CN104906931A - 一种氮氧化物废气处理方法及其处理系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种氮氧化物废气处理方法及其处理系统，是将含氮氧化物废气通入一级洗涤塔中进行氧化处理，将一氧化氮氧化成二氧化氮，将主要含二氧化氮的废气通入二级洗涤塔中进行还原处理，将二氧化氮转化成氮气，最后通入三级洗涤塔中，喷洒氢氧化钠试液吸收废气中残余的二氧化氮气体，经去雾处理后放空。本发明采用三级洗涤塔处理氮氧化物废气，有效提高了废气的处理效率，并降低了处理成本。

Description

一种氮氧化物废气处理方法及其处理系统

技术领域

本发明涉及一种氮氧化物废气处理方法以及实现该方法的处理系统。

背景技术

氮氧化物主要包括一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO₂)，在20世纪60年代被确认为大气的主要污染物之一。氮氧化物的处理(treatment of nitrogen oxides)是指通过改进燃烧过程和设备或采用催化还原、吸收、吸附等排烟脱氮的方法，达到控制、回收或利用废气中氮氧化物(NO₂)，或对氮氧化物进行无害化处理的目的。其处理途径主要包括排烟脱氮和控制氮氧化物的产生。

目前，排烟脱氮法主要包括干法和湿法两类。干法处理技术包括催化还原法、吸附法等。催化还原法是在催化剂的条件下，将氮氧化物还原成无害的氮气。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，投资运行费用较高，难以推广应用，而且无法对氮氧化物废气中的粉尘等细小颗粒达到一个净化处理。湿法处理氮氧化物的方法相对多一些，主要是采用填料塔、筛板塔灯单级或两级吸收工艺。在吸收剂选择方面，根据不同的生产特点，常选择清水、稀硝酸等进行物理吸收；或者采用碳酸钠、氢氧化钠灯碱性溶液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，但也存在净化效率低的缺点，尤其是，现行湿法洗涤塔处理后排出的气体常常是“黄烟”，这是因为NO气体的溶解度极低，微溶于水，其在洗涤塔中很难被吸收液吸收，当带有NO的气体进入大气时，会与空气中的氧气发生化学反应生成红棕色带刺激性气味的NO₂。基于NO难以被吸收液吸收，相关技术人员会预先将NO氧化成NO₂后再进行后续处理，如中国发明专利申请《含氮氧化物废气的处理方法及装置》(公开号CN101036851A)公开的一种含氮氧化物废气的处理方法，包括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作用，将废气中的氮氧化物全部氧化成二氧化氮，进而采用相关的吸收液吸收二氧化氮，以实现氮氧化物废气的处理。然而，实践表明，现有技术中基于一氧化氮氧化不完全、氮氧化物吸收率低等因素的影响，氮氧化物废气处理的尾气排放仍难以达标，因此，对氮氧化物湿法处理的工艺进行改进仍然需要研究人员进一步努力探究。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种含氮氧化物废气的处理方法，该方法通过改进处理工艺能够提高氮氧化物的脱除率，使废气处理排放的尾气能够达到排放标准。

本发明所要解决的另一技术问题是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。

本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种氮氧化物废气处理方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)向氮氧化物废气喷洒氧化剂和碱液，将氮氧化物废气中的一氧化氮全部氧化.20成二氧化氮，反应pH值保持在11～13；

(2)向步骤(1)处理后的废气喷洒还原剂和碱液，将氮氧化物废气中的二氧化氮还原成氮气，反应pH值保持在11～13；

(3)向步骤(2)处理后的废气喷洒碱液，用于吸收剩余的二氧化氮，反应pH值保持在11～13，并吸收后的尾气放空。

优选地，所述步骤(1)中的氧化剂为亚氯酸盐，碱液为氢氧化钠；所述步骤(2)中的还原剂为硫代硫酸钠或硫化钠，碱液为氢氧化钠；所述步骤(3)中的的碱液为氢氧化钠。本发明步骤(1)中采用亚氯酸钠作为氧化剂时，不仅氧化效率高，而且氧化产物中的酸性物质能够与二氧化氮一起被氢氧化钠中和、吸收，而避免在氮氧化物废气中引入二次污染物。步骤(2)采用硫代硫酸钠或硫化钠作为还原剂，并控制反应条件为碱性，在生成氮气的同时能够减少副反应产物的生成，特别是在使用硫化钠作为还原剂时，将体系pH值控制在12左右，能够避免硫化氢废气的生成，减小二次污染，并利于废液的回收。步骤(3)中采用氢氧化钠作为二氧化氮和可能存在于废气中的硫化氢气体的吸收液，具有吸收效率快、尾气排放容易达标的优点。

