CN111068501A - 一种同时脱除硫化氢和氨气废气的吸收分解液、方法和装置 - Google Patents

一种同时脱除硫化氢和氨气废气的吸收分解液、方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种同时脱除硫化氢和氨气废气的装置和方法。该装置包括反应器，所述反应器的顶部设有废气出口，所述反应器的上部设有除雾板，所述除雾板的下部设有若干雾化喷头，所述除雾板的下部的所述雾化喷头的下部设有格网；所述反应器的下部也设有若干雾化喷头，所述反应器的底部设有储液池，所述反应器的底部设有排液口，所述反应器的下部设有收集废气进口和补液口；所述雾化喷头通过管道与所述储液池相连通，所述管道上设有循环泵。本发明通过处理硫化氢，产物与氨气反应，形成化肥硫酸铵，既同时脱除废气中的硫化氢和氨气，消除了污染，又产生了副产品，废物得到了利用，提高了价值。

Description

一种同时脱除硫化氢和氨气废气的吸收分解液、方法和装置
技术领域
本发明涉及气体净化技术领域，具体涉及一种同时脱除硫化氢和氨气的吸收分解液、方法和装置。
背景技术
在生物制药、污水发酵、石油化工、天然气、油田开发、焦炉煤气和半水煤气等工业气体中，硫化氢是一种非常有害的杂质。氨气是一种无色有刺激性气体，大量存在于上述行业领域生产过程中，直接燃烧后会生成氮氧化物污染环境。硫化氢和氨气往往同时存在于尾气中。它们的存在不仅会造成设备和管路腐蚀，而且会给环境带来相当严重的危害，属于必须消除或控制的污染物。
目前硫化氢和氨的净化大多是两个独立的工序，致使整个净化过程流程长、成本高、操作复杂化。
发明内容
为了克服上述存在于脱除同时存在于尾气中的硫化氢和氨气的净化过程流程长、成本高、操作复杂化等问题，本发明的目的在于，提供一种装置并配以具有吸收氧化功能的液体能同时有效脱除体系中的硫化氢和氨气，脱除后的反应产物主要成分为铵盐肥料，如硫酸铵和硝酸铵，经结晶沉淀后可作为肥料，澄清液作为溶剂可循环使用。
本发明的第一方面在于提供一种同时脱除硫化氢和氨气废气的装置，包括反应器，所述反应器的顶部设有废气出口，所述反应器的上部设有除雾板，所述除雾板的上部设有向下的若干雾化喷头，所述除雾板的下部的所述雾化喷头的下部设有格网；
所述反应器的下部设有向上的若干雾化喷头，所述反应器的底部设有储液池，所述反应器的底部设有排液口，所述反应器的下部设有收集废气进口和补液口；
所述雾化喷头通过管道与所述储液池相连通，所述管道上设有循环泵；
优选地，所述储液池内的吸收分解液中设有紫外灯。
在本发明的一些实施方式中，所述紫外灯的工作波长为185±5nm。
在本发明的一些实施方式中，所述格网包括间距1～5cm的上下两层不锈钢网，下层的不锈钢网的目数为8～15目，上层的不锈钢网的目数为20～30目。
在本发明的一些实施方式中，所述的格网内置活性炭颗粒；
优选地，所述活性炭颗粒填充体积为两层所述不锈钢网之间体积的5-20％。
在本发明的一些实施方式中，所述活性炭颗粒为柱状或球状。
在本发明的一些实施方式中，所述柱状活性炭颗粒不小于2×5mm。
在本发明的一些实施方式中，所述球状活性炭颗粒直径不小于3mm。
在本发明的一些实施方式中，所述吸收分解液，包括含有酸的吸收液和含有ClO2的分解液。
在本发明的一些实施方式中，所述吸收分解液中吸收液和分解液的体积比为5:1-15:1。
在本发明的一些实施方式中，所述吸收液中，以重量计，含有5-10％的可产生质子H+的物质，包括无机酸和有机酸中的一种或多种，和80-95％的水。
在本发明的一些实施方式中，所述分解液中，以重量计，含有10-20％的ClO2和80-90％的水。
本发明的第二方面在于提供一种同时脱除硫化氢和氨气废气的方法，包括以下步骤：
S1，将吸收分解液双向喷淋雾化，与含有硫化氢和氨气的废气接触；
S2，紫外照射接触后的混合液；
S3，紫外照射后的混合液与含有硫化氢和氨气的废气接触；
S4，紫外照射接触后的混合液；
