CN102380295A - 废橡胶裂解烟气净化工艺及其设备 - Google Patents

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本发明属于环保技术领域，具体涉及一种废橡胶裂解烟气净化工艺及其设备。本发明采用酸洗碱洗及物理吸附相结合的方法使烟气依次通过管路相连的冷凝器、酸洗塔、碱洗塔和物理活吸附塔进行净化，并实现了填料的在线再生。本发明净化效率高，填料可以重复利用，实现了高效连续净化。

Description

废橡胶裂解烟气净化工艺及其设备
技术领域
本发明属于环保技术领域，具体涉及一种废橡胶裂解烟气净化工艺及其设备。
背景技术
目前，利用废旧橡胶裂解以制取清洁油品和炭黑是处理废旧橡胶等工业垃圾较为有效的方法，为解决现在日益严重的能源危机提供了新的途径，但是，由于废旧橡胶裂解产生的烟气中含有较多的颗粒物、氮氧化物、硫氧化物等有害物质，在给人们带来经济效益的同时也对环境造成了极大污染，专利CN101816874A公开了一种裂解炉尾气处理系统，但是该系统主要除去的是尾气中的硫氧化物，不能有效除去尾气中的氮氧化物以及颗粒物，净化效率不高。目前，也有一些技术采用填料的吸附作用实现气体净化，但是填料使用一段时间后需要更换时，通常需要将生产停止，不仅在一定程度上造成浪费，而且影响生产进度。
发明内容
针对上述问题，本发明提出了一种废橡胶裂解烟气净化工艺及其设备，采用本发明，净化效率高，能够同时脱除多种有害成分，而且在不影响生产的情况下实现了填料的再生，实现了真正的连续净化。
本发明的烟气净化工艺主要包括换热、酸洗、碱洗和物理吸附过程，烟气依次经过上述过程后排放。
首先，由于废橡胶裂解产生的烟气中含有较多的颗粒物、氮氧化物、硫氧化物等有害物质，为了防止后期酸洗过程中温度过高造成酸洗液的挥发，裂解产生的烟气首先经过换热器降温，温度降至60℃以下进入酸洗塔。换热可以采用风冷或水冷中的一种或两种。
降温后的烟气中含有大量的氮氧化物，由于氮氧化物在稀硝酸中溶解度最大，将降温后的烟气通过硝酸酸洗。为了保证氮氧化物得到最大程度的吸收，将酸洗过程中硝酸的浓度设为15％-30％。为了将一氧化氮充分氧化为二氧化氮，增加氮氧化物在稀硝酸中的溶解度及碱液的吸收能力，酸洗过程中需要引入氧气或空气来提高烟气中氧气的浓度，保证烟气中氧气的体积含量至少为8％，保证充分氧化。经过酸洗后，烟气中氮氧化物含量由原来的约500mg/m3降为130mg/m3-150mg/m3。
经过硝酸酸洗，除去大部分氮氧化物后的烟气进入碱洗过程，吸收液采用5％-10％的NaOH溶液，同时碱液也可以吸收氮氧化物，硫化氢，氟化氢等气体。通过定期检测溶液的pH值使其不低于7，保证硫氧化物的吸收效率在90％以上。同时经过碱洗后使得烟气偏碱性，不会导致后期物理吸附过程中填料中毒等情况。经过碱洗过程后，烟气中硫氧化物的含量降为30mg/m3-50mg/m3。
上述经过酸洗碱洗过程的烟气进入物理吸附过程，所述的物理吸附过程依次包括鲍尔环吸附、沸石分子筛吸附和活性炭吸附，经过酸洗碱洗的烟气中还会含有少量的氮氧化物、水、颗粒物等杂质，烟气首先经过鲍尔环吸附脱水，沸石分子筛除去氮氧化物，活性炭吸附除去颗粒物等杂质，最后达到EU2000/76/EC烟气排放标准排出。
本发明工艺中后期采用活性炭等填料进行物理吸附，长期使用之后，填料中由于充满被吸附的有机物而失去活性，因此本工艺还包括与物理吸附过程并列进行的填料脱附再生过程，即采用100～120℃热空气对物理吸附塔中的填料进行脱附再生，将填料孔隙中吸附的有机物脱附出来，然后送入加热炉燃烧，燃烧后的废气重新进入烟气净化系统进行净化。脱附时间一般为10～12h。热空气来自于风冷冷却器前端的热风箱。
由于物理吸附过程与填料脱附再生过程可以独立进行，从而保证在物理吸附的同时对填料进行再生，两过程同时进行使用，既不影响生产，又保证了填料的再生，实现在线再生。
