CN101376080A - 不锈钢酸洗工艺废气净化处理方法 - Google Patents
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Abstract
一种不锈钢酸洗工艺废气净化处理方法，包括硫酸酸洗段废气污染物净化处理方法和混酸酸洗段废气污染物净化处理方法。两种净化处理方法均将废气通过气雾分离器分离后，依次进入二、三、四级净化塔内，每一级净化塔内加入不同的吸收液进行净化处理。本发明的优点是：1.不锈钢硫酸酸洗废气实现达标排放，净化效率可达到：η二氧化硫≥98～99％、η硫酸雾≥97～99％。2.混酸酸洗工艺废气中，污染物初始排放浓度限定值为：C氮氧化物≤7500mg/m3、CHF≤450mg/m3时，净化处理效果可达η氮氧化物≥97～99％、η混酸雾≥98～99％、ηHF≥98～99％。
Description
技术领域:
本发明属于一种废气净化方法，特别涉及一种不锈钢酸洗工艺废气净化处理方法。
背景技术：
不锈钢酸洗是不锈钢钢板、钢带、钢管、钢丝、制品等的表面氧化皮处理，通常采用二级连续酸洗处理工艺，一级为硫酸酸洗，二级为混酸(硝酸+氢氟酸)酸洗，混酸中的硝酸为氧化剂，氢氟酸为活化剂。其具体的酸洗工艺为:不锈钢产品→水洗→稀硫酸酸洗→水洗→硝酸-氢氟酸混酸酸洗→水洗→烘干→产成品。
不锈钢酸洗工艺中硫酸(H2SO4)酸洗段，以稀硫酸为酸洗液，酸洗操作温度较高(60±5℃)，酸洗中硫酸与不锈钢表面氧化物反应为强放热反应，由于热传导和热辐射极为缓慢，反应热无法及时导出，使钢板、钢带、钢管、钢丝、制品等表面形成局部高温区，高温下大量硫酸被热分解和挥发，产生高浓度SO2，再加上有些酸洗操作采用喷淋法，SO2及喷淋产生的雾状硫酸溶液气溶胶微细颗粒，与水蒸汽结合，形成硫酸雾，因此，该酸洗段排放的主要污染物是
不锈钢混酸酸洗段采用的混酸酸洗液为硝酸(HNO3)和氢氟酸(HF)，酸洗操作温度40±5℃，酸洗反应产生的热量，使部分硝酸分解为氮氧化物(NOx)，使部分硝酸分解为NO和NO2、氢氟酸挥发为氟化氢(HF)，再加上废气湿度大，形成混酸酸雾，因此，该酸洗段工艺废气中，含有的主要污染物为: 
总之，不锈钢酸洗工艺废气排放工况，属于高温、高湿、高浓度、强腐蚀、有规则的连续排放型。
依据环境保护法，该工艺废气中的污染物，必须先经过净化处理，达标后才能排放。
发明内容:
本发明的目的就在于提供一种不锈钢酸洗工艺废气净化处理方法，通过该方法及设备的净化后，不锈钢酸洗工艺产生的污染物可达到国家颁布的《大气污染物综合排放标准》(GB16297-1996)。
本发明的技术方案是:一种不锈钢酸洗工艺废气净化处理方法，包括硫酸酸洗段废气污染物净化处理方法和混酸酸洗段废气污染物净化处理方法，其特征在于:硫酸酸洗段废气污染物净化处理方法依照下列步骤进行:①将不锈钢硫酸酸洗段产生的废气通过气雾分离器分离后通入一级水吸收塔内，废气在塔内自下而上运动，与自上而下喷淋的一级吸收液在填料表面进行气-液逆流接触、溶解、反应、传质、热传递过程，达到捕集吸收二氧化硫和硫酸雾污染物的目的，同时将废气温度降低为≦30℃；②废气经一级净化塔净化处理后，通过连接风管依次进入二、三、四级塔内，与塔内的NaOH稀溶液吸收液进行逆流交换，使残留剩余部分二氧化硫、硫酸雾转入吸收液中进行净化处理；
混酸酸洗段废气净化处理方法依照下列步骤进行:①首先将通过气雾分离器分离出的废气经一级氧化型水洗塔处理后，废气中的氮氧化物、氟化氢及混合酸雾，被捕集吸收转入一级塔吸收液中，同时将废气温度降低到30～40℃；②将废气通入二级氧化塔，与逆流喷淋的强氧化碱性吸收液接触、传质、反应，转化为可溶性的硝酸盐，进入吸收液中进行净化处理；③将经过二级氧化塔净化处理后的废气继续通入到三级氧化吸收塔，将废气中的NO通过强氧化性吸收液全部被迅速氧化成NO2，被吸收液吸收；④将经过三级氧化塔净化处理后的废气继续通入到四级还原吸收塔内，将未被吸收的NOx通过还原性吸收液还原为无毒无害的氮气，然后负压进入风机，正压进入排放管排空。
