TWI740590B

TWI740590B - 含氮氧化物廢氣處理系統及其操作方法

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Publication number: TWI740590B
Application number: TW109125599A
Authority: TW
Inventors: 盧祐增
Original assignee: 超力生化股份有限公司
Priority date: 2020-07-29
Filing date: 2020-07-29
Publication date: 2021-09-21
Also published as: TW202204030A

Abstract

一種含氮氧化物廢氣處理系統，包含一含氮氧化物廢氣管道、一二氧化氯氣體產生器、一儲存槽、一噴淋單元、一氧化洗滌塔及一液體管路。該儲存槽具有一連通該二氧化氯氣體產生器的二氧化氯氣體進氣口及一出液口。該噴淋單元設置於該儲存槽的上方處且連通於該儲存槽內部與該含氮氧化物廢氣管道的前端，並包括至少一第一液體分散器。該氧化洗滌塔包括至少一第二液體分散器。該液體管路連通該出液口及該至少一第二液體分散器。本發明含氮氧化物廢氣處理系統及其操作方法能在有限的二氧化氯氣體產生速率下有效因應含氮氧化物廢氣中二氧化氮流量在短期間的劇烈變化。

Description

含氮氧化物廢氣處理系統及其操作方法

本發明是有關於一種廢氣處理系統，特別是指一種含氮氧化物廢氣處理系統及其操作方法。

使用硝酸的製程廢氣主要含有氮氧化物(NO _X)，其中二氧化氮約占90%。通常在該製程的絕大部分時間中維持較低濃度二氧化氮的排放，但會在製程中短期間急速產生高濃度二氧化氮(俗稱黃煙)，且一般僅會維持約數分鐘，隨後即回復為較低濃度二氧化氮的排放。

現有處理含氮氧化物廢氣的系統普遍是以穩定速率提供反應物使二氧化氮反應成其他含氮物質，若是維持著較低的反應物提供速率則不足以使廢氣中的高濃度二氧化氮(黃煙)被完全反應，而若是要能夠急速達到較高的反應物提供速率則會增加設備成本，因此在上述二氧化氮的排放濃度之高低落差可達數十倍至上百倍的情況下，現有的處理系統難以因應使用硝酸的製程廢氣中二氧化氮流量在短期間的劇烈變化。

因此，本發明之目的，即在提供一種含氮氧化物廢氣處理系統，可以克服上述先前技術的缺點。

於是，本發明含氮氧化物廢氣處理系統包含一含氮氧化物廢氣管道、一二氧化氯氣體產生器、一氣密的儲存槽、一噴淋單元、一氧化洗滌塔及一液體管路。

該含氮氧化物廢氣管道供一含氮氧化物廢氣通過其內部，該含氮氧化物廢氣含有二氧化氮。

該二氧化氯氣體產生器用於產生二氧化氯氣體。

該儲存槽用於容置該二氧化氯氣體及二氧化氯溶液，且具有一二氧化氯氣體進氣口及一鄰近底部的出液口。該二氧化氯氣體進氣口連通該二氧化氯氣體產生器並用於將該二氧化氯氣體通入該儲存槽內部。

該噴淋單元設置於該儲存槽的上方處且連通於該儲存槽內部與該含氮氧化物廢氣管道的前端。該噴淋單元包括至少一第一液體分散器，該至少一第一液體分散器用於將一溶劑朝該儲存槽內部方向分散，以使該溶劑吸收該二氧化氯氣體形成該二氧化氯溶液。

該氧化洗滌塔包括一含氮氧化物廢氣進氣口、一廢氣出氣口及至少一位於內部且位於該含氮氧化物廢氣進氣口與該廢氣出氣口之間的第二液體分散器。該含氮氧化物廢氣進氣口連通該含氮氧化物廢氣管道的末端。該至少一第二液體分散器用於將該二氧化氯溶液分散於該氧化洗滌塔內部。

