一種工業生產窯爐氮氧化物尾氣的治理方法和裝置的製作方法

2023-05-16 07:47:46

專利名稱：一種工業生產窯爐氮氧化物尾氣的治理方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種廢氣治理方法和裝置，特別是工業生產窯爐氮氧化物尾氣的治理方法和裝置。
背景技術：
工業生產窯爐經常會排放大量含有氮氧化物的廢氣，其成分主要為一氧化氮 (NO)、一氧化二氮(N2O)、二氧化氮(NO2)等，是國家限制排放的主要大氣汙染物之一。特別是催化劑生產窯爐排放的廢氣，其氮氧化物濃度高，顏色呈棕紅色或者棕黃色，對環境和人的健康極具危害性。例如採用金屬與硝酸(濃硝酸或稀硝酸)反應生產催化劑或使用金屬硝酸鹽作為原料時，在催化劑乾燥、焙燒活化等階段窯爐均會排放出含氮氧化物的廢氣。催化劑生產窯爐排放的氮氧化物尾氣有如下特點(1)濃度高。催化劑焙燒過程中催化劑浸漬的硝酸鹽、胺等含氮物質在高溫下集中分解或氧化生成氮氧化物，氮氧化物濃度非常高， 有些品種的催化劑所產生的氮氧化物濃度達到10000-30000mg/m3，氣體呈深紅棕色，排放到大氣中危害非常大。( 排氣量波動大。由於催化生產有些不是連續的過程，並且焙燒的不同溫度階段、相同溫度的不同時間，廢氣的產生量都有很大變化。對後續的廢氣處理帶來很大的問題。當廢氣產生量大而廢氣處理裝置的處理量小時，窯爐尾氣就會發生洩漏，對操作人員的身體健康造成損害。當廢氣產生量小而廢氣處理裝置的處理量大時，催化劑粉末就會通過管道進入廢氣處理裝置而損失，催化劑產率下降，同時對廢氣處理裝置的正常操作造成很大危害。( 粉塵含量高，粉塵粒徑小，難以去除。催化劑生產廢氣的粉塵問題是催化劑廢氣處理的難點。由於一些催化劑是以粉末狀態進行焙燒，其粉塵的粒徑非常小， 採用常規的布袋除塵、旋風除塵都難以完全去處，對廢氣處理裝置的危害很多，對填料塔等吸收裝置往往幾天就可能堵死而停車。(4)廢氣溫度高。催化劑窯爐出口廢氣溫度高達 700-800°C，即使經過管道輸送後也會有300-400°C，如果沒有降溫措施，處理後排放的尾氣溫度很高，產生嚴重的熱汙染。氮氧化物廢氣處理技術，可分為幹法和溼法兩類。幹法包括將廢氣中的NOx還原為氮氣的氨選擇性催化還原法(SCR)，如氨選擇性非催化還原法、金屬碳基催化劑催化還原法等；吸附法(分子篩、活性炭、矽膠和含Ν &泥煤等)；等離子體活化法等。溼法包括水吸收法、鹼液吸收法、氨水吸收法、氧化吸收法、硫代硫酸鈉還原法、尿素吸收還原法及絡合吸收法等。幹法處理技術中，吸附法由於現有吸附劑的吸附容量較小、用量大、需再生處理等原因，在NOx廢氣處理中一般應用較少。氨選擇性催化還原法及氨選擇性非催化還原法， 目前已成為鍋爐煙氣脫硝技術研究及應用的熱點。但實踐證明，在治理工業窯爐生產過程中產生的NOx廢氣時，氨選擇性催化還原法處理方法並不適合，其主要原因是由於NOx排放的不均勻性，造成操作溫度及投氨量難以控制，導致催化劑床層及設備內構件燒結，另外該反應的副反應多，可重新生成NOx，氨易穿透，排出氣中經常可見大黃煙和大白煙，產物為 NH4NO2, NH4NO3^ NH3等。因此，採用幹法技術處理工業窯爐廢氣時，應對工藝流程、催化劑及設備等進行深入研究。溼法處理技術中，吸收液種類多，應用較為普遍。如鹼液吸收法(包括NaOH、 Na2CO3)在國內已廣泛應用於硝酸生產及使用過程中的尾氣處理，並副產硝酸鈉和亞硝酸鈉產品。