优选地，所述步骤(2)中还原剂硫化钠的加入量与二氧化氮的质量比为1.7～4，并且，实践中发现，当计量泵将还原剂硫化钠的加入量设置成每公斤二氧化氮加入3公斤的硫化钠的时候，具有最佳的还原反应效率。

本发明针对的氮氧化物废气主要由一氧化氮和二氧化氮组成，本发明从废气产生源连接排气管抽取废气，经排气管道引至废气处理系统，达到环保排放标准后再排入大气中。基于上述氮氧化物废气处理方法，本发明还将提供实现该废气处理方法的处理系统，具体结构如下：

包括：一级洗涤塔，用于向氮氧化物废气喷洒氧化剂和碱液；二级洗涤塔，用于向一级洗涤塔排放出的废气喷洒还原剂和碱液；三级洗涤塔，用于向二级洗涤塔排放出的废气喷洒碱液；所述一级洗涤塔、二级洗涤塔和三级洗涤塔分别具有位于塔底的进气口和位于塔顶的排气口，且前一级洗涤塔的排气口通过管道与后一级洗涤塔的进气口相连接，同时，所述三级洗涤塔的排气口连接有风机，所述风机上安装有用于放空经三级洗涤塔排出的尾气的放空管。通过风机在三级洗涤塔的排气口处形成负压，为废气提供一部分流动的动力，这样，可以避免风机安装在一级洗涤塔的进气口处时直接与待处理的废气接触，从而避免了废气中原先携带的颗粒物质卷入风机中造成破外，而延缓了风机的使用寿命。

较合理的是，各级洗涤塔采用的是改良后的泡罩塔，所述一级洗涤塔、二级洗涤塔或三级洗涤塔内由下往上依次设置有两组以上的气液混合层，和位于所述的两组以上的气液混合层上方且靠近排气口设置的去雾层。废气于各级洗涤塔中的气液混合层内与试液反应，分别实现氧化、还原或吸收作用。同时，废气在由相应洗涤塔顶部的排气口出去之前，在去雾层内脱除水分，以不影响废气在下一级洗涤塔中的气液混合处理。

洗涤塔中，气液的混合效率对气液混合层中废气处理的实际效果有直接影响，为了确保塔内废气均匀分布且气液完全接触，塔内的填充滤材应具有疏松的表面、较大的自由表面积，可以让气液停留接触时间增长，同时，选用的填充滤材应具有适当的填充空隙，以减小气体上升的阻力，减少洗涤塔压损。综上，上述方案进一步改进为，所述的气液混合层包括由下往上依次设置的旋流层、填充层和喷水层，所述填充层内填充有多孔拉西环，所述喷水层内安装有液体喷嘴，该液体喷嘴与用于向塔内输送试液的计量泵的出口相连。

进一步地，所述一级洗涤塔、二级洗涤塔和三级洗涤塔内设置有pH控制器，以实时监测各级洗涤塔内的反应pH条件。

为了提高一级洗涤塔、二级洗涤塔内的氧化反应和还原反应的处理效率，所述一级洗涤塔和二级洗涤塔内分别设置有第一ORP控制器和第二ORP控制器，以对应监测一级洗涤塔内氧化反应的进程和二级洗涤塔内还原反应的进程。ORP控制器是通过计算反应体系内电子的得失情况来监测反应的快慢和程度。

较合理的是，所述一级洗涤塔、二级洗涤塔和三级洗涤塔的塔身上分别对应每组气液混合层开设有观测窗口，以方便作业人员操作观察记录。

另外，本发明中各级洗涤塔中填料层的支撑板或开口应预留调整或补充填充滤料的空间，洗涤塔底部应开设备用排液孔，以及时排出处理液、避免其腐蚀洗涤塔。而且，洗涤塔本体材料应满足接缝处密合、整体牢固美观及耐压，喷嘴的材质应具有耐磨性及耐腐性，以及填充滤材应选择质量较轻、坚固耐用，且不与废气或试液发生化学反应的材料。

与现有技术相比，本发明的优点在于：采用三级处理工艺，依次对氮氧化物废气进行氧化、还原和吸收处理，提高了废气的处理效率，且副产物少，避免了二次污染。另外，与本发明提供的氮氧化物废气处理方法对应的处理系统，通过合理配制洗涤塔的处理级别以及各级洗涤塔内气液混合层的各项设置参数，能够使各级洗涤塔保持最佳的处理效率，从而使氮氧化物废气在通过本发明的处理系统能够完全达到国家尾气排放标准。

