一种实现移动源尾气氮氧化物净化和回收的装置及方法

技术特征：
1.一种实现移动源尾气氮氧化物净化和回收的装置，其特征在于，所述装置由安装在道路机动车或非道路移动源设备的底盘的尾气净化系统、臭氧或低温等离子体发生供给系统、吸收液循环系统、吸收产物浓缩回收系统，以及内嵌于移动源操控机构的控制系统组成；所述尾气净化系统的入口与道路机动车或非道路移动源设备的发动机尾气出口相连，所述臭氧或低温等离子体发生供给系统、吸收液循环系统、吸收产物浓缩回收系统与所述尾气净化系统相连。2.根据权利要求1所述的实现移动源尾气氮氧化物净化和回收的装置，其特征在于，所述尾气净化系统包括：顺序相连的催化氧化转化器、蒸发浓缩器、混合器、氧化反应管、文丘里管、吸收反应器、高效旋风分离器；所述催化氧化转化器的进气口与道路机动车或非道路移动源设备的发动机尾气出口相连，用于使尾气中的一氧化氮部分或全部氧化为二氧化氮，并将尾气中的一氧化碳和碳氢化合物氧化为二氧化碳和水；所述蒸发浓缩器的入口与催化氧化转化器的出气口相连，蒸发浓缩器还包括吸收产物入口和吸收产物出口，其中吸收产物入口与所述吸收产物浓缩回收系统的吸收产物输送泵的出口相连，蒸发浓缩器形成热交换体系，利用由催化氧化转化器进入的高温尾气加热蒸发由吸收产物输送泵输送而来的吸收产物的部分水分，并降低尾气温度；蒸发浓缩器吸收产物出口与所述吸收产物浓缩回收系统的硝酸盐浓液和结晶物暂存罐入口相连，浓缩得到的硝酸盐浓溶液自动流入暂存罐，蒸发出的水蒸汽自行外排至大气；所述混合器与所述臭氧或低温等离子体发生供给系统相连，使降温后的尾气与臭氧或低温等离子体发生供给系统提供的臭氧或低温等离子体充分混合；所述氧化反应管使尾气中的一氧化氮和二氧化氮氧化为高价态氮氧化物，所述高价态氮氧化物包括五氧化二氮、三氧化氮和其他高价态氮氧化物；所述文丘里管用于促使尾气与来自吸收液循环系统的吸收液雾滴充分混合接触；所述吸收反应器用于使自吸收液循环系统的吸收液雾滴与尾气进一步混合并反应形成含有硝酸盐的吸收液；所述高效旋风分离器用于分离从吸收反应器排出的净化气中的含有硝酸盐的雾滴。3.根据权利要求1所述的实现移动源尾气氮氧化物净化和回收的装置，其特征在于，所述尾气净化系统还包括：设置在所述高效旋风分离器之后而且与其出气口相连的细颗粒物捕集器，所述细颗粒物捕集器用于捕集高效旋风分离器处理后残留的粒径极小、含量极低的颗粒物，只在对颗粒物排放控制有极高要求的场所才配备，其他场合不需要配备。4.根据权利要求1所述的实现移动源尾气氮氧化物净化和回收的装置，其特征在于，所述臭氧或低温等离子体发生供给系统包括：车载电源、臭氧或低温等离子体发生器和臭氧或低温等离子体喷嘴；所述车载电源用于给臭氧或低温等离子体发生器供电，所述臭氧或低温等离子体发生器以空气作气源，将其中的部分气体转化为臭氧或低温等离子体，所述臭氧或低温等离子体喷嘴用于将含臭氧或低温等离子体的空气喷入所述混合器的内部。5.根据权利要求1所述的实现移动源尾气氮氧化物净化和回收的装置，其特征在于，所述吸收液循环系统包括：吸收剂箱、吸收液箱、吸收液循环泵、吸收液喷嘴和喷射孔；
所述吸收剂箱用于储存新鲜碱性水溶液，吸收剂箱的出液口通过电磁阀与所述吸收液箱的一个进液口相连；所述吸收液箱的另一个进液口连接所述高效旋风分离器的出液口和所述吸收反应器的底部出液口，所述吸收液箱用于暂存新鲜碱性水溶液以及所述吸收反应器和所述高效旋风分离器中流出的吸收液；所述吸收液箱的出液口通过吸收液循环泵连接吸收液喷嘴和喷射孔，所述吸收液喷嘴位于文丘里管的收缩段，所述吸收液喷射孔位于吸收反应器中心管壁，所述吸收液喷嘴和喷射孔用于雾化循环吸收液。6.根据权利要求5所述的实现移动源尾气氮氧化物净化和回收的装置，其特征在于，所述新鲜碱性水溶液包括但不限于以下的至少一种：氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠、氢氧化钾、碳酸钾、碳酸氢钾、氧化钙或氧化镁的水溶液；所述吸收液箱中的吸收液为新鲜碱性水溶液和吸收过程形成的含有硝酸盐的水溶液共同构成的溶液；所述硝酸盐包括但不限于以下的至少一种：硝酸钠、硝酸钾、硝酸钙和硝酸镁，其阳离子与碱性吸收液所含金属阳离子相同。