該液體管路經由外部連通該儲存槽的出液口及該氧化洗滌塔的至少一第二液體分散器。

較佳地，該噴淋單元還包括一噴淋通道，且該至少一第一液體分散器設置於該噴淋通道內部。

較佳地，本發明含氮氧化物廢氣處理系統還包含一設置於該液體管路的幫浦，用於將該二氧化氯溶液經由該液體管路輸送至該至少一第二液體分散器。

較佳地，本發明含氮氧化物廢氣處理系統還包含一酸氣吸收裝置，連通該氧化洗滌塔的廢氣出氣口。

較佳地，本發明含氮氧化物廢氣處理系統還包含一氣體導管，連通該二氧化氯氣體產生器與該含氮氧化物廢氣管道的前端。

在本發明的具體實施例中，該溶劑是水。

因此，本發明之另一目的，即在提供一種含氮氧化物廢氣處理系統的操作方法，包含以下步驟：

(a) 將該二氧化氯氣體產生器產生的二氧化氯氣體經由該二氧化氯氣體進氣口通入該儲存槽內部；及(b) 定量該含氮氧化物廢氣管道中的二氧化氮流量；當該二氧化氮流量低於3 kg/h時，將該溶劑經由該至少一第一液體分散器朝該儲存槽內部方向分散，以使該溶劑吸收該二氧化氯氣體形成該二氧化氯溶液；當該二氧化氮流量高於15 kg/h時，將該二氧化氯溶液經由該至少一第二液體分散器分散於該氧化洗滌塔內部。

在本發明的部分具體實施例中，在該步驟(b)中，當該二氧化氮流量低於3 kg/h時，關閉該至少一第二液體分散器，以使該二氧化氯溶液留存於該儲存槽中。

在本發明的部分具體實施例中，在該步驟(b)中，當該二氧化氮流量高於15 kg/h時，關閉該至少一第一液體分散器，以使該儲存槽內的二氧化氯氣體流至該含氮氧化物廢氣管道的前端之前不被該溶劑吸收。

較佳地，本發明含氮氧化物廢氣處理系統的操作方法還包含一步驟(c)：將從該廢氣出氣口排出的廢氣通入一酸氣吸收裝置，以吸收其中的酸性氣體。更佳地，該酸氣吸收裝置可以為一洗滌塔或一超重力反應器。

本發明之功效在於：該含氮氧化物廢氣處理系統及其操作方法能使該二氧化氯氣體產生器在有限的二氧化氯氣體產生速率下得以有效因應含氮氧化物廢氣中二氧化氮流量在短時間內的劇烈變化。

在本發明被詳細描述之前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。

本發明將就以下實施例來作進一步說明，但應瞭解的是，該等實施例僅為例示說明之用，而不應被解釋為本發明實施之限制。

參閱圖1，本發明含氮氧化物廢氣處理系統之一第一實施例包含一含氮氧化物廢氣管道1、一二氧化氯氣體產生器2、一氣密的儲存槽3、一噴淋單元4、一氧化洗滌塔5、一液體管路6、一幫浦7、一酸氣吸收裝置8及一氣體導管9。

該含氮氧化物廢氣管道1供一含氮氧化物廢氣通過其內部，該含氮氧化物廢氣含有二氧化氮。在本實施例中，該含氮氧化物廢氣含有約90%的二氧化氮及約10%的一氧化氮，且基本上不含二氧化硫。

該二氧化氯氣體產生器2用於產生二氧化氯氣體。

該儲存槽3用於容置該二氧化氯氣體及二氧化氯溶液，且具有一二氧化氯氣體進氣口31及一鄰近底部的出液口32。該二氧化氯氣體進氣口31連通該二氧化氯氣體產生器2並用於將該二氧化氯氣體通入該儲存槽3內部。

該噴淋單元4設置於該儲存槽3的上方處且連通於該儲存槽3內部與該含氮氧化物廢氣管道1的前端。該噴淋單元4包括兩個第一液體分散器41，該等第一液體分散器41用於將一溶劑朝該儲存槽3內部方向分散，以使該溶劑吸收該二氧化氯氣體形成該二氧化氯溶液。在本實施例中，該等第一液體分散器41為噴嘴，該溶劑是水。

