CN101036851A - 含氮氧化物废气的处理方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种含氮氧化物废气的处理方法及处理装置，是将含氮氧化物废气通入一个氮氧化物氧化器中，与来自臭氧发生器的臭氧发生氧化反应，将氮氧化物全部转化为二氧化氮；含二氧化氮的废气和聚乙二醇吸收液分别由进气口和进液口引入第一填料吸收塔中，在填料层中逆流接触，进行第一级吸收后，再引入第二填料吸收塔中进行第二级吸收，吸收后的尾气由排气口排出放空。本发明采用聚乙二醇作为吸收剂，吸收性能稳定，吸收饱和度高，可以提高氮氧化物的脱除率，降低氮氧化物废气的处理成本。

Description

含氮氧化物废气的处理方法及装置

技术领域

本发明涉及一种含氮氧化物废气的处理方法，具体是涉及一种利用聚乙二醇作为吸收液处理含氮氧化物废气的方法。本发明还涉及一种用于实现该方法的处理装置。

背景技术

氮氧化物(NOx)是量大面广的大气污染物之一。其主要危害在于：1.在太阳照射下，能与碳氢化合物发生一系列光化学反应，生成光化学烟雾；2.产生酸雨；3.存在于平流层中的氮氧化物对臭氧层有破坏作用；4.对人体呼吸系统产生刺激作用，甚至发生支气管炎；5.使农作物减产、树木枯死、金属损坏等等。近几年来，由SO₂、CO和烟尘造成的大气污染有所降低，但随着石化行业的迅猛发展，硝酸的使用范围和用量显著增长，产生含NOx废气的源头增多、规模加大，氮氧化物在大气中的浓度有上升趋势，环保问题十分迫切。

目前烟气中氮氧化物的处理技术主要有干法与湿法两大类。干法处理技术包括催化还原法、吸附法与电子束照射法等。催化还原法是在催化剂作用下，利用还原剂将氮氧化物还原为无害的氮气。这种方法多用在锅炉烟气的治理上，其催化温度一般需要300℃以上，在治理过程中还能够回收部分热能，但投资和运行费用较高，难以在中小企业中普及。如专利99126262公开的一种处理高浓度二氧化氮废气的方法及设备即是采用将液化气与含二氧化氮气体在专用焚烧炉内进行焚烧的方法，其燃烧温度达到800～1400℃。吸附法是用硅胶、分子筛、活性炭等吸附剂将废气中的氮氧化物吸附，然后解吸并用水或碱液吸收以脱除氮氧化物。该法由于吸附剂用量多、设备庞大、再生频率高等原因，导致投资大、运行费用高、治理效果不稳定，因此应用并不广泛。电子束照射法则是采用电子束照射燃烧尾气，使尾气中含有的氮氧化物与固体微粒形成酸雾混合物，再用电吸尘器将其分离，该法目前仍处于小规模试验阶段运行，尚未达到工业化规模程度。干法处理技术的主要缺陷是不能有效地回收氮氧化物资源。

湿法处理氮氧化物的方法比较多，主要采用填料塔、泡罩塔、筛板塔等单级或者两级吸收工艺。在吸收剂选择方面，企业依据各自生产特点，有些利用清水作为吸收剂，或采用稀硝酸作为吸收剂进行物理吸收；有些采用碳酸钠、氢氧化钠等碱性液体作为吸收剂进行化学吸收处理。湿法处理具有工艺和设备简单、投资少等优点，有些还能回收NOx，具有一定的经济效益，但缺点是净化效率低。

对上述几种治理氮氧化物的主要方法进行技术经济估算，结果表明，除碱吸收法在经济上尚有一定的盈利之外，其它方法均在一定程度上造成经济上的亏损。虽然碱液吸收法可在常压下进行，吸收速率快，尾气排放容易达标，具有投资省、操作费用较低的优点，但是生成的盐类产品价值低，同时碱液系统通常带有腐蚀性，操作不慎容易造成二次污染。

多年来，研究人员一直在致力于氮氧化物湿法处理的工艺改进研究，包括尝试用多个塔串联多级吸收、使用活性填料等，但效果十分有限，难以达到处理要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种新的含氮氧化物废气的处理方法，该处理方法以聚乙二醇作为吸收剂，可以提高氮氧化物的脱除率，降低氮氧化物废气的处理成本。

