CN112823853A - 处理等离子裂解有机氟的尾气中氮氧化物的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种处理等离子裂解有机氟尾气中氮氧化物的方法及装置，方法包括，将等离子裂解有机氟的尾气经物理吸收后从吸收塔的下部导入，通过从吸收塔上部进入的尿素溶液的负压逆流循环喷淋实现尾气的复合吸收，最后将经复合吸收后的尾气经中和吸收后排放；装置包括依次连接的一级吸收塔、二级吸收塔和三级吸收塔，等离子裂解有机氟的尾气通过管道与一级吸收塔的气体进口连接，二级吸收塔的气体进口和气体出口分别与一级吸收塔的气体出口和三级吸收塔的气体进口连接，三级吸收塔的气体出口与大气连通。本发明反应条件温和，吸收效率高；节能环保，没有副反应产生，不产生二次污染；工艺简单，适应性强，操作方便，操作弹性大、治理成本低。

Description

处理等离子裂解有机氟的尾气中氮氧化物的方法及装置
技术领域
本发明涉及化工技术领域，具体涉及一种处理等离子裂解有机氟尾气中氮氧化物的方法及装置。
背景技术
等离子裂解无害化处理有机氟残液和有机氟废气工程化技术是一种成熟的先进环保的清洁生产技术；与传统的燃料焚烧法和水泥窑烧法相比，等离子裂解无害化处理具有温度高、裂解彻底、1500℃下有机物在15毫秒内即可彻底分解、不会形成二次污染、操作安全可靠和运行处理高效等特点，已经成为持久性高危废弃物(POPs)如多氯联苯(PCBs)、有机氟残液、有机氟废气、医疗垃圾、剧毒化学品等的成熟的无害化处理技术。
等离子裂解处理有机氟残液和废气技术系采用带电弧的等离子交换器作为热能发生器，空气、氮气的混合物作为载热气体，被加热形成4000℃以上的高温等离子气体，在反应器裂解炉中与有机氟残液和废气混合，达到1500℃以上反应瞬时分解为氟、碳、氢、氯、氧等原子，重新结合生成NxOy、CO2、HF、HCl等小分子物质，通过水吸收、中和等后处理工艺，生成NaF、NaCl、Na2CO3、NaNO3、NaNO2等无机盐。
一般地，CO2、HF、HCl等小分子物质，可以通过水吸收、碱性物质中和等后处理工艺，生成稳定的NaF、NaCl、Na2CO3等无机盐。与此同时，裂解产生的NxOy主要为NO2和NO，与水生成化学性质不稳定的可逆的HNO2、HNO3，在采用碱性物质吸收、中和过程中，存在两种风险：第一，氮氧化物若吸收、中和不完全，可能逸散至空气中，污染大气环境，造成危害；第二，中和生成的NaNO3、NaNO2等硝酸盐，其中NaNO2不稳定，遇到酸性环境，生成不稳定的HNO2，重新离解成为刺激性的有毒有害的氮氧化物NO2，存在二次环境污染风险。现实装置吸收运行过程中存在烟囱出现“冒黄烟”现象，表明吸收不完全。
氮氧化物的处理方法主要有吸附和吸收两种方法，其中，吸附分为活性炭吸附、硅胶吸附和分子筛吸附，吸附方法存在活性炭、硅胶和分子筛吸附后饱和再生问题，而且解析再生过程中氮氧化物重新析出，没有从根本上消除，存在环境污染风险，因此吸附方法只能应用于极低浓度场合；吸收处理氮氧化物是一种广为应用的工程化方法，系将吸收介质水和碱性物质配制成一定浓度的溶液，通过在机械泵作用下在吸收塔内喷淋吸收，达到处理氮氧化物的目的。吸收处理氮氧化物分为中和吸收、氧化吸收、催化还原吸收和络合吸收等几种方法，采用主要介质为水。其中，中和吸收主要采用氢氧化钠、氢氧化钙、氨水、氢氧化镁等碱性物质；氧化吸收主要采用高锰酸钾、过氧化氢、次氯酸钠、臭氧等氧化性物质；催化还原吸收主要采用亚硫酸钠、硫酸亚铁、硫化钠、氨、尿素等还原性物质；络合吸收主要采用EDTA的二价铁溶液等介质生成络合物。几种方法各有优劣，存在装置投资大，成本高，吸收效果和吸收效率参差不齐，部分反应介质存在腐蚀和燃爆风险等问题。