本发明所采用的工艺不仅对烟气中的氮氧化物、硫氧化物以及颗粒物进行有效去除，净化效率高，而且在不影响生产的情况下实现了填料的在线再生，降低生产成本的同时实现了真正的连续净化。
本发明的另一目的是提供一种烟气净化设备，主要包括依次通过主管路相连的烟气换热器、酸洗塔、碱洗塔和物理吸附塔。换热器与酸洗塔中下部烟气进口相连，酸洗塔顶部烟气出口与碱洗塔中下部烟气进口相连，碱洗塔顶部烟气进口与吸附塔烟气进口相连。
酸洗塔和碱洗塔塔体内腔底部设有浆液池，浆液池上方设有烟气进口，烟气进口上方设有喷淋填料区，所述的喷淋填料区自下而上包括填料层和喷淋装置。
使用前，使用配制好浓度为15％-30％的稀硝酸，置于塔体内腔底部的浆液池内，经过高温换热的烟气首先从酸洗塔中下部的烟气进口进入，在塔体内自下而上运动，经过喷淋填料区时，喷淋装置中喷淋而下的稀硝酸将烟气中的氮氧化物以及部分颗粒物去除，由于经过含有空心球或者鲍尔环的填料层，烟气与浆液的接触面积增大，混合更加充分。为了便于向酸洗中补入空气，酸吸收塔烟气进口处设有补氧气或(空气)风机。经过酸洗的烟气从酸洗塔上部的烟气出口排出，为了保证酸洗后烟气中氮氧化物含量为130mg/m3-150mg/m3，酸洗塔中可以多设几级喷淋填料区，使烟气经过多级喷淋填料处理达标。
使用一段时间以后，酸洗塔中的稀硝酸溶液浓度将增大，当其浓度大于30％时，吸收能力变弱。由于酸洗塔内腔底部设有盛放酸液的浆液池，此时只需要排掉部分酸液，再补充进相应的的溶剂，使其稀释至15％-30％，就能保证正常的吸收效率，从而减少了废液的排放。
经过酸洗的烟气从碱洗塔中下部的烟气进口进入碱洗塔，经过同酸洗类似的过程后从碱洗塔上部的烟气出口排出。同理，使用一段时间以后，碱洗塔中的氢氧化钠溶液吸收烟气中的SOx和NOx后转化为硫酸钠和硝酸钠，溶液的pH值降低，吸收能力减弱，当溶液的pH值低于7时，需要更换碱液，由于碱吸收塔内腔底部设有盛放洗涤液的浆液池，此时只需要排掉部分液体，补入新鲜的碱液，使其中氢氧化钠溶液浓度达到5％-10％，即可保证正常的吸收效率，从而减少了废液的排放。为了保证碱洗后烟气中硫氧化物的含量降到30mg/m3-50mg/m3，碱洗塔中可以多设几级喷淋填料区，使烟气经过多级喷淋填料处理达标。
经过酸洗碱洗后的烟气进入物理吸附塔，物理吸附塔上设有与主管路并列的热空气脱附副管路。物理吸附塔塔体内至少设有两个独立吸附单元，所述的吸附单元主要包括填料层、填料层上方的热空气进口和烟气出口以及填料层下方的烟气进口和热空气出口。
烟气从填料区下方的烟气进口进入吸附单元，经过填料层的吸附，从填料层上部的烟气出口排出。经过长时间吸附使用之后，由于填料中吸附了大量杂质，这时可以将热空气从填料层上方的热空气进口鼓入，经过填料层，对填料进行脱附，然后从填料层下方的热空气出口排出，送至后期的加热炉燃烧即可。
物理吸附塔中至少设有两个独立吸附单元，其中一个吸附单元用于气体净化吸附时，另外一个吸附单元用于反脱附，使得填料在再生利用的同时又不影响气体的净化过程，实现真正的连续净化。每一个吸附单元都成一个独立的空间，避免了需要净化的气体与鼓入空气的混合；吸附单元成纵向排列，节省了占地面积，布置更加合理。在实际生产过程中可以同时采用几个物理吸附塔并列的情况，增加生产线的吸附和脱附能力。
针对废橡胶裂解产生的烟气中含有的水分、氮氧化物以及颗粒物等有害成分，所述的填料区自下而上依次设置的填料层为鲍尔环、沸石分子筛和活性炭。另外，填料区最下层优选设置鲍尔环，这样使得后续的高温烟气通过鲍尔环的同时带走部分水分，减轻填料区的负荷，延长填料的使用时间。
综上所述，本发明所不仅对烟气中的氮氧化物、硫氧化物以及颗粒物进行有效去除，净化效率高，而且在不影响生产的情况下实现了填料的在线再生，实现了真正的连续化净化。设备简单、布置合理，投资低，运行费用低，使用寿命长。