提供一种用于实现本发明含氮氧化物废气处理方法的处理装置，是本发明的另一发明目的。

聚乙二醇溶液对二氧化氮有很好的吸收效果，且吸收性能稳定。根据聚乙二醇在吸收NO₂前后的红外光谱变化，认为聚乙二醇在吸收NO₂后，与NO₂结合形成了一种类似硝酸酯的新结构：

这种结合使得原来聚乙二醇的醚氧键有所削弱，导致醚氧键的特征吸收峰偏移。新结构中，NO₂的N与聚乙二醇的O之间的结合力比典型的硝酸酯结构中的N-O键要弱得多。

由此原理，本发明先将含氮氧化物废气中的氮氧化物经过臭氧氧化，全部转变为二氧化氮气体，再采用有机化合物聚乙二醇作为吸收液，利用二级串联填料吸收塔对二氧化氮进行吸收处理。

本发明的含氮氧化物废气的处理方法具体包括以下步骤：

a、将含氮氧化物废气通入一个氮氧化物氧化器中，与来自臭氧发生器的臭氧混合并发生氧化反应，将废气中的氮氧化物全部转化为二氧化氮；

b、含二氧化氮的废气和吸收液分别由进气口和进液口引入第一填料吸收塔中，在第一填料吸收塔的填料层中逆流接触，进行第一级吸收后，吸收后的废气和吸收液分别由排气口和排液口排出；

c、吸收后的废气由进气口引入第二填料吸收塔中，在填料层与吸收液逆流接触进行第二级吸收，吸收后的尾气由排气口排出后，经排气管放空。

本发明是采用聚乙二醇作为二氧化氮的吸收液，具体地，是采用聚乙二醇100、聚乙二醇200、聚乙二醇300或聚乙二醇400中的一种作为吸收液的。

含二氧化氮的废气与聚乙二醇吸收液在填料吸收塔的填料层中逆流接触，进行NO₂的吸收和治理，通入填料吸收塔中的吸收液与废气的适宜的气液质量比为2～5∶1。

用于实现本发明上述处理方法的一种含氮氧化物废气处理装置包括有臭氧发生器、氮氧化物氧化器、第一填料吸收塔和第二填料吸收塔，臭氧发生器与氮氧化物废气进气管分别与氮氧化物氧化器连接，氮氧化物废气与臭氧通入氮氧化物氧化器中进行氧化反应，将废气中的氮氧化物全部转化为二氧化氮，氮氧化物氧化器的出口连接第一填料吸收塔的进气口，第一填料吸收塔的排气口与第二填料吸收塔的进气口连接，第二填料吸收塔的排气口连接放空管，聚乙二醇吸收液贮罐分别连接第一填料吸收塔和第二填料吸收塔顶部的进液口，位于第一填料吸收塔和第二填料吸收塔底部的出液口则与吸收液排液槽连接，由塔底部进入的废气与从塔顶喷淋而下的吸收液在填料层逆流接触，吸收了二氧化氮的吸收液排入吸收液排液槽中，经二次吸收除去二氧化氮后的气体从放空管放空。

本发明的含氮氧化物废气处理装置分别在第一填料吸收塔的排气口与第二填料吸收塔的进气口之间的连通管路上，以及在第二填料吸收塔的排气口与放空管之间的连通管路上各连接有一个空气射流器，通过空气射流器在吸收塔排气口处形成负压，为气体提供一部分流动的动力。

本发明的含氮氧化物废气处理装置还分别在第一填料吸收塔与第二填料吸收塔的顶部设置有与塔顶进液口连接的吸收液布液器，底部设置有连接塔底进气口的二氧化氮布气器，以均匀向塔内布气和布液。

本发明的吸收液排液槽与吸收液贮罐连通，聚乙二醇吸收液可以循环使用。当吸收了NO₂气体的吸收液未达到饱和时，送入吸收液贮罐循环使用，吸收液达到吸收饱和时，则由排液阀排出，再生后重新使用。实验结果表明，聚乙二醇对NO₂的饱和吸收度为聚乙二醇∶NO₂＝1∶4.5，饱和吸收液为深绿色。

