CN104107625B - 一种连续式废气处理装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种连续式废气处理装置，包括氧化剂存储器、水蒸气发生器、第一压缩机、加热器、第二压缩机、蛇形反应管及副产品回收器，第一压缩机上的氧化剂入口及水蒸气入口分别与氧化剂存储器的出口及水蒸气发生器的出口相连通，第一压缩机的出口与加热器的入口相连通，加热器的出口与第二压缩机的入口相连通，第二压缩机的出口与蛇形反应管的入口相连通，蛇形反应管的出口与副产品回收器的入口相连通；所述第一压缩机的出口与加热器的入口通过第一阀门相连通。相应的，本发明还公开了一种连续式废气处理方法，本发明可以快速对高浓度工业废气进行处理。
Description
技术领域
本发明属于工业废气处理领域，涉及一种连续式废气处理装置及方法。
背景技术
工业废气包含企业厂区内燃料燃烧和生产工艺过程中产生的各种排入空气的含有污染物气体等，废气源自化工厂，制药厂，印染厂等工业。这些废气有：二氧化碳、二硫化碳、硫化氢、氟化物、氮氧化物、氯、氯化氢、一氧化碳、硫酸(雾)、挥发苯及芳烃、铍化物、烟尘及生产性粉尘，排入大气，会污染空气。这些物质通过不同的途径呼吸道进入人的体内，有的直接产生危害，有的还有蓄积作用，会更加严重的危害人的健康。目前对于工业废气的处理主要采取焚烧法(专利201210023570.3)、活性炭吸附(专利201310270874.4)、湿式空气氧化法(专利200710068312.6)、光化学氧化及光催化氧化(专利201280006489.2，201280005310.1)、电化学氧化(专利201310071665.7)等方法，这些传统的处理方法效率较低，尤其对于高浓度工业废气很难达到国家一级排放标准，有些工艺处理后的残留物仍为污染物或危险物，需做进一步处理才能排放，因此对工业废气处理的新技术和新方法有待进一步研究开发。相关研究表明，超临界水氧化是目前处理工业废气的有效途径。
上世纪80年代初美国学者M.Modell提出的超临界水氧化技术(SupercriticalWater Oxidation，简称SCWO)能够彻底破坏有机物的结构，用它处理那些难生化、有毒害、高浓度的有机废水及军工废料很有效。处于其临界点(374℃，22.1MPa)以上的高温、高压状态的水被称为超临界水(SCW)，在此条件下的水既具有与气体相当的扩散系数(比一般液体高10-100倍)和较低的黏度，又具有与液体相近的密度和对物质良好的溶解能力。SCW与非极性物质如烃类、戊烷、己烷、苯和甲苯等有机物可完全互溶，氧气、氮气、CO、CO2等气体也都能以任意比例溶于超临界水中。正是由于SCW的溶剂化特性，使其成为有机物氧化的理想介质，以超临界水为载体，将有机废物与空气、氧气等氧化剂在超临界水中进行氧化反应而将其去除。超临界水氧化反应是在高温、高压下进行的均相反应，反应速率很快(可小于1min)，处理彻底，有机物被完全氧化成二氧化碳、水、氮气以及盐类等无毒的小分子化合物，不形成二次污染，且无机盐可从水中分离出来，处理效率可达99.99％以上，完全能够达到国家一级排放标准，实现直接排放或回收利用。另外，当有机物质量分数超过2％时，超临界水氧化过程可以形成自热而不需额外供给热量。这些特性使超临界水氧化技术与生化处理法、湿式空气氧化法及燃烧法等传统的废水处理技术相比表现出独特的优势，使其成为一种具有很大潜在优势的环保新技术。
基于超临界水氧化工艺的如上优点，美国等一些国家都投入了大量的人力、物力致力于SCWO技术的研究。目前美、日、德等已建成了中试装置，1994年世界上第一套用于工业废水处理的商业化SCWO装置也已投产使用。近年来，美国利用SCWO技术已试处理过化学武器中的物质、火箭燃料物质、爆炸物质、双氧化物污染的土壤、纸浆厂料浆、城市泥桨、易挥发酸、工业料桨、人体生理垃圾等等。我国近年来也对醇类、酚类、苯类、含氮及含硫等有机废水进行了超临界水氧化的研究并形成了一些相关专利，如一种超临界水氧化处理含碳有机物的方法(201210592563.5)，一种超临界水氧化处理乙烯废碱液的方法(201110285736.4)等。这些研究取得了满意的效果，但都处于小试规模，均为间歇式反应器，缺少连续式，处理的时间长，不能进行大规模的工业废气处理。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种连续式废气处理装置及方法，该装置及方法可以快速对高浓度工业废气进行处理。