申请号为CN201610021045.6的中国发明专利申请公开了一种从气体中去除氮氧化物的方法，具体为将需要处理的尾气导入气固反应塔，同时向塔内导入聚合氯化铝固体颗粒，在一定温度下，氮氧化物与聚合氯化铝发生气固化学反应，达到吸收去除的目的。
申请号为CN201410310554.1的中国发明专利申请公开了一种去除工业废气中的氮氧化物的方法，具体为采用雾化的20％碳酸氢铵溶液在废弃发生炉内于800-850℃，控制炉内压力为常压或微负压，反应停留时间不少于1分钟，将氮氧化物(NxOy)转化为氮气、水和二氧化碳。
迄今为止，尚未见到有关采用尿素溶液反应消除等离子裂解有机氟尾气中氮氧化物的方法的相关报道。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种处理等离子裂解有机氟尾气中氮氧化物的方法及装置。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明一方面提供了一种处理等离子裂解有机氟的尾气中氮氧化物的方法，包括：
将等离子裂解有机氟的尾气经物理吸收后从吸收塔的下部导入，通过从吸收塔上部进入的尿素溶液的负压逆流循环喷淋实现尾气的复合吸收，最后将经复合吸收后的尾气经中和吸收后排放。
本发明通过采用尿素溶液替代传统的水，从纯粹的物理吸收转化为物理吸收和化学反应吸收的复合吸收同步进行，加入尿素与等离子裂解产生的未吸收完全的氮氧化物尾气进一步进行氧化还原反应，生成CO2，N2和水等，可直接排放大气环境。
具体地，上述负压逆流循环喷淋的负压作用为吸收塔气相的推动力，而逆流循环喷淋则能有效促进气液两相的充分接触，提高传质效果，从而有利于其溶解吸收。
其反应方程式如下：
6NO2+4CO(NH2)2→7N2↑+4CO2↑+8H2O
6NO+2CO(NH2)2→6N2↑+2CO2↑+4H2O
NO+NO2→N2O3
N2O3+H2O→2HNO2
2HNO2+CO(NH2)2→2N2↑+CO2↑+3H2O
在上述技术方案中，所述一种处理等离子裂解有机氟的尾气中氮氧化物的方法，包括以下步骤：
S1、将等离子裂解有机氟的尾气导入一级吸收塔，通过一级吸收液的循环喷淋进行物理吸收；
S2、将经物理吸收后的尾气从二级吸收塔的下部导入，通过从二级吸收塔上部进入的尿素溶液的逆流循环喷淋实现尾气的复合吸收，所述尿素溶液为10-40wt％的弱酸性尿素水溶液，所述二级吸收塔内的压力为-50～-360Pa；
S3、将经复合吸收后的尾气导入三级吸收塔，通过三级吸收液的中和吸收后排放。
实现气液两相充分反应的关键在于两相物质的浓度、反应温度和反应压力；尿素溶液作为氮氧化物反应吸收的主要物质，浓度过低，不利于反应的进行，其合适的浓度为10-40wt％。
再进一步地，在上述技术方案中，步骤S1中，所述一级吸收液为工业水。
再进一步地，在上述技术方案中，步骤S1中，所述一级吸收塔内的压力为-50～-360Pa。
氮氧化物为微溶于水，HF、HCl易溶于水，结合气体的溶解规律，利用不同气体的溶解度差异，通过调整吸收终端的负压风机的抽风量，保证一级吸收塔的吸收压力为微负压，利于氮氧化物的解析，不影响其他气体如HF、HCl等气体的溶解吸收；根据伯努利方程，负压过高，导致气速增加，不利于影响气体和吸收液的传质和溶解吸收，操作数据表明，合适的压力为-50～-360Pa。
再进一步地，在上述技术方案中，步骤S1中，所述一级吸收塔内的温度为40～50℃。
利用气体的溶解度随温度升高而减低的特性，控制一级吸收塔的吸收操作温度为40～50℃，同样有利于氮氧化物的解析，不影响其他气体如HF、HCl等气体的溶解吸收。
又进一步地，在上述技术方案中，步骤S2中，所述复合吸收的反应温度为5-40℃，优选为18-32℃。
又进一步地，在上述技术方案中，步骤S2中，所述尿素溶液为28-33wt％的弱酸性尿素水溶液。
