CN112023664A - 一种基于空化机耦合助剂吸收烟气的气液分布系统及工艺 - Google Patents

一种基于空化机耦合助剂吸收烟气的气液分布系统及工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于空化机耦合助剂吸收烟气的气液分布系统，包括多污染物烟气源、吸收塔、气液分布器、U型干燥管、烟气分析仪、颗粒采集器、空化机和吸收液收集器；吸收塔下部通过转子流量计与多污染物烟气源连接，上部设置有气液分布器；多污染物烟气源还依次连接有烟气分析仪和颗粒采集器；吸收塔上端与U型干燥管、烟气分析仪和颗粒采集器依次连接；气液分布器通过一水泵与吸收塔下部连接；气液分布器还连接有一空化机，空化机位于吸收塔一侧；吸收液收集器与吸收塔下端底部相连接；同时提供了该系统的吸收工艺。本发明助剂利用率高；污染物去除种类多，污染物去除率高，处理的气量大；能源消耗相对较低；工艺简单，装置简单，易于操作。

Description

一种基于空化机耦合助剂吸收烟气的气液分布系统及工艺
技术领域
本发明涉及环保技术领域，尤其涉及一种基于空化机耦合助剂吸收烟气的气液分布系统及工艺。
背景技术
不论是汽车尾气还是锅炉烟气都对自然环境及人类健康状况造成严重的危害，特别是SO2、NOx和可吸入颗粒物，可吸入颗粒物被人吸入后，会累积在呼吸系统中，引发许多疾病，SO2是无色、有刺激性气味的有毒气体，吸入SO2会导致呼吸道损伤，严重的会引起肺炎甚至肺癌，NOx作为一次污染物，不仅会刺激人的眼睛、鼻、喉咙和肺部，而且会发生反应形成二次污染物，易形成光化学烟雾，酸雨形成的原因主要是雨水中HNO3和H2SO4浓度较大，其主要来源于排放的SO2及NOx，因此，世界各国对多污染物烟气的排放要求越来越严格，这给治理带来新的挑战。
当前一体化脱硫脱硝技术可以分为干法、半干法、湿法脱硫脱硝三类。干法、半干法技术具有耗水量少、运行成本低等优点，但是技术方面和处理效果与湿法相比有着不小的劣势。湿法脱硫脱硝应用成熟、处理效果好，但是存在用水量大、会腐蚀设备、造成二次污染等缺陷，可以将湿法脱硫脱硝分为络合吸收法和氧化吸收法。
因湿法氧化吸收法具有工艺过程简单、脱硫脱硝率高、容易实现资源回收利用、无二次污染等优点，从降低运行成本、提高NO氧化程度和速率及其低浓度NOx烟气净化的需求等方面来看，湿法氧化吸收法是较有前途的方法。目前研究较多的氧化吸收法主要是O3法、NaClO2及其复合氧化吸收法、ClO2法、KMnO4法等。其中NaClO2等氧化剂成本高以及ClO2、KMnO4会带来腐蚀问题。O3是一种常见的强氧化剂，但是O3的直接性氧化反应具有较高的选择性且反应速率较慢，其利用率也不高。
因此，如何提供一种由助剂溶液混合空气进入空化机产生微纳米气液分散系统进而其微纳米气泡崩裂产生·OH而发生催化氧化吸收的脱硫脱硝技术且有效处理烟气中的HC及颗粒物的基于空化机耦合助剂吸收烟气的气液分布系统及工艺是本领域亟需解决的技术问题之一。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种基于空化机耦合助剂吸收烟气的气液分布系统及工艺；本系统利用微纳米气泡相较于普通气泡所具有的比表面积大、存在时间长、自身增压溶解、传质效率高、表面电荷形成的ζ电位高以及可释放出自由基等优势特性，利用液体分布器使得空化机产生的微纳米气液分散系统耦合助剂在常温常压条件下实施对烟气的催化氧化吸收。
为解决上述技术问题，本发明采取了如下技术方案：
