一种喷淋流化分离氮氧化物的设备及方法与流程

本发明涉及石油化工与环保领域，特别是涉及一种新型喷淋流化分离氮氧化物的设备及方法。

背景技术：

氮氧化物，包括多种化合物，如一氧化二氮(n2o)、一氧化氮(no)、二氧化氮(no2)、三氧化二氮(n2o3)、四氧化二氮(n2o4)和五氧化二氮(n2o5)等。除二氧化氮以外，其他氮氧化物均极不稳定，遇光、湿或热变成二氧化氮及一氧化氮，一氧化氮又变为二氧化氮。因此，职业环境中接触的是几种气体混合物常称为硝烟(气)，主要为一氧化氮和二氧化氮，并以二氧化氮为主。每种氮氧化物都具有不同程度的毒性。

以一氧化氮和二氧化氮为主的氮氧化物是形成光化学烟雾和酸雨的一个重要原因，例如汽车尾气中的氮氧化物与碳氢化合物经紫外线照射发生反应形成的有毒烟雾，称为光化学烟雾。光化学烟雾具有特殊气味，刺激眼睛，伤害植物，并能使大气能见度降低。另外，氮氧化物与空气中的水反应生成的硝酸和亚硝酸是酸雨的成分。氮氧化物是毒性极大的大气污染物之一，因此必须对其排放进行严格控制。根据大气污染物排放标准，氮氧化物的排放不得高于250μg/m³(日均)，350μg/m³(时均)。

目前常用的氮氧化物脱除方法有：选择性催化还原、非选择性催化还原、吸附法、吸收法、电子及高压技术以及微生物法，然而，上述方法都存在一定问题和不足：选择性催化还原法对管路设备的要求很高，造价昂贵，同时容易造成二次污染，易泄漏且操作困难；非催化选择性还原法的效率低下，氨的泄漏量不仅污染大气，还在燃烧含硫燃料时，形成硫酸铵，堵塞空气预热器；吸收法的效率难以上升；吸附法对工作环境的要求相当高，需要的吸附剂量大，设备庞大，为间歇操作；电子及高压技术的能量利用率低，设备结构复杂，无法适应现场实际工况，仅能在实验室中取得目标结果；技术微生物法尚处于实验室阶段，有相当多问题留待克服。

另外，目前工业应用的吸收回收设备多为大型装置，组成元件多，流程较复杂，例如公开号为cn206566729u的中国实用新型专利“氧化铁颜料生产时的氮氧化物废气高效处理装置”与公开号为cn206121499u的中国实用新型“氮氧化物废气处理装置”，均使用了大量塔设备串联的方式进行氮氧化物的脱除，并且自上而下的喷淋导致了大量吸收剂的浪费，无法高效节能的对氮氧化物气体进行吸收。

技术实现要素：

为克服上述现有技术存在的不足，本发明之目的在于提供一种喷淋流化分离氮氧化物的设备及方法，以在降低成本、简化系统的基础上实现高效脱除待处理气体中氮氧化物的目的。

为达上述目的，本发明提出一种喷淋流化分离氮氧化物的设备，包括：

壳体(7)，设有待处理气入口(8)，含氮氧化物的待处理气体通过所述待处理气入口(8)沿切向进入所述壳体(7)内，底部设有吸收液喷口(10)以及进气口(9)，顶部设有气体出口(11)，经净化后的气体从所述气体出口(11)排出；

吸收液罐(4)，通过输送泵(3)经所述吸收液喷口(10)将强碱性吸收液自下而上地喷淋进入所述壳体(7)内，以与所述待处理气体反应，纵向喷入的所述强碱性吸附液在重力影响下散开形成无数吸附液雾滴并落至所述壳体(7)底部；

风机(1)，通过所述进气口(9)将空气吹入所述壳体(7)内，以将落下的吸附液雾滴向上吹起，形成循环，使吸附液雾滴密布所述壳体(7)，所述吸附液雾滴被切向高速旋转所述待处理气体持续切割，使吸附液雾滴破碎重组，充分与所述待处理气体反应。

优选地，所述壳体(7)内上部还设置有过滤装置(5)，以对经过所述壳体(7)去除氮氧化物的气体进行过滤后由所述气体出口(11)排出。

优选地，所述过滤装置(5)为过滤网，设置于气体出口(11)下方。

优选地，所述壳体(7)内还设置置于所述过滤装置(5)下方的回收挡板(6)，对被所述过滤装置(5)滤下的吸收液滴进行回收聚集，各回收挡板(6)通过管道连接所述吸收液罐(4)，以将聚集的吸收液滴重新收集进入所述吸收液罐(4)内。

