一种含氮氧化物工业废气的处理方法及处理装置

摘要

本发明公开一种含氮氧化物工业废气的处理方法，包括步骤：(1)将含NOx的废气输送至一脱硝塔的底部，将高锰酸盐脱硝剂输送至所述脱硝塔的顶部，所述高锰酸盐脱硝剂将所述NOx转化为硝酸盐，其余液流至所述脱硝塔底部；(2)将所述脱硝塔底部的所述余液输送至一电解槽中，所述电解槽通电，以将所述余液中的锰酸盐电解为高锰酸盐，从而形成所述高锰酸盐脱硝剂；以及(3)将电解后的所述高锰酸盐脱硝剂输送至所述脱硝塔的顶部。该方法可循环利用高锰酸盐进而降低运行费用，且不结垢堵塞脱硝塔，不污染环境。另外，本发明还提供一种含氮氧化物工业废气的处理装置。

权利要求

1.一种含氮氧化物工业废气的处理方法，其特征在于，包括步骤：(1)将含NOx的废气输送至一脱硝塔的底部，将高锰酸盐脱硝剂输送至所述脱硝塔的顶部，所述高锰酸盐脱硝剂将所述NOx转化为硝酸盐，其余液流至所述脱硝塔底部；

(2)将所述脱硝塔底部的所述余液输送至一电解槽中，所述电解槽通电，以将所述余液中的锰酸盐电解为高锰酸盐，从而形成所述高锰酸盐脱硝剂；以及(3)将电解后的所述高锰酸盐脱硝剂输送至所述脱硝塔的顶部。

2.如权利要求1所述的含氮氧化物工业废气的处理方法，其特征在于：当所述硝酸盐的浓度达到预设值时，将所述脱硝塔底部的所述余液输送至一分离系统中，蒸发结晶后回收所述硝酸盐。

3.如权利要求1所述的含氮氧化物工业废气的处理方法，其特征在于：还包括向所述电解槽内补充碱。

4.如权利要求1所述的含氮氧化物工业废气的处理方法，其特征在于：还包括向所述电解槽内补充电解质。

5.如权利要求1所述的含氮氧化物工业废气的处理方法，其特征在于：还包括在将含NOx的所述废气输送至所述脱硝塔的底部之前将所述废气输送至一脱硫装置进行脱硫处理。

说明书

一种含氮氧化物工业废气的处理方法及处理装置

技术领域

[0001] 本发明涉及废气脱硝领域，尤其涉及一种使用高锰酸盐脱硝剂的方法及装置。

背景技术

[0002] 随着我国经济的持续发展，能源消耗在逐年增加，NOx的排放量急速增加。氮氧化物对环境和人体、动植物的影响十分严重，NOx作为酸性气体，经氧化后溶于水生成HNO3、HNO2，并随雨水降到地面，形成酸雨。排入大气中的NOx与碳氢化合物等一次污染物在紫外线的作用下发生光化学反应产生二次污染物，这些一、二次污染物的混合物将形成光化学烟雾。NOx也是细颗粒物的前体物，细颗粒物对空气质量和能见度等有重要的影响，细颗粒物对人体呼吸系统、心血管系统、癌症、生殖与神经系统都有很严重的危害。基于氮氧化物危害的严重性，国家出台了一系列的法律法规控制氮氧化物的排放，例如“十二五”期间我国已把NOx作为约束性指标并纳入区域总量控制范围。

[0003] 针对国内废气脱硝领域，适应于锅炉、工业窑炉、金属表面处理、钢铁、焦化等行业含氮氧化物废气的投资少、效率高的脱硝技术是不少学者的研究重点。湿法脱硝技术研究最多的是氧化吸收法和络合吸收法。络合吸收法因常用的络合剂Fe2+易被氧化，需要加入抗氧化剂，再生系统复杂，能耗高、运行成本高，难于推广使用；氧化吸收法往往具有去除效率高，吸收速率快、设备较为简单、运行方便等优点，能与现阶段成熟的湿法脱硝技术相结合，是相对有前途、有研究价值的一类技术。氧化吸收法是通过氧化剂将NO氧化成NO2，然后用水吸收或者碱溶液吸收进行处理，或者在碱溶液中添加氧化剂，边氧化边吸收。