又进一步地，在上述技术方案中，步骤S2中，所述尿素溶液的喷淋流量为15-20m3/h。
又进一步地，在上述技术方案中，步骤S2中，所述二级吸收塔内的压力为-150～-200Pa。
又进一步地，在上述技术方案中，步骤S3中，所述三级吸收液为氨水、氢氧化钠溶液和碳酸钠溶液中的一种，优选为20-35wt％的氢氧化钠水溶液。
具体地，在上述技术方案中，步骤S2中，检测负压逆流循环喷淋中尿素溶液的浓度，若低于10wt％，则通过补加尿素以提高其浓度。
优选地，在上述技术方案中，步骤S1中，所述一级吸收塔内一级吸收液的酸性浓度大于20wt％时，则将其排出并重新补加一级吸收液。
详细地，排出后的酸性浓度大于20wt％的一级吸收液可输送至储槽中作为工业酸原料外售。
优选地，在上述技术方案中，步骤S3中，所述三级吸收塔内三级吸收液的碱性浓度小于5wt％时，则将其排出并重新补加三级吸收液。
详细地，排出后的碱性浓度小于5wt％的三级吸收液可输送至储槽中并通过进一步处理达标后排放。
本发明另一方面还提供了一种处理等离子裂解有机氟的尾气中氮氧化物的装置，包括依次连接的一级吸收塔、二级吸收塔和三级吸收塔，所述等离子裂解有机氟的尾气通过管道与一级吸收塔的气体进口连接，所述二级吸收塔的气体进口和气体出口分别与所述一级吸收塔的气体出口和所述三级吸收塔的气体进口连接，所述三级吸收塔的气体出口与大气连通。
在上述技术方案中，所述处理等离子裂解有机氟尾气中氮氧化物的装置，还包括负压风机，所述三级吸收塔的气体出口通过所述负压风机与大气连通。
在上述技术方案中，所述一级吸收塔、所述二级吸收塔和所述三级吸收塔均为逆流喷淋吸收塔。
本发明的有益效果：
(1)本发明所提供的方法反应条件温和，常温下即可实施反应，反应吸收效率高，在常温下即可达到99％以上的氮氧化物去除率；
(2)本发明所提供的方法清洁节能环保，尿素吸收分解氮氧化物属于纯消耗废气型治理方法，没有副反应产生，反应生成的氮气、水和二氧化碳等直接排放大气，不积存于吸收母液中，保障母液长周期循环使用，实际检测尿素浓度偏低时补充尿素，不再新增和消耗新鲜水，不新产生废水，不产生二次污染；
(3)本发明所提供的方法在一级采用工业水吸收的基础上，将二级单纯的吸收水介质更改为一定浓度的弱酸性尿素溶液，从纯粹的物理吸收转化为物理吸收和化学反应吸收的复合吸收同步进行，进一步改善传热和传质效果，强化吸收效果，可在不改变原有吸收装置生产操作参数的前提下，实现与吸收装置同步运行，显著提高吸收转化效率；
(4)本发明所提供的方法避免了传统水洗法、碱吸收法和选择性催化氨还原法等工艺存在的二次酸性污染水体、NaNO2和NaNO3等无机盐副产品回收困难、工艺路线长，副反应多、投资大和设备复杂等问题；
(5)本发明所提供的方法具有工艺简单、适应性强、操作方便，操作弹性大和治理成本低等特点。
综上可知，本发明为在等离子裂解尾气吸收装置一级水吸收的基础上，进一步在二级吸收装置的吸收介质中加入一种能与氮氧化物(NxOy)发生化学反应的活性物质尿素，将纯粹的物理吸收转化为物理吸收和化学反应的复合吸收方式，在不改变原有吸收装置生产操作参数的前提下，实现与吸收装置同步运行，吸收效果得到强化，生成可以直接排放大气环境，对环境无害的CO2，N2和水等，不产生二次污染，彻底消除氮氧化物，解决尾气排放“冒黄烟”现象，实现达标排放。本发明能够有效保护大气环境，具有显著的环境效益和社会效益，极具推广应用价值。
附图说明
图1为本发明实施例中一种处理等离子裂解有机氟尾气中氮氧化物的装置的结构示意图；
图中：尾气1，一级吸收塔2，一级吸收液3，二级吸收塔4，二级吸收液5，三级吸收塔6，三级吸收液7。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。
若未特别指明，本发明实施例中所用的实验试剂和材料等均可市售获得。
