[发明专利]臭氧制造工艺及其在工业生产中的应用

说明书

背景技术

近年来，联邦和地方的环境法规要求大幅减少有害气体物质向大气的排 放。此类有害气体污染物主要的是氮氧化物(NO_X)。在严格执行这些法规的压力 下，工业气体污染物排放企业作出了大量的努力来减少这些有害物质自工业或 公用事业污染源以气体废物的形式向空气中的排放量。有效的降低气体废物中 NO_X的浓度的方法通常涉及用基于氮的还原剂与废气中的NO_X反应。

另一种已知的从气体气流中除去NO_X的方法包括以臭氧与NO_X接触而将它们 氧化为例如N₂O₅等更高价的氮氧化物，再通过水涤气器将高价氧化物从气体气 流中除去。

基于臭氧的NO_X氧化工艺的具体细节揭示于美国专利5206002、5316737、 5985223和6197268号中，将它们通过引用结合于此。

另外，环境保护局所公布的信息显示，环境中的汞水平达到了可能对健康 产生不利影响的水平。燃煤电站锅炉是有害的人为汞排放的最大来源之一，而 且还是NO_X和SO_X排放的来源。

由于严格的空气污染控制法规，消除氧化性空气污染的工艺越来越重要。

与许多工业界中所采用的工艺相比，由于其简易性以及与现有的空气污染 设备整合的方便性，基于向烟道气中加入臭氧的工艺在工业上非常有吸引力。 采用市售的臭氧发生器的现有技术只能将10～12％的氧气转化为臭氧，因此要 求臭氧需求量的8～10倍的氧气供给。当需要更高的转化率时，发生器以及水 冷设备所需的功耗和资本成本迅速提高。因此，在作为污染处理剂推广应用时， 臭氧的成本令人望而却步。

发明内容

本发明是一种经改进的氧化工艺，其优势地整合氧源、臭氧发生及其利用， 并且显著降低从工业气体流中除去NO_X、Hg、SO_X、Cl/HCl等各种污染物的整体 成本。该基于臭氧的氧化工艺还可以除去存在于烟道气气流中的二类化合 物、呋喃类化合物、PCB、VOC和恶臭物质。

本工艺包括用氧气以低浓度从市售的臭氧发生器生成臭氧，但采用明显较 高的流速。以较低的浓度(6wt％以下)生成所需量的臭氧所使用的功率可以比 10wt％时所需的功率低40～60％。此外，在较低的浓度下，臭氧发生器的产能 比设计能力高出60～70％。然而，生成臭氧所需的氧气也因此多出不少。

本发明利用氧气再循环，以相近或较低的浓度从市售的臭氧发生设备生成 较大量的臭氧。一分离单元将臭氧从氧气中分离，并且使氧气循环回到发生器。 该分离床可以是基于吸附剂的，也可以是O₃比O₂更优先透过的膜或相反的膜。 在使用吸附剂床的情况下，臭氧被以较高的压力优先吸附，臭氧从流出该床的 气体气流中充分除去而不会与氧气供给一起再循环回发生器。

所用的吸附剂包括硅胶、高硅丝光沸石和脱铝Y沸石。这些吸附剂在吸附 中不会破坏臭氧。当该床中的臭氧饱和后，用如压缩干燥空气(CDA)等载气以 较低的压力将其解吸。在这样的较低浓度和压力下的含臭氧的气体气流本质上 更稳定，而且可更有效地被分散于生产废气气流中。这时稀释于生产废气气流 中的臭氧与污染物反应而将它们转化为可在干法、半干法或湿法涤气器中被容 易地除去的良性化合物或它们的氧化形式。该反应和涤气优选在同一容器中进 行。

与如为了好的效果而优选较高浓度的含臭氧气流的饮用水或废水消毒等 臭氧的其它应用不同，在废气氧化工艺中，臭氧先被稀释，再与污染物反应。 实际上，采用如CDA等载气以较低浓度生成的同样量的臭氧在NO_X的去除中显示 出更好的效率。

本发明的另一种实施方式中揭示了一种生成臭氧的工艺，其包括通过将氧 气从分离系统再循环到向臭氧发生装置的含氧供给气体中，从而增加向所述臭 氧发生装置的含氧气体的流动。

臭氧的浓度达到6重量％或以下。

所述含氧气体供给气流选自氧气、压缩干燥空气和空气。所述分离系统通 过膜分离系统或吸附剂分离系统来分离臭氧和含氧气体的混合物。

所述吸附剂分离系统包含选自硅胶、脱铝Y型沸石和高硅丝光沸石的一种 吸附剂。