氨水液相吸收法和氨水噴淋法在鍋爐煙氣處理上也得到應用。硫代硫酸鈉還原法、 尿素還原法等在航天、硝酸生產與使用、催化劑生產等行業廢氣處理中也逐漸得到應用。同幹法相比，溼法具有較大的操作彈性，可選擇不同的反應體系，更適合於工業窯爐生產廢氣的處理。溼法氮氧化物處理工藝的主體設備是提供氣液接觸、傳質、反應的吸收塔。現有的吸收塔分為兩種一種是氣液兩相逆流接觸的噴淋吸收塔(帶填料或空塔)，在這種設備中，氣相是連續相，液相是分散相；另一種是氣液兩相鼓泡接觸反應器，運行過程中，液相是連續相，氣相是分散相。這兩種設備在廢氣處理過程中都存在局限性噴淋塔壓降小，動力消耗少，但氣液接觸表面積低，設備效率較低；鼓泡反應器為了提供較大的氣液兩相的接觸面積，必須增加液體深度，這樣就會使壓降增加，動力消耗增大，而且也容易造成堵塞。

發明內容
針對現有技術的不足，本發明提供一種費用低廉，工藝簡單的工業生產窯爐氮氧化物尾氣的治理方法和裝置。本發明工業生產窯爐氮氧化物尾氣的治理方法包括如下內容將窯爐產生氣通過管道連接到自吸式氣液混合設備上，對窯爐尾氣進行處理，處理後的氣體依靠自吸式氣液混合設備自身提供的壓力由排氣筒排放。本發明方法中，所述的自吸氣式氣液混合設備由罐體，電機，葉輪軸，氣液混合葉輪和傳動密封件等部分組成。利用電機通過葉輪軸帶動氣液混合葉輪在罐體內的吸收液下高速旋轉產生的負壓區，窯爐尾氣通過自吸氣式氣液混合設備的葉輪軸內通道或葉輪軸外套筒被吸至氣液混合葉輪負壓區，氣液混合葉輪上設有布氣孔，窯爐尾氣通過布氣孔將氣體以微氣泡的形式分散於液體中，發生快速傳質與化學反應，窯爐尾氣中的汙染物被自吸氣式氣液混合設備中的吸收液捕集、吸收並發生反應，處理後氣體從吸收液中上浮，從反應器頂部排氣口進入排氣筒排放。所述的自吸氣式氣液混合設備的氣液混合葉輪結構如下氣液混合葉輪主要是由空心連軸接頭、空心盤、空心導流葉片、環形導流板組成。空心連軸接頭的孔道與空心盤的內部空間相通；空心盤由上蓋板、下蓋板及筒體組成；空心盤下蓋板下側密封連接空心導流葉片，與空心導流葉片對應位置的下蓋板開設與空心導流葉片內部空間連通的通道，空心導流葉片下端設置環形導流板，空心導流葉片旋轉方向的後方一側葉片設置布氣孔。上述氣液混合葉輪中，空心導流葉片具有一內部空間，該內部空間上側與空心盤相通，空心導流葉片旋轉方向的後方一側葉片通過布氣孔與空心導流葉片外部相通，其餘部分為密封結構。上述氣液混合葉輪中，空心導流葉片的橫截面可以是適宜的形狀，如等邊倒三角形、後傾式倒三角形、不規則倒三角形、梯形、不規則梯形、平行四邊形等適宜的形狀。空心盤下蓋板上與空心導流葉片之間的通道形狀優選與空心導流葉片橫截面相同。空心導流葉片數量可以根據氣液混合葉輪的規模設置1 50個，優選為2 30個。
上述氣液混合葉輪中，所述的布氣孔可以沿葉輪軸線方向設置一排或多排。布氣孔的數目和排列方式也可以在空心導流葉片旋轉方向後方一側葉片上做任意改變。上述氣液混合葉輪中，空心導流葉片上端與空心圓盤的下蓋板相連，下端與環形導流板相連，兩個相鄰空心導流葉片之間形成水流通道。上述氣液混合葉輪中，環形導流板為中心具有圓形進水口(或進液口)的平板或錐形板；其外形可以根據需要採用任意形狀，但一般選擇圓形。環形導流板與空心導流葉片連接，導流板的內外圓所形成的環形區域面積至少能封閉空心導流葉片下端。環形導流板可以防止水流從空心導流葉片上端或下端滑漏，提高葉輪的吸排水量及真空度，從而提高引氣量及氣液混合效果；另外環形導流板還可以減小水體對空心導流葉片的拖曳，降低葉輪的功耗。