优选地，所述回收挡板包括对称设置的两块上挡板，各上挡板分别呈水平倾角10-15°斜向上固定于壳体7内壁上，其与所述壳体(7)内壁的连接处为连接所述吸收液罐(4)管道的入口。

优选地，于所述两块上挡板下方还对应设置两块对称的下挡板。

优选地，多个所述设备串联使用，将前一级的气体出口(11)的气体作为下一级进入所述待处理入口(8)的待处理气体，以提高脱除氮氧化物的效率。

为达到上述目的，本发明还提供一种喷淋流化分离氮氧化物的方法，应用于前述设备，包括如下步骤：

步骤s1，将含氮氧化物的待处理气体由所述设备底部切向喷入；

步骤s2，将吸收液罐中的强碱性吸附液从所述壳体底部的吸收液喷口纵向喷入所述壳体，所述吸附液雾滴被切向高速旋转所述待处理气体持续切割，使吸附液雾滴破碎重组，充分与所述待处理气体反应，并且所述纵向喷入的强碱性吸附液在重力作用下四处散开，形成无数吸附液雾滴并落回所述壳体底部，；

步骤s3，利用风机由所述壳体底部的进气口持续向上吹气，将落下的吸附液雾滴重新向上吹起，形成循环，使吸附液雾滴密布所述设备内部，以最大程度地吸收所述待处理气体中的氮氧化物；

步骤s4，经净化后的气体从所述设备顶部的气体出口排出。

优选地，于步骤s4之前，还包括如下步骤：

在气体排出之前，利用一过滤装置于所述气体出口下方对去除氮氧化物后的气体进行过滤。

优选地，利用设置于所述过滤装置下方的若干回收挡板对所述过滤装置滤下的夹带的吸附液进行回收收集，回收至所述吸收液罐中。

与现有技术相比，本发明一种喷淋流化分离氮氧化物的设备及方法通过将吸收液罐中强碱性吸收液由吸收液喷口自下而上地喷淋进入喷淋流化脱氮氧化物分离器，并通过风机将空气由进气口吹入喷淋流化脱氮氧化物分离器中，使得强碱性吸收液在分离器内循环喷淋，吸收效率极高，使得氮氧化物气体与吸收液可充分接触，提高了吸收效果；本发明通过采用自下而上喷淋设计以及流化设计，减少了设备的总占地面积和总投资。

附图说明

图1为本发明一种喷淋流化分离氮氧化物的设备的结构示意图；

图2为本发明之喷淋流化分离氮氧化物的设备的底部结构示意图；

图3是本发明具体实施例中强碱性吸收液流线示意图；

图4为本发明一种喷淋流化分离氮氧化物的方法的步骤流程图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例并结合附图说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。

图1为本发明一种喷淋流化分离氮氧化物的设备的结构示意图，图2为本发明之喷淋流化分离氮氧化物的设备的底部结构示意图。如图1及图2所示，本发明一种喷淋流化分离氮氧化物的设备，包括壳体7，其设有待处理气入口8，工厂排放的富含氮氧化物的待处理气体由设在壳体侧边的待处理气入口8沿切向进入壳体7中，底部设有吸收液喷口10以及进气口9，吸收液罐4通过输送泵3连接吸收液喷口10，以将吸收液罐4中的强碱性吸收液由输送泵3输送至壳体7中，由吸收液喷口10自下而上地喷淋进入壳体7中，在重力的影响下，纵向喷入的强碱性吸附液四处散开，形成无数吸附液雾滴并落下，重回所述壳体7的底部，同时由风机1将空气由进气口9吹入壳体7中，风机1通过进气口9持续向上吹气，将落下的吸附液雾滴重新向上吹起，形成循环，其流线轨迹如图3中的吸收液流线轨迹11所示(图中12为进气示意线)，使吸附液雾滴密布整个壳体7，密布的吸附液雾滴被切向高速旋转的富含氮氧化物的气体持续切割，使吸附液滴破碎重组，充分与待处理气体反应，最大程度的吸收氮氧化物，净化后的气体则由上部的气体出口11排出。

优选地，所述壳体7内上部还设置有过滤装置5，以对经过所述壳体7去除氮氧化物后的气体进行过滤后再由气体出口11排出，经过过滤装置5，气体中夹带的吸收液滴会被过滤装置5滤下。在本发明具体实施例中，所述过滤装置5为过滤网，其设置于所述壳体7的顶部的所述气体出口11的下方。

