本发明属于化工废气治理技术领域，涉及一种煤制浆系统废气净化装置及工艺。
背景技术：
水煤浆(cwm)是由约63wt％不同粒度分布的原煤、36wt％的水和约1wt％的添加剂，经过煤制浆工艺制备的清洁煤基流体燃料。水煤浆气化技术将固体的煤燃料变成流态的煤燃料，使其具备了类似重油的液态燃烧应用特点，极大的推动了煤炭的清洁利用，不仅可以取得较好的环境效益，还能够取得可观的代油经济效益和节能效益。
但煤气化行业内普遍存在产业链废水难处理的现状，为此煤制浆系统也承担了处理产业链废水的职责。煤制浆系统为敞开系统，废水成分复杂，包括硝基酚废水、甲醇洗涤水、硫回收废水以及生化污泥等等，其挥发性废气(含nh3、ch3oh以及硝基酚等)不可避免的排放在环境中，造成人员中毒风险及环保问题。煤制浆系统挥发性废气(含nh3、ch3oh以及硝基酚等)的治理，已成为水煤浆气化行业迄需解决的难题。
废气净化塔是一种常用的废气处理设备，利用吸收液与废气接触，通过气液传质，将废气中的污染物拦截到吸收液中，降低废气中的污染物浓度。常规的废气净化塔，塔内吸收液在使用到一段时间后，吸收效率下降，需要更换吸收液才能恢复设计的吸收效率，在一个吸收液更换周期内，净化塔的处理效率会上下波动，提高吸收液更换频率可以保持处理效率相对稳定，但造成吸收液使用量增加，同时废弃的吸收液处理量增加，造成浪费。
专利cn104307313a中采用多级废气洗涤塔，包括串联设置的多个废气洗涤塔，每个废气洗涤塔包括一塔体、一水箱、一循环泵和喷淋管，循环泵连接在水箱和喷淋管之间形成水循环回路。该方案能够尽管能够较好的保证废气净化处理效果，但同时存在占地面积较大，工艺流程长等问题。
技术实现要素：
本发明的目的是提出一种煤制浆系统的废气净化装置及工艺，采用物理吸收净化处理废气，通过对废气净化塔结构进行优化，提供高效、多功能、低成本的吸收液，来提高废气净化内的净化效果，保证尾气中的污染物含量达到排放标准，同时降低废液的产生量，降低占地面积，提高资源利用率。
同时本发明还提供一种其所用吸收液，具有高效、多功能、低成本等特点。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
一种煤制浆系统的废气净化装置，其包括一个废气净化塔、离心抽负机、循环水泵、废水外送泵、循环水换热器，废气净化塔具有进风口、出风口、新鲜吸收液入口、第一排放料口、第二排放料口，
其中离心抽负机连接废气净化塔的进风口，废气净化塔的第一排放料口经由循环水泵连接于循环水换热器入口，循环水换热器出口经由管道返回到废气净化塔的塔体内，废气净化塔的第二排放料口经由废水外送泵连接到废水处理系统，
所述废气净化塔包括塔体，所述塔体下部设置有进风口和第一排放料口，顶部设置有出风口，底部设置有第二排放料口，
塔体内部包括位于塔体上部的新鲜吸收液吸收段和位于塔体中部或下部的循环液吸收段，在新鲜吸收液吸收段的上方设有丝网除抹器，新鲜吸收液吸收段设有与新鲜吸收液入口连通的水分布器(优选槽式分布器，如朱菊香在《填料塔中液体分布器的结构改进》中描述的改进型整体排管式液体分布器)、一个或多个装有填料的填料支撑网板；
循环液吸收段设有气液流均布装置，
新鲜吸收液吸收段和循环液吸收段之间设置有循环液喷嘴，其经由管道与循环水换热器出口连接。
进一步地，水分布器为槽式分布器，顶部填料层采用散堆填料，优选特拉瑞填料，保证新鲜吸收液对废气吸收效果及减少气体夹带。
进一步地，循环吸收段在循环液喷嘴(循环液喷淋装置)与废气进口之间设置多个气液流均布装置，所述气液流均布装置包括多个水平间隔排列的引流杆，所述的引流杆的横截面呈倒y型结构。
在新鲜吸收液吸收段与循环液吸收段之间设置有循环液喷嘴，优选高效喷嘴，所述的高效喷嘴通过耐酸碱管路及循环水泵与设置于塔釜的循环水相连。