本发明的含氮氧化物废气处理装置中，所有涉及的设备、管路、填料、管件等全部采用耐腐蚀材料CPVC制造。

本发明将工业氮氧化物尾气先经臭氧氧化，使NO_X全部转变为NO₂，再采用有机化合物聚乙二醇作为吸收液，采用二级串联吸收塔吸收方式对NOx进行吸收治理。吸收塔内设置填料以增加气液接触面积，NO₂气体由布气器均匀向塔内布气，在塔内上升流动，聚乙二醇吸收液由布液器均匀向塔内布液，喷淋而下，与上升NO₂气体在填料层逆流接触吸收，构成了气、液相循环系统的两级吸收塔。被吸收后的尾气经过放空管排放到大气中。

本发明在每级吸收塔的后面均设置有空气射流器，空气射流器一方面稀释了由吸收塔排出的NO₂气体，另一方面在吸收塔的排气口处形成负压，与吸收塔前的NO₂计量泵一起提供气体流动的动力。经过试验，本发明的上述构造得到比较满意的结果。

本发明采用聚乙二醇作为NO₂气体的吸收剂，吸收性能稳定，吸收饱和度高，聚乙二醇∶NO₂的质量比最高可以达到1∶4.5，且聚乙二醇吸收液可以循环使用，达到饱和后的吸收液既可以用作液体燃料，也可以再生重复利用。因此，本发明的吸收剂用量比用稀硝酸要少得多，而且不存在副产NO的问题。

附图说明

图1是本发明含氮氧化物废气处理装置的结构示意图。

具体实施方式

实施例1

本发明含氮氧化物废气处理装置的结构如图1所示，主要由臭氧发生器1、氮氧化物氧化器3、第一填料吸收塔6、第二填料吸收塔15、聚乙二醇吸收液贮槽26和吸收液排液槽24组成。工业氮氧化物废气经过氮氧化物流量计量泵和氮氧化物废气进气管2进入氮氧化物氧化器3中，臭氧发生器1产生的臭氧经过臭氧流量计量泵也进入氮氧化物氧化器3中，对氮氧化物进行氧化，使NO_X全部转化为NO₂气体。

聚乙二醇吸收液贮罐26中的吸收液在进料泵的动力作用下经阀门调节，通过吸收液流量控制器控制，分别经第一填料吸收塔6顶部的进液口9与第二填料吸收塔15顶部的进液口17进入塔内，在吸收液布液器8、16的作用下，沿吸收塔喷淋而下。

NO₂气体由计量泵计量后，通过进气口4进入第一填料吸收塔6，由布气器5均匀向塔内布气，并沿吸收塔上升流动，进入填料层7，在此与喷淋而下的吸收液逆流接触吸收，吸收后剩余的NO₂气体通过排气口10排出后在空气射流器11的作用下经进气口13进入第二填料吸收塔15。第二填料吸收塔15的主要作用是将第一填料吸收塔6未完全吸收的NO₂气体进一步吸收，吸收方式与第一填料吸收塔6相同，由布气器13均匀向塔内布气，并沿吸收塔上升流动，进入填料层7，与喷淋而下的吸收液逆流接触吸收，吸收后的尾气通过排气口18排出后由空气射流器19带出并由放空管21排放。空气射流器11和19分别由空气泵12和20提供空气。

位于第一填料吸收塔6和第二填料吸收塔15底部的出液口22和23通过排液阀与吸收液排液槽24连接，吸收了NO₂气体的吸收液排入吸收液排液槽24中。吸收液排液槽24与吸收液贮罐26连通，当吸收了NO₂气体的吸收液未达到饱和时，由吸收液循环泵送入吸收液贮罐26循环使用，当吸收液变为深绿色达到吸收饱和后，经排液阀25排出，进行吸收液的再生使用。

在放空管21处还设置有取样检测尾气中NO₂气体含量的取样阀门27。

在开始吸收NO₂气体前，先用聚乙二醇吸收液将第一填料吸收塔6和第二填料吸收塔15内的填料全部浸泡后，将吸收液排空，然后再按照上述步骤开始含氮氧化物废气的聚乙二醇溶液吸收处理操作。

实施例2

采用本发明实施例1的含氮氧化物废气处理装置和处理方法对某企业含氮氧化物废气进行综合处理。该企业含氮氧化物废气的原始排气量694m³/h，原始排放浓度18000mg/m³。

