CN1133749A - 通过暴露于电子束之下处理废气的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
对包括向含硫氧化物(SOx)和/或氮氧化物(NOx)的废气中加入氨，其后将废气暴露于电子束之下以去除硫氧化物和/或氮氧化物的通过暴露于电子束之下处理废气的方法的改进方法，特征是先将氨气与空气均匀混合，然后由该气体混合物与水形成均匀气——液混合物，再将此均匀气——液混合物喷淋入反应器。即使所处理的废气在反应器出口处温度相当高也能实现有效脱硫并且可以降低副产物硫酸铵中的氨基磺酸铵浓度。
Description
本发明涉及通过暴露于电子束之下处理废气的方法，它包括：向含有硫氧化物(SOx)和/或氮氧化物(NOx)的废气中加入氨，此后使废气暴露于电子束之下以除去硫氧化物和/或氮氧化物。本发明还涉及实施此方法的装置。
处理含硫氧化物和/或氮氧化物的废气时，首先向废气中加入氨，再使废气暴露于电子束之下而除去硫氧化物和/或氮氧化物，在更低的温度条件下硫氧化物的脱除效率(下文中有时简称为脱硫百分比)趋于增加。传统上解决这一问题的方法是在废气流入反应器以前，先在水喷淋冷却塔中降低其温度并在该反应器入口加入氨，然后使废气暴露于电子束之下。有时不仅在反应器上游的冷却塔中喷淋水，而且也在反应器入口喷淋水，此情形下给水与供氨是分别进行的。
已有技术方法的另一个问题就是脱硫百分比对要处理的废气的温度高度敏感，为了实现有效脱硫，反应器出口处废气的温度就必须降低到接近于其露点温度，但此情形中水不会完全蒸发，这样就会导致生成废水或在反应器下游的管道表面结露。
在处理含硫氧化物的废气的特殊情形下，先向废气中加入氨再使废气暴露于电子束之下以去除硫氧化物时形成副产品硫酸铵；此种处理过程的传统方法中，随同硫酸铵一起还产生对植物有害的氨基磺酸铵，其数量绝不容忽略。并且为将副产品硫酸铵用作化肥，必须除去氨基磺酸铵。
本发明已在这些条件下得以实现。本发明的目的在于提供一种即使所处理的废气的温度在反应器出口相当高也能实现有效脱硫并能降低副产品硫酸铵中的氨基磺酸铵浓度的技术。
本技术熟练人员从下面说明与附图中可清楚地看到本发明其他目的及优点。
图1为本发明通过暴露于电子束之下处理废气的方法流程图。废气处理方法包括由水与氨气、空气的气体混合物形成均匀气—液混合物，然后将此均匀混合物喷淋到反应器中。
图2为暴露于电子束之下处理废气的已有技术方法的流程图。它包括只将氨气加到反应器中。
图3A表示一个可应用于本发明的二流喷嘴的例子。
图3B表示一个与二流喷嘴配用的接头的例子。
图4示出了实施例1与对比例1中所研究的废气在反应器出口的温度与脱硫百分比之间的关系。
通过先将氨气与空气混合均匀，再将此气体混合物与水混合形成均匀气—液混合物并将此均匀混合物喷淋到反应器中，可达到本发明的目的。
水与氨气、空气的气体混合物的配比与多种因素有关，比如所用的二流喷嘴的结构，所加入气体的压力及要喷淋的水的压力；总的来说，合适的配比范围为0.1～20升/米3。若水与氨气、空气的气体混合物之间的配比小于0.1升/米3就有不能实现有效脱硫的可能性，还会产生降低抑制氨基磺酸铵产生的效果的缺点。另一方面，若配比大于10升/米3，喷淋的水将会不完全蒸发，导致生成废水或在反应器下游管道表面结露。
氨气用量应主要按照将硫氧化物和/或氮氧化物分别转化为硫酸铵和/或硝酸铵所需的氨气量来确定，但为确定氨气的确切用量，也应考虑其它因素，如所要求的脱硫百分比，脱硝百分比，泄漏氨的浓度等。氨的用量由下式表示： 式中：
Q：废气量，标准米3/小时，
SOx：SOx浓度，ppm
NOx：NOx浓度，ppm
CNH3：泄漏氨的浓度，ppm
