含氮氧化物_NO_x_废气的处理方法

!!"

!!!!!!!!!!!!!"

!!"

!!!!!!!!!!!!!"

环保与安全

Vol.30No.3

Mar

.2007

含氮氧化物(NOx)废气的处理方法

201507)

(上海联恒异氰酸酯有限公司,上海

[摘

处理方法,并结合某厂硝化废气处理装置改造过程的实例,对加压水吸收处理氮要]介绍了氮氧化物废气的产生原理、

氧化物废气的方法做了详细介绍,同时将该法与其他处理方法进行了比较。

[关键词]含氮氧化物废气;加压水吸收法;废气吸收塔[中图分类号]X511

[文献标识码]B

[文章编号]1003-5095(2007)03-0044-03

氮氧化物是指一系列由氮元素和氧元素组成的

化合物,包括N2O、NO、N2O3、NO2、N2O4、N2O5,通常用分子式NOx来统一表示。大气中NOx主要以NO、NO2的形式存在。

氮氧化物对人体的危害很大,可直接导致人体的呼吸道损伤,而且是一种致癌物;氮氧化物会使植物受损伤甚至死亡;在阳光的催化作用下,氮氧化物易与碳氢化物发生复杂的光化反应,产生光化学烟雾,导致严重的大气污染;氮氧化物会导致臭氧层的破坏;氮氧化物也易与水气结合成为含有硝酸成分的酸雨[1]。

在化学工业的许多种产品的生产过程中会产生含有氮氧化物的废气,例如硝酸、硝基苯,氮肥、炸药工业等。如何选用合理的处理方法,使经济效益和环境效益兼顾,是有关企业和科研单位关心的问题。1硝化装置氮氧化物废气处理问题的产生

某化工企业拥有一套3万t/a二硝基甲苯(DNT)的硝化装置,与之配套的还有一套3万t/a的废酸回收装置。其工艺流程如图1。

在正常运行的情况下,硝化及其配套的废酸回收装置会产生大量含有氮氧化物的废气,流量:400m3/h;成分:空气,NOx,少量有机物,其中NOx约40kg/h。其来源:①硝化工艺系统中的硝酸是过量的,这样就会有一部分硝酸在温度比较高的硝化条件下发生分解,产生氮氧化物。②硝化反应中会发生一些氧化副反应,这些副反应会导致氮氧化物的生成。③完成硝化反应的废酸被送到废酸浓缩装置中回收,这些废酸中含有亚硝基硫酸(NOHSO4),在浓缩前亚硝基硫酸被脱除掉,这个脱除过程会产生氮氧化物。为了吸收这些氮氧化物,该厂原来设计有一套碱液吸收装置,装置的流程如图2。

图2

反应原理:

图1

NO+NO2+2NaOH=2NaNO2+H2O2NO2+2NaOH=NaNO2+NaNO3+H2O

[收稿日期]2006-12-25[作者简介]曹

军(1973-),男,工程师,从事聚氨酯原料的生产技术工作。

其中NO不能单独被NaOH吸收,当硝烟中NO含

量高于NO2时,过量的NO不能被吸收破坏。因此必须

第3期曹军:含氮氧化物(NOx)废气的处理方法・45・

首先将一半以上的NO氧化为NOx,当NO/NO2=1效果

最佳。

该套吸收装置在投入运行后暴露了很大的问题:排放废气不合格,吸收塔顶部经常冒出大量棕黄色的

尾气,其中氮氧化物的浓度达到2000-3000mg/m3,远超国家标准。废液处理困难,原来计划吸收之后的硝酸钠和亚硝酸钠可以作为副产品外卖,但实际情况是

碱液中的硝酸钠及亚硝酸钠无法达到市场所能接受的浓度,而且含有大量的有机物及碳酸钠等杂质。如果作为污水处理,则需要花费大量的资金。装置运转率低,由于吸收后的碱废液中含有大量盐类,经常造成吸收塔和管线的堵塞,引发设备故障,需要不定期用去离子水清洗,从而影响正常运行。

为解决碱吸收装置效果不佳的问题,采取了很多措施:在入口增加空气的补充量,将NO氧化为NO2。但此法收效甚微,因为在硝化废气产生过程中和空气有充分的接触,氧化度较高,进入吸收塔的废气中氮氧化物已经以NO2为主,再补充空气意义不大。提高新鲜碱的浓度,提高浓度虽有利于加快氮氧化物与碱的反应速度,但加快的反应速度导致放热量增加,从而提高了吸收液的温度,反过来又抑制了吸收反应的进行,两相抵消,收效很小。实施了停工改造,将塔加高,将填料层由原来的两层增加到3层,事实证明情况只是略有好转,没有从根本上解决问题。2氮氧化物脱除技术选择