一种基于空化机耦合助剂吸收烟气的气液分布系统，包括多污染物烟气源、吸收塔、气液分布器、U型干燥管、烟气分析仪、颗粒采集器、空化机和吸收液收集器；所述吸收塔下部通过转子流量计与所述多污染物烟气源连接，其上部设置有所述气液分布器；所述多污染物烟气源还依次连接有所述烟气分析仪和所述颗粒采集器；所述吸收塔上端与所述U型干燥管、所述烟气分析仪和所述颗粒采集器依次连接；
所述气液分布器通过一水泵与所述吸收塔下部连接；所述气液分布器还连接有一所述空化机，所述空化机位于所述吸收塔一侧；
所述吸收液收集器与所述吸收塔下端底部相连接。
进一步，所述吸收塔上还设有多个气体控制阀和多个液体控制阀；所述气液分布器通过多个所述液体控制阀分别与所述空化机和所述吸收塔底部连接；所述吸收液收集器通过所述吸收塔下方的一个所述液体控制阀与所述吸收塔下端底部相连接；所述吸收塔上端设有一所述气体控制阀，且通过这一所述气体控制阀与所述U型干燥管、所述烟气分析仪和所述颗粒采集器依次连接；所述吸收塔下部一侧设有另一所述气体控制阀，且所述所述吸收塔下部通过这一所述气体控制阀与所述多污染物烟气源连接。
进一步，所述多污染物烟气源于所述吸收塔之间还连接有一流量计。
进一步，还包括一计算机，所述计算机与所述空化机相连接。
进一步，所述气液分布器、所述水泵之间以及所述气液分布器、所述空化机之间均设有一水流传感器。
本发明还提供了一种基于空化机耦合助剂吸收烟气的气液分布系统的工艺，包括以下步骤：
1)所述多污染物气源中的气体经过所述转子流量计通入所述吸收塔下部的所述气体控制阀，同时所述空化机会产生微纳米气液分散体系；所述微纳米气液分散体系和经过所述水泵从所述吸收塔下部的所述液体控制阀循环的吸收液均由所述吸收塔上部的所述气液分布器进行喷洒；所述多污染物气源中的气体包括汽车尾气、锅炉烟气及油烟废气；
2)所述多污染物气源里的烟气与所述微纳米气液分散体系和部分经所述水泵循环的所述吸收塔下部吸收液在所述吸收塔中的填料作用下进行充分混合并氧化吸收；
3)制备含助剂的溶液经过所述吸收塔下部的所述液体控制阀进入吸收液并流向所述气液分布器和所述空化机；
4)所述吸收塔下部的吸收液经过底部的所述液体控制阀流向所述吸收液收集器；
5)经过所述烟气分析仪分析过以及所述颗粒采集器采集过的气体进入所述吸收塔底部，随之从其顶部排出，经过所述U型干燥管干燥之后再由所述烟气分析仪分析其污染物浓度和所述颗粒采集器进行采集，算出去除率。
进一步，所述微纳米气液分散体系是所述吸收塔下部吸收液与空气经过所述空化机产生的。
进一步，所述微纳米气液分散体系中的微纳米气泡通常是指直径为50μm～200nm的超微小气泡；所述微纳米气泡在水中的溶解度超过85％，且是以气泡的方式长时间存留在水中，下落过程中自身增压溶解，可以不断地向水中补充活性氧。
本发明的技术原理如下：
化学反应原理
(1)O2在气相中氧化NO的反应式：
2NO+O2→2NO2；
(2)微纳米气泡在溶液中崩解时，会产生大量﹒OH，NO和NO2被氧化吸收：
﹒OH+NO→H++NO2 -
﹒OH+NO2→NO3 -+H+
﹒OH+NO2 -→NO2+OH-；
(3)NOx被水吸收的主要反应：
2NO2(g)+H2O(1)→HNO3(1)+HNO2(1)
N2O4(g)+2H2O(1)→HNO3(1)+HNO2(1)
HNO2(l)→1/3HNO3(1)+2/3NO(g)+1/3H2O(1)；
总反应式如下：
3NO2(g)+H2O(1)→2HNO3(1)+NO(g)；
(4)NOx稀硝酸吸收原理：
2NO(g)+HNO3(1)+H2O(1)→3HNO2(1)
HNO2(1)→1/3HNO3(1)+2/3NO(g)+1/3H2O(1)；
(5)微纳米气泡在溶液中崩解时，会产生大量﹒OH，SO2被氧化吸收，SO3 2-和HSO3 -也与﹒OH反应：
SO2+﹒OH→HSO3
HSO3+﹒OH→2H+SO42-
