外加電場強(qiáng)化鐵碳電解煙氣脫硝裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型屬于尾氣處理領(lǐng)域，具體涉及一種廢氣脫硝的方法。該方法操作簡便， 處理效果良好，對進(jìn)一步探索工業(yè)實際應(yīng)用條件具備一定的可借鑒性。
【背景技術(shù)】
[0002] 氮氧化物（NOx)是化學(xué)工業(yè)、國防工業(yè)、電力工業(yè)以及鍋爐和內(nèi)燃機(jī)等排放氣體中 有毒物質(zhì)之一，是造成大氣污染的主要污染源之一，也是直接導(dǎo)致我國各地陰霾天、臭氧破 壞、空氣污染的重大因素。但國內(nèi)的脫硝技術(shù)尚不成熟，對NOx的污染的治理也相對滯后， 相應(yīng)的脫硝市場發(fā)展暫時比較緩慢。廢氣脫氮技術(shù)的發(fā)展是一個亟待解決的重大課題。為 此，研究和開發(fā)具有處理效果好、投資及運(yùn)行費(fèi)用低、無二次污染等優(yōu)點的煙氣脫氮新技術(shù) 迫在眉睫。
[0003] 通常所說的NO3^要包括N0、N0 2、隊05、隊0、^03等幾種，其中主要是勵和勵2。目 前研究討論較多的脫除技術(shù)主要有催化還原法、催化分解法、低溫吸附法和液體吸收 法等。這些方法主要受到反應(yīng)速度慢、反應(yīng)條件要求高、氧化困難、吸附劑再生困難和成本 高等因素的限制，在實際工業(yè)應(yīng)用中存在一定的問題。亞鐵離子（Fe2+)法是近年來一些學(xué) 者比較關(guān)注的一項脫除廢氣中NOx的技術(shù)，目前研究較多的是利用硫酸亞鐵（FeSO4)溶液中 的Fe2+對NOx中的NO和NO2進(jìn)行絡(luò)合和吸收。但存在如下缺陷：
[0004] 1、FeSO4溶液配置困難，且隨著反應(yīng)的進(jìn)行有效成分Fe2+逐漸消耗會導(dǎo)致溶液失 效，更換溶液在工業(yè)生產(chǎn)中較難實現(xiàn)且成本很高，另外，被絡(luò)合的NOx可能會有重新釋放的 危險，因此該方法在實際應(yīng)用中還存在一定的局限性；2、傳統(tǒng)鐵碳法主要應(yīng)用于廢水脫氮， 其中使用的鐵肩和碳粒容易板結(jié)失效，工業(yè)應(yīng)用有局限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了解決現(xiàn)有技術(shù)中亞鐵離子（Fe2+)溶液法在反應(yīng)中不足的技術(shù)問題，本實用新 型的技術(shù)思路是綜合鐵碳電解原理和FeSO4溶液對煙氣中NOx的脫除原理，考慮傳統(tǒng)鐵碳法 中鐵肩和碳粒容易板結(jié)失效，工業(yè)應(yīng)用有局限的現(xiàn)狀，故選用鐵板和碳(銅)板電解生成Fe2+ 溶液法來強(qiáng)化處理NOx，實現(xiàn)對于廢氣中NOx的有效脫除。
[0006] 為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用如下技術(shù)方案，外加電場強(qiáng)化鐵碳電解煙氣脫 硝裝置，包括盛有反應(yīng)液的反應(yīng)容器，其結(jié)構(gòu)要點是反應(yīng)容器的中部設(shè)有浸沒反應(yīng)液中的 鐵板組和碳板組，鐵板組焊接連接電源正極，碳板組焊接連接電源負(fù)極，鐵板組和碳板組的 上方設(shè)有浸沒反應(yīng)液中的攪拌裝置，反應(yīng)容器的底部設(shè)有均勻分布的曝氣頭，曝氣頭將含 有NOx的廢氣從反應(yīng)容器底部自下而上通入反應(yīng)器中。
[0007] 優(yōu)選地，反應(yīng)容器中的反應(yīng)液為pH值為3- 5的稀硫酸溶液。
[0008] 優(yōu)選地，碳板組為石墨碳板組。
[0009] 進(jìn)一步改進(jìn)技術(shù)方案，還可以在兩極板組上外加電場，外加電場的電流強(qiáng)度為 50- 200mA，產(chǎn)生大量活性鐵離子Fe2+;即通過外加電場提高體系內(nèi)亞鐵離子的釋放量，以 提高對煙氣中氮氧化物的去除效果，還可同步脫除廢氣中的二氧化硫氣體，達(dá)到同步脫硫 脫硝效果。
[0010] 優(yōu)選地，外加電場的電流強(qiáng)度為50- 100mA。
[0011] 優(yōu)選地，所述啤為NO和NO2的混合物。
[0012] 改進(jìn)技術(shù)方案，所述的碳板組可由銅板組替換，銅板組作為惰性電極，在反應(yīng)體系 中可以替代碳板組連接電源負(fù)極，并且銅與鐵之間的電位差較鐵碳間更大，更有利于電解 反應(yīng)，效果更好。