处理装置按照实施例1设计，一些具体设计参数如下：

1.填料吸收塔采用Φ159cm×10mCPVC管制作，设置两级吸收塔；

2.每级吸收塔分为两层，吸收塔内填料层高度2.1m；

3.采用聚乙二醇300作为吸收液，吸收液通过循环泵循环使用；

4.第一级填料吸收塔气液质量比为2∶1，第二级填料吸收塔气液质量比为5∶1；

5.氮氧化物氧化器中的臭氧加入量为5m³/h；

6.根据填料理论压力降3×10^-4MPa/m以及对管路压力降计算，设计吸收塔后空气射流器压力为0.2MPa。

通过测定排放尾气中的NO₂含量评价处理装置的效果。

测定现场温度：16.1℃；

现场大气压力：92.03Kpa；

采样地点：近点：距尾气排放口10cm；远点：距尾气排放口3m；

采样时间：20min；

采样流量：0.5L/min；

采样体积10L。

对采集样品进行测定的结果表明：处理后尾气中NO₂含量近点(采样口距尾气排放口10cm)为1.78mg/m³，远点(采样口距尾气排放口3m)为0.0975mg/m³，含氮氧化物废气处理效果显著。

Claims (9)

1、一种含氮氧化物废气的处理方法，包括以下步骤：

a、将含氮氧化物废气通入一个氮氧化物氧化器中，与来自臭氧发生器的臭氧混合并发生氧化反应，将废气中的氮氧化物全部转化为二氧化氮；

b、含二氧化氮的废气和吸收液分别由进气口和进液口引入第一填料吸收塔中，在第一填料吸收塔的填料层中逆流接触，进行第一级吸收后，吸收后的废气和吸收液分别由排气口和排液口排出；

c、吸收后的废气由进气口引入第二填料吸收塔中，在填料层与吸收液逆流接触进行第二级吸收，吸收后的尾气由排气口排出后，经排气管放空；

其中，所述的吸收液为聚乙二醇。

2、根据权利要求1所述的含氮氧化物废气的处理方法，其特征是所述的聚乙二醇吸收液是聚乙二醇100、聚乙二醇200、聚乙二醇300或聚乙二醇400中的一种。

3、根据权利要求1所述的含氮氧化物废气的处理方法，其特征是进入填料吸收塔中的吸收液与废气的气液质量比为2～5∶1。

4、一种含氮氧化物废气的处理装置，包括有臭氧发生器(1)、氮氧化物氧化器(3)、第一填料吸收塔(6)和第二填料吸收塔(15)，臭氧发生器(1)与氮氧化物废气进气管(2)分别与氮氧化物氧化器(3)连接，氮氧化物废气与臭氧通入氮氧化物氧化器(3)中进行氧化反应，将废气中的氮氧化物全部转化为二氧化氮，氮氧化物氧化器(3)的出口连接第一填料吸收塔(6)的进气口(4)，第一填料吸收塔(6)的排气口(10)与第二填料吸收塔(15)的进气口(13)连接，第二填料吸收塔(15)的排气口(18)接放空管(21)，聚乙二醇吸收液贮罐(26)分别连接第一填料吸收塔(6)和第二填料吸收塔(15)顶部的进液口(9)和(17)，位于第一填料吸收塔(6)和第二填料吸收塔(15)底部的出液口(22)和(23)则与吸收液排液槽(24)连接，由塔底部进入的废气与从塔顶喷淋而下的吸收液在填料层(7)逆流接触，吸收了二氧化氮的吸收液排入吸收液排液槽(24)中，经二次吸收除去二氧化氮后的气体从放空管(21)放空。

5、根据权利要求4所述的含氮氧化物废气的处理装置，其特征是在第一填料吸收塔(6)的排气口(10)与第二填料吸收塔(15)的进气口(13)之间的连通管路上连接有一个空气射流器(11)。

6、根据权利要求4所述的含氮氧化物废气的处理装置，其特征是在第二填料吸收塔(15)的排气口(18)与放空管(21)之间的连通管路上连接有一个空气射流器(19)。

7、根据权利要求4所述的含氮氧化物废气的处理装置，其特征是分别在第一填料吸收塔(6)与第二填料吸收塔(15)的顶部设置有吸收液布液器(8)和(16)，分别与塔顶的进液口(9)和(17)连接。

8、根据权利要求4所述的含氮氧化物废气的处理装置，其特征是在第一填料吸收塔(6)与第二填料吸收塔(15)的底部各设置有一个连接塔底进气口(4)和(13)的二氧化氮布气器(5)和(14)。

9、根据权利要求4所述的含氮氧化物废气的处理装置，其特征是所述的吸收液排液槽(24)与吸收液贮罐(26)连通，聚乙二醇吸收液可以循环使用。

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