优选地，所述壳体7内还设置有若干呈一定角度设置于所述过滤装置5下方的回收挡板6，以避免净化后的气体中夹带过多的吸收液液滴，并同时对被过滤装置5滤下的吸收液滴进行回收聚集，具体地，回收挡板6包括对称设置的两块上挡板，所述上挡板可采用长方体结构，分别呈水平倾角10-15°斜向上固定于壳体7内壁上，其与壳体7内壁的连接处为连接吸收液罐4管道的入口，以便将回收挡板6聚集的吸收液滴重新收集进入吸收液罐4内(需说明的是，图中回收挡板6的右侧挡板也通过管道连接吸收液罐4，只是图中未示出)，本发明通过设置回收挡板6不但能避免经氮氧化物去除后的气体过多吸收液液滴被夹带，导致过滤网负担太重，同时还能将过滤网滤下的吸收液进行回收利用，使其重新进入吸收液罐中，提高吸收液的利用效率。需说明的是，图中回收挡板6的右侧挡板也通过管道连接吸收液罐4，

优选地，于回收挡板6对称设置的两块上挡板下方还设置两块对称的下挡板，其倾斜向下，用于加剧气流循环，即用于改善其下方的循环情况，使待处理气体能充分反应，并减少死区。在本发明具体实施例中，下挡板可采用截面为梯形的结构，其面积小的一端固定于壳体7内壁上，优选地，下挡板与壳体7内壁的连接处也可以为吸收液罐4管道的入口，以进一步回收吸收液滴。

优选地，所述输送泵3与吸收液喷口10之间设置有单向阀门2，以对吸收液罐4中的强碱性吸收液的喷入进行控制；所述风机1与气口9之间也设置有单向阀门2，以对风机1吹入空气进行控制。

优选地，本发明喷之喷淋流化分离氮氧化物的设备可采用不同直径的待处理气体入口8与吸收液喷口10，可处理不同风量的工业气体

优选地，本发明之多个喷淋流化分离氮氧化物的设备可将多个本设备串联使用，即前一级的气体出口的气体可作为下一级进入待处理入口的待处理气体，以提高脱除氮氧化物的效率。

以下配合图1、图2及图3说明本发明的工作原理：

工作正常时，工厂排放的富含氮氧化物的气体由待处理气入口8沿切向进入壳体7；同时吸收液罐4中强碱性吸收液由输送泵3输送至喷淋流化脱氮氧化物分离器7中，由底部的吸收液喷口10自下而上地喷淋进入所述壳体7中，在重力的影响下，纵向喷入的强碱性吸附液四处散开，形成无数吸附液雾滴并落下，重回喷淋流化分离器底部，此时连接底部的风机1将空气由进气口9吹入所述壳体7中，其持续向上吹气，将落下的吸附液雾滴重新向上吹起，形成循环，使吸附液雾滴密布整个分离器，密布的吸附液雾滴被切向高速旋转的富含氮氧化物的气体持续切割，使吸附液滴破碎重组，充分与待处理气体反应，最大程度的吸收氮氧化物，所述壳体7中去除氮氧化物后的气体经过回收挡板6与过滤网5后从顶部排出，而夹带的吸收液滴被过滤网5滤下后，被回收挡板6聚集，重新收集进入吸收液罐4内，循环利用。

在本发明中，氮氧化物气体和强碱性吸收液自身的流动形成离心场与压力梯度场，依靠离心场和压力梯度场进行喷淋流化吸收，强碱性吸收液通过自下而上的喷淋，回落后再行上升，形成循环，且受到氮氧化物气体切向的切割作用力，充分接触反应，大大提升了吸收效果。在本发明中，氮氧化物受到的阻碍较少，因此设备所需的压降较同类设备极低。

图4为本发明一种喷淋流化分离氮氧化物的方法的步骤流程图。如图4所示，本发明一种喷淋流化分离氮氧化物的方法，包括如下步骤：

步骤s1，将富含氮氧化物的待处理气体由喷淋流化分离氮氧化物的设备的切向喷入。具体地说，将工厂排放的富含氮氧化物的气体由所述设备的待处理气入口沿切向进入所述壳体中。

步骤s2，将强碱性吸附液从所述设备底部的吸收液喷口喷入所述壳体。在本发明具体实施例中，打开单向阀门，将吸收液罐中事先配置好的强碱性吸收液由输送泵输送至所述设备，由吸收液喷口自下而上地喷淋进入所述设备中，所述吸附液雾滴被切向高速旋转所述待处理气体持续切割，使吸附液雾滴破碎重组，充分与所述待处理气体反应，并且在重力的影响下，纵向喷入的强碱性吸附液四处散开，形成无数吸附液雾滴并落下，重回设备底部。

步骤s3，利用风机由所述设备底部的进气口持续向上吹气，将落下的吸附液雾滴重新向上吹起，形成循环，使吸附液雾滴密布整个分离器，以最大程度地吸收待处理气体中的氮氧化物。密布的吸附液雾滴被切向高速旋转的富含氮氧化物的气体持续切割，使液滴破碎重组，充分与待处理气体反应，最大程度地吸收待处理气体中的氮氧化物。