该废气的组成，氨含量50～150ppm(排放阈值标准＜25ppm)、甲醇含量100～200ppm(排放阈值标准＜130ppm)，其它组分气体含量极低(未检测到)，粉尘颗粒含量极低(分析方法未检测到)。废气成分中主要为nh3和ch3oh，废气中的nh3含量在50～150ppm，ch3oh含量在100～200ppm，硝基酚含量在10～20ppm，还可包括ch3coch3、ch3ch2och2ch3、ch3ch(oh)ch2oh、h2s、co2、n2、正戊烷、异戊烷中的一种或多种以上(例如三种或三种以上)。ch3coch3含量一般在5～10ppm。
废气由废气净化塔下部进风口进入，并在塔内向上运动，与喷嘴喷出的循环液进行逆流接触，净化吸收废气中的部分污染物后，通过新鲜吸收液吸收段填料层与从槽式分布器中流出的新鲜吸收液再次充分接触，达到净化效果。最终处理后的干净气经过出风口排出。
优选的，所述气液流分布的引流杆与废气进口通道中心线之间的夹角为90±5°，且从靠近废气进口通道的一侧至远离废气进口通道的一侧其排列由密集变稀疏。根据气量情况优化整流效果，使废气与循环液充分接触。
优选的，所述气液流均布装置的引流杆之间的缝隙面积总和与吸收塔筒体对应处的横截面积之比为45～75％，最佳为50～60％，从而在不影响循环液与废气接触的情况下，对吸收塔内气流进行合理均布。
优选的，所述倒流杆的倒y型顶角为35～75°，导流杆从倒y型顶角至底部的高度为200～400mm，最佳为导流杆的倒y型顶角为45～65°，导流杆从倒y型顶角至底部的高度为250～350mm。实现对吸收塔内气流有效调整，增加废气与循环液的接触时间和接触面积，提高循环液的利用率。
优选的，该废气净化塔设置的循环液喷嘴选用锥形喷嘴结构，能够提供流体较高的动压能，对周围气体有较好的卷吸作用，使得四周气体的速度较高。同时针对锥形喷嘴结构的收缩角进行优化，选用收缩角角度为0～90°，优选60～90°，得到最优的初始雾化锥角。同时喷嘴内部增加气流通道，通过添加高压空气作为雾化介质，使其直接冲击液体表面来加速液滴的破碎，提高雾化质量。
优选的，所述塔体上设置有排放料口及检测口，以方便观察塔体内的喷洒状态及更换填充料。
优选的，所述填料为特拉瑞填料。特拉瑞填料是一种高效率，低压损的填充材，外形犹如螺丝缠绕而成，其吸附效果优于管型填充材，且在同等体积下可降低40％～50％的静压损失，在同等压降下体积可减少35％～50％，且空隙率大物质转移系数高，其处理效率比其他型填充材提高26％～35％。
本发明进一步提供了使用上述装置的一种煤制浆系统废气净化工艺，该工艺包括：
(a)废气首先通过离心抽负机收集后通过废气净化塔的进风口、气液流分布器、填料支撑网板中装有的填料层，依次与从循环液喷嘴喷入的循环液和从水分布器分布的吸收液进行充分气液接触，吸收净化后的废气外排大气；
(b)吸收污染物后的塔釜液，部分通过循环液泵、循环液换热器、管道后由循环液喷嘴重新喷入塔体内；
(c)部分塔釜液通过废液外送泵外送至废液处理系统。
优选的，本发明中喷淋吸收的循环液中的氨含量在0.05～4％，优选0.5～2％，甲醇含量在0.05～4％，优选的0.75～3％。
优选的，本发明中经过换热器后的循环液温度在30～50℃，优选的温度在30～35℃。
优选的，本发明中的吸收液包含1～10wt％的磺酰胺酸，1～5wt％的有机酸活性剂和85～95wt％的水，优选的磺酰胺酸含量在4～6wt％，有机酸活性剂在2～4wt％，水含量在90～94wt％。
本发明中吸收液，其特征在于所述的磺酰胺酸，不仅具有不挥发、无臭味和对人体毒性较少的特点，同时含有氨基和磺酸基的双官能团物质，能进行许多有关化学反应，其中磺酰胺酸能与氨发生反应生成氨基磺酸铵，同时也能分别与硝基酚、甲醇发生加成反应，相关反应方程式如下：
hso3nh2 ch3oh→ch3oso2onh4
hso3nh2 no3c6h4oh→no3c6h4oso2onh4