[0013] 廢氣中的二氧化硫成為脫硝中的反應(yīng)液原料，實現(xiàn)脫硫、脫硝一體化。
[0014] 本實用新型的有益效果：
[0015] 1、相比鐵肩和碳粒，鐵板和碳板容易更換清洗，操作更為簡單，更適于工業(yè)實際應(yīng) 用。利用電解原理使得鐵板在酸性溶液中不斷溶出Fe2+離子，并且外加電場促進(jìn)Fe2+離子 的釋放，使得反應(yīng)液中能夠持久大量產(chǎn)生脫除煙氣中NOx的主要成分Fe2+離子并外加攪拌 設(shè)備擾動，使得氣體與反應(yīng)液充分接觸，達(dá)到煙氣脫氮的目的。
[0016] 其反應(yīng)原理如下：
[0019] 酸性條件下，有O2存在時：
[0022] 由反應(yīng)式可知，引入外加電場，會進(jìn)一步擴(kuò)大反應(yīng)電極電位，從而釋放出更多的高 活性Fe2+和[H]。在整個反應(yīng)體系中會發(fā)生以下幾類反應(yīng)：
[0023] (1)氧化還原作用
[0024] 電解反應(yīng)中產(chǎn)生的了初生態(tài)的Fe2+和新生態(tài)[H]，具有很高的化學(xué)活性，可以與煙 氣中的成分發(fā)生系列的氧化還原反應(yīng)，從而使其結(jié)構(gòu)和特性發(fā)生改變。此外，酸性有氧條件 下內(nèi)電解可產(chǎn)生H2O2，可與內(nèi)電解過程中產(chǎn)生的亞鐵離子構(gòu)成類Fenton試劑，在亞鐵的催 化作用下發(fā)生Fenton反應(yīng)可產(chǎn)生強(qiáng)氧化性羥基自由基，可將NO氧化成NO2，進(jìn)而提高煙氣 中NOx的去除率。
[0025] (2)電化學(xué)富集作用
[0026] 反應(yīng)體系內(nèi)鐵與碳之間形成了無數(shù)個小的原電池，其周圍就產(chǎn)生了一個電場，反 應(yīng)溶液中的膠體和帶電離子處在原電池電場下，產(chǎn)生電泳從而在電極上絮凝沉積，有利于 反應(yīng)溶液中雜質(zhì)的去除。
[0027] (3)絮凝吸附及共沉淀作用
[0028] 內(nèi)電解反應(yīng)系統(tǒng)中產(chǎn)生的Fe2+和Fe3+,在溶液pH> 6. 5且有氧氣存在時會形成 [Fe2(OH)2]' [Fe3(OH)4]' [Fe5(OH)8]' [Fe7 (OHh^ 用。
[0029] 反應(yīng)體系中NO的去除機(jī)理如下：
[0030] ?OH+NO-H0N0
[0031] 2H02 ? + 2N0 - 2HN02 +O2
[0032] ?OH+N02-NO3 +H+
[0033] 2H02 ? + 2N02- 2N0 3 +O2+ 2H+
[0034] ?OH+NO2 -NO2+OH
[0035] ?OH+HONO-NO2+H2O
[0036] 2、由于多種工業(yè)廢氣中同時含有二氧化硫（SO2)，利用SO2溶于水的特性，本實用 新型可以同時去除廢氣中的SO2。并且，502溶于水后可提高水溶液的酸性，降低溶液pH值， 減少外加酸的用量，降低反應(yīng)成本。
[0037] 3、本實用新型通過鐵板和碳(銅）板在常溫常壓下吸收脫除廢氣中的NOx，并充分 利用廢氣中的氧氣，降低廢氣治理成本，提高去除率，實現(xiàn)NOx的達(dá)標(biāo)排放，可同步脫 硫，達(dá)到脫硫脫硝一體化，且工藝簡單操作方便，原材料廉價且來源廣泛；該方法對廢氣中 氮氧化物的脫除效率高，無副產(chǎn)物不會造成二次污染。
【附圖說明】
[0038] 圖1為本實用新型反應(yīng)裝置示意圖；
[0039] 1-反應(yīng)容器，2-鐵板組，3-碳板組，4-電源正極，5-電源負(fù)極，6-攪拌裝置，7-曝 氣頭。
【具體實施方式】
[0040] 下面結(jié)合附圖對本實用新型做進(jìn)一步詳細(xì)的描述，具體如下：
[0041] 本實用新型包括盛有反應(yīng)液的反應(yīng)容器1，反應(yīng)容器1的中部設(shè)有浸沒反應(yīng)液中 的鐵板組2和碳板組3,鐵板組2焊接連接電源正極4,碳板組3焊接連接電源負(fù)極5,鐵板 組2和碳板組3的上方設(shè)有浸沒反應(yīng)液中的攪拌裝置6,反應(yīng)容器1的底部設(shè)有均分分布的 曝氣頭7,曝氣頭7將含有NOx的廢氣從反應(yīng)容器1底部自下而上通入反應(yīng)容器1中以延長 氣體與溶液的接觸時間。
