CN105107369A - 一种排放废气中强酸性组分的净化装置及净化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种排放废气中强酸性组分的净化装置及净化方法，其特征在于：包括反应器外壳、装入在反应器外壳内的活性材料装填容器，和设置在反应器外壳和活性材料装填容器之间的承托层；反应器外壳顶部通过密封盖板密封，在反应器外壳上设置有进气口、出气口和排液口；在活性材料装填容器内插入有导气管。在本发明的净化装置中，含强酸性组分的排放废气经承托层布气后进入导气管中，然后通过导气管上布设的透气孔进入活性材料装填容器内与活性填料接触，强酸性组分与活性填料反应形成盐类，净化后的排放废气经排气管排出。

Description

一种排放废气中强酸性组分的净化装置及净化方法

一、技术领域

本发明属于环保技术领域，具体涉及到废气中强酸性气态污染物的净化技术。

二、背景技术

一些使用挥发性酸的各类实验室、工业生产车间常常排出强酸性废气，主要是HCl、HF、HNO₃以及化合物分解产生的酸酐气体分子SO₂、SO₃、NO₂、N₂O₅等。废气中的强酸性物质不仅对人体健康产生很大的危害，而且强酸性物质具有很强的腐蚀性，损害各类电器设备，腐蚀各类金属制品，导致门窗严重锈蚀，影响环境清洁卫生。

目前针对企业排出的各类强酸性污染物质的净化技术主要采用洗涤塔，通过喷淋氢氧化钠溶液中和强酸性气体达标排放。洗涤塔的优点是处理气量大、效率高，缺点是消耗大量的碱，设备占地面积达，尤其是对于排放强酸性废气量较小的实验室，安装洗涤塔无论是投入成本还是占地方面都存在较大的问题。

三、发明内容

本发明旨在提供一种排放废气中强酸性污染物净化方法，所要解决的技术问题是设计合适的反应器结构，使用高空隙率、高活性填料通过气固相快速化学中和反应的方式去除气体中的强酸性组分。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

本发明排放废气中强酸性组分的净化装置，其特点在于：所述净化装置为平卧式或立式；

当所述净化装置为平卧式时：

所述净化装置包括反应器外壳、装入在反应器外壳内的活性材料装填容器，和位于所述反应器外壳侧面、且设置在所述反应器外壳和所述活性材料装填容器之间的承托层；所述反应器外壳顶部通过密封盖板密封；反应器外壳和密封盖板之间法兰连接

在所述反应器外壳位于承托层的一侧开设有进气口，在所述进气口内插入有进气管，所述进气管穿过承托层且前端与活性材料装填容器的侧面平齐，在所述进气管位于承托层内的管壁上开设有布气夹缝；在所述反应器外壳的另一侧开设有出气口，在所述出气口内插入有出气管；在所述反应器外壳的底部开设有排液口，在所述排液口内插入有排液管；

所述活性材料装填容器与进气管、出气管相邻的两侧面皆为多孔板，且在与进气管相邻一侧的多孔板上均匀布设有插管圆孔，在所述插管圆孔内插入有呈水平的导气管，所述导气管靠近进气口的一端为开口，靠近出气口的一端为封口；在所述导气管的管壁上均匀布设有透气孔；

在所述承托层内装填有布气颗粒；在所述活性材料装填容器内装填有活性填料；

当所述净化装置为立式时：

所述净化装置包括反应器外壳、装入在反应器外壳内的活性材料装填容器，和位于所述反应器外壳底部、且设置在所述反应器外壳和所述活性材料装填容器之间的承托层；所述活性材料装填容器的顶部开口，所述反应器外壳顶部通过密封盖板密封；反应器外壳和密封盖板之间法兰连接。

在所述反应器外壳底部开设有进气口，在所述进气口内插入有进气管，所述进气管穿过承托层且前端与活性材料装填容器的底面平齐，在所述进气管位于承托层内的管壁上开设有布气夹缝；在所述密封盖板上开设有出气口，在所述出气口内插入有出气管；在所述反应器外壳的底部开设有排液口，在所述排液口内插入有排液管；