附图说明

图1为本发明实施例中氮氧化物废气处理系统的装置示意图；

图2为本实施例中氮氧化物废气处理系统的系统流程图；

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

如图1至2所示，本实施例中的含氮氧化物废气处理系统的结构主要由依次串联的一级洗涤塔1、二级洗涤塔2、三级洗涤塔3以及风机4组成，氮氧化物废气从一级洗涤塔1底部的进气口进入，风机4与三级洗涤塔3的排气口相连，在各级洗涤塔内形成一定的负压，在一级洗涤塔1的进气口处，废气在5×10⁵Pa压力下进入处理系统内，处理后的废气尾气经检测符合排放标准后由与风机4相连的放空管5排入大气中。

本实施例中，各级洗涤塔的内部结构基本相同，流经各级洗涤塔的废气均采用逆流式洗涤，洗涤塔内由下而上依次设置有两组气液混合层，和位于该两组气液混合层上部并靠近塔顶排气口设置的去雾层。每组气液混合层又包括由下而上依次分布的旋流层、填充层和喷水层，填充层内填充有呈点接触的兰花型多孔拉西环，从而使废气在填充层内以阶梯型路线上行；喷水层内安装有龙卷式螺纹喷嘴7，该喷嘴7与用于向塔内输送试液的耐酸碱循环泵浦的出口相连，并以120度圆锥形喷洒角度向填充层喷洒试液，即在本实施例的各级洗涤塔中气液混合层内的气液混合效率能够达到90～96％，能够使气液充分接触，使处理效果稳定持续。另外，为了方便作业人员实时监测、控制各级洗涤塔内的反应情况，各级洗涤塔内设置有用于监测反应体系内pH值的pH控制器8，用于监测反应体系内反应进度的ORP控制器9，以及对应各级洗涤塔塔身上的每组气液混合层而开设的观测窗口6。

本实施例中，氮氧化物废气处理系统中的各装置还具有如下设计参数：

1、洗涤塔处理系统

塔径/填充料尺寸≒10

液体喷淋密度：10～20m3/m2-hr

填充层高度：1～2m

操作损压：50～60mmAq

气体空塔速度：0.3～2.3m/sec

液气比：1～10L/m3

2、抽风机

型式﹕离心式透浦

驰动方式﹕皮带传动

马力﹕80HP﹐380V﹐3∮

材质﹕FRP

风量﹕1279cmm

马达﹕大同

其它附属设置﹕防震装置等

3、pH控制器

范围﹕0～14pH，本实施例中pH控制在12左右

SA(灵敏度调整)﹕0.1～4.0pH

SHIFT(变换值)﹕±2.0pH

精确度﹕±0.1PH

基于上述处理系统的具体处理流程为，首先，将来自硝化装置和废酸回收的含有大量氮氧化物的废气加压到5×10⁵Pa，通入一级洗涤塔1内进行氧化处理，在两组气液混合层中，通过向废气喷洒亚氯酸钠和氢氧化钠，将废气中的NO全部氧化NO₂，反应体系的pH始终保持在12左右，废气经去雾处理后由顶部的排气口排出；然后，经氧化处理后的废气通入二级洗涤塔2内进行还原处理，在二级洗涤塔2内的两层气液混合层中，通过向废气喷洒硫化钠和氢氧化钠，将废气中的NO₂尽可能得还原成能够直接排入大气的氮气，反应体系的pH始终保持在12左右，另外，采用硫化钠作为还原剂时，会在废气中引入微量的硫化氢气体，废气经去雾处理后由二级洗涤塔2顶部的排气口排出；接着，将还原处理后的废气通入三级洗涤塔3内进行吸收、中和处理，在三级洗涤塔3内的两层气液混合层中，通过向废气喷洒氢氧化钠吸收液，将废气中残余的NO₂以及少量H₂S完全吸收，并控制反应体系的pH始终在12左右，经去雾处理后由三级洗涤塔3顶部的排气口排出；最后，经三级洗涤塔3处理后的尾气由放空管5排入大气内。

在上述各级洗涤塔内的气液混合层中，还同时进行着废气中微粒状污染物的去除，其基本原理是利用气体与液体间的有效接触，达到气液间污染颗粒的传质目的，然后再将清洁的废气与被污染的液体分离以达到清结废气的目的。应用本实施例中的气液混合方式，可去除废气中粒径在0.3～1μm以上的粒状污染物，废气中的粒状污染物与试液接触后，液滴或液膜扩散附于气流中的粒子表面或者使粒子增湿，使粒子借着重力、惯性等作用达到分离去除的目的。