[0004] 其中，KMnO4已被证明是一种有效的脱硝氧化剂，无论在酸性或碱性环境中，均能获得理想的脱硝效率，但KMnO4由于存在其自身缺陷使其在工业上的应用成为一大技术难题。首先，KMnO4价格较贵，而且高浓度的含锰废水如不处理会造成水体重金属污染，因此废水处理成本较高；另外，也是最主要的，使用KMnO4作为脱硝氧化剂，将KMnO4自脱硝塔的顶部喷入，废气自脱硝塔的底部输入，KMnO4将废气中的NOx转化为硝酸盐，少部分KMnO4在氧化脱硝的过程中首先被还原成K2MnO4，由于大部分KMnO4并未参与反应，为节约成本，会将脱硝塔底部的余液循环使用，将其再次喷入脱硝塔的顶部，在多次循环使用后部分K2MnO4被还原成MnO2,MnO2是不溶于水的固态沉淀物，从而造成脱硝设备结垢、堵塞，需要短周期更换材料与设备。由于存在上述缺陷，KMnO4氧化脱硝在工业上难以得到推广应用，是为本领域的一大技术难题。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于克服现有技术中高锰酸盐脱硝剂成本较高、易结垢堵塞的技术缺陷，提供一种使用高锰酸盐脱硝剂处理含氮氧化物工业废气的方法及装置。

[0006] 为实现上述目的，本发明提供了一种含氮氧化物工业废气的处理方法，包括步骤：(1)将含NOx的废气输送至一脱硝塔的底部，将高锰酸盐脱硝剂输送至所述脱硝塔的顶部，所述高锰酸盐脱硝剂将所述NOx转化为硝酸盐，其余液流至所述脱硝塔底部；(2)将所述脱硝塔底部的所述余液输送至一电解槽中，所述电解槽通电，以将所述余液中的锰酸盐电解为高锰酸盐，从而形成所述高锰酸盐脱硝剂；以及(3)将电解后的所述高锰酸盐脱硝剂输送至所述脱硝塔的顶部。

[0007] 较佳地，当所述硝酸盐的浓度达到预设值时，将所述脱硝塔底部的所述余液输送至一分离系统中，蒸发结晶后回收所述硝酸盐。

[0008] 较佳地，所述含氮氧化物工业废气的处理方法还包括向所述电解槽内补充碱。

[0009] 较佳地，所述含氮氧化物工业废气的处理方法还包括向所述电解槽内补充电解质。

[0010] 较佳地，所述含氮氧化物工业废气的处理方法还包括在将含NOx的所述废气输送至所述脱硝塔的底部之前将所述烟气输送至一脱硫装置进行脱硫处理。

[0011] 本发明还提供一种含氮氧化物工业废气的处理装置，包括一脱硝塔、一电解槽及一输送装置，所述输送装置将含NOx的废气输送至所述脱硝塔的底部，并将高锰酸盐脱硝剂输送至所述脱硝塔的顶部，所述高锰酸盐脱硝剂将所述NOx转化为硝酸盐，其余液流至所述脱硝塔底部，所述输送装置再将所述脱硝塔底部的所述余液输送至所述电解槽内，所述电解槽可将所述余液中的锰酸盐电解为高锰酸盐，从而形成所述高锰酸盐脱硝剂，所述输送装置将电解后的所述高锰酸盐脱硝剂输送至所述脱硝塔的顶部。

[0012] 较佳地，所述含氮氧化物工业废气的处理装置还包括与所述输送装置相连的一监控装置，所述监控装置监控所述硝酸盐的浓度，当所述硝酸盐的浓度达到预设值时，所述输送装置将所述脱硝塔底部的所述余液输送至一分离系统中，所述分离系统蒸发结晶后回收所述硝酸盐。

[0013] 较佳地，所述含氮氧化物工业废气的处理装置还包括与所述电解槽相连的一药剂投加装置，用以向所述电解槽内补充碱。

[0014] 较佳地，所述含氮氧化物工业废气的处理装置还包括与所述电解槽相连的一药剂投加装置，用以向所述电解槽内补充电解质。

[0015] 较佳地，所述含氮氧化物工业废气的处理装置还包括与所述脱硝塔相连的一脱硫装置，所述输送装置在将含NOx的所述废气输送至所述脱硝塔的底部之前将所述废气输送至所述脱硫装置进行脱硫处理。