該氧化洗滌塔5包括一含氮氧化物廢氣進氣口51、一廢氣出氣口52、至少一位於內部且位於該含氮氧化物廢氣進氣口51與該廢氣出氣口52之間的第二液體分散器53及至少一位於內部且位於該含氮氧化物廢氣進氣口51與該廢氣出氣口52之間的第三液體分散器54。該含氮氧化物廢氣進氣口51連通該含氮氧化物廢氣管道1的末端。該至少一第二液體分散器53用於將該二氧化氯溶液分散於該氧化洗滌塔5內部。該至少一第三液體分散器54用於將該氧化洗滌塔5底部的液體循環分散於該氧化洗滌塔5內部。在本實施例中，該氧化洗滌塔5包括十二個第二液體分散器53，該氧化洗滌塔5包括四個第三液體分散器54。

該液體管路6經由外部連通該儲存槽3的出液口32及該氧化洗滌塔5的十二個第二液體分散器53。在本實施例中，該等第二液體分散器53及該等第三液體分散器54皆為噴嘴。

該幫浦7設置於該液體管路6，用於將該二氧化氯溶液經由該液體管路6輸送至該等第二液體分散器53。

該酸氣吸收裝置8連通該氧化洗滌塔5的廢氣出氣口52。在本實施例中，該酸氣吸收裝置8為一洗滌塔。

該氣體導管9連通該二氧化氯氣體產生器2與該含氮氧化物廢氣管道1的前端。

參閱圖2，本發明含氮氧化物廢氣處理系統之一第二實施例與該第一實施例類似，差異之處在於該噴淋單元4包括兩個第一液體分散器41及一噴淋通道42，且該等第一液體分散器41設置於該噴淋通道42內部。

參閱圖2及圖3，本發明含氮氧化物廢氣處理系統的操作方法的一實施例包含以下步驟：

(a) 將該二氧化氯氣體產生器2產生的二氧化氯氣體經由該二氧化氯氣體進氣口31通入該儲存槽3內部。

(b) 定量該含氮氧化物廢氣管道1中的二氧化氮流量。當該二氧化氮流量低於3 kg/h時，將水經由該等第一液體分散器41朝該儲存槽3內部方向分散，以使水吸收該二氧化氯氣體形成該二氧化氯水溶液；當該二氧化氮流量高於15 kg/h時，將該二氧化氯水溶液經由該等第二液體分散器53分散於該氧化洗滌塔5內部。

通常，該含氮氧化物廢氣管道1中的二氧化氮流量低於3 kg/h，此時，該儲存槽3內的一部分二氧化氯氣體被該等第一液體分散器41分散的水所吸收，形成二氧化氯水溶液留存於該儲存槽3中，同時累積該儲存槽3內的二氧化氯含量於該二氧化氯水溶液中；未被水吸收的另一部分二氧化氯氣體則流至該含氮氧化物廢氣管道1的前端，以與該含氮氧化物廢氣管道1中的二氧化氮進行以下反應：

5NO _2(g)+ ClO _2(g)+ 3H ₂O _(g)→ 5HNO _3(g)+ HCl _(g)

藉由該氣體導管9的設置，可進一步調整流至該含氮氧化物廢氣管道1的前端的二氧化氯氣體的二氧化氯含量至趨近於足夠與該含氮氧化物廢氣管道1中全部的二氧化氮進行反應。

而當使用硝酸的製程產生高濃度二氧化氮(黃煙)時，該含氮氧化物廢氣管道1中的二氧化氮流量會急速提高至高於15 kg/h，此時，雖然流至該含氮氧化物廢氣管道1的二氧化氯氣體的二氧化氯流量不足以與該含氮氧化物廢氣管道1中的二氧化氮反應完全，但可以預期該儲存槽3內的二氧化氯水溶液的二氧化氯累積量遠高於此期間該二氧化氯氣體產生器2所產生的二氧化氯累積量，足以用於使從該含氮氧化物廢氣進氣口51通入該氧化洗滌塔5中的二氧化氮反應完全：