进一步地，废气洗涤塔是一个多层泡罩塔，塔盘上带有冷却盘管。在洗涤塔的顶部，使用计量泵，定量的试液被输送进来。通过对试液量的控制，可以决定最终吸收液的浓度。试液通过塔盘逐层流下，在每层塔盘上与上升的废气接触，由于压缩机提供的压力，氮氧化物的溶解度增大，与试液的反应速度加快。由于废气中大量空气的存在，使得氮氧化物与试液的反应能够进行得很完全。反应所放出的热量由每一层塔盘上的冷却盘管带走，通过监视塔盘上的温度，可以及时了解吸收反应进行的情况。经过吸收反应，废气中的氮氧化物已经很少，可以在塔顶直接排放。实际使用效果评价，经过一段时间的运行和调整，加压试液吸收氮氧化物的装置达到了预计的吸收效果。经过检测，塔顶尾气排放浓度降低到200mg/m³以下，达到了国家规定的标准。洗涤塔顶上的黄色烟雾再也看不到了，该装置顺利通过了环保部门的验收。在新装置的使用过程中也发现了一个问题，就是放空气体的流量较大，会造成相当大的噪音，形成新的污染源，因此，在放空口处增加了一个消音器来解决此问题。

Claims (9)

1.一种氮氧化物废气处理方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)向氮氧化物废气喷洒氧化剂和碱液，将氮氧化物废气中的一氧化氮全部氧化成二氧化氮，反应pH值保持在11～13；

(2)向步骤(1)处理后的废气喷洒还原剂和碱液，将氮氧化物废气中的二氧化氮还原成氮气，反应pH值保持在11～13；

(3)向步骤(2)处理后的废气喷洒碱液，用于吸收剩余的二氧化氮，反应pH值保持在11～13，并吸收后的尾气放空。

2.根据权利要求1所述的氮氧化物废气处理方法，其特征在于：所述步骤(1)中的氧化剂为亚氯酸盐，碱液为氢氧化钠；所述步骤(2)中的还原剂为硫代硫酸钠或硫化钠，碱液为氢氧化钠；所述步骤(3)中的的碱液为氢氧化钠。

3.根据权利要求2所述的氮氧化物废气处理方法，其特征在于：所述步骤(2)中还原剂硫化钠的加入量与二氧化氮的质量比为1.7～4。

4.一种实现权利要求1所述氮氧化物废气处理方法的处理系统，其特征在于：包括：一级洗涤塔，用于向氮氧化物废气喷洒氧化剂和碱液；二级洗涤塔，用于向一级洗涤塔排放出的废气喷洒还原剂和碱液；三级洗涤塔，用于向二级洗涤塔排放出的废气喷洒碱液；所述一级洗涤塔、二级洗涤塔和三级洗涤塔分别具有位于塔底的进气口和位于塔顶的排气口，且前一级洗涤塔的排气口通过管道与后一级洗涤塔的进气口相连接，同时，所述三级洗涤塔的排气口连接有风机，所述风机上安装有用于放空经三级洗涤塔排出的尾气的放空管。

5.根据权利要求3所述的处理系统，其特征在于：所述一级洗涤塔、二级洗涤塔或三级洗涤塔内由下往上依次设置有两组以上的气液混合层，和位于所述的两组以上的气液混合层上方且靠近排气口设置的去雾层。

6.根据权利要求4所述的处理系统，其特征在于：所述的气液混合层包括由下往上依次设置的旋流层、填充层和喷试液层，所述填充层内填充有多孔拉西环，所述喷试液层内安装有液体喷嘴，该液体喷嘴与用于向塔内输送试液的计量泵的出口相连。

7.根据权利要求3所述的处理系统，其特征在于：所述一级洗涤塔、二级洗涤塔和三级洗涤塔内设置有pH控制器。

8.根据权利要求3所述的处理系统，其特征在于：所述一级洗涤塔和二级洗涤塔内分别设置有第一ORP控制器和第二ORP控制器，以对应监测一级洗涤塔内氧化反应的进程和二级洗涤塔内还原反应的进程。

9.根据权利要求3所述的处理系统，其特征在于：所述一级洗涤塔、二级洗涤塔和三级洗涤塔的塔身上分别对应每组气液混合层开设有观测窗口。