上述硫酸酸洗段废气污染物净化处理一级塔吸收液的成分为水和催化剂—偏矾酸铵，其中催化剂—偏矾酸铵的比例是5～10克/m3
上述硫酸酸洗段废气污染物净化处理二、三、四级塔吸收液的成分为:水、氢氧化钠5％、偏钒酸钠5克/m3、硫酸锰10克/m3。
上述混酸酸洗段废气净化处理过程中一级塔吸收液的成分的是:H2O、H2O2和催化剂，催化剂由偏钒酸钠5克/m3和硫酸锰5克/m3组成。
上述混酸酸洗段废气净化处理过程中二级塔吸收液的成分是:KMnO4 2％、NaOH 4％、过氧化氢3％和H2O。
上述混酸酸洗段废气净化处理过程中三级塔吸收液的成分的是:水、H2O2.5％。
上述混酸酸洗段废气净化处理过程中四级塔吸收液的成分是:水、亚硫酸钠4％、尿素6％、硫酸的含量可将吸收液的PH＝2即可。
本发明的优点是:1、当高浓度污染物的初始排放浓度二氧化硫:CS02≤15000mg/m3，硫酸雾:C硫酸雾≤1500mg/m3时，经本工艺净化处理系统捕集吸收处理后，均能达到国家规定的二级排放标准以上，可使不锈钢硫酸酸洗废气实现达标排放。净化效率可达到:η二氧化硫≥98～99％、η硫酸雾≥97～99％。2、混酸酸洗工艺废气中，污染物初始排放浓度限定值为:C氨氧化物≤7500mg/m3、CHF≤450mg/m3时，净化处理效果可达η氨氧化物≧97～99％、η混酸雾≥98～99％、ηHF≥98～99％。
附图说明:
图1是硫酸酸洗废气净化处理工艺的流程图。
图2是混酸酸洗废气净化处理工艺的流程图。
具体实施方式:
一种不锈钢酸洗工艺废气净化处理方法，由硫酸酸洗段废气污染物净化处理和混酸酸洗段废气污染物净化处理。
硫酸酸洗段废气污染物净化处理将不锈钢硫酸酸洗段产生的工艺废气(含二氧化硫和硫酸雾污染物)，在风机负压作用下，通过酸洗密闭罩排入收集孔，进入气雾分离回流器，将气携酸洗液回流到酸洗密闭罩内，二氧化硫及硫酸雾气体则穿过气雾分离器及风管，进入一级填料吸收塔塔底，一级塔为水吸收塔，废气在塔内自下而上运动，与自上而下喷淋的一级吸收液，在填料表面，气-液逆流接触，进行溶解、反应、传质、热传递过程，达到捕集吸收二氧化硫和硫酸雾污染物的目的，同时降低了废气温度，以保证后级塔捕集吸收的温度要求，从而提高了后级填料吸收塔的净化效率。
-级塔起降温和吸收双重作用。主要塔反应如下:
硫酸雾溶于水中转化为硫酸
SO2+H2O→H2SO3
2H2SO3+O2(空气中氧)→2H2SO4
一级塔吸收液中加有微量催化剂(偏矾酸铵)，以加快废气中污染物在水中的溶解和反应速度，提高一级塔的净化效率。
经一级塔净化处理后，50％～60％的二氧化硫及硫酸雾污染物进入水体中，气体温度可降30℃-40℃。
废气经一级净化塔净化处理后，通过连接风管进入二级塔内，与二级吸收液(NaOH稀溶液)进行逆流交换，使残留剩余部分二氧化硫、硫酸雾转入吸收液中。
二级填料吸收塔的主要塔反应为:
2NaOH+H2SO3→Na2SO3+2H2O
2NaOH+H2SO4→Na2SO4+2H2O
2Na2SO3+O2→2Na2SO4
废气经塔体和风管再进入三级塔和四级塔进行净化处理，吸收液和净化处理原理、塔反应等均与二级塔相同。
混酸酸洗段废气污染物(氮氧化物-氟化氢-混酸酸雾)净化处理过程为:在不绣钢混酸酸洗段设置的气水分离器，目的是分离出混酸酸液，回流至酸洗密闭罩内。经气水分离器后的废气污染物，在风机负压下，通过连接风管进入一级填料塔塔底。