目前国内外使用比较广泛的含氮氧化物废气的处理方法可分为干法和湿法两大类,其中干法可以分为选择性触媒还原法和选择性非触媒还原法以及吸附法;湿法包括吸收法,吸收还原法和络合吸收法等[2](表1)。

表1

处理方法

反应原理备注

非选择性

用H2、

CO等其他可燃气体适用于废气量大或催化还原法

或废气作为还原剂进行催工艺中有合适的废

化还原使NOx转化为N2

气产生的情况选择性催化

使用氨等还原剂在金属金属催化剂还原法(SCR)

催化剂的作用下将氮氧

化物还原为氮气和水价格较高选择性非催化

以较高的温度作为推动力,

还原法(SNCR)

含氮的化合物与氮氧化物

能耗较大反应使其还原为氮气和水吸收还原法使用尿素、高锰酸钾、亚硫酸需要消耗其他盐等还原剂还原氮氧化物的化学品吸附法使用分子筛或活性炭等吸附

适于氮氧化物较少的情况吸收法

使用水、酸、碱或适用范围广,需根熔融金属盐液吸收

据具体情况选择

从表1可以看出,以上所列的各种方法大部分都

需要引入新的化学品或使用催化剂、吸附剂等,造成处理过程的能耗和物耗较高。被处理后的氮氧化物或者被还原为了氮气,不能够回收利用;或者成为其他的化学物质,有可能造成二次污染。

3加压水吸收氮氧化物脱除技术的采用

针对本厂废气流量小、NOx含量高的特点,并参考国内外的有关经验,最终选择了加压水吸收法,即采用水作为吸收剂,在低温、加压的工艺条件下吸收废气中的氮氧化物。其工艺特点:①直接采用去离子水作为吸收剂,不再引入其他的化学品。由于废气中足够过量的空气存在,反应会连续发生,最终使氮氧化物基本上全部转化为硝酸[3]。水的加入量决定了最终产品酸的浓度。为了保证足够的吸收效果,一般将浓度控制在40%左右。②将废气的吸收压力提高到5×105Pa,从而提高吸收效果。③采用带有冷却剂盘管的吸收塔,使吸收温度保持在25℃以下。

该方案的流程:在废气压缩机入口产生的负压作用下,来自硝化装置和废酸回收的含有大量氮氧化物的废气被收集到废气处理装置,在这里被压缩机加压到5×105Pa,然后送入废气吸收塔。废气吸收塔是一个多层泡罩塔,塔盘上带有冷却盘管。在吸收塔的顶部,使用去离子水泵,定量的水被输送进来。通过对水量的控制,可以决定最终所吸收酸的浓度。去离子水通过塔盘逐层流下,在每层塔盘上与上升的废气接触,由于压缩机提供的压力,氮氧化物的溶解度增大,与水的反应速度加快。反应所放出的热量由每一层塔盘上的冷却盘管带走。由于废气中大量空气的存在,使得氮氧化物与水的反应能够进行得很完全。通过监视塔盘上的温度,可以及时了解吸收反应进行的情况。经过吸收反应废气中的氮氧化物已经很少,可以在塔顶直接排放。4实际使用效果评价

经过一段时间的运行和调整,加压水吸收氮氧化物的装置达到了预计的吸收效果。经过检测,塔顶尾气排放浓度降低到200mg/m3以下,达到了国家规定的标准。吸收塔顶上的黄色烟雾再也看不到了,该装置顺利通过了环保部门的验收。

在新装置的使用过程中也发现了一个问题,就是放空气体的流量较大,会造成相当大的噪音,形成新的污染源。后在放空口处增加了一个消音器来解决此问题。

根据以上对该工艺的分析和装置的实际运转情况,可以总结出该工艺的优点:①吸收效率高,本厂

・46・河北化工第3期

NOx含量较高的氮氧化物废气经过此装置吸收后,能够完全达到国家标准。②使用水作为吸收剂,价值低廉,而且不必引入新的化学品,避免了新的化学品有可能造成的二次污染。③吸收产物为稀硝酸,不产生含盐的废水,毋须处理,大大减轻了环境保护压力。而且产生的稀硝酸可回收利用,因此回收了废气中的氮氧化物,既减轻了污染,又创造了价值,变废为宝。

该工艺也存在一些缺点:需要一定的前期投资,用于购买不锈钢材质的废气压缩机及吸收塔;该吸收方法需要在较低的温度下进行,因此运行中需要消耗一定的制冷量。对于整个工艺系统中没有足够制冷量的装置,不宜采用此工艺。

5结束语

综上所述,采用加压水吸收的方式回收硝化装置产生的含有氮氧化物的废气,除前期投资稍大外(需要采购不锈钢材质的吸收塔及压缩机),其处理效果、运行费用均较理想,其环保效益完全可以抵消前期投资,值得相关厂家学习和借鉴。

[参

1999,(1):47-51.