[0016] 与现有技术相比，本发明的含氮氧化物工业废气的处理方法及处理装置具有以下几点优点：(1)高锰酸盐脱硝剂的氧化性强，能够高效脱除废气中的NOx，脱污率高；(2)利用电解技术促使高锰酸盐循环再生，高锰酸盐脱硝剂在脱硝塔内氧化吸收氮氧化物后生成副产物锰酸盐，然后被输送至电解槽内，在电解槽的阳极发生反应：MnO42--e-→MnO4-，可以将副产物+6价锰通过电解转换为所需的+7价锰，不但使高锰酸盐循环利用，同时达到减少副产物锰酸盐的目的，既满足脱硝要求，又降低了成本，运行费用低；(3)本发明所用设备简单，投资少，适用于所有含NOx废气的净化处理，如锅炉、工业窑炉、金属表面处理、钢铁、焦化等行业的废气，适用范围广，经济环境效益可观；(4)废气中的NOx可以转化为有高经济价值、用途广泛的硝酸盐，使得氮资源得到充分回收利用；(5)高锰酸盐在氧化脱硝的过程中首先被还原成锰酸盐，并在被循环利用之前使用电解槽将余液中的锰酸盐及时地转换成了高锰酸盐，防止了锰酸盐在进一步氧化脱硝的过程中被还原成二氧化锰，因此脱硝工艺能连续稳定运行，不存在现有的脱硝设备常存在的诸如结垢、堵塞和短周期更换材料与设备等问题。

附图说明

[0017] 图1是本发明含氮氧化物工业废气的处理装置的示意图。

具体实施方式

[0018] 现在参考附图描述本发明的实施例，附图中类似的元件标号代表类似的元件。

[0019] 本发明提供了一种含氮氧化物工业废气的处理方法及处理装置，可循环利用氧化脱硝剂高锰酸盐，进而降低运行费用。

[0020] 如图1所示，废气经过除尘后进入脱硫装置7进行脱硫处理，脱硫后的废气经输送装置自脱硝塔3的底部输入。具体地，输送装置包括一风机5，风机5与脱硝塔3及脱硫装置7相连，且风机5的输出端设有一曝气头4，风机5可将脱硫后的废气经曝气头4输送至脱硝塔3的底部。脱硝塔可为现有技术中所有用于脱硝的装置，例如喷淋塔或气动乳化塔，在此不做限制。高锰酸盐脱硝剂为氧化剂，用以脱除废气中的NOx，在本实施例中包括有高锰酸盐及碱，高锰酸盐脱硝剂自脱硝塔3的顶部经输送装置的泵2泵入，向下的高锰酸盐脱硝剂与向上的含NOx的废气气液接触，并将废气中的NOx氧化吸收，由于高锰酸盐的氧化性强，废气的脱硝率高，并可以根据排放要求进行调整，最高可达99％以上，脱硝后的废气自脱硝塔3的顶部达标排出，氧化吸收NOx后的余液流至脱硝塔3的底部。

[0021] 具体地，在脱硝塔3内发生的脱硝反应方程式有：

[0022] 3MnO4-+NO+4OH-→3MnO42-+NO3-+2H2O；

[0023] MnO4-+NO2+2OH-→MnO42-+NO3-+H2O；

[0024] 从上述脱硝反应方程式中可知，反应产生了副产物锰酸根，其氧化性低于高锰酸根，且其在重复利用的过程中可能被还原成MnO2，MnO2是不溶于水的固态沉淀物，从而造成脱硝设备结垢、堵塞，需要短周期更换材料与设备；另外，由于其含有金属元素锰，也不可随意排放，需要得到妥善处理后才可排放，这样增加了污水处理成本。为此，本发明的处理装置提供一电解槽1，将脱硝塔3底部的余液输送至该电解槽1中，电解槽1通电，以将余液中的锰酸盐电解为高锰酸盐。具体地，该电解槽1可采用任何形式的电解方法，例如隔膜法，离子交换法等，在本实施例中采用无隔膜、动态电解法，电解温度控制在20～95℃之间，且该电解槽1的电流密度可调节，较佳地，电流密度的范围为5～150mA/cm2。

[0025] 具体地，电解槽1内发生的电解反应方程式有：

[0026] 阳极，MnO42—e-→MnO4-；以及

[0027] 阴极：2H++2e-→H2↑。

[0028] 从上述电解反应方程式可知，锰酸盐失电子重新生成具有强氧化性的高锰酸盐，得以再生，可循环利用，电解产生的氢气可回收利用或直接排放。

[0029] 从上述脱硝反应方程式中亦可知，高锰酸盐脱硝剂将NOx转化为硝酸盐，其具有工业价值，可回收利用。具体地，本发明的处理装置还包括与输送装置相连的一监控装置(图未示)，监控装置监控硝酸盐的浓度，当硝酸盐的浓度达到一预设值时，输送装置将脱硝塔3底部的余液输送至一分离系统6中，分离系统6蒸发结晶后回收硝酸盐，余液含有锰酸盐及高锰酸盐，输送至电解槽1内进行电解。可见，本发明无废水产生，无二次污染问题，且可将废气中的NOx转化为有经济价值的硝酸盐。