附图说明
图1为本发明具体实施方式的结构示意图；
图2为酸洗塔结构示意图；
图3为物理吸附塔结构示意图；
图中：1为副管路，2为酸洗塔，3为主管路，4为碱洗塔，5为烟气出口，6为物理吸附塔，7为喷淋装置，8为填料层，9为烟气进口，10为热空气出口，11为热空气进口，12为浆液池，13为浆液池。
具体实施方式
工艺实施例1
一种废橡胶裂解烟气净化工艺，其主要步骤包括：裂解烟气经过风冷换热，降温至60℃，进入酸洗过程，其中烟气中氧气的体积含量为8％，依次经过15％硝酸溶液酸洗，酸洗后烟气中氮氧化物的含量为150mg/m3。
酸洗后的烟气采用5％氢氧化钠溶液碱洗；碱洗后烟气中的硫氧化物的含量30mg/m3。
碱洗后的裂解烟气经过两级物理吸附后从排烟风机排出，排出烟气指标氮氧化物含量145mg/m3，硫氧化物含量30mg/m3，烟尘含量9mg/m3，达到EU2000/76/EC烟气排放标准。
工艺实施例2
一种废橡胶裂解烟气净化工艺，其主要步骤包括：裂解废烟气经过水冷换热，降温至50℃，进入酸吸收过程，其中烟气中氧气的体积含量为10％，依次经过30％硝酸溶液酸洗，酸洗后烟气中氮氧化物的含量为130mg/m3。
酸洗后的烟气采用10％氢氧化钠溶液碱洗；碱洗后烟气中的硫氧化物的含量50mg/m3。
碱洗后的裂解废烟气经过一级物理吸附后从排烟风机排出。排出烟气指标氮氧化物含量125mg/m3，硫氧化物含量48mg/m3，烟尘含量8.6mg/m3，达到EU2000/76/EC烟气排放标准。
同时，采用100℃热空气对物理吸附塔中经吸附完毕的另一部分填料脱附，脱附时间为10h。
工艺实施例3
一种废橡胶裂解烟气净化工艺，其主要步骤包括：裂解废烟气经过风冷和水冷换热，降温至40℃，进入酸吸收过程，其中烟气中氧气的体积含量为12％，依次经过25％硝酸溶液酸洗，酸洗后烟气中氮氧化物的含量为140mg/m3。
酸洗后的烟气采用7％氢氧化钠溶液碱洗；碱洗后烟气中的硫氧化物的含量40mg/m3。
碱洗后的裂解废烟气经过两级物理吸附后从排烟风机排出。排出烟气指标氮氧化物含量135mg/m3，硫氧化物含量35mg/m3，烟尘含量9.2mg/m3，达到EU2000/76/EC烟气排放标准。
同时，采用120℃热空气对物理吸附塔中经吸附完毕的另一部分填料脱附，脱附时间为12h。
设备实施例1
一种废橡胶裂解烟气净化设备，主要包括通过主管路相连的换热器、酸洗塔、碱洗塔和物理吸附塔，换热器与酸洗塔中下部烟气进口相连，酸洗塔顶部烟气出口与碱洗塔中下部烟气进口相连，碱洗塔顶部烟气进口与吸附塔烟气进口相连。
酸洗塔和碱洗塔塔体内腔底部设有浆液池，浆液池上方设有烟气进口，烟气进口上方设有喷淋填料区，喷淋填料区自下而上包括空心球填料层和喷淋装置。
物理吸附塔塔体内设有两个独立吸附单元，所述的吸附单元主要包括填料层，填料层上方设有热空气进口和烟气出口，下方设有烟气进口和热空气出口。填料层自下而上依次设有鲍尔环、沸石分子筛和活性炭。
设备实施例2
一种废橡胶裂解烟气净化设备，主要包括通过主管路相连的换热器、酸洗塔、碱洗塔和物理吸附塔，换热器与酸洗塔中下部烟气进口相连，酸洗塔顶部烟气出口与碱洗塔中下部烟气进口相连，碱洗塔顶部烟气进口与吸附塔烟气进口相连。物理吸附塔上还设有与主管路并列的热空气脱附副管路。
酸洗塔和碱洗塔塔体内腔底部设有浆液池，浆液池上方设有烟气进口，烟气进口上方设有两级喷淋填料区，喷淋填料区自下而上包括鲍尔环填料层和喷淋装置。
物理吸附塔塔体内设有两个独立吸附单元，所述的吸附单元主要包括填料层，填料层上方设有热空气进口和烟气出口，下方设有烟气进口和热空气出口。填料层自下而上依次设有鲍尔环、沸石分子筛和活性炭。
设备实施例3
一种废橡胶裂解烟气净化设备，主要包括通过主管路相连的换热器、酸洗塔、碱洗塔和两个物理吸附塔，换热器与酸洗塔中下部烟气进口相连，酸洗塔顶部烟气出口与碱洗塔中下部烟气进口相连，碱洗塔顶部烟气进口与吸附塔烟气进口相连。物理吸附塔上还设有与主管路并列热空气脱附副管路。
