-MnOx/TiOj崔化劑(0. 15克)的固定床 反應(yīng)器，利用控溫層加熱至25(TC來定量的氧化為N02，隨后氣體進入堿液吸收瓶進行吸收利用。NO的去除率在IO(TC時達到了 56%。 催化劑的制備采用液相共沉法制備催化劑(Co-precipitation method)，分別配 制溶液I、II和III ;溶液I :稱取7. 4g乙酸錳溶于200ml蒸餾水中；溶液II :稱取2. 62g聚 乙二醇溶于100ml蒸餾水中；溶液III :稱取5. 2g高錳酸鉀溶于200ml蒸餾水中；室溫條件
下，將溶液II倒入到溶液I中，邊倒邊攪拌；隨后，向上述溶液中加入溶液III，最后連續(xù)攪
拌6h ;過濾，收集濾紙上的固體物，用去蒸餾水洗滌3 4次，抽濾，再于7(TC下干燥10h ; 將干燥所得固體物經(jīng)壓片、研磨、過篩制成40 60目的顆粒，記為Mn0x-CP。
采用檸檬酸法(Citric Acid Method)制備催化劑，按摩爾比2 : 3稱取一定量的 檸檬酸和乙酸錳，用60ml蒸餾水溶解，充分攪拌4h左右；攪拌完后置于旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀中進行 發(fā)泡處理，7(TC處理8h ;等燒瓶內(nèi)出現(xiàn)泡沫狀固體時，取出，放入烘箱內(nèi)于IO(TC干燥10h， 最后置于馬弗爐在設(shè)定的溫度下焙燒6h，即可制得黑色Mn0x催化劑；經(jīng)壓片、研磨、過篩制 成40 60目的顆粒，得錳基氧化物催化劑，并在40(TC下焙燒6小時，記為Mn0x-CA-400。
或者采用過量浸漬法制備10% Mn負載量的Mn0x/Ti02催化劑。在100ml蒸餾水 中加入10gTi(^，混合均勻后加入20X的(質(zhì)量比)乙酸錳，并進行攪拌，完全溶解后在室 溫下浸漬2h ;之后放入烘箱內(nèi)，在ll(TC干燥10h ;然后在30(TC下焙燒2h ;最后經(jīng)壓片、研 磨、過篩得40 60目的Mn0x/Ti02催化劑，記為MA_Mn0x/Ti02。
圖1中，V-電磁閥，I-質(zhì)量流量計。
權(quán)利要求
一種等離子體協(xié)同低溫催化氧化NO脫除氮氧化物的方法，其特征在于將含NO、O2的待處理混合氣體，空速控制在10000～60000h-1之間，通過等離子體反應(yīng)器活化，活化后的混合氣通過裝有錳基氧化物催化劑的固定床反應(yīng)器，使混合氣中的NOx在50～150℃條件下定量的氧化為NO2。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體協(xié)同低溫催化氧化N0脫除氮氧化物的方法，其特征 在于采用的低溫等離子體反應(yīng)器為介質(zhì)阻擋放電裝置，其構(gòu)造為外徑分別為20mm和25mm 的剛玉管中心插入一個直徑lOmm的不銹鋼電極，剛玉管外壁用不銹鋼網(wǎng)纏繞作為高壓電 極，不銹鋼墻板作為低壓電極。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體協(xié)同低溫催化氧化N0脫除氮氧化物的方法，其特征在于等離子體的運行參數(shù)控制范圍為輸入電壓10 70V，電流0. 2 1. 5A。
全文摘要
本發(fā)明是一種等離子體協(xié)同低溫催化氧化NO脫除氮氧化物的方法，其特征在于將含NO、O2的待處理混合氣體，空速控制在10000～60000h-1之間，通過等離子體反應(yīng)器活化，活化后的混合氣通過裝有錳基氧化物催化劑的固定床反應(yīng)器，使混合氣中的NOx在50～150℃條件下定量的氧化為NO2。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其工藝簡潔，氣體中CO、CO2、SO2雜質(zhì)組分的不利影響小，處理NOX的濃度范圍寬。較低溫度下將NO定量的轉(zhuǎn)化為NO2，進一步吸收利用，做到了資源化處理，且本發(fā)明具有能耗低、工藝簡潔、占地面積小、無二次污染等特點。
文檔編號B01D53/56GK101773780SQ20101013018
公開日2010年7月14日 申請日期2010年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月23日
發(fā)明者于麗麗, 葉智青, 唐曉龍, 易紅宏, 李凱, 楊麗娜 申請人:昆明理工大學