[0030] 较佳地，本发明的处理装置还包括与电解槽相连的一药剂投加装置8，用以向电解槽1内补充碱，其投加量可根据实际需要进行增减。另外，为了提高电解效率，会通过药剂投加装置8向电解槽1加入适量的电解质，如硫酸盐、硝酸盐或磷酸盐等。

[0031] 依据以上含氮氧化物工业废气的处理方法及处理装置，同时进行以下几组数据测试。

[0032] 第一组：将质量百分比浓度为0.5％的高锰酸钾溶液自脱硝塔3的顶部向下喷淋，3
将NOx浓度为1314.84mg/m的废气自脱硝塔3的底部输入，余液进入电解槽1内进行电解后循环利用，电解温度为20℃，电流密度为5mA/cm2。脱硝后的废气自脱硝塔3的顶部达标排出，检测排放的废气的NOx浓度为65.74mg/m3，脱硝率达到了95％。

[0033] 第二组：将质量百分比浓度为0.4％的高锰酸钾溶液自脱硝塔3的顶部向下喷淋，3
将NOx浓度为812.74mg/m的废气自脱硝塔3的底部输入，余液进入电解槽1内进行电解后循环利用，电解温度为60℃，电流密度为80mA/cm2。脱硝后的废气自脱硝塔3的顶部达标排出，检测排放的废气的NOx浓度为56.08mg/m3，脱硝率达到了93.1％。

[0034] 第三组：将质量百分比浓度为0.5％的高锰酸钾溶液自脱硝塔3的顶部向下喷淋，3
将NOx浓度为799.70mg/m的废气自脱硝塔3的底部输入，余液进入电解槽1内进行电解后循环利用，电解温度为80℃，电流密度为100mA/cm2。脱硝后的废气自脱硝塔3的顶部达标排出，检测排放的废气的NOx浓度为6.00mg/m3，脱硝率达到了99.25％。

[0035] 第四组：将质量百分比浓度为0.1％的高锰酸钾溶液自脱硝塔3的顶部向下喷淋，将NOx浓度为796.80mg/m3的废气自脱硝塔3的底部输入，余液进入电解槽1内进行电解后循环利用，电解温度为95℃，电流密度为150mA/cm2。脱硝后的废气自脱硝塔3的顶部达标排出，检测排放的废气的NOx浓度为78.56mg/m3，脱硝率达到了90.14％。

[0036] 从以上四组数据可知，本发明的含氮氧化物工业废气的处理方法及处理装置具有高脱硝率，脱硝率均在90％以上。

[0037] 与现有技术相比，本发明的含氮氧化物工业废气的处理方法及处理装置具有以下几点优点：(1)高锰酸盐脱硝剂的氧化性强，能够高效脱除废气中的NOx，脱硝率高，可达到90％以上；(2)利用电解技术促使高锰酸盐循环再生，高锰酸盐脱硝剂在脱硝塔内氧化吸收氮氧化物后生成副产物锰酸盐，然后被输送至电解槽内，在电解槽的阳极发生反应：MnO42--e-→MnO4-，可以将副产物+6价锰通过电解转换为所需的+7价锰，不但使高锰酸盐循环利用，同时达到减少副产物锰酸盐的目的，既满足脱硝要求，又降低了成本，运行费用低；(3)本发明所用设备简单，投资少，适用于所有含NOx废气的净化处理，如锅炉、工业窑炉、金属表面处理、钢铁、焦化等行业的废气，适用范围广，经济效益可观；(4)废气中的NOx可以转化为有高经济价值、用途广泛的硝酸盐，使得氮资源得到充分回收利用；(5)高锰酸盐在氧化脱硝的过程中首先被还原成锰酸盐，并在被循环利用之前使用电解槽将余液中的锰酸盐及时地转换成了高锰酸盐，防止了锰酸盐在进一步氧化脱硝的过程中被还原成二氧化锰，因此脱硝工艺能连续稳定运行，不存在现有的脱硝设备常存在的诸如结垢、堵塞和短周期更换材料与设备等问题。

[0038] 以上所揭露的仅为本发明的优选实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。