为达到上述目的，本发明所述的连续式废气处理装置包括氧化剂存储器、水蒸气发生器、第一压缩机、加热器、第二压缩机、蛇形反应管及副产品回收器，第一压缩机上的氧化剂入口及水蒸气入口分别与氧化剂存储器的出口及水蒸气发生器的出口相连通，第一压缩机的出口与加热器的入口相连通，加热器的出口与第二压缩机的入口相连通，第二压缩机的出口与蛇形反应管的入口相连通，蛇形反应管的出口与副产品回收器的入口相连通；
所述第一压缩机的出口与加热器的入口通过第一阀门相连通。
所述加热器的出口与第二压缩机的入口通过第二阀门相连通。
所述第二压缩机的出口与蛇形反应管的入口通过第三阀门相连通。
本发明所述的连续式废气处理方法包括以下步骤：
水蒸气发生器产生水蒸气，工业废气、水蒸气及氧化器存储器输出的氧化剂混合后形成的混合气体，混合气体经第一压缩机加压后通过第一阀门输入到加热器中，加热器及第一阀门对所述混合气体进行等体积升温，等体积升温后的混合气体再经第二压缩机处理后形成超临界流体，所述超临界流体在蛇形反应管内进行反应，得到的产物，产物经副产品回收器进行回收。
所述氧化剂为O2或O3，氧化剂的摩尔质量为工业废气完全氧化所需氧化剂的摩尔质量的2-5倍。
所述混合气体经第一压缩机加压后的压强为3-5MPa。
所述等体积升温后的混合气体的温度为400-600℃，压强为15-20MPa。
所述超临界流体的压强为25-30MPa。
所述超临界流体在蛇形反应管内反应的时间为10-100秒。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的连续式废气处理装置及方法在对工业废气处理的过程中，先通过第一压缩机对工业废气、水蒸气及氧化剂的混合气体进行加压，再通过加热器及第一阀门进行等体积升温，然后再通过第二压缩机形成超临界流体，超临界流体在蛇形反应管内反应，产物经副产品回收器回收，从而实现高浓度工业废气的快速处理。工业废气经本发明处理后各项污染物完全氧化、二次污染小，同时设备与运行费用低，特别适用于处理垃圾焚烧发电厂、化工厂、印染厂和制药厂排放的高浓度工业废气。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
其中，1为工业废气、2为氧化剂存储器、3为水蒸气发生器、10为第一压缩机、20为加热器、30为第二压缩机、40为蛇形反应管、50为副产品回收器、11为第一阀门、21为第二阀门、31为第三阀门。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参考图1，本发明所述连续式废气处理装置包括氧化剂存储器2、水蒸气发生器3、第一压缩机10、加热器20、第二压缩机30、蛇形反应管40及副产品回收器50，第一压缩机10上的氧化剂入口及水蒸气入口分别与氧化剂存储器2的出口及水蒸气发生器3的出口相连通，第一压缩机10的出口与加热器20的入口相连通，加热器20的出口与第二压缩机30的入口相连通，第二压缩机30的出口与蛇形反应管40的入口相连通，蛇形反应管40的出口与副产品回收器50的入口相连通；所述第一压缩机10的出口与加热器20的入口通过第一阀门11相连通。
需要说明的是，所述加热器20的出口与第二压缩机30的入口通过第二阀门21相连通，第二压缩机30的出口与蛇形反应管40的入口通过第三阀门31相连通。
本发明所述的连续式废气处理方法包括以下步骤：