ηSO3：所要求的脱硫百分比
ηNOX：所要求的脱硝百分比
要求水用量应能最终调节反应器出口处废气的温度在水的露点至不超过100℃的范围内。在本发明所提出的废气处理方法中，加入了氨气的废气暴露于电子束之下，以使SOx转化为硫酸铵，NOx转化为硝酸铵。用下面方程式表示的反应产生热量，提高了所处理的废气的温度： 千卡/摩尔 千卡/摩尔 千卡/摩尔
应考虑废气中的SOx与NOx浓度以及它们所应去除的程度来选择电子束强度。所用的电子束最终转化为热而使所处理的废气温度升高。
以千卡计的电子束产生的热量
式中4.1855为热功当量，千焦/千卡。
处理诸如煤、石油燃料燃烧产生的废气或铁和钢的烧结而产生的废气时，都要求考虑上述条件来确定用水量。
空气用量取决于多种因素，如要喷淋的水量、期望的水滴大小以及水和空气的压力。但空气用量最终要在上述的水与气体混合物的配比范围之内，即0.1～20升/米3。
据认为，当通过先加进氨气再使废气暴露于电子束之下以从废气中去除硫氧化物来处理含硫氧化物废气时，与氨的反应按下述两种方式之一进行：废气中所含SO2和SO3按照下边给出的反应式(1)和(2)与氨直接反应；或者按另一种方式反应：SO2被废气暴露于电子束之下产生的自由基O°和OH°氧化为SO3，SO3再按照反应式(2)与氨进行反应。反应式(1)和(2)的左侧均有NH3与H2O，可以看出，两反应的任何一个都将随氨气与水的浓度增加但所处理废气的温度降低而平稳地进行。
另一方面，认为氨基磺酸铵是当SO2按下述的方程式(3)与氨及废气暴露于电子束之下产生的OH°自由基反应而产生的。方程式(3)的右侧包括H2O，可以看出，当所处理的废气中水的浓度增加时所关注的反应被抑制。
本发明中，水与事先制备好的氨气、空气的气体混合物混合后再将水喷淋，所以由于水的蒸发，喷淋形成的氨水小液滴表面的温度要比周围气体的温度低得多，且其湿度接近于饱和状态。此外，氨水与在氨液滴表面上的水同时蒸发，从而促进(1)式与(2)式的反应非常快速地进行。另一方面，高的水浓度又会抑制(3)式的反应。
结果是，即使所处理的废气温度相当高也可实现有效脱硫，而且能够抑制氨基磺酸铵的形成。
喷淋水与氨气、空气的气体混合物形成的混合物时，可喷淋事先制备的氨气、空气与水的气—液混合物。但在此情形下，很难根据要处理的废气的温度及废气中硫氧化物浓度来互相独立地改变水与氨气的注入量。另外的问题是需要大型设备来贮放水溶液形式的氨。如果首先将氨与空气混合，在最终喷淋入反应器之前，再将所得的气体混合物在二流喷嘴的气—液混合室中进一步与水混合，就不会发生那样的问题。
氨与空气混合时，空气中的二氧化碳和水与氨发生反应生成碳酸氢铵或碳酸铵，它们可能堵塞混合管路。这些化合物或固化或吸潮而变为高粘度的液体，它们将在管道中积累起来并最终造成管道堵塞。本发明人用普通空气所作的许多试验结果发现，从氨气、空气混合到所得的气体混合物与水混合形成气液混合物的整个期间通过在60℃或更高温度下加热管道可防止管道堵塞。为此目的，可采用蒸汽加热、电加热或任何其它合适的热源。
二流喷嘴处气体(空气与氨气的气体混合物)的压力通常设定为1～10千克力/厘米2，优选3～5千克力/厘米2。氨气与空气混合前，希望由合适的方法如蒸汽或电加热来加热氨进料管道以确保氨流过时不会在低的环境温度下液化，即保持氨为气体状态。
由于在更高压力下即使温度很高氨也趋向于液化，故对氨进料管道的供热程度应按下边确定的关系来变动。
压力，千克力/厘米2 温度，℃
1 ≥约-35
3 ≥约-10
5 ≥约3
10 ≥约23
下面实施例用来进一步阐述本发明，但绝非对本发明的限制。
实施例1
按本发明图1所示的流程图进行通过暴露于电子束之下处理废气的实验。实验包括，首先制备氨气与空气的气体混合物，再将此气体混合物与水混合形成气—液混合物以及将气—液混合物喷淋入反应器。