hso3nh2 nh3→nh4so3nh2
优选的，本发明中有机酸活性剂为十二烷基苯磺酸钠、鼠李糖和皂素中的一种或多种。能够有效促进磺酰氨酸吸收nh3、ch3oh、硝基酚等物质，提高反应速率，同时能较好地吸收反应产物，避免反应产物析出，造成设备管道等腐蚀。
优选的，本发明中吸收液，其特征在于所述吸收液中总酸浓度为1～15wt％。
优选的，本发明中的吸收液中添加浓度范围为0.01～2.5wt％的缓蚀剂、0.01～2.5wt％的消泡剂。其中，缓蚀剂可以选自苯并三唑、膦腔酸、硅酸盐、聚磷酸盐、铬酸盐中的一种或多种，消泡剂可以选自磷酸三丁脂、二甲基硅油、聚氧乙烯氧丙烯甘油中的一种或多种。
优选的，本发明中所述的吸收液，其特征在于所述吸收液的ph值控制在6-8之间。
本发明还涉及用于吸收煤制浆系统废气的上述吸收液。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明的煤制浆系统废气净化塔，废气在净化塔内顺向流动，吸收液持续加入并在塔内逆向串联流动，废气首先与含有初级污染物浓度较高的吸收液接触，最后与清洁的吸收液接触，保证了处理效率的平稳，提高了吸收液的吸收效率，使废气的排放达到环保标准，同时减少废液的产生。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
说明书附图
图1是本发明的煤制浆系统的废气净化塔结构示意图。
图2是发明的煤制浆系统的废气处理系统的结构示意图。
图3是锥形喷嘴的剖视图。
具体实施方式
以下通过实施例进一步说明本发明。
如图1-3所示，一种煤制浆系统的废气净化装置，其包括一个废气净化塔1、离心抽负机11、循环水泵12、废水外送泵13、循环水换热器，14废气净化塔具有进风口2、出风口3、新鲜吸收液入口5、第一排放料口15、第二排放料口16，
其中离心抽负机11连接废气净化塔1的进风口2，废气净化塔1的第一排放料口15经由循环水泵12连接于循环水换热器14入口，循环水换热器14出口经由管道，即耐酸碱的管路9返回到废气净化塔1的塔体内，废气净化塔1的第二排放料口15经由废水外送泵13连接到废水处理系统，
所述废气净化塔包括塔体，所述塔体下部设置有进风口2和第一排放料口15，顶部设置有出风口3，底部设置有第二排放料口16，
塔体内部包括位于塔体上部的新鲜吸收液吸收段和位于塔体中部或下部的循环液吸收段，在新鲜吸收液吸收段的上方设有丝网除抹器4，新鲜吸收液吸收段设有与新鲜吸收液入口5连通的水分布器(优选槽式分布器)、一个或多个装有填料的填料支撑网板6；
循环液吸收段设有气液流均布装置7，
新鲜吸收液吸收段和循环液吸收段之间设置有循环液喷嘴8，其经由管道与循环水换热器出口连接，用于喷射循环液。
图3中的α角为锥形喷嘴的收缩角，喷嘴外围为压缩空气，沿着喷嘴的外壁被夹带到液相中。
实施例1
如图1所示，本实施例的废气净化塔1包括塔体，塔体底部设置有进风口2，顶部设置有出风口3及丝网除沫器4，新鲜吸收液入口5、槽式分布器18。塔体内部设置有两个填料支撑网板6，填料支撑网板6上放置有填料以形成填料层，以及在新鲜吸收液吸收段与循环液吸收段之间设置有喷嘴(循环液喷淋喷嘴装置)8；在循环吸收段在循环液喷淋喷嘴装置(喷嘴8)与废气进口(进风口2)之间设置多个气液流均布装置7；，喷嘴8通过耐酸碱的管路9及循环水泵12与设置于塔釜循环水出料口(第二排放料口16)相连(图中未画出填料)。
废气净化塔设置有离心机抽负11，调节变频，在保证抽负效果的同时，实现节能。设置有循环水泵12和废水外送泵13。同时设置循环水换热器14，保证循环吸收液的吸收效果。
塔体上设置有第一和第二排放料口15、16及检测口17。
上述填料为特拉瑞填料。
图3中的α角为锥形喷嘴的收缩角，喷嘴外围为压缩空气，沿着喷嘴的外壁被夹带到液相中，此类液流喷速高，雾化效果好。