HSO3-+﹒OH→SO3 -+H2O
SO3 -+﹒OH→SO4 2-+﹒H
SO4 2-+﹒OH→SO3 -+OH-；
(6)SO3 2-和HSO3 -与NO2也会发生反应：
2NO2+H2O+SO3 2-→2H++2NO2 -+SO4 2-
2NO2+H2O+2SO3 2-→2HSO3 -+NO2 -+NO3-
NO2+H2O+HSO3 -→3H++2NO2 -+SO4 2-；
(7)由于存在过量的SO3 2-，也会发生还原反应：
4SO3 2-+2NO2 -→4SO42-+N2
3SO3 2-+2NO2 -+2H+→2NO+3SO4 2-+OH-；
(8)少量NO还与SO3 2-和HSO3 -反应生成N2O，N2O溶于水且释放无毒无害的N2：
Figure BDA0002655870190000051
Figure BDA0002655870190000052
5N2O+H2O→2H++2NO3 -+4N2。
本发明相对于现有技术的处理烟气多污染物系统相比，取得了以下技术效果：
1)助剂利用率高；
2)污染物去除种类多，污染物去除率高；
3)能源消耗相对较低；
4)最终的吸收液是较高浓度的硝酸、硫酸溶液，可实施回收利用，不产生二次污染；
5)本技术工艺简单，装置组成简单，易于操作；
6)吸收液循环氧化吸收，效率最大化；
7)处理的气量大。
附图说明
图1为本发明一种基于空化机耦合助剂吸收烟气的气液分布系统的结构示意图；
图2为本发明图1中A的放大示意图；
图3为本发明图1中B的放大示意图；
图中：1、多污染物烟气源；2、转子流量计；3、吸收塔；4、气液分布器；5、U型干燥管；6、烟气分析仪；7、颗粒采集器；8、空化机；9、计算机；10、水流传感器；11、水泵；12、气体控制阀；13、液体控制阀；14、吸收液收集器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，一种基于空化机耦合助剂吸收烟气的气液分布系统，包括多污染物烟气源1、吸收塔3、气液分布器4、U型干燥管5、烟气分析仪6、颗粒采集器7、空化机8和吸收液收集器14；吸收塔3下部通过转子流量计2与多污染物烟气源1连接，其上部设置有气液分布器4；多污染物烟气源1还依次连接有烟气分析仪6和颗粒采集器7；吸收塔3上端与U型干燥管5、烟气分析仪6和颗粒采集器7依次连接；气液分布器4通过一水泵11与吸收塔3下部连接；气液分布器4还连接有一空化机8，空化机8位于吸收塔3一侧；吸收液收集器14与吸收塔3下端底部相连接。吸收塔3上还设有多个气体控制阀12和多个液体控制阀13；气液分布器4通过多个液体控制阀13分别与空化机8和吸收塔3底部连接；吸收液收集器14通过吸收塔3下方的一个液体控制阀13与吸收塔3下端底部相连接；吸收塔3上端设有一气体控制阀12，且通过这一气体控制阀12与U型干燥管5、烟气分析仪6和颗粒采集器7依次连接；吸收塔3下部一侧设有另一气体控制阀12，且吸收塔3下部通过这一气体控制阀12与多污染物烟气源1连接。
本实施例中，多污染物烟气源1于吸收塔3之间还连接有一流量计2。
本实施例中，还包括一计算机9，计算机9与空化机8相连接。
本事实例中，气液分布器4、水泵11之间以及气液分布器4、空化机8之间均设有一水流传感器10。
在另外一些实施例中，还提供了一种基于空化机耦合助剂吸收烟气的气液分布系统的工艺，包括以下步骤：
1)多污染物气源1中的气体经过转子流量计2通入吸收塔3下部的气体控制阀12，同时空化机8会产生微纳米气液分散体系；微纳米气液分散体系和经过水泵11从吸收塔3下部的液体控制阀13循环的吸收液均由吸收塔3上部的液体分布器4进行喷洒；多污染物气源1中的气体包括汽车尾气、锅炉烟气及油烟废气；