来自锅炉1的含有800ppm硫氧化物和200ppm氮氧化物的废气(12500标准米3/小时)由空气预热器2与气体加热器3冷却至110℃，再于水喷淋冷却塔4中进一步冷却至60℃，导入反应器5。在一个分离步骤中，由氨进料器6提供0.92当量的氨气(20标准米3/小时)与空气(1000标准米3/小时)在线式混合器7中混合，将得到的气体混合物与水在二流喷嘴8的气—液混合室中混合，所得的气—液混合物在反应器5的入口喷淋进入反应器5并暴露于来自电子束加速器9的电子束(12千戈瑞)之下。实验中，供水量在50千克/小时～200千/小时间变动以改变反应器5出口处的温度。发现反应器5出口处温度与脱硫效率之间有如图4中实线所示的关系。副产物硫酸铵中氨基磺酸铵浓度为0.05％，将硫酸铵用作化肥根本不会有问题。
对比例1
将实施例1中所用的含有氨气、空气与水的气—液混合物改为只使用氨气。按图2所示传统方法的流程图进行通过暴露于电子束之下处理废气的实验。
锅炉1产生的废气经过空气预热器2和气体加器3以提供与实施例1中相同的温度和浓度条件。经这样处理的废气在水喷淋塔4中冷却。改变塔4中喷淋的水量以调节反应器5的出口温度。来自氨进料器6的氨(20标准米3/小时)以气体形式注入反应器5。引入反应器5的废气暴露于来自电子束加速器7的电子束(2千戈瑞)之下。反应器出口温度与脱硫效率之间的关系如图4中虚线所示。副产物硫酸氨中的氨基磺酸铵的浓度为2.0％，这一数值太高，无法保证将副产物直接用作化肥。
实施例2
重复实施例1中的过程，所不同的是，把氨气、空气的混合及该气体混合物与水混合形成气—液混合物所经过的管道的温度改变为60℃、70℃、80℃和100℃。实验装置在上述各温度下操作数周而没有任何管路堵塞问题。
对比例2
重复实施例2的过程，所不同的是，把氨气、空气的混合及该气体混合物与水混合形成气—液混合物所经过的管道的温度保持为40℃或常温(约20℃)。操作几天后，管道发生堵塞。
按照本发明，即使所处理的废气在反应器出口处的温度相当高也可实现有效脱硫，并且能够减少副产物硫酸铵中的氨基磺酸铵的浓度。
Claims (6)
1.一种通过暴露于电子束之下处理废气的方法，包括向含硫氧化物(SOx)和/或氮氧化物(NOx)的废气中加入氨，其后将废气暴露于电子束之下以去除硫氧化物和/或氮氧化物，其特征在于首先将氨气与空气均匀混合，再由该气体混合物与水形成均匀气—液混合物，并将其喷淋入反应器。
2.根据权利要求1的方法，其中水与氨气和空气的气体混合物的配比在0.1-20升/分钟3范围内，气体混合物中氨气的量在将气体混合物中的硫氧化物和/或氮氧化物分别转化为硫酸铵和/或硝酸铵所需的水平，水的量在调节反应器出口处废气的温度处于水的露点至不超过100℃范围内所需的水平。
3.根据权利要求1或2的方法，其中，从氨气与空气混合到所得的混合物与水混合形成气—液混合的整个期间，输送管道的温度保持在60℃或更高。
4.一种实施权利要求1的方法的装置，它装有二流喷嘴提供的气—液混合室，以便氨气、空气的均匀气体混合物与水混合形成均匀气—液混合物，气—液混合物再喷淋入反应器。
5.一种实施权利要求2的方法的装置，它装有二流喷嘴提供的气—液混合室，以便氨气、空气的均匀气体混合物与水混合形成均匀气—液混合物，气—液混合物再喷淋入反应器。
6.一种实施权利要求3的方法的装置，它装有二流喷嘴提供的气—液混合室，以便氨气、空气的均匀气体混合物与水混合形成均匀气—液混合物，气—液混合物再喷淋入反应器。
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