自吸氣式氣液混合設備的吸氣速率由其電機的轉速決定，轉速越快，吸氣速率越大。操作時根據窯爐尾氣的排放量通過變頻器來控制電機的轉速，從而控制自吸氣式氣液混合設備的吸氣速率，使系統處理氣量與工業生產窯爐的排放量保持一致，以剛好使窯爐不嚮往洩漏廢氣為最佳。所述的葉輪在吸收液液面以下至少200mm。其作用是當此自吸式氣液混合設備不運轉時，由於葉輪上的布氣孔位於液下，使整個設備相當於一臺水封，保證窯爐尾氣不會洩露到外界環境。所述的吸收液可以為尿素溶液、氫氧化鈉溶液、氨水，硫代硫酸鈉溶液或者碳酸鈉溶液。其中優選尿素溶液，其中包括尿素-30% (重量)，可以包括適量常規的催化劑。 吸收液有效成分濃度降低後可以更換新鮮吸收液或補加有效成分。根據操作時吸收液的溫度和固體物質含量情況，進行冷卻和/或沉降分離操作， 然後循環使用。一般控制吸收液溫度到60°C以下，優選為50°C以下，吸收液中固體含量一般控制30%以下(重量)，優選為20%以下。吸收液的冷卻及沉降可以在氣液混合設備的罐體內進行，也以設置獨立的冷卻系統和沉降系統。冷卻系統和沉降系統可以並聯設置，即吸收液分別進入冷卻系統和沉降系統；冷卻系統和沉降系統也可以串聯設置，即吸收液先後進入冷卻系統和沉降系統，先後順序可以任意，優選先進入沉降系統再進入冷卻系統；冷卻系統和沉降系統也可以是各自獨立的系統。冷卻系統和沉降系統可以根據操作情況選擇使用，可以間歇使用，也可以連續使用，可以同時使用，也可以使用其中一個系統。所述的冷卻系統可以由各種形式的冷卻器組成，其目的是使由於與高溫窯爐尾氣換熱後升溫的吸收液的溫度下降。所述的沉降系統可以是各種形式的過濾器、沉降塔、沉降罐等，優選溢流式沉降罐，其特徵是沉降後上清液通過溢流堰流出沉降罐，吸收液中的泥沉降到罐底通過排泥閥排出。其目的是將進入吸收液的粉塵從吸收液中去除，使吸收液能夠繼續循環使用。本發明工業生產窯爐氮氧化物尾氣的治理裝置包括自吸氣式氣液混合設備、吸收液冷卻系統和吸收液沉降系統。自吸氣式氣液混合設備、吸收液冷卻系統和吸收液沉降系統的結構及相互關係按本發明上述內容確定。其中的冷卻系統和沉降系統按如下方式之一進行設置冷卻系統和沉降系統並聯設置，即吸收液分別進入冷卻系統和沉降系統；或者冷卻系統和沉降系統串聯設置，即吸收液先後進入冷卻系統和沉降系統，先後順序任意；或者冷卻系統和沉降系統是各自獨立的系統。一般為冷卻系統和沉降系統可以並聯設置，即自吸氣式氣液混合設備的排液口分別與冷卻系統的進液口和沉降系統的進液口相通；冷卻系統和沉降系統也可以串聯設置，即自吸氣式氣液混合設備先後與冷卻系統和沉降系統聯通，先後順序可以任意，優選自吸氣式氣液混合設備與沉降系統相通，沉降系統與冷卻系統相通。本發明的優點是能夠氮氧化物去除效率高，可達到90%以上；處理量能跟隨窯爐尾氣產生量隨時變化；裝置不存在堵塞問題；處理後尾氣溫度低，可直接排放。本發明方法使用的自吸氣式氣液混合設備克服了現有自吸氣式氣液混合設備吸氣量不足和吸氣量調整不靈活的問題，充分利用空心導流葉片旋轉方向後方一側葉片的面積，可以大大增加布氣孔的數量，並且可以通過增加空心導流葉片高度而任意增加布氣孔的數目和改變排列方式。可以充分利用了葉輪旋轉時導流葉片後側產生的負壓、導流葉片間水流變線產生的負壓、以及水流在圓盤表面產生的剪切作用引入氣體，葉輪的引氣量大、氣液混合效果好，不僅在低轉數下即可引入大量氣體，而且引氣孔不在葉輪的中心區域，葉輪中心吸入的僅為吸收液，真空度大小不受其它因素限制，氣體引入量與吸排液量可以隨轉數提高而同時增加，弓丨氣量大小調節方便，另外水流剪切作用還可以防止布氣孔堵塞。可以有效適應某些工業生產窯爐氮氧化物尾氣的特點。