所述活性材料装填容器的底面为多孔板，且均匀布设有插管圆孔，在所述插管圆孔内插入有呈竖直的导气管，所述导气管靠近进气口的一端为开口，靠近出气口的一端为封口；在所述导气管的管壁上均匀布设有透气孔；

在所述承托层内装填有布气颗粒；在所述活性材料装填容器内装填有活性填料。

上述净化装置，其特点也在于：

所述布气颗粒为粒径在3～30mm的耐酸塑料球或石英质颗粒。

所述活性填料按如下方法制备：

a、选择白云石含量大于70％的凹凸棒石粘土矿石为原料；

b、将原料破碎、筛分，获得粒径在3-5mm的矿石颗粒物；

c、将所述矿石颗粒物在600-700℃煅烧，使其中的白云石分解为由纳米氧化镁、方解石、石灰、灰硅钙石和斜硅钙石构成的复相材料，即获得活性填料。

在所述多孔板上均匀布置有孔径1-2mm的小孔，小孔总面积占据多孔板表面积的10％-20％；所述插管圆孔的直径为20～50mm，插管圆孔的总面积占多孔板表面积的10％-20％；在所述导气管上布设的透气孔的直径为1～2mm，透气孔总面积为导气管总面积的10％～20％。

利用上述净化装置的排放废气中强酸性组分的净化方法是：

将含强酸性组分的排放废气从进气管通入净化装置中，排放废气经布气夹缝进入承托层，并在经承托层布气后进入导气管中，然后通过导气管上布设的透气孔进入活性材料装填容器内与活性填料接触，强酸性组分与活性填料反应形成盐类，净化后的排放废气经排气管排出；

由于排放废气中水气的凝结及溶解盐类所形成的少量液体从排液管排出，防止液体流入进气管路腐蚀装置或者液体滞留在承托层影响布气；

当净化装置内活性填料与强酸性组分完全反应而失效后，打开密封盖板，更换新的活性填料，即可恢复净化功能。具体的，可从反应器外壳中整体取出装填容器，然后更换一个新的装有新的活性填料的容器，重新固定好密封盖板，；或者从反应器外壳中整体取出装填容器并倒出其中失效的活性填料，然后用水冲洗装填容器，再把装填容器放入到反应器外壳内，装填好新的活性填料。

所述强酸性组分为SO₂、SO₃、NO₂、N₂O₅、HCl、HF和/或HNO₃。

本发明为了去除废气中的强酸性组分，基于气固相反应的热力学和动力学理论、天然矿物热活化结构和物相演变规律的研究，在净化装置的结构、活性填料的制备及应用方式进行了精细设计，与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：

1、反应器外壳与活性材料装填容器之间的承托层由耐酸腐蚀的塑料球或石英质颗粒组成，粒径为3～30mm的均匀颗粒，既具有承托作用，又发挥了均匀布气的作用；设置活性材料装填容器便于失效后直接更换，或者重新装填；在净化装置内布置导气管，可以消除活性填料与酸反应后颗粒粘结造成的气路堵塞，提高活性组分的反应程度、延长净化装置内活性填料的使用寿命；在净化装置底部设置排液管，可以排出水气凝结后可能产生的高浓度溶解盐溶液，消除可能产生的液体积聚导致的气路阻塞。

2、选择白云石含量大于70％的凹凸棒石粘土矿石，破碎、筛分获得3-5mm的颗粒物，在回转炉600-700℃煅烧，使其中的白云石分解并转化为由纳米氧化镁、方解石、石灰、灰硅钙石和斜硅钙石构成的复相材料作为活性填料，具有较高孔隙率、很高的化学反应活性，且与酸性组分反应速率大，具有较大的中和酸性气体的容量，每公斤材料可以中和15当量以上的强酸性物质；该复相材料由于处于白云石第一步分解阶段，以及部分分解产生的氧化钙与凹凸棒石中硅的化合作用，导致所用的材料具有较低的氧化钙含量，具有较高的使用安全性。

3、所用材料具有良好的颗粒结构，富白云石凹凸棒石粘土矿石破碎筛分获得粒径在3-5mm颗粒，活性填料颗粒堆积具有较高的空隙率，气体阻力小；在600-700℃煅烧后，颗粒材料内部具有微米、亚微米、纳米空隙，反应比表面积大，具有较强的吸湿性，反应溶解盐不易因水气溶解而流淌。