S5，重复S3和S4步骤的接触和紫外照射至一定条件下向混合液中补充吸收分解液、至一定条件下从混合液中移除结晶或至一定条件下终止反应；
优选地，至少一部分所述接触在内置活性炭颗粒的网格内进行。
在本发明的一些实施方式中，所述吸收分解液由所述循环泵6经管道7送到所述装置上部的雾化喷头8进行雾化喷淋，并与从下部上升的废气逆向接触、经所述格网9后回到所述装置底部的所述储液池2中，所述储存液经一段时间循环使用后，排入到结晶沉淀池中，自然形成铵盐结晶沉淀和澄清液；铵盐可作为肥料或其它用途，澄清液可循环再使用。
具体的，配制好的吸收分解液经过泵同时打入装置的下部和上部，在装置的上部吸收分解液经过雾化喷淋的方式经过格网及格网内置的活性炭颗粒同废气逆向接触；格网将废气和喷淋液分布均匀，促使吸收分解液与废气充分接触，格网内置的一定量的活性炭颗粒在废气流的带动下，在格网内部无规则跳动，形成湍流，以增大废气与吸收分解液的接触面积和几率；在装置的下部吸收分解液经过雾化后，在废气进气口水平位置到上部的格网区间形成一个雾化室，该雾化室可以增加废气与雾化吸收分解液的接触时间，与从装置上部回落的吸收分解液水滴相比，雾化的微小液滴对废气的吸收分解更快，可以用更短的接触时间达到吸收分解液水滴用较长的接触时间得到的净化效果，在达到相同净化效果的基础上所述的接触时间的缩短意味着可以减小所述装置的内部空间高度，从而使得所述装置更灵巧，对于小于10000立方每小时的废气流量，所述装置甚至可以设计成人工可移动。吸收废气中的硫化氢和氨气后的所述吸收分解液依靠自身的重力下落流回到所述装置底部的储存池。吸收分解液在吸收废气中的硫化氢和氨气的同时分解液氧化硫化氢成4价的SO3 2-或6价SO4 2-，吸收液中的酸性组分，以及硫化氢被氧化后生成的酸性物质与氨气反应生成相应的铵盐，少部分没有来得及反应的硫化氢和氨气在装置底部的储存液内被分解液中的氧化剂和由185nm紫外灯产生的臭氧进一步氧化：即硫化氢或SO3 2被最终氧化成-SO4 2-，氨气被氧化成NO3 -后形成NH4NO3。从而达到一次同时脱除硫化氢和氨气的目的。
对于很多企业，如垃圾场、生物发酵、污水发酵等的废气排放中，其尾气末端氨气和硫化氢的典型浓度值分别在2mg/m3和0.1mg/m3，，由于氨气和硫化氢的嗅觉阀值很低，分别为0.1mg/m3和0.005mg/m3，因此即便是低如本专利列举的废气浓度依然能够带来严重的异味，另一方面，从动力学角度看，一定浓度范围的物质，浓度越低动力学反应越慢。因此处理本专利例举的废气浓度更具有实际意义。
需要进一步说明的是，本发明采用的氧化剂ClO2、因其环保特性已经在全世界范围内得到广泛的应用，尤其在水处理方面；同样，臭氧亦在水处理领域得到了大量应用，本发明采用的氧化剂不仅具有高效的氧化性，对本发明中的目标物的去除高效，同时对产生的废液不存在水质污染。
本发明中，所述除雾板是市场有售的除雾板产品，除了抗氧化耐酸碱外没有别的其它特殊结构要求。本领域技术人员可以根据需要自由选择。
本发明的有益效果在于：
本发明通过处理硫化氢，产物与氨气反应，形成化肥硫酸铵，既同时脱除废气中的硫化氢和氨气，消除了污染，又产生了副产品，废物得到了利用，提高了价值。在一些实施方式中，一部分氨气可以进一步处理成化肥硝酸铵。本发明将脱硫脱氨工艺一体化，缩短了现有的工艺流程，减少设备费用支出及运行成本；雾化喷淋系统使得H2S和NH3的吸收和分解更加快速、脱除率更高；185nm紫外灯的使用可以促进对H2S和NH3的氧化反应。本发明适用于生物制药、污水处理、煤炼焦、煤气化、沼气、合成氨尾气、克劳斯尾气等硫化氢和氨气同时存在的体系实现低成本的联合脱硫脱氨。
附图说明
图1为本发明一种实施方式的同时脱除硫化氢和氨气的装置的结构示意图。
图中：1.收集废气进口，2.储液池，3.紫外灯，4.排液口，5.除雾板，6.循环泵，7.管道，8.雾化喷头，9.格网，10.废气出口，11.补液口。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