一级塔为氧化型水洗塔，塔专用吸收液M1，成分为:H2O+H2O2+催化剂(偏钒酸钠+硫酸锰)，为四元吸收液，废气进入一级净化塔塔底后，沿塔向塔顶输送，与塔顶自上而下喷淋的M1吸收液，填料表面逆流接触，进行吸附、溶解、反应、传质、热交挨换过程。经一级净化塔处理后，废气中的氮氧化物、氟化氢及混合酸雾，被捕集吸收转入一级塔吸收液中。废气温度也被大大降低(≦30～40℃)，以满足后级塔捕集吸收的温度要求，有利于提高后级塔的净化效率。二级吸收塔为氧化塔，选用M2强氧化碱性吸收液(KMnO4+NaOH+H2O)，其作用是将废气中无法捕集吸收的一氧化氮(不溶于水和酸、碱溶液中)，以及因二氧化氮溶入吸收液中进行化学反应时，新产生的一氧化氮，将其完全、快速的氧化为可溶性的二氧化氮，才能与吸收液反应转化为无害的无机盐。废气进入二吸收塔内，与逆流喷淋的M2吸收液接触、传质、反应，转化为可溶性的硝酸盐，进入吸收液中。废气在二级塔中，经捕集、吸收、转化，达到净化处理的目的。
三级吸收塔仍为氧化吸收塔，吸收液M3为强氧化性，与二级塔M2不同，成分为:水+H2O2。，废气中NO全部被迅速氧化为NO2，被吸收液吸收。
四级塔为还原吸收塔，废气中的污染物经前三级塔，氧化吸收转换后，仍有少量未被吸收的污染物(主要为NOx)，四级塔选用M4还原性吸收液(成分:亚硫酸钠+尿素+硫酸+水为四元系吸收液)，还原剂将氮氧化物还原为无毒无害的氮气，然后负压进入风机，正压进入排放管排空。
净化处理原理:
1、一级塔反应:
一级塔专用吸收液:
代号M1:水-过氧化氢(3％)-偏钒酸钠(5克/m3)-硫
酸锰(5克/m3)。
(1)。废气中氟化氢和氢氟酸酸雾在水中溶解大，几乎全部溶解在水中，形成低浓度氢氟酸，在废水处理站与氢氧化钙反应，转化为氟化钙:
Ca(OH)2+2HF＝CaF2+2H2O
(2).废气中硝酸雾迅速溶解在吸收液中，在水处站与氢氧化钙反应，转化为硝酸钙:
Ca(OH)2+2HNO3＝Ca(NO3)2+2H2O
(3).废气中氮氧化物主要为NO2和NO，二氧化氮与水反应转化为硝酸，在废水处理站与氢氧化钙反应，转化为硝酸钙:
3NO2+H2O→2HNO3+NO↑
Ca(OH)2+2HNO3＝Ca(NO3)2+2H2O
3个分子NO2在反应中，同时又
(4).废气中一氧化氮及NO2与水反应新生成的NO，与氧化剂反应，大部分转化为二氧化氮:
NO+H2O2→NO2↑+H2O
3NO2+H2O→2HNO3+NO↑
又新生成一个分子的NO，氧化反应在塔内反复进行，逐渐将难以吸收的NO几乎全部转化为可吸收的NO2.。
吸收液中偏钒酸钠和硫酸锰为二元复合催化剂。
2、二级塔反应:
二级吸收塔专用吸收液:代号:M2成分:水-高锰酸钾(2％)-过氧化氢(3％)-氢氧化钠(4％)。混酸酸洗废气经一级塔处理后，酸雾及氟化氢大部分被捕集吸收，残存微量部分转入二级塔后，重复上述反应，再次被捕集吸收。
进入二级塔的废气成分转化为二氧化氮和一氧化氮，在二级塔内一氧化氮被更强的氧化吸收液再次氧化为易溶解高价态氧化物，再次转化吸收，污染物转化为无毒无害的无机化合物，起到了净化作用:
NO+H2O2→NO2+H2O
3NO2+H2O→2HNO3+NO
3NO+KMNO4+2NaOH→KNO3+NaNO3+MNO2↓+H2O
3、三级塔反应:
三级吸收塔专用吸收液:代号:M3成分:水-过氧化氢(5％)，为强氧化性吸收液，
混酸酸洗废气经二级塔处理后，废气中二氧化氮和一氧化氮含量大大降低，处理后的尾气，进入三级吸收塔，极微量的混酸酸雾和氟化氢，再次被吸收，在废水处理站与Ca(OH)2反应转化:
Ca(OH)2+2HF＝＝CaF2+2H2O
