CN105879610A - 一种使用气-液-固三相吸附式净化反应器去除废气中氟化物的方法 - Google Patents

一种使用气-液-固三相吸附式净化反应器去除废气中氟化物的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种使用气‑液‑固三相吸附式净化反应器去除废气中氟化物的方法。本系统创造性的利用了氟化氢可与细沙中的主要成分——二氧化硅发生化学反应的特性，通过控制反应物料比例的手段，以使二氧化硅过量参加反应，氟化氢会与其反应生成四氟化硅，在此基础上对水分的加入量予以严格调控，既可为该化学反应提供必要的离子条件，又可防止四氟化硅大量溶解于水时所发生的水解反应，从而达到有效去除废气中氟化氢的目的。

Description

一种使用气-液-固三相吸附式净化反应器去除废气中氟化物的方法
技术领域
本发明涉及一种使用气-液-固三相吸附式净化反应器去除废气中氟化物的方法，属于环境保护中的废气处理领域。
背景技术
目前，我国以含氟矿物为主要原料或辅助原料的搪瓷、钢铁、铝电解、磷肥、水泥、砖瓦、玻璃等行业，在其冶炼、生产过程中，氟元素从矿物中分解而进入环境，造成氟污染。由于煤炭中含有氟元素，火力发电厂及其他行业（包括民用）的燃煤烟气中也含有一定量的氟。其中，搪瓷工业所排放的含有较高浓度氟化氢的废气，是我国大气氟污染的重要来源之一。
由于水体中的氟化物随水流迁移，主要影响径流区的生物和土壤，固体废弃物中的氟化物结构较为稳定，二者对环境的影响都比较小；而大气中的氟化物随空气流动、降水向周围地区扩散而最终降落至地表，被植物、土壤吸收或吸附，其影响范围广泛，并且扩散迅速，因此，相比于其他含氟物质，氟化氢废气对人体健康和生态环境的影响较大。
氟对人体的影响与其浓度和溶解度有关，氟化氢能迅速被吸收，而难溶的含氟粉尘不易被吸收。在工业生产条件下，氟化物可以通过呼吸道、消化道和皮肤等途径被人体吸收，一般认为，通过消化道进入人体的氟对人体的危害大一些。氟被吸收后进入血液，75%在血浆中，25%在血细胞中，血浆中氟的75%与血浆蛋白结合，25%呈离子状态并发生生理反应，进入人体的氟，蓄积和排泄各占一半，蓄积于人体的氟大部分沉积在骨骼和牙齿中，氟的排泄主要通过肾脏。
控制氟化氢废气污染的方法主要有：液体吸收法、固体吸附法、过滤法，以及静电除雾法等。
（1）液体吸收法：
液体吸收一般包括水洗法和碱液中和法。所采用净化处理设备主要有洗涤塔、泡沫塔、填料塔、斜孔板塔、湍球塔等。其主要净化机理是使气、液充分接触，酸、碱中和，从而提高净化效率。
液体吸收法的优点是设备投资较低，工艺较简单。其缺点是：耗能耗水量大；运行费用高；容易带来二次污染；在北方的冬天还容易因结冰而导致设备无法正常运行。
（2）固体吸附法：
常用的吸附剂有活性炭、分子筛、硅胶、含氨煤泥等。
吸附法净化酸雾的优点是：能比较好地去除伴随硝酸雾产生的氮氧化物的污染；设备简单，操作方便；干式工艺，不产生二次污染。其缺点是：由于吸附剂的吸附容量有限，造成设备庞大，且过程为间歇操作。因此，吸附法仅适用于净化处理氟化氢浓度较低的废气。
（3）过滤法：
过滤法去除氟化氢的机理是：氟化氢雾滴悬浮在气流中，由于互相碰撞而凝聚成较大的颗粒，在经过丝网、板网或纤维层时，通道弯曲狭窄，在惯性效应和钩住效应（咬合效应）作用下，附着在丝网、板网或纤维上。不断附着的结果使细小的氟化氢液滴增大并降落下来，最后流入集液箱回用。
过滤法对密度较大、易凝聚的酸雾如硫酸雾、铬酸雾的净化效果较好，但对雾滴较小的氟化氢酸雾去除效果不理想，对气态污染物则几乎没有去除能力。
（4）静电除雾法：
同电除尘器类似，静电除雾器也有立式、卧式、多管式和线板式等多种型式。
静电除雾器有以下优点：除雾效率高；性能稳定。缺点有：易产生电晕闭塞、电晕极肥大等问题；设备体积大、价格高；适用范围窄。
目前，国内外所采用的氟化氢废气治理方法，存在能耗物耗大、方法适用性不强、设备占地大、投资较高，且其处理效果也难以满足日益严格的排放要求。为此，需要寻找新的方法和途径来解决这一难题。
发明内容
为了解决现有技术中的诸多问题，本发明提供了一种使用气-液-固三相吸附式净化反应器去除废气中氟化物的方法，所述反应器的左下部设有进气阀门，右上部设有排气阀门，反应器中部为湿沙与废气的反应空间，反应器顶部分别设有细沙储罐、涡轮式空气压缩机、储水罐及离心式水泵，上述三套设备分别通过输沙管路与气-液-固三相混合阀相连，气-液-固三相混合阀的出口通过输沙管路连接至湿沙-废气反应空间上方的四支湿式喷沙头，反应器底部设有废沙排口，废沙排口下方设有传送带；含有氟化氢的废气通过位于气-液-固三相吸附式氟化物净化反应器左下部的进气阀门进入反应器中部的反应空间内，此时位于反应器顶部的气-液-固三相混合阀开始工作，抽取细沙储罐中的细沙至混合阀，同时涡轮式空气压缩机将压缩空气输送至混合阀，并且离心式水泵将储水罐中的水输送至混合阀，此时气-液-固三相混合阀按照预先设定的混合比例将空气、细沙和水充分混合，并通过输沙管路输送至位于反应空间顶部的四支湿式喷沙头，并以湿细沙的形式由湿式喷沙头喷射而出，在反应空间内与废气充分混合，废气中的氟化氢与湿细沙中的二氧化硅发生化学反应生成四氟化硅，并附着于湿细沙表面，通过重力作用下落至反应器底部，并通过反应器底部的废沙排口排出反应器，后经传送带输送至集中存放区进行回收处理，经过净化处理后的废气，通过反应器右上部的排气阀门排出反应器，进入下一处理工序。