参见图1及图2煤制浆废气净化系统，沿气流方向依次通过离心抽负机11、进风口2、气液流均布装置7、填料层6、丝网除沫器4以及顶部设置有出风口3后外排大气。沿液流方向，新鲜吸收液通过新鲜吸收液入口5、填料层6、填料层7、第二排放料口16后，部分通过循环水泵12、循环水换热器14、耐酸碱的管路9、循环液喷嘴8后重新入塔体1中，部分塔釜液通过废水外送泵13外送至废水处理工序。
所述的20000nm3/h煤制浆系统废气含105ppmnh3、120ppmch3oh、30ppm硝基酚、10ppmch3coch3，其中气液流均布装置中引流杆与废气进口通道中心线之间的夹角为90°，引流杆之间的缝隙面积总和与吸收塔筒体对应处的横截面积之比为50％，倒流杆的倒y型顶角为45°，导流杆从倒y型顶角至底部的高度为300mm。塔内喷嘴选用高效锥形喷嘴，其喷嘴收缩角选用90°。新鲜吸收液组成为8wt％的磺酰胺酸，4wt％的有机酸活性剂十二烷基苯磺酸钠和88wt％的水。同时添加相对于新鲜吸收液的1.5wt％的缓蚀剂、1.5wt％的消泡剂，ph值控制在6.5。经过该废气净化系统后，尾气中的甲醇含量为0ppm，氨含量为10ppm，硝基酚含量为2ppm，乙醚含量为0ppm，废气排放的甲醇、氨等均符合尾气排放标准。同时捕汲废气中nh3和ch3oh后的循环液经过换热器温度在30℃(nh3含量为0.1％，甲醇含量为0.75％，硝基酚0.05％)，捕汲污染后的部分塔釜液输送至水处理工序，符合废水处理工序接受要求，现场环境闻不到煤制浆废水废气味道。
实施例2
如图1所示，本实施例的废气净化塔1包括塔体，塔体底部设置有进风口2，顶部设置有出风口3及丝网除沫器4，新鲜吸收液入口5，槽式分布器18。塔体内部设置有两个填料支撑网板6，填料支撑网板6上放置有填料以形成填料层；填料层之间设置有高效锥形喷嘴(循环液喷嘴)8，锥形喷嘴8通过耐酸碱的管路9及循环水泵12与设置于塔釜液相连(图中未画出填料)。
废气净化塔设置有离心抽负机11，调节变频，在保证抽负效果的同时，实现节能。设置有循环水泵12和废水外送泵13。同时设置循环水换热器14，保证循环吸收液的吸收效果。
塔体1上设置有第一、第二排放料口15、16及检测口17。
上述填料为特拉瑞填料。
图3中的α角为锥形喷嘴的收缩角，喷嘴外围为压缩空气，沿着喷嘴的外壁被夹带到液相中，此类液流喷速高，雾化效果好。
参见图1及图2煤制浆废气净化系统，沿气流方向依次通过离心抽负机11、进风口2、填料层6、丝网除沫器4以及顶部设置有出风口3后外排大气。沿液流方向，新鲜吸收液通过新鲜吸收液入口5、槽式分布器18、填料层6、气液流均布7、第二排放料口16后，部分通过循环水泵12、循环水换热器14、耐酸碱的管路9、循环液喷嘴8后重新入塔体1中，部分塔釜液通过废水外送泵13外送至废水处理工序。
所述的20000nm3/h煤制浆系统废气含140ppmnh3、150ppmch3oh、20ppm硝基酚、15ppmch3coch3，，其中气液流均布装置中引流杆与废气进口通道中心线之间的夹角为80°，引流杆之间的缝隙面积总和与吸收塔筒体对应处的横截面积之比为40％，倒流杆的倒y型顶角为55°，导流杆从倒y型顶角至底部的高度为200mm。塔内喷嘴选用高效锥形喷嘴，其喷嘴收缩角选用60°。新鲜吸收液组成为4wt％的磺酰胺酸，2wt％的有机酸活性剂鼠李糖和94wt％的水。同时添加相对于新鲜吸收液为0.5wt％的缓蚀剂、0.5wt％的消泡剂，ph值控制在6.8。经过该废气净化系统后，尾气中的甲醇含量为60ppm，氨含量为50ppm，硝基酚含量为10ppm，乙醚含量为5ppm。同时捕汲废气中nh3和ch3oh后的循环液经过换热器温度在40℃(nh3含量为0.5％，甲醇含量为1.0％)。
以上所述包含本发明中的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