Ca(OH)2+2HNO3＝Ca(NO3)2+2H2O
残留的微量的二氧化氮和一氧化氮在三级吸收塔内与吸收液M3中过氧化氢氧化剂反应，再次被转化吸收:
NO+H2O2→NO2↑+H2O
3NO2+H2O→2HNO3+NO↑
显然，经过几次氧化、吸收后，废气中NO2和NO含量极微。
4、四级塔反应:
四级吸收塔专用吸收液为酸性强还原吸收液:代号:
M4成分:水-亚硫酸钠(4％)-尿素(6％)-硫酸(少许，用于将吸收液调至PH＝2)。
经三级塔净化处理后，废气中仅含有微量的NO2和NO，被输送到四级净化塔，在塔内与酸性强还原吸收液反应，被还原为N2↑，塔反应为:
2NO2+4NaSO3→4Na2SO4+N2↑
(NH2)2CO
40～50℃，PH＝2
此时废气污染物浓度已达排放标准的限定值以下，经风机负压引出，正压输送到排气筒排空。
Claims (7)
1、一种不锈钢酸洗工艺废气净化处理方法，包括硫酸酸洗段废气污染物净化处理方法和混酸酸洗段废气污染物净化处理方法，其特征在于:硫酸酸洗段废气污染物净化处理方法依照下列步骤进行:①将不锈钢硫酸酸洗段产生的废气通过气雾分离器分离后通入一级水吸收塔内，废气在塔内自下而上运动，与自上而下喷淋的一级吸收液在填料表面进行气-液逆流接触、溶解、反应、传质、热传递过程，达到捕集吸收二氧化硫和硫酸雾污染物的目的，同时将废气温度降低为≦30℃；②废气经一级净化塔净化处理后，通过连接风管依次进入二、三、四级塔内，与塔内的NaOH稀溶液吸收液进行逆流交换，使残留剩余部分二氧化硫、硫酸雾转入吸收液中进行净化处理；
混酸酸洗段废气净化处理方法依照下列步骤进行:①首先将通过气雾分离器分离出的废气经一级氧化型水洗塔处理后，废气中的氮氧化物、氟化氢及混合酸雾，被捕集吸收转入一级塔吸收液中，同时将废气温度降低到30～40℃；②将废气通入二级氧化塔，与逆流喷淋的强氧化碱性吸收液接触、传质、反应，转化为可溶性的硝酸盐，进入吸收液中进行净化处理；③将经过二级氧化塔净化处理后的废气继续通入到三级氧化吸收塔，将废气中的NO通过强氧化性吸收液全部被迅速氧化成NO2，被吸收液吸收；④将经过三级氧化塔净化处理后的废气继续通入到四级还原吸收塔内，将未被吸收的NOx通过还原性吸收液还原为无毒无害的氮气，然后负压进入风机，正压进入排放管排空。
2、根据权利要求1所述的不锈钢酸洗工艺废气净化处理方法，其特征在于:上述硫酸酸洗段废气污染物净化处理一级塔吸收液的成分为水和催化剂—偏矾酸铵，其中催化剂—偏矾酸铵的比例是5～10克/m3。
3、根据权利要求1所述的不锈钢酸洗工艺废气净化处理方法，其特征在于:上述硫酸酸洗段废气污染物净化处理二、三、四级塔吸收液的成分为:水、氢氧化钠5％、偏钒酸钠5克/m3、硫酸锰10克/m3。
4、根据权利要求1所述的不锈钢酸洗工艺废气净化处理方法，其特征在于:上述混酸酸洗段废气净化处理过程中一级塔吸收液的成分的是:H2O、H2O2和催化剂，催化剂由偏钒酸钠5克/m3和硫酸锰5克/m3组成。
5、根据权利要求1所述的不锈钢酸洗工艺废气净化处理方法，其特征在于:上述混酸酸洗段废气净化处理过程中二级塔吸收液的成分是:KMnO4 2％、NaOH4％、过氧化氢3％和H2O。
6、根据权利要求1所述的不锈钢酸洗工艺废气净化处理方法，其特征在于:上述混酸酸洗段废气净化处理过程中三级塔吸收液的成分的是:水、H2O2.5％。
7、根据权利要求1所述的不锈钢酸洗工艺废气净化处理方法，其特征在于:上述混酸酸洗段废气净化处理过程中四级塔吸收液的成分是:水、亚硫酸钠4％、尿素6％、硫酸的含量可将吸收液的PH＝2即可。
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