四、附图说明

图1为立式净化装置结构示意图；

图2为平卧式净化装置结构示意图；

图中标号：1反应器外壳；2活性材料装填容器；3密封盖板；4进气管；4a布气夹缝；5出气管；6承托层；7活性填料；8排液管；9导气管；10布气颗粒。

五、具体实施方式

本发明的非限定性实施步骤如下

实施例1

本实施例的立式净化装置结构示意图如图1所示：

排放废气中强酸性组分的净化装置用管壁厚4mm、外径300mm、高度800mm的有机玻璃管竖直放置作为反应器外壳1，用厚度5mm的有机玻璃板制作直径300mm的圆盘，并在圆盘中心开一直径50mm的圆孔，用丙酮溶解有机玻璃粉末作为粘结剂把有机玻璃圆盘粘结到上述有机玻璃管底部，构成反应器外壳的封底，其中的圆孔即为开设在反应器外壳1底部的进气口。

截取外径50mm、长度300mm的有机玻璃管，在其一端用锯片切割出宽3mm、长(沿有机玻璃管径向)40mm的狭缝20个作为布气狭缝4a，把加工有布气狭缝4a的一端插入上述50mm的进气口内，并突出圆盘内表面50mm，用粘结剂固定牢固、密封，作为进气管4。

在直径290mm、长度700cm的有机玻璃管底部粘结多孔板作为活性材料装填容器2，底部多孔板上均匀布置有孔径为1.5mm、总面积占据多孔板表面积15％的小孔，另布设有直径20mm的插管圆孔用于安装导气管9，导气管用外径20mm的穿孔硬塑料管制作，导气管一端为开口，另一端为封口，其上分布有直径1.5mm的透气孔，透气孔总面积为导气管总面积的15％。导气管插入到插管圆孔中时，以开口端朝下。

净化装置上部的密封盖板3用有机玻璃板制作，密封盖板中心钻设直径50mm圆孔作为出气口5，插入外径50mm、长度300mm的有机玻璃管作为出气管5。

在反应器外壳1的底部钻10mm的圆孔作为排液口，插入外径10mm有机玻璃管并用粘结剂固定作为排液管8。

首先向反应器外壳1内部装填粒径3-5mm的石英岩颗粒物50mm厚作为布气颗粒10，与进气管前端面基本平齐，形成承托层6，然后把活性材料装填容器2放入反应器外壳内部，再把700℃煅烧的白云石凹凸棒石粘土矿石作为活性填料装填进去，高度与导气管上部端面平齐，最后把密封盖板3通过法兰连接到反应器外壳1，中间用橡胶垫密封，即成为一套完整的净化装置。

把净化装置的进气管4与实验室内通风厨的排放管连接，出气管5与外部管路连接，即可净化通风厨排放废气中的强酸性组分。在通风厨内放置400mL烧杯，加入250mL浓盐酸，打开通风厨的风机电源，烧杯中的盐酸挥发，用碱液吸收进、出净化装置气体中HCl的浓度，计算表明HCl去除率大于99.5％。

当排放废气中强酸性组分的净化装置中活性填料因与强酸性物质反应基本完全而失效后，打开法兰连接的密封盖板，从反应器外壳中整体取出活性材料装填容器，倒出其中失效的活性填料，用水冲洗装填容器，再把装填容器放入到反应器外壳内，装填好新的活性填料，重新固定好密封盖板，即恢复净化功能。

上述净化装置中装填的活性填料是按照按照如下方法制备：

a、选择白云石含量大于70％的凹凸棒石粘土矿石，其余组分主要是凹凸棒石；

b、把原料破碎、筛分，获得3-5mm的矿石颗粒物；

c、将矿石颗粒物在回转炉700℃煅烧，使其中的白云石分解为由纳米氧化镁、方解石、石灰、灰硅钙石和斜硅钙石构成的复相材料，即获得具有较高孔隙率、高化学活性的介孔结构活性填料。

