[发明专利]一种工业生产窑炉氮氧化物尾气的治理方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种废气治理方法和装置，特别是工业生产窑炉氮氧化物尾气的治理方法和装置。

背景技术

工业生产窑炉经常会排放大量含有氮氧化物的废气，其成分主要为一氧化氮(NO)、一氧化二氮(N₂O)、二氧化氮(NO₂)等，是国家限制排放的主要大气污染物之一。特别是催化剂生产窑炉排放的废气，其氮氧化物浓度高，颜色呈棕红色或者棕黄色，对环境和人的健康极具危害性。例如采用金属与硝酸(浓硝酸或稀硝酸)反应生产催化剂或使用金属硝酸盐作为原料时，在催化剂干燥、焙烧活化等阶段窑炉均会排放出含氮氧化物的废气。催化剂生产窑炉排放的氮氧化物尾气有如下特点：(1)浓度高。催化剂焙烧过程中催化剂浸渍的硝酸盐、胺等含氮物质在高温下集中分解或氧化生成氮氧化物，氮氧化物浓度非常高，有些品种的催化剂所产生的氮氧化物浓度达到10000-30000mg/m³，气体呈深红棕色，排放到大气中危害非常大。(2)排气量波动大。由于催化生产有些不是连续的过程，并且焙烧的不同温度阶段、相同温度的不同时间，废气的产生量都有很大变化。对后续的废气处理带来很大的问题。当废气产生量大而废气处理装置的处理量小时，窑炉尾气就会发生泄漏，对操作人员的身体健康造成损害。当废气产生量小而废气处理装置的处理量大时，催化剂粉末就会通过管道进入废气处理装置而损失，催化剂产率下降，同时对废气处理装置的正常操作造成很大危害。(3)粉尘含量高，粉尘粒径小，难以去除。催化剂生产废气的粉尘问题是催化剂废气处理的难点。由于一些催化剂是以粉末状态进行焙烧，其粉尘的粒径非常小，采用常规的布袋除尘、旋风除尘都难以完全去处，对废气处理装置的危害很多，对填料塔等吸收装置往往几天就可能堵死而停车。(4)废气温度高。催化剂窑炉出口废气温度高达700-800℃，即使经过管道输送后也会有300-400℃，如果没有降温措施，处理后排放的尾气温度很高，产生严重的热污染。

氮氧化物废气处理技术，可分为干法和湿法两类。干法包括将废气中的NOx还原为氮气的氨选择性催化还原法(SCR)，如氨选择性非催化还原法、金属碳基催化剂催化还原法等；吸附法(分子筛、活性炭、硅胶和含NN₃的泥煤等)；等离子体活化法等。湿法包括水吸收法、碱液吸收法、氨水吸收法、氧化吸收法、硫代硫酸钠还原法、尿素吸收还原法及络合吸收法等。

干法处理技术中，吸附法由于现有吸附剂的吸附容量较小、用量大、需再生处理等原因，在NOx废气处理中一般应用较少。氨选择性催化还原法及氨选择性非催化还原法，目前已成为锅炉烟气脱硝技术研究及应用的热点。但实践证明，在治理工业窑炉生产过程中产生的NOx废气时，氨选择性催化还原法处理方法并不适合，其主要原因是由于NOx排放的不均匀性，造成操作温度及投氨量难以控制，导致催化剂床层及设备内构件烧结，另外该反应的副反应多，可重新生成NOx，氨易穿透，排出气中经常可见大黄烟和大白烟，产物为NH₄NO₂、NH₄NO₃、NH₃等。因此，采用干法技术处理工业窑炉废气时，应对工艺流程、催化剂及设备等进行深入研究。

湿法处理技术中，吸收液种类多，应用较为普遍。如碱液吸收法(包括NaOH、Na₂CO₃)在国内已广泛应用于硝酸生产及使用过程中的尾气处理，并副产硝酸钠和亚硝酸钠产品。氨水液相吸收法和氨水喷淋法在锅炉烟气处理上也得到应用。硫代硫酸钠还原法、尿素还原法等在航天、硝酸生产与使用、催化剂生产等行业废气处理中也逐渐得到应用。同干法相比，湿法具有较大的操作弹性，可选择不同的反应体系，更适合于工业窑炉生产废气的处理。

湿法氮氧化物处理工艺的主体设备是提供气液接触、传质、反应的吸收塔。现有的吸收塔分为两种：一种是气液两相逆流接触的喷淋吸收塔(带填料或空塔)，在这种设备中，气相是连续相，液相是分散相；另一种是气液两相鼓泡接触反应器，运行过程中，液相是连续相，气相是分散相。这两种设备在废气处理过程中都存在局限性：喷淋塔压降小，动力消耗少，但气液接触表面积低，设备效率较低；鼓泡反应器为了提供较大的气液两相的接触面积，必须增加液体深度，这样就会使压降增加，动力消耗增大，而且也容易造成堵塞。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种费用低廉，工艺简单的工业生产窑炉氮氧化物尾气的治理方法和装置。