2)多污染物气源1里的烟气与微纳米气液分散体系和部分经水泵11循环的吸收塔3下部吸收液在吸收塔3中的填料作用下进行充分混合并氧化吸收；
3)制备含助剂的溶液经过吸收塔3下部的液体控制阀13进入吸收液并流向气液分布器4和空化机8；
4)吸收塔3下部的吸收液经过底部的液体控制阀13流向吸收液收集器14；
5)经过烟气分析仪6分析过以及颗粒采集器7采集过的气体进入吸收塔3底部，随之从其顶部排出，经过U型干燥管5干燥之后再由烟气分析仪6分析其污染物浓度和颗粒采集器7进行采集，算出去除率。
在另外一些实施例中，微纳米气液分散体系是吸收塔3下部吸收液与空气经过空化机8产生的。
在另外一些实施例中，微纳米气液分散体系中的微纳米气泡通常是指直径为50μm～200nm的超微小气泡；微纳米气泡在水中的溶解度超过85％，且是以气泡的方式长时间存留在水中，下落过程中自身增压溶解，可以不断地向水中补充活性氧。
实施例1
如图1-3所示，将本发明该气液分布系统组装完成并检查装置气密性和水密性。
选择锅炉烟气作为气源，SO2浓度为900ppm，NO浓度为300ppm，HC浓度为150ppm，颗粒物浓度为71.2mg/m3。
向吸收液中投入MnSO4·4H2O和FeSO4·7H2O，使其浓度都为2mmol/L，向吸收液中投入NaCl、SDS，使吸收液中NaCl、SDS质量浓度分别为0.7g/L、4mg/L。
控制吸收塔3进气流量为500m3/h，液体分布器4进水流量为2t/h，其中来自空化机8流量为1.5t/h，吸收液循环流量为0.5t/h。
控制含助剂溶液在吸收塔3下部进水pH＝5，溶液进出流量均为1t/h。
在本实例中，NO氧化吸收效率达到了80.2％，SO2吸收效率达到了99.1％，HC去除率达74.6％，颗粒物去除率达99.3％。
实施例2
如图1-3所示，将本发明该气液分布系统组装完成并检查装置气密性和水密性。
选择锅炉烟气作为气源，SO2浓度为1000ppm，NO浓度为400ppm，HC浓度为200ppm，颗粒物浓度为75.7mg/m3。
向吸收液中投入MnSO4·4H2O和FeSO4·7H2O，使其浓度都为2mmol/L，向吸收液中投入NaCl、SDS，使吸收液中NaCl、SDS质量浓度分别为0.7g/L、4mg/L。
控制吸收塔3进气流量为500m3/h，液体分布器4进水流量为2t/h，其中来自空化机8流量为1.5t/h，吸收液循环流量为0.5t/h。
控制含助剂溶液在吸收塔3下部进水pH＝5，溶液进出流量均为1t/h。
在本实例中，NO氧化吸收效率达到了78.9％，SO2吸收效率达到了98.8％，HC去除率达70.6％，颗粒物去除率达99.4％。
综上，本发明相对于现有技术的处理烟气多污染物系统相比，取得了以下技术效果：1)助剂利用率高；2)污染物去除种类多，污染物去除率高；3)能源消耗相对较低；4)最终的吸收液是较高浓度的硝酸、硫酸溶液，可实施回收利用，不产生二次污染；5)本技术工艺简单，装置组成简单，易于操作；6)吸收液循环氧化吸收，效率最大化；7)处理的气量大。
以上所述，仅是本发明较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种基于空化机耦合助剂吸收烟气的气液分布系统，其特征在于，包括多污染物烟气源(1)、吸收塔(3)、气液分布器(4)、U型干燥管(5)、烟气分析仪(6)、颗粒采集器(7)、空化机(8)和吸收液收集器(14)；所述吸收塔(3)下部通过转子流量计(2)与所述多污染物烟气源(1)连接，其上部设置有所述气液分布器(4)；所述多污染物烟气源(1)还依次连接有所述烟气分析仪(6)和所述颗粒采集器(7)；所述吸收塔(3)上端与所述U型干燥管(5)、所述烟气分析仪(6)和所述颗粒采集器(7)依次连接；