[0042] 按圖1所示的煙氣脫氮裝置，煙氣進(jìn)入反應(yīng)器后與吸收液充分接觸，煙氣中的NOx 被吸收后，凈化氣體排放。本實用新型反應(yīng)條件為酸性，溶液PH低有利于反應(yīng)的進(jìn)行。因 此我們分別考察了溶液pH為2和pH為4時的NOx*除效果。雖然溶液pH為2時處理效果 較好，但考慮實際應(yīng)用中PH為2的酸性溶液對反應(yīng)裝置有極強(qiáng)的腐蝕性，為了能夠在溶液 pH為4時體系內(nèi)仍可大量釋放Fe2+，引入IOOmA外加電場強(qiáng)化鐵碳電解。實驗結(jié)果表明，在 溶液pH為4時外加電源強(qiáng)化鐵碳電解，對煙氣NOx的去除率也可達(dá)到70%。
[0043] 廢氣中的二氧化硫成為脫硝中的反應(yīng)液原料，可實現(xiàn)脫硫、脫硝一體化。
【主權(quán)項】
1. 外加電場強(qiáng)化鐵碳電解煙氣脫硝裝置，包括盛有反應(yīng)液的反應(yīng)容器（I )，其特征在 于：反應(yīng)容器（1)的中部設(shè)有浸沒反應(yīng)液中的鐵板組（2)和碳板組（3)，鐵板組（2)焊接連 接電源正極（4)，碳板組（3)焊接連接電源負(fù)極（5)，鐵板組（2)和碳板組（3)的上方設(shè)有浸 沒反應(yīng)液中的攪拌裝置（6 )，反應(yīng)容器（1)的底部設(shè)有均勻分布的曝氣頭（7 )，曝氣頭（7 )將 含有NOx的廢氣從反應(yīng)容器（1)底部自下而上通入反應(yīng)容器（1)中。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的外加電場強(qiáng)化鐵碳電解煙氣脫硝裝置，其特征在于：反應(yīng)容 器（1)中的反應(yīng)液為pH值為3- 5的稀硫酸溶液。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的外加電場強(qiáng)化鐵碳電解煙氣脫硝裝置，其特征在于：碳板組 (3)為石墨碳板組。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的外加電場強(qiáng)化鐵碳電解煙氣脫硝裝置，其特征在于：還在兩 極板組上外加電場，外加電場的電流強(qiáng)度為50- 200mA。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的外加電場強(qiáng)化鐵碳電解煙氣脫硝裝置，其特征在于：外加電 場的電流強(qiáng)度為50- 100mA。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的外加電場強(qiáng)化鐵碳電解煙氣脫硝裝置，其特征在于：所述的 碳板組（3)可由銅板組替換，銅板組作為惰性電極，在反應(yīng)體系中替代碳板組（3)連接電源 負(fù)極（5)。
【專利摘要】本實用新型公開了一種外加電場強(qiáng)化鐵碳電解煙氣脫硝裝置，其包括盛有反應(yīng)液的反應(yīng)容器，結(jié)構(gòu)要點是反應(yīng)容器的中部設(shè)有浸沒反應(yīng)液中的鐵板組和碳板組，鐵板組焊接連接電源正極，碳板組焊接連接電源負(fù)極，鐵板組和碳板組的上方設(shè)有浸沒反應(yīng)液中的攪拌裝置，反應(yīng)容器的底部設(shè)有均勻分布的曝氣頭，曝氣頭將含有NOx的廢氣從反應(yīng)容器底部自下而上通入反應(yīng)容器中。同時，通過外加電場提高體系內(nèi)亞鐵離子的釋放量，以提高對煙氣中氮氧化物的去除效果。本實用新型通過鐵板和碳（銅）板在常溫常壓下吸收脫除廢氣中的NOx，并充分利用廢氣中的氧氣，降低廢氣治理成本，提高NOx的去除率，實現(xiàn)NOx的達(dá)標(biāo)排放，可同步脫硫，達(dá)到脫硫脫硝一體化，且工藝簡單操作方便，原材料廉價且來源廣泛；該方法對廢氣中氮氧化物的脫除效率高，無副產(chǎn)物不會造成二次污染。
【IPC分類】C01B17/62, B01D53/78, B01D53/60
【公開號】CN204816190
【申請?zhí)枴緾N201520482860
【發(fā)明人】陳堅, 張立新, 王輝, 張晨宇, 畢壘, 郗鳳明, 安婧, 朱曉琦, 王廣明, 孟凡東, 鄭殿煒, 趙玉梅, 呂菲
【申請人】國惠環(huán)保新能源有限公司, 中國科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所
【公開日】2015年12月2日
【申請日】2015年7月7日