步骤s4，经净化后的气体则从所述设备顶部的气体出口排出。

优选地，于步骤s4之前，本发明一种喷淋流化分离氮氧化物的方法，还包括如下步骤：

在气体排出之前，利用一过滤装置于所述气体出口下方对去除氮氧化物后的气体进行过滤，所述过滤装置为一过滤网，经过过滤网，气体中夹带的吸收液滴会被过滤网滤下。

优选地，本发明一种喷淋流化分离氮氧化物的方法，还包括如下步骤：

利用设置于所述过滤装置下方的若干回收挡板对所述过滤装置滤下的夹带的吸附液进行回收收集，回收至所述吸收液罐中，以循环利用。本发明通过设置回收挡板不但能避免经去除氮氧化物后的气体过多吸收液液滴被夹带，导致过滤网负担太重，同时还能将过滤网滤下的吸收液进行回收利用，使其重新进入吸收液罐中，提高吸收液的利用效率

以下将通过一实施例来说明本发明：

在某石化公司的催化装置焚烧co焚烧锅炉烟气的处理中，按照本发明，对烟气进行中的nox进行去除回收，其具体运作过程及效果描述如下：

1.物料性质及相关参数

催化裂化co焚烧锅炉烟气的流量为128761nm³/h，初始温度为160℃，压力为5000pa，nox为700mg/nm³，so2为1500mg/nm³，h2o为10.1％。

2.烟气脱氮氧化物的喷淋流化脱氮氧化物分离器

该喷淋流化脱氮氧化物分离器为立式，所述喷淋流化脱氮氧化物分离器底部设有待处理气体入口、吸收液喷口、进气口、净化后气体出口、吸收液循环装置；其底部接有单向阀、循环泵、风机；循环泵将吸收液罐的吸收液输送至喷淋流化脱氮氧化物分离器的吸收液喷口，吸收液循环装置中的回收挡板不但能避免过多吸收液液滴被夹带，导致过滤网负担太重，同时还能将过滤网滤下的吸收液进行回收利用，使其重新进入吸收液罐中，提高吸收液的利用效率。

3.实施过程

工厂排放的富含氮氧化物的气体由待处理气体入口进入喷淋流化脱氮氧化物分离器；同时吸收液罐中强碱性吸收液由输送泵输送至喷淋流化脱氮氧化物分离器中，由吸收液喷口自下而上地喷淋进入喷淋流化脱氮氧化物分离器；风机将空气由进气口吹入喷淋流化脱氮氧化物分离器中，去除氮氧化物后的气体经过回收挡板与过滤网后排出，而夹带的吸收液液滴被过滤网滤下后，被回收挡板聚集，重新收集进入吸收液罐内，喷淋流化脱氮氧化物分离器中的吸收液液滴在上升至最大高度后四散落下，然后被气口中吹出的气体重新带起，循环吸收氮氧化物。

4.结果分析

通过使用本发明的淋流化分离氮氧化物的设备，烟气中的nox浓度可由700mg/nm³及以上降低至14mg/nm³以下，总体效率在98％以上。和其他工艺及装置相比，本发明简化了系统，节省了成本，能产生极大的经济效益。经试验证明，本发明之喷淋流化分离氮氧化物的设备可在不更换吸收液的情况下在连续工作10日以上。

综上所述，本发明一种喷淋流化分离氮氧化物的设备及方法通过将吸收液罐中强碱性吸收液由吸收液喷口自下而上地喷淋进入喷淋流化脱氮氧化物分离器，并通过风机将空气由进气口吹入喷淋流化脱氮氧化物分离器中，使得强碱性吸收液在分离器内循环喷淋，吸收效率极高，使得氮氧化物气体与吸收液可充分接触，提高了吸收效果；本发明通过采用自下而上喷淋设计以及流化设计，减少了设备的总占地面积和总投资。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

(1)采用由下而上的喷淋系统，并使用了流化技术，有效提高了去除氮氧化物的效果，增加了氮氧化物气体的处理量。

(2)本发明喷淋流化分离氮氧化物的设备的工作压降(即待处理气体通过本发明设备净化后的压降变化)较其他同类设备极低，仅为1-2kpa左右。

(3)本发明可根据实际工况调整底部气孔与喷孔的直径大小，可适应多种不同处理气量的工况。

(4)本发明的单级喷淋流化脱氮氧化物设备的脱硫吸附效率在98％以上，脱氮氧化物后nox含量可达20mg/nm³以下。

(5)本发明体积小，减少装置的总占地面积和总投资。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。