其气-液-固三相吸附式氟化物净化反应器的工作压力范围为0.07~0.82MPa，工作温度范围为15~95℃，有效容积为235m3。
其气-液-固三相吸附式氟化物净化反应器，气-液-固三相混合阀的工作压力范围为0.07~0.82MPa，其空气、细沙、水的混合比例设定参数为：79.2%、13.9%和6.9%，其平均使用寿命可达15000小时以上。
其气-液-固三相吸附式氟化物净化反应器，湿式喷沙头的工作电压为15V，工作压力范围为35~80kg，喷射量为15.5L/min。
通过本系统处理后的废气，其氟化氢的去除效率可达99.3%。
本发明的优点在于：
（1）本方法摆脱了现有的工业废气氟化氢治理模式，创造性的利用了氟化氢与二氧化硅发生化学反应的特性，使二氧化硅过量参加反应，氟化氢与其反应生成四氟化硅。在此基础上，通过精确控制反应中的水含量，可防止四氟化硅大量溶解于水时所发生的水解反应，从而达到有效去除废气中氟化氢的目的。该方法是一种非常有针对性的处理方法，其处理效率可达到99.3%。
（2）本方法采用自然界中常见的细沙和水作为其净化处理物料，大大降低的处理物料成本，同时，还避免使用各类化学药剂，从而消除了引入新的、危害更大的污染物的风险。
（3）本方法通过气-液-固三相混合阀来精确调整细沙、水分和空气的混合比例，并通过湿式喷沙头喷射的方式制造细沙雾，直接与废气中氟化氢反应，大大提高了氟化氢的净化处理效率。
（4）本方法技术路线先进，设备占地面积较小，并且处理效果良好，运行维护成本很低，有利于大范围推广应用。
附图说明
图1是气-液-固三相吸附式氟化物净化反应器的示意图。
51-进气阀门、52-细沙储罐、53-涡轮式空气压缩机、54-储水罐、55-离心式水泵、56-气-液-固三相混合阀、57-输沙管路、58-湿式喷沙头、59-排气阀门、510-废沙排口、511-传送带
具体实施方式
如图1所示，一种使用气-液-固三相吸附式净化反应器去除废气中氟化物的方法，气-液-固三相吸附式氟化物净化反应器5为锰钢材质，其左下部设有进气阀门51，右上部设有排气阀门59，反应器中部为湿沙与废气的反应空间，反应器顶部分别设有细沙储罐52、涡轮式空气压缩机53、储水罐54及离心式水泵55，此三套设备分别通过输沙管路57与气-液-固三相混合阀56相连，气-液-固三相混合阀56的出口通过输沙管路57连接至湿沙-废气反应空间上方的四支湿式喷沙头58，反应器底部设有废沙排口510，废沙排口510下方设有传送带511；含有氟化氢的废气通过位于气-液-固三相吸附式氟化物净化反应器5左下部的进气阀门51进入反应器中部的反应空间内，此时位于反应器顶部的气-液-固三相混合阀56开始工作，抽取细沙储罐52中的细沙至混合阀56，同时，涡轮式空气压缩机53将压缩空气输送至混合阀56，并且，离心式水泵55将储水罐54中的水输送至混合阀56，此时，气-液-固三相混合阀56按照预先设定的混合比例（空气79.2%、细沙13.9%、水6.9%）将空气、细沙和水充分混合，并通过输沙管路57输送至位于反应空间顶部的四支湿式喷沙头58，并以湿细沙的形式由湿式喷沙头58喷射而出，在反应空间内与废气充分混合，此时，废气中的氟化氢可与湿细沙中的二氧化硅发生化学反应，由于已预先对反应物料比例进行了精确控制，从而使本化学反应中的二氧化硅过量，因此氟化氢会与其反应生成四氟化硅，在此基础上对水分的加入量予以严格调控，既可为该化学反应提供必要的离子条件，又可防止四氟化硅大量溶解于水时所发生的水解反应，反应生成的四氟化硅盐类得以附着于湿细沙表面，通过重力作用下落至反应器底部，并通过反应器底部的废沙排口510排出反应器，后经传送带511输送至集中存放区进行回收处理，经过净化处理后的废气，通过反应器右上部的排气阀门59排出反应器，进入下一处理工序；其中，气-液-固三相吸附式氟化物净化反应器5的工作压力范围为0.07~0.82MPa，工作温度范围为15~95℃，有效容积为235m3；其中，气-液-固三相吸附式氟化物净化反应器5，其气-液-固三相混合阀56的工作压力范围为0.07~0.82MPa，其空气、细沙、水的混合比例设定参数为：79.2%、13.9%和6.9%，其平均使用寿命可达15000小时以上；其中，气-液-固三相吸附式氟化物净化反应器5，其湿式喷沙头58的工作电压为15V，工作压力范围为35~80kg，喷射量为15.5L/min。
通过本系统处理后的废气，其氟化氢的去除效率可达99.3%。