圖1為本發明一種具體流程示意及裝置構成圖。圖2為本發明方法使用的自吸氣式氣液混合設備的自引氣式氣液混合葉輪的縱剖面主視圖。圖3為圖2的A-A方向視圖。圖4為另一種空心導流葉片結構的橫剖面圖。圖5為第三種空心導流葉片結構的橫剖面圖。圖6為氣液混合葉輪外形結構立體圖。
具體實施例方式下面結合附圖進一步說明本發明的實現方式。如圖1所示，工業窯爐101產生的含氮氧化物的尾氣經過管道102進入自吸式氣液混合設備103進行處理處理後的氣體依靠自吸式氣液混合設備自身提供的壓力由排氣筒104達標排放。自吸式氣液混合設備103由電機105、罐體106、葉輪軸107、葉輪108和傳動及密封機構組成。罐體內裝有吸收液109。吸收液經泵10輸送至沉降罐111和冷卻器112中進行除泥和冷卻操作。沉降罐內有溢流堰113和排泥閥114。沉降罐111和冷卻器112位於高位，經沉降和冷卻後吸收液依靠重力自流回自吸式氣液混合設備103的罐體106內循環使用。下面結合圖2 6進一步說明自吸氣式氣液混合設備使用的自引氣式氣液混合葉輪的結構及運行方式。如圖2所示，自引氣氣液混合葉輪由空心連軸接頭1、上蓋板2、筒體3、下蓋板5、 空心導流葉片6，環形導流板7組成；其中上蓋板2、筒體3、下蓋板5構成葉輪的圓筒形空心盤；下蓋板5圓周均勻分布有若干與空心導流葉片6對應的「 V 」形開口 ；空心導流葉片 6為截面與下蓋板5上「 ▽」形開口同形的中空結構，空心導流葉片6上端「 ▽ 」形開口與下蓋板5上「 ▽ 」形開口密封連接，與空心盤內部空間相通；下端「 V 」形開口被環形導流板7 封閉。布氣孔4設置在空心導流葉片旋轉方向的後方一側導流葉片上。圖3 圖5視圖中，從中可見空心導流葉片6和環形導流板7的形式和位置。箭頭方向為葉輪旋轉方向，布氣孔4的位置。所述空心導流葉片還可以採用其他形式。在驅動電機及葉輪軸的帶動下，葉輪在液體內以一定的速度旋轉，並在葉輪內部產生負壓，尾氣由空心連軸接頭1進入葉輪，通過空心圓盤下蓋板5上的開口進入空心導流葉片，經布氣孔4以微氣泡形式分散於液體中。環形導流板7中心處的開孔為葉輪的吸水口(或吸液口)，環形導流板7與導流葉片6、下蓋板5形成封密的水流通道(或液體通道)，有效地防止水流從導流葉片底端或頂端滑漏，提高了葉輪內部的水流速度和真空度，同時也降低了水體對葉輪拖曳。增加環形導流板後，葉輪內部的真空度可以達到極限真空度(0. IMPa左右)，不僅引氣量明顯提高，而且功耗降低。某些工業生產窯爐產生的尾氣的氮氧化物濃度高，溫度高，粉塵含量很大，氣量及有害汙染物變化大。採用本發明方法和裝置，當以微氣泡的形式進入吸收液，氣液之間經過充分的傳質和傳熱，氮氧化物與吸收液反應生成氮氣，去除率達90%以上。粉塵進入吸收液，使處理後廢氣不含粉塵，溫度就會降至50°C以下，符合國家排放標準。吸收液溫度略有升高，經冷卻器冷卻和沉降系統除泥後返回循環使用。本發明方法和裝置可以對該尾氣進行長周期穩定處理。
權利要求