5NO _2(g)+ ClO _2(aq)+ 3H ₂O _(l)→ 5HNO _3(g)+ HCl _(g)

在使用硝酸的製程的一般情況下，該含氮氧化物廢氣管道1中高於15 kg/h的二氧化氮流量僅會維持約1~3 min，隨後即回復至低於3 kg/h的二氧化氮流量。

在本實施例的步驟(b)中，根據下表1所示的操作設定控制該等第一液體分散器41、該等第二液體分散器53及該等第三液體分散器54的開啟或關閉。【表1】

二氧化氮流量	第一液體分散器	第二液體分散器	第三液體分散器
低於3 kg/h	開啟	關閉	開啟
3~15 kg/h	關閉或開啟	關閉或開啟	開啟或關閉
高於15 kg/h	關閉	開啟	關閉

具體來說，當該二氧化氮流量低於3 kg/h時，除了開啟該等第一液體分散器41以外，可進一步關閉該等第二液體分散器53，以使該二氧化氯水溶液留存於該儲存槽3中，可提高該二氧化氯水溶液累積在該儲存槽3中的速率。

具體來說，當該二氧化氮流量高於15 kg/h時，除了開啟該等第二液體分散器53以外，可進一步關閉該等第一液體分散器41及該等第三液體分散器54，以使該儲存槽3內的二氧化氯氣體流至該含氮氧化物廢氣管道1的前端之前不被水吸收，可提高與該含氮氧化物廢氣管道1中的二氧化氮進行反應的二氧化氯氣體的二氧化氯含量，並控制只有該二氧化氯水溶液分散於該氧化洗滌塔5內部。

此外，倘若使用硝酸的製程為批式操作(batch operation)，該含氮氧化物廢氣管道1中的二氧化氮流量高於15 kg/h的情況會是規律性定時發生，可進一步在預期該二氧化氮流量即將急速提高時便關閉該等第一液體分散器41，並開始將該二氧化氯水溶液經由該等第二液體分散器53分散於該氧化洗滌塔5內部，以確保從該含氮氧化物廢氣進氣口51通入該氧化洗滌塔5中的二氧化氮可與該二氧化氯水溶液完全反應。

(c) 在該步驟(b)之後，將從該廢氣出氣口52排出的廢氣通入該酸氣吸收裝置8，以利用液鹼吸收該廢氣中的酸性氣體，即吸收上述反應所產生的HNO _3(g)及HCl _(g)。

綜上所述，本發明含氮氧化物廢氣處理系統藉由該儲存槽3、該噴淋單元4及該液體管路6的設置，利用本發明含氮氧化物廢氣處理系統的操作方法進行操作，可在二氧化氮流量較低時以二氧化氯含量較低的二氧化氯氣體進行反應，並在二氧化氮流量急速提高時導入二氧化氯累積量高的二氧化氯溶液來進行反應，能使該二氧化氯氣體產生器2在有限的二氧化氯氣體產生速率下得以有效因應含氮氧化物廢氣中二氧化氮流量在短時間內的劇烈變化，且避免浪費二氧化氯氣體，故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

1:含氮氧化物廢氣管道 2:二氧化氯氣體產生器 3:儲存槽 31:二氧化氯氣體進氣口 32:出液口 4:噴淋單元 41:第一液體分散器 42:噴淋通道 5:氧化洗滌塔 51:含氮氧化物廢氣進氣口 52:廢氣出氣口 53:第二液體分散器 54:第三液體分散器 6:液體管路 7:幫浦 8:酸氣吸收裝置 9:氣體導管 a:步驟 b:步驟 c:步驟

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：［圖1］是本發明含氮氧化物廢氣處理系統的一第一實施例的一架構示意圖；［圖2］是本發明含氮氧化物廢氣處理系統的一第二實施例的一架構示意圖；及［圖3］是本發明含氮氧化物廢氣處理系統的操作方法的一實施例的一流程圖。