实施例2

本实施例的平卧式净化装置结构示意图如图2所示：

排放废气中强酸性组分的净化装置用厚度4mm有机玻璃板制作长500mm、宽300mm、高300mm的外壳框，用同样的有机玻璃板截取500mm×300mm板片，并用胶与上述外壳框粘结作为底面，构成反应器外壳1。在反应器外壳的一侧面开一直径50mm的圆孔作为进气口，截取外径50mm、长度300mm有机玻璃管，在其一端按照均匀间隔用锯片切割出宽3mm、长(沿有机玻璃管径向)40mm的狭缝20个作为布气狭缝4a，把加工有布气狭缝4a的一端插入上述50mm的进气口内，并突出反应器外壳侧面内表面50mm，用粘结剂固定牢固、密封，该管作为进气管。在与之相对的外壳的另一侧面钻设直径50mm圆孔作为出气孔，插入外径50mm、长度300mm的有机玻璃管作为出气管5。该装置水平放置。

截取290mm×290mm有机玻璃板两块，均匀布置孔径为1.5mm、孔面积占据多孔板表面积的15％的小孔，形成多孔板，另在其中一块多孔板上布设直径20mm的插管圆孔用于安装导气管，导气管用外径20mm的穿孔硬塑料管制作，导气管一端为开口，另一端为封口，其上分布有直径1.5mm的透气孔，透气孔总面积为导气管总面积的15％。

另外截取400mm×290mm的有机玻璃板四块，与上述两块多孔板焊接在一起构成立方体，作为活性材料装填容器2，其中顶面可拆卸，把600℃煅烧的白云石凹凸棒石粘土活性填料装填进去，构成了装填好活性材料的装填容器2。

净化装置上部的密封盖板3用有机玻璃板制作。

在反应器外壳1的底部钻10mm的圆孔作为排液口，插入外径10mm有机玻璃管并用粘结剂固定作为排液管8。

首先以插入导气管的一侧靠近进气口，将活性材料装填容器2放入反应器外壳内部，距离反应器外壳两侧各50mm，然后向反应器外壳与活性材料装填容器2之间靠近进气口一侧装填粒径3-6mm的石英岩颗粒物，直至与外壳上部端面基本平齐，形成承托层6；再把密封盖板密封盖板3通过法兰连接到反应器外壳1的，中间用橡胶垫密封，即成为一套完整的净化装置。

把净化装置的进气管4与实验室内通风厨的排放管连接，出气管与外部管路连接，即可净化通风厨排放废气中的强酸性组分。在通风厨内放置400mL塑料烧杯，其中加入150mL浓氢氟酸，打开通风厨的风机电源，通过烧杯中的氢氟酸挥发产生含强酸性组分的气体，用碱液吸收进、出净化装置气体中HF，离子色谱检测吸收液中的氟离子浓度，检测结果表明净化后气体中HF浓度小于7.5mg/m³，低于排放废气氟允许浓度。

当净化排放废气中强酸性组分的装置中活性填料因与强酸性物质反应基本完全而失效后，打开法兰连接的密封盖板，倒出其中失效的填料，用水冲洗容器，再把新的活性填料装入净化装置，重新固定好密封盖板，连接好进气管和排气管，即恢复净化功能。

上述净化装置中装填的活性填料是按照按照如下方法制备：

a、选择白云石含量大于70％的凹凸棒石粘土矿石，其余组分主要是凹凸棒石；

b、把原料破碎、筛分，获得3-5mm的矿石颗粒物；

c、将矿石颗粒物在回转炉600℃煅烧，使其中的白云石分解为由纳米氧化镁、方解石、石灰、灰硅钙石和斜硅钙石构成的复相材料，即获得具有较高孔隙率、高化学活性的介孔结构活性填料。

Claims (6)

1.一种排放废气中强酸性组分的净化装置，其特征在于：所述净化装置为平卧式或立式；

当所述净化装置为平卧式时：

所述净化装置包括反应器外壳(1)、装入在反应器外壳内的活性材料装填容器(2)，和位于所述反应器外壳(1)侧面、且设置在所述反应器外壳(1)和所述活性材料装填容器(2)之间的承托层(6)；所述反应器外壳(1)顶部通过密封盖板(3)密封；