1.一種工業生產窯爐氮氧化物尾氣的治理方法，包括如下內容將窯爐產生氣通過管道連接到自吸式氣液混合設備上，對窯爐尾氣進行處理，處理後的氣體依靠自吸式氣液混合設備自身提供的壓力由排氣筒排放，其特徵在於所述的自吸氣式氣液混合設備由罐體， 電機，葉輪軸，氣液混合葉輪和傳動密封件組成，利用電機通過葉輪軸帶動氣液混合葉輪在罐體內的吸收液下高速旋轉產生的負壓區，窯爐尾氣通過自吸氣式氣液混合設備的葉輪軸內通道或葉輪軸外套筒被吸至氣液混合葉輪負壓區，氣液混合葉輪上設有布氣孔，窯爐尾氣通過布氣孔將氣體以微氣泡的形式分散於液體中，發生快速傳質與化學反應，窯爐尾氣中的汙染物被自吸氣式氣液混合設備中的吸收液捕集、吸收並發生反應，處理後氣體從吸收液中上浮，從反應器頂部排氣口進入排氣筒排放。
2.按照權利要求1所述的方法，其特徵在於自吸氣式氣液混合設備的氣液混合葉輪結構如下氣液混合葉輪主要是由空心連軸接頭、空心盤、空心導流葉片、環形導流板組成； 空心連軸接頭的孔道與空心盤的內部空間相通；空心盤由上蓋板、下蓋板及筒體組成；空心盤下蓋板下側密封連接空心導流葉片，與空心導流葉片對應位置的下蓋板開設與空心導流葉片內部空間連通的通道，空心導流葉片下端設置環形導流板，空心導流葉片旋轉方向的後方一側葉片設置布氣孔。
3.按照權利要求2所述的方法，其特徵在於氣液混合葉輪中，空心導流葉片具有一內部空間，該內部空間上側與空心盤相通，空心導流葉片旋轉方向的後方一側葉片通過布氣孔與空心導流葉片外部相通，其餘部分為密封結構。
4.按照權利要求2所述的方法，其特徵在於氣液混合葉輪中，空心盤下蓋板上與空心導流葉片之間的通道形狀與空心導流葉片橫截面相同。
5.按照權利要求2所述的方法，其特徵在於空心導流葉片數量為1 50個。
6.按照權利要求2所述的方法，其特徵在於氣液混合葉輪中，空心導流葉片上端與空心圓盤的下蓋板相連，下端與環形導流板相連，兩個相鄰空心導流葉片之間形成水流通道。
7.按照權利要求1所述的方法，其特徵在於氣液混合葉輪中，環形導流板為中心具有圓形進水口的平板或錐形板；環形導流板與空心導流葉片連接，導流板的內外圓所形成的環形區域面積至少能封閉空心導流葉片下端。
8.按照權利要求1所述的方法，其特徵在於吸收液為尿素溶液、氫氧化鈉溶液、氨水， 硫代硫酸鈉溶液或者碳酸鈉溶液。
9.按照權利要求1所述的方法，其特徵在於控制吸收液溫度到60°C以下，優選為 50°C以下，吸收液中固體含量控制30%以下，優選為20%以下。
10.一種工業生產窯爐氮氧化物尾氣的治理裝置，其特徵在於包括自吸氣式氣液混合設備、吸收液冷卻系統和吸收液沉降系統；自吸氣式氣液混合設備為權利要求1 7任一權利要求中涉及的自吸氣式氣液混合設備；其中的冷卻系統和沉降系統按如下方式之一進行設置冷卻系統和沉降系統並聯設置，即吸收液分別進入冷卻系統和沉降系統；或者冷卻系統和沉降系統串聯設置，即吸收液先後進入冷卻系統和沉降系統，先後順序任意；或者冷卻系統和沉降系統是各自獨立的系統。
全文摘要
本發明公開了一種工業生產窯爐氮氧化物尾氣的治理方法和裝置，將窯爐產生氣通過管道連接到自吸式氣液混合設備上，對窯爐尾氣進行處理，處理後的氣體依靠自吸式氣液混合設備自身提供的壓力由排氣筒排放。本發明裝置包括自吸氣式氣液混合設備、吸收液冷卻系統和吸收液沉降系統。與現有技術相比，本發明方法和裝置可以有效處理工業生產窯爐氮氧化物尾氣，費用低廉，工藝簡單，可以長周期穩定操作。
文檔編號B01D53/78GK102451610SQ20101051431
公開日2012年5月16日 申請日期2010年10月15日 優先權日2010年10月15日
發明者劉春陽, 回軍, 楊麗, 趙景霞, 韓建華 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司撫順石油化工研究院