氮氧化物废气净化研究与设备开发

王 雷

（佛山市南海环境工程有限公司，广东 佛山 528200）

佛山是中国的铝型材产业基地，其中有许多铝材氧化厂是将铝材表面用磷酸、硫酸、硝酸等进行氧化加工的生产企业，生产时酸洗槽内会挥发产生硝酸雾、硫酸雾及大量黄色氮氧化物气体，对周围环境造成严重破坏，因其烟色较黄所以周围居民投诉较多。近年来对氮氧化物废气的处理一直缺乏较好的处理方式，一些处理方式设备投资大、工艺流程复杂；而一些处理方式对处理前污染物浓度及成分要求较高；但大多数氧化厂生产多为间断性生产，风量大污染物浓度较低、浓度变化大。所以找到一种针对污染源吸风量大，污染物浓度较低变化较大的处理设备及处理工艺具有较大的意义。本文通过采用高效填料吸收塔，用硫代硫酸钠在碱性条件下的还原作用对氮氧化物废气进行治理的工程实例进行研究，该技术具有工程造价低、工艺先进、操作可靠、运行管理费用低等特点。

1 吸收剂的选择

硫代硫酸钠在碱性溶液中是较强的还原剂，可将NO2还原为N2，适于净化氧化度较高的含NOx的尾气。主要的化学反应是：4NO2+2Na2S2O3+4NaOH=2N2↑+4Na2SO4+2H2O，处理本例黄色氮氧化物气体采用硫代硫酸钠作为还原剂，不仅对污染源浓度的变化要求不高，而且价格较低，可大大降低运行成本。

2 传质机理

吸收操作是溶质从气相转移到液相的过程，其中包括溶质由气相主体向气液界面的传递，及由界面向液相主体的传递。因此，要研究传质机理，首先就要搞清物质在单一相中的传递规律。物质在单一相中的传递是靠扩散作用。发生在流体中的扩散有分子扩散与涡流扩散两种。前者是凭借流体分子热运动而传递物质的，后者是凭借流体质点的湍动和旋涡而传递物质的。当液相中活泼组分的浓度足够大，而且发生的是快速不可逆反应时，若溶质组分进入液相后立即被消耗掉，则界面上的溶质分压为零，吸收过程速率为气膜中的扩散阻力所控制，可按气膜控制的物理吸收计算。当反应速率较低致使反应主要在液相主体中进行时，吸收过程中气液两膜的扩散阻力均有所变化，仅在液相主体中因化学反应而使溶质降低，过程的总推动力较单纯物理吸收的大。当情况介于上述二者之间时的吸收速率计算，目前仍无可靠的一般方法，设计时往往靠实测数据[1-2]。

3 吸收塔的设计

填料塔是一种重要的气液传质设备，它的结构简单而且具有阻力、便于用耐腐蚀材料制造等优点，由于性能优良的新型填料不断涌现以及填料塔在节能方面的优势，目前填料塔在环保产业中被广泛应用。填料是填料塔的核心。为使填料塔发挥良好的效能，填料应符合几项要求：1.要有较大的比表面积，2.要有较高的空隙率；3.从经济实用及可靠性出发，还要求单位体积填料重量轻、造价低、坚固耐用，不易堵塞，对气液两相介质都有良好的化学稳定性等等[3]。根据以上各项分析，我们选用目前环形填料中性能最为良好的塑料阶梯环作为吸收塔的填料，阶梯环填料是对鲍尔环加以改进的产物，这种填料孔隙率大，而且填料之间呈点接触，可使液膜不断更新，具有压强降小和传质效率高等特点。

4 工艺参数分析

4.1 氧化度对NOX吸收效率的影响

从图1可以看出：氧化度增大对净化效率就高，当氧化度超过50%后，净化效率变化不大。所以用于处理本例中氧化度较高的氮氧化物气体采用本工艺具有较好的吸收效率。

图1 氧化度对NOX吸收效率影响图

4.2 硫代硫酸钠法工艺操作指标见表1。

表1 硫代硫酸钠法工艺操作指标

4.3 液气比及空塔气速对净化效率的影响见表2。

从表2可知初始NOx浓度对净化效率影响不大，本类型氧化厂大多是间断性生产，污染源浓度变化较大，采用此工艺对于实际生产非常有利。

5 工程实例

以佛山某铝型材氧化厂为例，采用填料吸收塔进行吸收，塔径1.8 m，塔高7 m，填料层高度2.5 m（为提高吸收效率分两层在填料塔内布置）。废气处理设备引风机功率7.5 KW，循环水泵2.2 KW，总装机容量为9.7 KW。工程验收监测结果见表3。

表2 液气比及空塔气速对净化效率影响表

表3 工程验收监测表

从表3可以看出该工艺治理效果较好，处理后排放浓度达到广东省地方标准DB44/27-2001大气污染排放物限值二级标准，即：硫酸雾<40 mg/m3、氮氧化物<150 mg/m3。

6 总结

针对污染物的特性，选用合理的吸收溶剂，采用比表面积大、压降小、传质效率高的填料大大降低了能耗，提高了处理效率。采用耐腐蚀性能较好的玻璃钢引风机及吸收塔制作加工设备，设备制作加工简单，安装方便，耐蚀性能优良[3]。处理10 000 m³/h-15 000 m³/h的废气量投资仅需15万元左右。循环水池根据pH值的大小补充碱液及还原剂，对污染源初始浓度要求低，操作维护相当方便。