在进一步描述本发明具体实施方式之前，应理解，本发明的保护范围不局限于下述特定的具体实施方案；还应当理解，本发明实施例中使用的术语是为了描述特定的具体实施方案，而不是为了限制本发明的保护范围。
为使本领域技术人员更好地理解本发明，下面参照附图对本发明的实施例进行详细说明。本文具体实施例中所用的“首先”、“其次”、“再次”、“然后”、“接下来”等表达并不旨在对先后顺序进行限定。
实施例1
一种用于脱除硫化氢和氨气废气的吸收分解液，包含吸收液和分解液；
吸收液选自5％的氨基磺酸水溶液、8％的草酸水溶液、8％、10％、20％的柠檬酸水溶液，分解液选自10％、12％、18％、20％、30％的亚氯酸钠水溶液，吸收液和分解液按10：1的体积比例配制成工作液使用，以上浓度为重量体积百分比。
表1吸收分解液的配方
Figure BDA0002372386500000041
Figure BDA0002372386500000051
实施例2
装置1
如图1所示，一种同时脱除硫化氢和氨气废气的装置；包括反应器，所述反应器的顶部设有废气出口10，所述反应器的上部设有除雾板5，所述除雾板5的下部设有若干雾化喷头8，所述除雾板5的下部的所述雾化喷头8的下部设有格网9；
所述反应器的下部也设有若干雾化喷头8，所述反应器的底部设有储液池2，所述储液池2的吸收分解液中设有紫外灯3，所述反应器的底部设有排液口4，所述反应器的下部设有收集废气进口1和补液口11；
所述雾化喷头8通过管道7与所述储液池2相连通，所述管道7上设有循环泵6。
所述紫外灯3的工作波长为185nm，固定在位于所述装置底部的所述储液池2内的所述吸收分解液中，其产生的臭氧可加强对吸收分解液中残留的硫化氢和氨气的氧化。所述格网9包括间距1～5cm的上下两层不锈钢网，下层的不锈钢网的目数为8～15目，上层的不锈钢网的目数为20～30目。所述的格网9内置活性炭颗粒。所述活性炭颗粒填充体积为两层所述不锈钢网之间体积的10％。所述活性炭颗粒为柱状，所述柱状活性炭颗粒为2×5mm。其中，柱高2mm，柱顶面和地面直径为5mm。
装置运行时，含硫化氢和氨气废气经过风机从所述装置底部送入；配制好的吸收分解液经过泵打入装置的上部，在装置的上部经过雾化喷淋的方式同废气逆向接触，吸收分解液进行充分的吸收接触后，流回到装置底部的储液池；配制好的吸收分解液同时打入所述装置下部的雾化喷头8进行雾化喷淋，并在所述装置的下部形成一个雾化室，与废气高效吸收分解、并依靠自身重力回落到所述装置底部的所述储液池2中；
在对含硫化氢和氨气废气处理过程中，当储液池的pH值升到5～5.5时补加吸收分解液药剂到储液池；经过一段时间的喷淋吸收分解，储液池中的吸收分解液中铵盐的含量接近饱和时，通过装置底部的排液口排放到结晶沉淀池，结晶沉淀后的铵盐可作为肥料，澄清液可作为配制吸收分解液的水剂循环再使用。
装置2
一种同时脱除硫化氢和氨气废气的装置，与装置1的区别在于，所述活性炭颗粒为球状，所述球状活性炭颗粒直径为3mm。
装置3
一种同时脱除硫化氢和氨气废气的装置，与装置1的区别在于，没有紫外灯。
装置4
一种同时脱除硫化氢和氨气废气的装置，与装置1的区别在于，所述柱状活性炭颗粒为1.5×2mm，其中，柱高1.5mm，柱顶面和地面直径为2mm。
装置5
一种同时脱除硫化氢和氨气废气的装置，与装置1的区别在于，所述柱状活性炭颗粒为5×8mm，其中，柱高5mm，柱顶面和地面直径为8mm。
装置6
一种同时脱除硫化氢和氨气废气的装置，与装置1的区别在于，所述活性炭颗粒填充体积为两层所述不锈钢网之间体积的80％。
实验例1
采用吸收分解液1-3、5-7和装置1进行同时脱除硫化氢和氨气废气的的实验。
其中，反应釜的规格为∮0.6x 2.2m，以空气、氨气、和H2S混合气体为实验进样气体，进口混合气体中氨气的浓度为2mg/m3，H2S的浓度为0.1mg/m3，进口气体流速为5m/s；以吸收分解液作为工作液使用，工作液的补加速度为20L/h，实验温度为室温；混合气体中H2S的测定采用亚甲蓝分光光度法，氨气的测定采用靛酚蓝分光光度法。混合气体经过本发明装置后的出口气体中氨气的浓度为0.05mg/m3，H2S的浓度为0.0001mg/m3，去除率分别为98％和99.9％。