在所述反应器外壳(1)位于承托层(6)的一侧开设有进气口，在所述进气口内插入有进气管(4)，所述进气管(4)穿过承托层(6)且前端与活性材料装填容器(2)的侧面平齐，在所述进气管(4)位于承托层(6)内的管壁上开设有布气夹缝(4a)；在所述反应器外壳(1)的另一侧开设有出气口，在所述出气口内插入有出气管(5)；在所述反应器外壳(1)的底部开设有排液口，在所述排液口内插入有排液管(8)；

所述活性材料装填容器(2)与进气管(4)、出气管(5)相邻的两侧面皆为多孔板，且在与进气管相邻一侧的多孔板上均匀布设有插管圆孔，在所述插管圆孔内插入有呈水平的导气管(9)，所述导气管靠近进气口的一端为开口，靠近出气口的一端为封口；在所述导气管(9)的管壁上均匀布设有透气孔；

在所述承托层(6)内装填有布气颗粒(10)；在所述活性材料装填容器(2)内装填有活性填料(7)；

当所述净化装置为立式时：

所述净化装置包括反应器外壳(1)、装入在反应器外壳内的活性材料装填容器(2)，和位于所述反应器外壳(1)底部、且设置在所述反应器外壳(1)和所述活性材料装填容器(2)之间的承托层(6)；所述活性材料装填容器(2)的顶部开口，所述反应器外壳(1)顶部通过密封盖板(3)密封；

在所述反应器外壳(1)底部开设有进气口，在所述进气口内插入有进气管(4)，所述进气管(4)穿过承托层(6)且前端与活性材料装填容器(2)的底面平齐，在所述进气管(4)位于承托层(6)内的管壁上开设有布气夹缝(4a)；在所述密封盖板(3)上开设有出气口，在所述出气口内插入有出气管(5)；在所述反应器外壳(1)的底部开设有排液口，在所述排液口内插入有排液管(8)；

所述活性材料装填容器(2)的底面为多孔板，且均匀布设有插管圆孔，在所述插管圆孔内插入有呈竖直的导气管(9)，所述导气管靠近进气口的一端为开口，靠近出气口的一端为封口；在所述导气管(9)的管壁上均匀布设有透气孔；

在所述承托层(6)内装填有布气颗粒(10)；在所述活性材料装填容器(2)内装填有活性填料(7)。

2.根据权利要求1所述的净化装置，其特征在于：

所述布气颗粒为粒径在3～30mm的耐酸塑料球或石英质颗粒。

3.根据权利要求1所述的净化装置，其特征在于：

所述活性填料按如下方法制备：

a、选择白云石含量大于70％的凹凸棒石粘土矿石为原料；

b、将原料破碎、筛分，获得粒径在3-5mm的矿石颗粒物；

c、将所述矿石颗粒物在600-700℃煅烧，使其中的白云石分解为由纳米氧化镁、方解石、石灰、灰硅钙石和斜硅钙石构成的复相材料，即获得活性填料。

4.根据权利要求1所述的净化装置，其特征在于：在所述多孔板上均匀布置有孔径1-2mm的小孔，小孔总面积占据多孔板表面积的10％-20％；所述插管圆孔的直径为20～50mm，插管圆孔的总面积占多孔板表面积的10％-20％；

在所述导气管上布设的透气孔的直径为1～2mm，透气孔总面积为导气管总面积的10％～20％。

5.一种利用权利要求1～4所述净化装置的排放废气中强酸性组分的净化方法，其特征在于：

将含强酸性组分的排放废气从进气管(4)通入净化装置中，排放废气经布气夹缝(4a)进入承托层(6)，并在经承托层(6)布气后进入导气管(9)中，然后通过导气管(9)上布设的透气孔进入活性材料装填容器(2)内与活性填料接触，强酸性组分与活性填料反应形成盐类，净化后的排放废气经排气管(5)排出；

由于排放废气中水气的凝结及溶解盐类所形成的少量液体从排液管(8)排出；

当净化装置内活性填料与强酸性组分完全反应而失效后，打开密封盖板(3)，更换新的活性填料，即可恢复净化功能。

6.根据权利要求5所述的净化方法，其特征在于：

所述强酸性组分为SO₂、SO₃、NO₂、N₂O₅、HCl、HF和/或HNO₃。