水蒸气发生器3产生水蒸气，工业废气1、水蒸气及氧化器存储器输出的氧化剂混合后形成的混合气体，混合气体经第一压缩机10加压后通过第一阀门11输入到加热器20中，加热器20及第一阀门11对所述混合气体进行等体积升温，等体积升温后的混合气体再经第二压缩机30处理后形成超临界流体，所述超临界流体在蛇形反应管40内进行反应，得到的产物，产物经副产品回收器50进行回收。
所述氧化剂为O2或O3，氧化剂的摩尔质量为工业废气1完全氧化所需氧化剂的摩尔质量的2-5倍。
所述混合气体经第一压缩机10加压后的压强为3-5MPa。
所述等体积升温后的混合气体的温度为400-600℃，压强为15-20MPa。
所述超临界流体的压强为25-30MPa。
所述超临界流体在蛇形反应管40内反应的时间为10-100秒。
实施例一
首先将含有多氯联苯、NH3及CO的高浓度工业废气1、水蒸汽及氧化剂经第一压缩机10加压，其中，氧化剂为O3，O3的摩尔质量为工业废气1完全氧化所需氧化剂的摩尔质量的4倍，水蒸汽为超临界载体，第一压缩机10入口处水蒸汽的体积占混合气体总体积的40％。通过第一压缩机10将工业废气1、臭氧和水蒸汽加压至5MPa；
将经过第一压缩机10压缩后的混合气体排放至加热器20中，保持第一阀门11及第二阀门21关闭，继续升温至600℃，形成压力为15MPa的高压气体；
通过延时开启第二阀门21，将加热器20中的高压气体排入第二压缩机30中进行进一步加压，形成压力为26MPa/650℃的超临界流体，通过延时开启第三阀门31保证第二压缩机30内气体的压力；
将第二压缩机30内的高温高压混合气体经过喷嘴排放进入蛇形反应管40中，保持超临界流体的通过蛇形反应管40的时间为10秒，然后开启副产品回收器50，副产品回收器50对反应得到的产物进行冷却及气液分离，并将分离出来的无害气体CO2及N2由分离器顶部直接排除，分离处理的液态产物进行回收利用。
Claims (3)
1.一种连续式废气处理方法，其特征在于，基于连续式废气处理装置，所述连续式废气处理装置包括氧化剂存储器(2)、水蒸气发生器(3)、第一压缩机(10)、加热器(20)、第二压缩机(30)、蛇形反应管(40)及副产品回收器(50)，第一压缩机(10)上的氧化剂入口及水蒸气入口分别与氧化剂存储器(2)的出口及水蒸气发生器(3)的出口相连通，第一压缩机(10)的出口与加热器(20)的入口相连通，加热器(20)的出口与第二压缩机(30)的入口相连通，第二压缩机(30)的出口与蛇形反应管(40)的入口相连通，蛇形反应管(40)的出口与副产品回收器(50)的入口相连通；
所述第一压缩机(10)的出口与加热器(20)的入口通过第一阀门(11)相连通；
所述加热器(20)的出口与第二压缩机(30)的入口通过第二阀门(21)相连通；
所述第二压缩机(30)的出口与蛇形反应管(40)的入口通过第三阀门(31)相连通；
包括以下步骤：
水蒸气发生器(3)产生水蒸气，工业废气(1)、水蒸气及氧化器存储器输出的氧化剂混合后形成的混合气体，混合气体经第一压缩机(10)加压后通过第一阀门(11)输入到加热器(20)中，加热器(20)及第一阀门(11)对所述混合气体进行等体积升温，等体积升温后的混合气体再经第二压缩机(30)处理后形成超临界流体，所述超临界流体在蛇形反应管(40)内进行反应，得到的产物，产物经副产品回收器(50)进行回收；
所述混合气体经第一压缩机(10)加压后的压强为3-5MPa；
所述等体积升温后的混合气体的温度为400-600℃，压强为15-20Mpa；
所述超临界流体的压强为25-30MPa。
2.根据权利要求1所述的连续式废气处理方法，其特征在于，所述氧化剂为O2或O3，氧化剂的摩尔质量为工业废气(1)完全氧化所需氧化剂的摩尔质量的2-5倍。
3.根据权利要求1所述的连续式废气处理方法，其特征在于，所述超临界流体在蛇形反应管(40)内反应的时间为10-100秒。
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