1:含氮氧化物廢氣管道

2:二氧化氯氣體產生器

3:儲存槽

31:二氧化氯氣體進氣口

32:出液口

4:噴淋單元

41:第一液體分散器

42:噴淋通道

5:氧化洗滌塔

51:含氮氧化物廢氣進氣口

52:廢氣出氣口

53:第二液體分散器

54:第三液體分散器

6:液體管路

7:幫浦

8:酸氣吸收裝置

9:氣體導管

Claims

一種含氮氧化物廢氣處理系統，包含：一含氮氧化物廢氣管道，供一含氮氧化物廢氣通過其內部，該含氮氧化物廢氣含有二氧化氮；一二氧化氯氣體產生器，用於產生二氧化氯氣體；一氣密的儲存槽，用於容置該二氧化氯氣體及二氧化氯溶液，該儲存槽具有：一二氧化氯氣體進氣口，連通該二氧化氯氣體產生器並用於將該二氧化氯氣體通入該儲存槽內部，及一鄰近底部的出液口；一噴淋單元，設置於該儲存槽的上方處且連通於該儲存槽內部與該含氮氧化物廢氣管道的前端，該噴淋單元包括至少一第一液體分散器，該至少一第一液體分散器用於將一溶劑朝該儲存槽內部方向分散，以使該溶劑吸收該二氧化氯氣體形成該二氧化氯溶液；一氧化洗滌塔，包括：一含氮氧化物廢氣進氣口，連通該含氮氧化物廢氣管道的末端，一廢氣出氣口，及至少一位於內部且位於該含氮氧化物廢氣進氣口與該廢氣出氣口之間的第二液體分散器，用於將該二氧化氯溶液分散於該氧化洗滌塔內部；及一液體管路，經由外部連通該儲存槽的出液口及該氧化洗滌塔的至少一第二液體分散器。
如請求項1所述的含氮氧化物廢氣處理系統，其中，該噴淋單元還包括一噴淋通道，且該至少一第一液體分散器設置於該噴淋通道內部。
如請求項1所述的含氮氧化物廢氣處理系統，還包含一設置於該液體管路的幫浦，用於將該二氧化氯溶液經由該液體管路輸送至該至少一第二液體分散器。
如請求項1所述的含氮氧化物廢氣處理系統，還包含一酸氣吸收裝置，連通該氧化洗滌塔的廢氣出氣口。
如請求項1所述的含氮氧化物廢氣處理系統，還包含一氣體導管，連通該二氧化氯氣體產生器與該含氮氧化物廢氣管道的前端。
如請求項1所述的含氮氧化物廢氣處理系統，其中，該溶劑是水。
一種如請求項1所述的含氮氧化物廢氣處理系統的操作方法，包含以下步驟： (a) 將該二氧化氯氣體產生器產生的二氧化氯氣體經由該二氧化氯氣體進氣口通入該儲存槽內部；及 (b) 定量該含氮氧化物廢氣管道中的二氧化氮流量；當該二氧化氮流量低於3 kg/h時，將該溶劑經由該至少一第一液體分散器朝該儲存槽內部方向分散，以使該溶劑吸收該二氧化氯氣體形成該二氧化氯溶液；當該二氧化氮流量高於15 kg/h時，將該二氧化氯溶液經由該至少一第二液體分散器分散於該氧化洗滌塔內部。
如請求項7所述的含氮氧化物廢氣處理系統的操作方法，在該步驟(b)中，當該二氧化氮流量低於3 kg/h時，關閉該至少一第二液體分散器，以使該二氧化氯溶液留存於該儲存槽中。
如請求項7所述的含氮氧化物廢氣處理系統的操作方法，在該步驟(b)中，當該二氧化氮流量高於15 kg/h時，關閉該至少一第一液體分散器，以使該儲存槽內的二氧化氯氣體流至該含氮氧化物廢氣管道的前端之前不被該溶劑吸收。
如請求項7所述的含氮氧化物廢氣處理系統的操作方法，還包含一步驟(c)： (c) 將從該廢氣出氣口排出的廢氣通入一酸氣吸收裝置，以吸收其中的酸性氣體。