酸洗塔和碱洗塔塔体内腔底部设有浆液池，浆液池上方设有烟气进口，烟气进口上方设有三级喷淋填料区，喷淋填料区自下而上包括空心球填料层和喷淋装置。
每个物理吸附塔塔体内设有两个独立吸附单元，所述的吸附单元主要包括填料层，填料层上方设有热空气进口和烟气出口，下方设有烟气进口和热空气出口。填料层自下而上依次设有鲍尔环、沸石分子筛和活性炭。
裂解废烟气经过风冷和水冷换热，分别经过三级喷淋酸洗和喷淋碱洗以及两级物理吸附后从排烟风机排出。
在裂解烟气进行净化的同时，可以对填料进行在线再生，将需要进行填料再生的吸附单元的烟气进口和烟气出口关闭，打开热空气进口和热空气出口，热空气从其进口鼓入，经过填料层，对填料进行脱附，然后从热空气出口排出，送至后期的加热炉燃烧即可。脱附完毕后，关闭热空气进口和热空气出口，冷却至室温后，再打开烟气进口和烟气出口，投入使用，对气体进行净化。同理，其余的吸附单元进行同样的脱附。多个吸附单元轮流交替使用，既保证了气体真正连续净化，又实现了填料的在线再生。

Claims (15)

1.一种废橡胶裂解烟气净化工艺，其特征在于：该工艺主要包括换热、酸洗、碱洗和物理吸附过程，烟气依次经过上述过程后排放。
2.根据权利要求1所述的废橡胶裂解烟气净化工艺，其特征在于：该工艺还包括与物理吸附过程并列进行的填料脱附再生过程。
3.根据权利要求1或2所述的废橡胶裂解烟气净化工艺，其特征在于：所述的换热方式为风冷或水冷中的一种或两种，换热后的烟气温度小于60℃。
4.根据权利要求1或2所述的废橡胶裂解烟气净化工艺，其特征在于：酸洗过程中采用质量分数为15％-30％的硝酸作为酸洗液，酸洗后烟气中氮氧化物的含量为130mg/m3-150mg/m3。
5.根据权利要求4所述的废橡胶裂解烟气净化工艺，其特征在于：所述的酸洗过程中烟气中的氧气体积含量至少为8％。
6.根据权利要求1或2所述的废橡胶裂解烟气净化工艺，其特征在于：碱洗过程中采用浓度为5％-10％的氢氧化钠作为碱洗液，碱洗后烟气中的硫氧化物的含量30mg/m3-50mg/m3。
7.根据权利要求1或2所述的废橡胶裂解烟气净化工艺，其特征在于：所述的物理吸附过程依次包括鲍尔环吸附、沸石分子筛吸附和活性炭吸附。
8.根据权利要求2所述的废橡胶裂解烟气净化工艺，其特征在于：填料脱附再生过程采用100～120℃热空气脱附，脱附时间为10-12h。
9.一种废橡胶裂解烟气净化设备，其特征在于：主要包括通过主管路相连的换热器、酸洗塔、碱洗塔和物理吸附塔，换热器与酸洗塔中下部烟气进口相连，酸洗塔顶部烟气出口与碱洗塔中下部烟气进口相连，碱洗塔顶部烟气进口与吸附塔烟气进口相连。
10.根据权利要求9所述的烟气净化设备，其特征在于：物理吸附塔上还设有与主管路并列的热空气脱附副管路。
11.根据权利要求9所述的烟气净化设备，其特征在于：酸洗塔和碱洗塔塔体内腔底部设有浆液池，浆液池上方设有烟气进口，烟气进口上方设有喷淋填料区，所述的喷淋填料区自下而上包括填料层和喷淋装置。
12.根据权利要求9或11所述的烟气净化设备，其特征在于：酸洗塔和碱洗塔中至少设有一级喷淋填料区；酸洗塔和碱洗塔中填料层为空心球或鲍尔环填料层。
13.根据权利要求9或11所述的烟气净化设备，其特征在于：酸洗塔烟气进口处设有补氧气或空气风机。
14.根据权利要求9或10所述的烟气净化设备，其特征在于：物理吸附塔塔体内至少设有两个独立吸附单元，所述的吸附单元主要包括填料层、填料层上方的热空气进口和烟气出口以及填料层下方的烟气进口和热空气出口。 
15.根据权利要求14所述的烟气净化设备，其特征在于：填料层自下而上依次设有鲍尔环、沸石分子筛和活性炭。 
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