7.根据权利要求1所述的实现移动源尾气氮氧化物净化和回收的装置，其特征在于，所述吸收产物浓缩回收系统包括：吸收产物输送泵、硝酸盐浓液和结晶物暂存罐；所述浓吸收产物输送泵的进液口与所述高效旋风分离器的出液口相连，且出液口与所述蒸发浓缩器相连，用于将高浓度硝酸盐溶液,即吸收产物送至蒸发浓缩器；所述蒸发浓缩器为热交换体系，高温尾气加热蒸发吸收产物的部分水分使其浓缩，浓缩得到的硝酸盐浓溶液自动流入硝酸盐浓液和结晶物暂存罐，所述硝酸盐浓液和结晶物暂存罐与所述蒸发浓缩器相连，用于储存所述蒸发浓缩器流出的浓缩后的吸收液，以及因自然冷却析出的硝酸盐结晶物。8.根据权利要求1所述的实现移动源尾气氮氧化物净化和回收的装置，其特征在于，所述硝酸盐浓液和结晶物暂存罐用于储存来自蒸发浓缩器的吸收产物以及随后因自然冷却形成的结晶物，加油站或移动源装备售后服务机构取下暂存罐后，可送专业机构转化为硝酸盐产品。9.根据权利要求1所述的实现移动源尾气氮氧化物净化和回收的装置，其特征在于，所述控制系统包括：信号传感器、控制单元和执行设备；所述传感器包括感应氧化反应管温度的温度传感器、感应吸收液酸碱度的ph值传感器、感应净尾气臭氧和氮氧化物浓度的臭氧传感器和氮氧化物浓度传感器；所述控制单元用于接收传感器测得的信号以及大气温度和进入发动机的空气量信号，并进行数据处理以便确定臭氧或低温等离子体发生器供电电压、吸收液循环泵流量、吸收产物输送泵流量和吸收剂投加电磁阀启停等参数值或启停状态，再发出调控臭氧或低温等离子体发生器供电电压、吸收液循环泵流量、吸收产物输送泵流量和吸收剂投加电磁阀启停的命令；所述执行设备包括执行调控命令的臭氧或低温等离子体发生器、吸收液循环泵、吸收产物输送泵和吸收剂投加电磁阀。10.采用如权利要求1-9中任一项所述的装置实现移动源尾气氮氧化物净化和回收的
方法，其特征是，尾气自移动源发动机尾气出口排出后，先后经历以下步骤，实现尾气氮氧化物的净化和回收：1)在催化氧化转化器中，尾气中的一氧化碳和碳氢化合物被氧化为二氧化碳和水，同时，部分或全部一氧化氮氧化为二氧化氮；2)在蒸发浓缩器中，尾气与经吸收产物泵输送而来的吸收产物间接接触换热，使尾气温度降至150℃以下；3)在混合器中，尾气与外加臭氧或低温等离子体均匀混合；4)在氧化反应管中，外加的臭氧或低温等离子体将尾气中的一氧化氮和二氧化氮氧化为五氧化二氮、三氧化氮和其他高价态氮氧化物；5)在文丘里管，经氧化的尾气与外加的吸收液充分接触；6)在吸收反应器中，高价态氮氧化物被碱性水溶液吸收形成硝酸盐水溶液；7)在高效旋风分离器中，尾气中的雾滴与气体分离；8)在备选的细颗粒物捕集器中，粒径在1μm以下的细颗粒被分离，此装备只在对颗粒物排放控制有极高要求的场所才配备，其他场合不需要配备；9)吸收反应器和高效旋风分离器收集吸收液的大部分回流至吸收液箱，少部分由吸收产物输送泵送至蒸发浓缩器，蒸发水分，浓缩吸收液；10)在硝酸盐溶液和结晶物暂存罐中，硝酸盐溶液由于冷却降温导致溶解度降低，并逐步结晶析出；11)暂存罐内以结晶态为主的硝酸盐可由加油站和汽车维修企业回收，并送专业化机构实现资源化利用。

技术总结
本发明涉及一种实现移动源尾气氮氧化物净化和回收的装置及方法，属于大气污染净化技术领域，包括：尾气系统、臭氧或低温等离子体发生供给系统、吸收液系统、控制系统和吸收产物浓缩回收系统。本发明首先利用臭氧或低温等离子体将道路机动车或非道路移动源设备产生的尾气中的氮氧化物(包括一氧化氮和二氧化氮)氧化为高价态氮氧化物。然后，利用碱性吸收液吸收高价态氮氧化物，形成含有高浓度硝酸盐的吸收产物。最后，利用高效旋风分离器分离吸收产物，实现尾气氮氧化物高效净化。与此同时，还利用尾气加热吸收产物，使尾气温度降低且吸收产物得到浓缩。本发明不涉及气态氨、铵水或尿素水溶液等易挥发性氨组分药剂，故不存在安全风险。风险。风险。


技术研发人员：朱天乐 文强 孙也
受保护的技术使用者：北京航空航天大学
技术研发日：2022.08.12
技术公布日：2022/12/12