氮氧化物廢氣凈化研究與設(shè)備開發(fā)

王 雷

（佛山市南海環(huán)境工程有限公司，廣東 佛山 528200）

佛山是中國的鋁型材產(chǎn)業(yè)基地，其中有許多鋁材氧化廠是將鋁材表面用磷酸、硫酸、硝酸等進(jìn)行氧化加工的生產(chǎn)企業(yè)，生產(chǎn)時酸洗槽內(nèi)會揮發(fā)產(chǎn)生硝酸霧、硫酸霧及大量黃色氮氧化物氣體，對周圍環(huán)境造成嚴(yán)重破壞，因其煙色較黃所以周圍居民投訴較多。近年來對氮氧化物廢氣的處理一直缺乏較好的處理方式，一些處理方式設(shè)備投資大、工藝流程復(fù)雜；而一些處理方式對處理前污染物濃度及成分要求較高；但大多數(shù)氧化廠生產(chǎn)多為間斷性生產(chǎn)，風(fēng)量大污染物濃度較低、濃度變化大。所以找到一種針對污染源吸風(fēng)量大，污染物濃度較低變化較大的處理設(shè)備及處理工藝具有較大的意義。本文通過采用高效填料吸收塔，用硫代硫酸鈉在堿性條件下的還原作用對氮氧化物廢氣進(jìn)行治理的工程實(shí)例進(jìn)行研究，該技術(shù)具有工程造價低、工藝先進(jìn)、操作可靠、運(yùn)行管理費(fèi)用低等特點(diǎn)。

1 吸收劑的選擇

硫代硫酸鈉在堿性溶液中是較強(qiáng)的還原劑，可將NO2還原為N2，適于凈化氧化度較高的含NOx的尾氣。主要的化學(xué)反應(yīng)是：4NO2+2Na2S2O3+4NaOH=2N2↑+4Na2SO4+2H2O，處理本例黃色氮氧化物氣體采用硫代硫酸鈉作為還原劑，不僅對污染源濃度的變化要求不高，而且價格較低，可大大降低運(yùn)行成本。

2 傳質(zhì)機(jī)理

吸收操作是溶質(zhì)從氣相轉(zhuǎn)移到液相的過程，其中包括溶質(zhì)由氣相主體向氣液界面的傳遞，及由界面向液相主體的傳遞。因此，要研究傳質(zhì)機(jī)理，首先就要搞清物質(zhì)在單一相中的傳遞規(guī)律。物質(zhì)在單一相中的傳遞是靠擴(kuò)散作用。發(fā)生在流體中的擴(kuò)散有分子擴(kuò)散與渦流擴(kuò)散兩種。前者是憑借流體分子熱運(yùn)動而傳遞物質(zhì)的，后者是憑借流體質(zhì)點(diǎn)的湍動和旋渦而傳遞物質(zhì)的。當(dāng)液相中活潑組分的濃度足夠大，而且發(fā)生的是快速不可逆反應(yīng)時，若溶質(zhì)組分進(jìn)入液相后立即被消耗掉，則界面上的溶質(zhì)分壓為零，吸收過程速率為氣膜中的擴(kuò)散阻力所控制，可按氣膜控制的物理吸收計算。當(dāng)反應(yīng)速率較低致使反應(yīng)主要在液相主體中進(jìn)行時，吸收過程中氣液兩膜的擴(kuò)散阻力均有所變化，僅在液相主體中因化學(xué)反應(yīng)而使溶質(zhì)降低，過程的總推動力較單純物理吸收的大。當(dāng)情況介于上述二者之間時的吸收速率計算，目前仍無可靠的一般方法，設(shè)計時往往靠實(shí)測數(shù)據(jù)[1-2]。

3 吸收塔的設(shè)計

填料塔是一種重要的氣液傳質(zhì)設(shè)備，它的結(jié)構(gòu)簡單而且具有阻力、便于用耐腐蝕材料制造等優(yōu)點(diǎn)，由于性能優(yōu)良的新型填料不斷涌現(xiàn)以及填料塔在節(jié)能方面的優(yōu)勢，目前填料塔在環(huán)保產(chǎn)業(yè)中被廣泛應(yīng)用。填料是填料塔的核心。為使填料塔發(fā)揮良好的效能，填料應(yīng)符合幾項(xiàng)要求：1.要有較大的比表面積，2.要有較高的空隙率；3.從經(jīng)濟(jì)實(shí)用及可靠性出發(fā)，還要求單位體積填料重量輕、造價低、堅(jiān)固耐用，不易堵塞，對氣液兩相介質(zhì)都有良好的化學(xué)穩(wěn)定性等等[3]。根據(jù)以上各項(xiàng)分析，我們選用目前環(huán)形填料中性能最為良好的塑料階梯環(huán)作為吸收塔的填料，階梯環(huán)填料是對鮑爾環(huán)加以改進(jìn)的產(chǎn)物，這種填料孔隙率大，而且填料之間呈點(diǎn)接觸，可使液膜不斷更新，具有壓強(qiáng)降小和傳質(zhì)效率高等特點(diǎn)。

4 工藝參數(shù)分析

4.1 氧化度對NOX吸收效率的影響

從圖1可以看出：氧化度增大對凈化效率就高，當(dāng)氧化度超過50%后，凈化效率變化不大。所以用于處理本例中氧化度較高的氮氧化物氣體采用本工藝具有較好的吸收效率。

圖1 氧化度對NOX吸收效率影響圖

4.2 硫代硫酸鈉法工藝操作指標(biāo)見表1。

表1 硫代硫酸鈉法工藝操作指標(biāo)

4.3 液氣比及空塔氣速對凈化效率的影響見表2。

從表2可知初始NOx濃度對凈化效率影響不大，本類型氧化廠大多是間斷性生產(chǎn)，污染源濃度變化較大，采用此工藝對于實(shí)際生產(chǎn)非常有利。

5 工程實(shí)例

以佛山某鋁型材氧化廠為例，采用填料吸收塔進(jìn)行吸收，塔徑1.8 m，塔高7 m，填料層高度2.5 m（為提高吸收效率分兩層在填料塔內(nèi)布置）。廢氣處理設(shè)備引風(fēng)機(jī)功率7.5 KW，循環(huán)水泵2.2 KW，總裝機(jī)容量為9.7 KW。工程驗(yàn)收監(jiān)測結(jié)果見表3。

表2 液氣比及空塔氣速對凈化效率影響表

表3 工程驗(yàn)收監(jiān)測表

從表3可以看出該工藝治理效果較好，處理后排放濃度達(dá)到廣東省地方標(biāo)準(zhǔn)DB44/27-2001大氣污染排放物限值二級標(biāo)準(zhǔn)，即：硫酸霧<40 mg/m3、氮氧化物<150 mg/m3。

6 總結(jié)

針對污染物的特性，選用合理的吸收溶劑，采用比表面積大、壓降小、傳質(zhì)效率高的填料大大降低了能耗，提高了處理效率。采用耐腐蝕性能較好的玻璃鋼引風(fēng)機(jī)及吸收塔制作加工設(shè)備，設(shè)備制作加工簡單，安裝方便，耐蝕性能優(yōu)良[3]。處理10 000 m3/h-15 000 m3/h的廢氣量投資僅需15萬元左右。循環(huán)水池根據(jù)pH值的大小補(bǔ)充堿液及還原劑，對污染源初始濃度要求低，操作維護(hù)相當(dāng)方便。