若未具体指明，本发明实施例中所用的技术手段均为本领域技术人员所熟知的常规手段。
本发明实施例提供的一种处理等离子裂解有机氟尾气中氮氧化物的装置，如图1所示，包括依次连接的一级吸收塔2、二级吸收塔4和三级吸收塔6，所述等离子裂解有机氟的尾气1通过管道与一级吸收塔2的气体进口连接，所述二级吸收塔4的气体进口和气体出口分别与所述一级吸收塔2的气体出口和所述三级吸收塔6的气体进口连接，所述三级吸收塔6的气体出口与大气连通。
具体地，利用上述装置处理等离子裂解有机氟尾气中氮氧化物的方法，具体包括：
(1)向反应吸收塔塔釜加入规定浓度的尿素溶液，启动反应吸收塔循环泵，调节吸收液循环喷淋至规定流量，调节吸收塔至规定负压压力；
(2)启动等离子裂解装置，等离子炉实施裂解有机氟残液操作，
实施例1
实施例1
裂解产生的烟道气通过风机首先进入一级急冷和水洗塔进行喷淋吸收；
(3)剩余尾气导入二级反应吸收塔，实施反应吸收操作，未吸收掉的尾气最后进入碱洗吸收中和系统，进一步实施中和操作，净化后的不凝性气体和惰性气体最终通过烟囱排放大气；
(4)吸收效果检测：目测烟囱排放口有无黄烟冒出，取样分析排放尾气氮氧化物含量。
实施例1
向反应吸收塔塔釜加入尿素溶液，检查确认吸收塔塔釜液位为1/2～2/3，且分析溶液浓度含量10％；启动反应吸收塔循环泵，调节吸收液循环喷淋流量10m3/h，调节风机风阀，保证吸收塔压力为-50～-100Pa；启动等离子裂解装置，等离子炉实施裂解有机氟残液操作，产生的烟道气通过风机首先进入一级急冷和水洗塔进行喷淋吸收，剩余尾气导入二级反应吸收塔，实施反应吸收操作，未吸收掉的尾气最后进入碱洗吸收中和系统，进一步实施中和操作，净化后的不凝性气体和惰性气体最终通过烟囱排放大气。
目测烟囱排放口无黄烟冒出，取样分析排放尾气氮氧化物含量为100mg/m3，符合国家排放标准(≤180mg/m3)。
实施例2
向反应吸收塔塔釜加入尿素溶液，检查确认吸收塔塔釜液位为1/2～2/3，且分析溶液浓度含量为30％。启动反应吸收塔循环泵，调节吸收液循环喷淋流量15m3/h，调节风机风阀，保证吸收塔压力为-100～-150Pa；启动等离子裂解装置，等离子炉实施裂解有机氟残液操作，产生的烟道气通过风机首先进入一级急冷和水洗塔进行喷淋吸收，剩余尾气导入二级反应吸收塔，实施反应吸收操作，未吸收掉的尾气最后进入碱洗吸收中和系统，进一步实施中和操作，净化后的不凝性气体和惰性气体最终通过烟囱排放大气。
目测烟囱排放口无黄烟冒出，取样分析排放尾气氮氧化物含量为50mg/m3，符合国家排放标准(≤180mg/m3)。
实施例3
向反应吸收塔塔釜加入尿素溶液，检查确认吸收塔塔釜液位为1/2～2/3，且分析溶液浓度含量为30％。启动反应吸收塔循环泵，调节吸收液循环喷淋流量20m3/h，调节风机风阀，保证吸收塔压力为-150～-200Pa；启动等离子裂解装置，等离子炉实施裂解有机氟残液操作，产生的烟道气通过风机首先进入一级急冷和水洗塔进行喷淋吸收，剩余尾气导入二级反应吸收塔，实施反应吸收操作，未吸收掉的尾气最后进入碱洗吸收中和系统，进一步实施中和操作，净化后的不凝性气体和惰性气体最终通过烟囱排放大气。
目测烟囱排放口无黄烟冒出，取样分析排放尾气氮氧化物含量为80mg/m3，符合国家排放标准(≤180mg/m3)。
本发明实施例所提供的方法清洁节能环保，尿素吸收分解氮氧化物属于纯消耗废气型治理方法，反应生成的氮气、水、二氧化碳直接排放大气，不积存于吸收母液中，保障母液循环使用，检测尿素浓度偏低时补充尿素，不再新增和消耗新鲜水，不新产生废水，不产生二次污染；本发明实施例所提供的方法将单纯的吸收水介质更改为一定浓度的尿素溶液，从纯粹的物理吸收转化为物理吸收和化学反应吸收同步进行，进一步改善传热、传质效果，且没有副反应，可在不改变现原有吸收装置生产操作参数的前提下，实现与吸收装置同步运行，显著提高吸收转化效率；本发明实施例所提供的方法避免了传统水洗法、碱吸收法、选择性催化氨还原法等工艺存在的二次酸性污染水体、NaNO2和NaNO3等无机盐副产品回收困难、工艺路线长，副反应多、投资大，设备复杂等问题。与此同时，通过反应吸收完全氮氧化物，克服了单纯中和生成的NaNO2遇到酸性环境离解生成不稳定的HNO2二次环境污染风险；本发明实施例所提供的方法具有工艺简单、适应性强、操作方便，操作弹性大、治理成本低等特点。