所述气液分布器(4)通过一水泵(11)与所述吸收塔(3)下部连接；所述气液分布器(4)还连接有一所述空化机(8)，所述空化机(8)位于所述吸收塔(3)一侧；
所述吸收液收集器(14)与所述吸收塔(3)下端底部相连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于空化机耦合助剂吸收烟气的气液分布系统，其特征在于，所述吸收塔(3)上还设有多个气体控制阀(12)和多个液体控制阀(13)；所述气液分布器(4)通过多个所述液体控制阀(13)分别与所述空化机(8)和所述吸收塔(3)底部连接；所述吸收液收集器(14)通过所述吸收塔(3)下方的一个所述液体控制阀(13)与所述吸收塔(3)下端底部相连接；
所述吸收塔(3)上端设有一所述气体控制阀(12)，且通过这一所述气体控制阀(12)与所述U型干燥管(5)、所述烟气分析仪(6)和所述颗粒采集器(7)依次连接；所述吸收塔(3)下部一侧设有另一所述气体控制阀(12)，且所述所述吸收塔(3)下部通过这一所述气体控制阀(12)与所述多污染物烟气源(1)连接。
3.根据权利要求1所述的一种基于空化机耦合助剂吸收烟气的气液分布系统，其特征在于，所述多污染物烟气源(1)于所述吸收塔(3)之间还连接有一流量计(2)。
4.根据权利要求1所述的一种基于空化机耦合助剂吸收烟气的气液分布系统，其特征在于，还包括一计算机(9)，所述计算机(9)与所述空化机(8)相连接。
5.根据权利要求1所述的一种基于空化机耦合助剂吸收烟气的气液分布系统，其特征在于，所述气液分布器(4)、所述水泵(11)之间以及所述气液分布器(4)、所述空化机(8)之间均设有一水流传感器(10)。
6.一种基于空化机耦合助剂吸收烟气的气液分布系统的吸收工艺，其特征在于，包括以下步骤：
1)所述多污染物气源(1)中的气体经过所述转子流量计(2)通入所述吸收塔(3)下部的所述气体控制阀(12)，同时所述空化机(8)会产生微纳米气液分散体系；所述微纳米气液分散体系和经过所述水泵(11)从所述吸收塔(3)下部的所述液体控制阀(13)循环的吸收液均由所述吸收塔(3)上部的所述气液分布器(4)进行喷洒；所述多污染物气源(1)中的气体包括汽车尾气、锅炉烟气及油烟废气；
2)所述多污染物气源(1)里的烟气与所述微纳米气液分散体系和部分经所述水泵(11)循环的所述吸收塔(3)下部吸收液在所述吸收塔(3)中的填料作用下进行充分混合并氧化吸收；
3)制备含助剂的溶液经过所述吸收塔(3)下部的所述液体控制阀(13)进入吸收液并流向所述气液分布器(4)和所述空化机(8)；
4)所述吸收塔(3)下部的吸收液经过底部的所述液体控制阀(13)流向所述吸收液收集器(14)；
5)经过所述烟气分析仪(6)分析过以及所述颗粒采集器(7)采集过的气体进入所述吸收塔(3)底部，随之从其顶部排出，经过所述U型干燥管(5)干燥之后再由所述烟气分析仪(6)分析其污染物浓度和所述颗粒采集器(7)进行采集，算出去除率。
7.根据权利要求6所述的一种基于空化机耦合助剂吸收烟气的气液分布系统的吸收工艺，其特征在于，所述微纳米气液分散体系是所述吸收塔(3)下部吸收液与空气经过所述空化机(8)产生的。
8.根据权利要求7所述的一种基于空化机耦合助剂吸收烟气的气液分布系统的工艺，其特征在于，所述微纳米气液分散体系中的微纳米气泡通常是指直径为50μm～200nm的超微小气泡；所述微纳米气泡在水中的溶解度超过85％，且是以气泡的方式长时间存留在水中，下落过程中自身增压溶解，可以不断地向水中补充活性氧。
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