Claims (4)

1.一种使用气-液-固三相吸附式净化反应器去除废气中氟化物的方法，其特征在于，所述反应器的左下部设有进气阀门，右上部设有排气阀门，反应器中部为湿沙与废气的反应空间，反应器顶部分别设有细沙储罐、涡轮式空气压缩机、储水罐及离心式水泵，上述三套设备分别通过输沙管路与气-液-固三相混合阀相连，气-液-固三相混合阀的出口通过输沙管路连接至湿沙-废气反应空间上方的四支湿式喷沙头，反应器底部设有废沙排口，废沙排口下方设有传送带；含有氟化氢的废气通过位于气-液-固三相吸附式氟化物净化反应器左下部的进气阀门进入反应器中部的反应空间内，此时位于反应器顶部的气-液-固三相混合阀开始工作，抽取细沙储罐中的细沙至混合阀，同时涡轮式空气压缩机将压缩空气输送至混合阀，并且离心式水泵将储水罐中的水输送至混合阀，此时气-液-固三相混合阀按照预先设定的混合比例将空气、细沙和水充分混合，并通过输沙管路输送至位于反应空间顶部的四支湿式喷沙头，并以湿细沙的形式由湿式喷沙头喷射而出，在反应空间内与废气充分混合，废气中的氟化氢与湿细沙中的二氧化硅发生化学反应生成四氟化硅，并附着于湿细沙表面，通过重力作用下落至反应器底部，并通过反应器底部的废沙排口排出反应器，后经传送带输送至集中存放区进行回收处理，经过净化处理后的废气，通过反应器右上部的排气阀门排出反应器，进入下一处理工序。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，气-液-固三相吸附式氟化物净化反应器的工作压力范围约为0.07~0.82MPa，工作温度范围为15~95℃，有效容积为235m3。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，气-液-固三相吸附式氟化物净化反应器的混合阀的工作压力范围为0.07~0.82MPa，空气、细沙、水的混合比例设定为：79.2%、13.9%和6.9%。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，气-液-固三相吸附式氟化物净化反应器的湿式喷沙头的工作电压为15V，工作压力范围为35~80kg，喷射量为15.5L/min。
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