1.一种煤制浆系统的废气净化装置，其包括一个废气净化塔、离心抽负机、循环水泵、废水外送泵、循环水换热器，废气净化塔具有进风口、出风口、新鲜吸收液入口、第一排放料口、第二排放料口，
其中离心抽负机连接废气净化塔的进风口，废气净化塔的第一排放料口经由循环水泵连接于循环水换热器入口，循环水换热器出口经由管道返回到废气净化塔的塔体内，废气净化塔的第二排放料口经由废水外送泵连接到废水处理系统，
所述废气净化塔包括塔体，所述塔体下部设置有进风口和第一排放料口，顶部设置有出风口，底部设置有第二排放料口，
塔体内部包括位于塔体上部的新鲜吸收液吸收段和位于塔体中部或下部的循环液吸收段，在新鲜吸收液吸收段的上方设有丝网除抹器，新鲜吸收液吸收段设有与新鲜吸收液入口连通的水分布器、一个或多个装有填料的填料支撑网板；
循环液吸收段设有气液流均布装置，
新鲜吸收液吸收段和循环液吸收段之间设置有循环液喷嘴，其经由管道与循环水换热器出口连接。
2.根据权利要求1所述的废气净化装置，其特征在于，水分布器为槽式分布器，顶部填料层采用散堆填料，优选特拉瑞填料。
3.根据权利要求1或2所述的废气净化装置，其特征在于，循环吸收段在循环液喷嘴与废气进口之间设置多个气液流均布装置，所述气液流均布装置包括多个水平间隔排列的引流杆，所述的引流杆的横截面呈倒y型结构。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的废气净化装置，其特征在于，所述气液流分布的引流杆与废气进口通道中心线之间的夹角为90±5°，且从靠近废气进口通道的一侧至远离废气进口通道的一侧其排列由密集变稀疏；和/或
所述气液流均布装置的引流杆之间的缝隙面积总和与吸收塔筒体对应处的横截面积之比为45～75％，最佳为50～60％；和/或
所述倒流杆的倒y型顶角为35～75°，导流杆从倒y型顶角至底部的高度为200～400mm，最佳为导流杆的倒y型顶角为45～65°，导流杆从倒y型顶角至底部的高度为250～350mm。
5.使用权利要求1-4中任一项所述的废气净化装置的煤制浆系统废气净化工艺，该工艺包括：
(a)废气首先通过离心抽负机收集后通过废气净化塔的进风口、气液流分布器、填料支撑网板中装有的填料层，依次与从循环液喷嘴喷入的循环液和从水分布器分布的吸收液进行充分气液接触，吸收净化后的废气外排大气；
(b)吸收污染物后的塔釜液，部分通过循环液泵、循环液换热器、管道后由循环液喷嘴重新喷入塔体内；
(c)部分塔釜液通过废液外送泵外送至废液处理系统。
6.根据权利要求5所述的煤制浆系统废气净化工艺，其特征在于，吸收液包含1～10wt％的磺酰胺酸，1～5wt％的有机酸活性剂和85～95wt％的水，优选的磺酰胺酸含量在4～6wt％，有机酸活性剂在2～4wt％，水含量在90～94wt％。
7.根据权利要求5或6所述的煤制浆系统废气净化工艺，其特征在于，有机酸活性剂为十二烷基苯磺酸钠、鼠李糖和皂素中的一种或多种。
8.根据权利要求5-7中任一项所述的煤制浆系统废气净化工艺，其特征在于，其特征在于所述吸收液中总酸浓度为1～15wt％；和/或
所述吸收液的ph值控制在6-8之间。
9.一种用于吸收煤制浆系统废气的吸收液，其包括1～10wt％的磺酰胺酸，1～5wt％的有机酸活性剂和85～95wt％的水，优选的磺酰胺酸含量在4～6wt％，有机酸活性剂在2～4wt％，水含量在90～94wt％；优选地，吸收液进一步包括浓度范围为0.01～2.5wt％的缓蚀剂、0.01～2.5wt％的消泡剂，更优选，缓蚀剂选自苯并三唑、膦腔酸、硅酸盐、聚磷酸盐、铬酸盐中的一种或多种，消泡剂选自磷酸三丁脂、二甲基硅油、聚氧乙烯氧丙烯甘油中的一种或多种。
10.根据权利要求9所述的吸收液，其特征在于，有机酸活性剂为十二烷基苯磺酸钠、鼠李糖和皂素中的一种或多种。
技术总结