结果见表2。
表2实验结果
Figure BDA0002372386500000061
实验例2
采用吸收分解液4和装置1、3-6进行同时脱除硫化氢和氨气废气的的实验。方法同实验例1。
结果见表3。
表3实验结果
Figure BDA0002372386500000071
研究发现，紫外灯的使用不仅可以促进对H2S和NH3的氧化反应，同时有助于减少吸收分解液中氧化剂的配比。同时发现，柱状活性炭颗粒的粒径和填充程度显著影响吸收分解液对废气中的H2S和NH3的处理效果。
本发明的吸收分解液对含硫化氢和氨气废气处理高效、经济，配合该吸收分解液工作的喷淋装置结构简单，操作方便，占地面积小，无论是设备投资，还是维护成本符合实际的生产需求。
以上对本发明优选的具体实施方式和实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式和实施例，在本领域技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明构思的前提下作出各种变化。

Claims (10)

1.一种同时脱除硫化氢和氨气废气的装置，包括反应器，所述反应器的顶部设有废气出口(10)，所述反应器的上部设有除雾板(5)，所述除雾板(5)的上部设有向下的若干雾化喷头(8)，所述除雾板(5)的下部的所述雾化喷头(8)的下部设有格网(9)；
所述反应器的下部设有向上的若干雾化喷头(8)，所述反应器的底部设有储液池(2)，所述反应器的底部设有排液口(4)，所述反应器的下部设有收集废气进口(1)和补液口(11)；
所述雾化喷头(8)通过管道(7)与所述储液池(2)相连通，所述管道(7)上设有循环泵(6)；
优选地，所述储液池(2)内的吸收分解液中设有紫外灯(3)。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述紫外灯(3)的工作波长为185±5nm。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述格网(9)包括间距1～5cm的上下两层不锈钢网，下层的不锈钢网的目数为8～15目，上层的不锈钢网的目数为20～30目。
4.根据权利要求1-3任一所述的装置，其特征在于，所述的格网(9)内置活性炭颗粒；
优选地，所述活性炭颗粒填充体积为两层所述不锈钢网之间体积的5-20％。
5.根据权利要求1-4任一所述的装置，其特征在于，所述活性炭颗粒为柱状或球状。
6.根据权利要求1-5任一所述的装置，其特征在于，所述柱状活性炭颗粒不小于2×5mm。
7.根据权利要求1-6任一所述的装置，其特征在于，所述球状活性炭颗粒直径不小于3mm。
8.根据权利要求1-7任一所述的装置，其特征在于，所述吸收分解液包括含有酸的吸收液和含有ClO2的分解液。
9.根据权利要求1-8任一所述的装置，其特征在于，所述吸收分解液中吸收液和分解液的体积比为5:1-15:1；
和/或，所述吸收液中，以重量计，含有5-10％的可产生质子H+的物质，包括无机酸和有机酸中的一种或多种，和80-95％的水；
和/或，所述分解液中，以重量计，含有10-20％的ClO2和80-90％的水。
10.一种同时脱除硫化氢和氨气废气的方法，包括以下步骤：
S1，将吸收分解液双向喷淋雾化，与含有硫化氢和氨气的废气接触；
S2，紫外照射接触后的混合液；
S3，紫外照射后的混合液与含有硫化氢和氨气的废气接触；
S4，紫外照射接触后的混合液；
S5，重复S3和S4步骤的接触和紫外照射至一定条件下向混合液中补充吸收分解液、至一定条件下从混合液中移除结晶或至一定条件下终止反应；
优选地，至少一部分所述接触在内置活性炭颗粒的网格内进行。
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