最后，以上仅为本发明的较佳实施方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种处理等离子裂解有机氟的尾气中氮氧化物的方法，其特征在于，包括：
将等离子裂解有机氟的尾气经物理吸收后从吸收塔的下部导入，通过从吸收塔上部进入的尿素溶液的负压逆流循环喷淋实现尾气的复合吸收，最后将经复合吸收后的尾气经中和吸收后排放。
2.根据权利要求1所述的一种处理等离子裂解有机氟的尾气中氮氧化物的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将等离子裂解有机氟的尾气导入一级吸收塔，通过一级吸收液的循环喷淋进行物理吸收；
S2、将经物理吸收后的尾气从二级吸收塔的下部导入，通过从二级吸收塔上部进入的尿素溶液的逆流循环喷淋实现尾气的复合吸收，所述尿素溶液为10-40wt％的弱酸性尿素水溶液，所述二级吸收塔内的压力为-50～-360Pa；
S3、将经复合吸收后的尾气导入三级吸收塔，通过三级吸收液的中和吸收后排放。
3.根据权利要求2所述的处理等离子裂解有机氟尾气中氮氧化物的方法，其特征在于，步骤S1中，
所述一级吸收液为工业水；
和/或，所述一级吸收塔内的压力为-50～-360Pa；
和/或，所述一级吸收塔内的温度为40～50℃。
4.根据权利要求2或3所述的处理等离子裂解有机氟尾气中氮氧化物的方法，其特征在于，步骤S2中，
所述复合吸收的反应温度为5-40℃，优选为18-32℃；
和/或，所述尿素溶液为28-33wt％的尿素水溶液；
和/或，所述尿素溶液的喷淋流量为15-20m3/h；
和/或，所述二级吸收塔内的压力为-150～-200Pa。
5.根据权利要求2或3所述的处理等离子裂解有机氟尾气中氮氧化物的方法，其特征在于，步骤S3中，
所述三级吸收液为氨水、氢氧化钠溶液和碳酸钠溶液中的一种，优选为20-35wt％的氢氧化钠水溶液。
6.根据权利要求1-5任一项所述的处理等离子裂解有机氟尾气中氮氧化物的方法，其特征在于，步骤S2中，
检测负压逆流循环喷淋中尿素溶液的浓度，若低于10wt％，则通过补加尿素以提高其浓度。
7.根据权利要求2-6任一项所述的处理等离子裂解有机氟尾气中氮氧化物的方法，其特征在于，
步骤S1中，所述一级吸收塔内一级吸收液的酸性浓度大于20wt％时，则将其排出并重新补加一级吸收液；
和/或，步骤S3中，所述三级吸收塔内三级吸收液的碱性浓度小于5wt％时，则将其排出并重新补加三级吸收液。
8.一种处理等离子裂解有机氟的尾气中氮氧化物的装置，其特征在于，包括依次连接的一级吸收塔、二级吸收塔和三级吸收塔，所述等离子裂解有机氟的尾气通过管道与一级吸收塔的气体进口连接，所述二级吸收塔的气体进口和气体出口分别与所述一级吸收塔的气体出口和所述三级吸收塔的气体进口连接，所述三级吸收塔的气体出口与大气连通。
9.根据权利要求8所述的处理等离子裂解有机氟尾气中氮氧化物的装置，其特征在于，还包括负压风机，所述三级吸收塔的气体出口通过所述负压风机与大气连通。
10.根据权利要求8所述的处理等离子裂解有机氟尾气中氮氧化物的装置，其特征在于，所述一级吸收塔、所述二级吸收塔和所述三级吸收塔均为逆流喷淋吸收塔。
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