等.氮氧化物废气的治理技术[J].环境科学动态,1998,14[2]易红宏,(4):17-20.

化学工业出[3]何争光主编.大气污染控制工程及应用实例[M].北京:版社,2004,201-207.

考文献]

(NOX)工业废气治理[J].石油化工环境保护,[1]曹忠宇.含氮氧化物

TreatmentofNOxContaminatedWasteGas

CAOJun

(ShanghaiLianhengIsocyanateCo.,Ltd.,Shanghai201507,China)

Abstract:Baseonanexampleofmodificationofwastegastreatmentplantinanitrationplant,introducedthegeneralproductionandtreatmentofNOxcontaminatedwastegas,combinedwithsomeprincipleexplanation.Apressurizedwaterabsorptionprocesswasgivenmoredetails,andcomparedwiththeotherprocesses.Keywords:NOxcontainedwastegas;NOxwaterabsorber;wastegasabsorber

(上接第31页)

由表2可知,随着减水剂的加入,泥浆黏度先增加后下降。这是因为随着减水分散剂用量的增加,体系的吸附作用的不断增强,引起了双电层的增厚,导致静电排斥力的增大,同时随着高分子数量增加,在浆料胶粒表面形成一层有机保护膜,胶粒之间碰撞聚沉困难,从而引起浆料黏度的降低,使其流出时间减少,即减水性能增强。但是,随着减水分散剂用量的增大,浆料的黏度会再次增大。主要原因有:一方面,过量的分散剂有机物的离子部分充当了自由离子,增加了浆料的离子浓度,从而压缩了双电层,降低了颗粒之间的静电排斥力;另一方面,过剩的减水分散剂分子相互之间会发生桥联作用而形成网络结构,极大地限制了陶瓷粉体微粒的运动,从而引起了浆料的絮凝,导致悬浮体系的黏度升高,在减水率方面反映为减水率的降低[2]。2.4减水机理的探讨

陶瓷浆料由黏土矿物颗粒(胶粒)和瘠性原料及辅助原料(非胶粒)组成。不加减水剂,自由水易吸附于上述颗粒上,需大量水稀释才能使浆料具有流动

!!!!!!!!!!!!!!!!

层增大,也使浆料流动性增强[3]。3结论

性。当加入腐殖酸钠-丙烯酰胺-丙烯酸钠共聚物减水剂时,水中的坯体颗粒黏附在高分子链节上,使粒子形成保护膜,抑制了水的吸附,使自由水含量增加,流动性变好,达到解凝目的;同时,该减水剂是一种聚电解质,其中Na+具有较强水化作用,可使胶团扩散

(1)利用微波辐射合成了腐殖酸钠-丙烯酰胺-丙烯酸钠共聚物减水剂,其单体配比对减水效果有较大影响,当配比为1∶0.6∶0.6左右时,减水效果较好;(2)腐殖酸钠-丙烯酰胺-丙烯酸钠共聚物减水剂加入量为陶瓷浆料0.2%-0.45%时,可大大降低浆料含水量,最大减水率为41%,优于传统无机减水剂。

[参考文献]

[1]潘蕾,孙晓然.多功能陶瓷添加剂及腐殖酸钠应用[J].江苏陶瓷,2005,38(5):31-35.

李秋红,郑克玉,等.分散剂及其在陶瓷制备中的应用[J].[2]周桃生,

湖北大学学报(自然科学版),2004,23(4):331-333

黄剑峰,曹建坤.聚丙烯酸钠作为陶瓷坯体添加剂的研究[3]曹丽云,

[J].陶瓷,2001(3):12-14.

TheResearchofCeramicWater-reducingAgentbyMicrowaveRadiation

LIUDong,SUNXiao-ran

(CollegeofChemicalEngineeringandBiologicalTechnology,HebeiPolytechnicUniversity,Tangshan063009,China)Abstract:Thesodiumhumate-acrylamide-sodiumacrylateceramicwater-reducingagentwassynthesizedbymicrowaveradiation,andtheeffectsofinitiatorcontent,pHandaddamountswerestudied.Keywords:ceramic;water-reducingagent;flowability;microwave


© 2024 实用范文网 | 联系我们: webmaster# 6400.net.cn