一种逆向剪切超重力装置、氮氧化物氧化吸收系统及方法

本发明属于超重力化工过程强化的，具体公开了一种逆向剪切超重力装置、氮氧化物氧化吸收系统及方法。

背景技术：

1、用于气液两相的超重力装置有逆流、并流、错流、逆向剪切旋转填料床。2004年，dprao等人的研究表明，超重力旋转床中主要强化了液相传质过程，超重力场下高比表面积填料的使用是其主要原因，而气相传质系数则与传统填料塔相当。2005年，chandra a首次提出了分层式填料旋转床(rotating packed bed with split packing，sp-rpb)，将普通旋转填料床内的整体式转子填料分制成若干圈相互嵌套的填料环，这一改进提高了气相在旋转填料中的切向滑移速度。2006年，reddy等人研究了sp-rpb的传质性能，结果表明该设备的气相和液相体积传质系数比普通旋转填料床的提高了接近2个数量级。agarwal等人用sp-rpb做了一系列精馏与吸收实验，结果表明sp-rpb尤其适合于强化气相阻力控制的传质过程。

2、定-转子、分层式、气流逆向剪切旋转填料床涉及到控制气体流动路径的密封问题。中国专利cn1290605c公布的定-转子反应器、cn114247264a公布的一种超重力耦合超声抽提再生装置、cn101745245b公布的一种多级逆流式旋转床反应精馏装置、cn104760931b公布的一种光催化水制氢反应装置、cn114308323a公布的一种纳米流体的高剪切制备装置、cn113941223a公布的一种用于捕集co2的装置、cn114259867a公布的一种用于燃煤烟气同时脱硫脱硝的装置等均涉及到上定子和下转子的交错嵌套装置。定-转子结构具有较好的强化传质效果，但在定-转子之间仍存在水平方向的空隙，转子转动无法防止气体泄露。中国专利cn103463829b公布的气流逆向剪切旋转填料床传质与反应设备、cn103463936b公布的脱除废气中二氧化硫的装置、cn103480259b公布的一种烟气脱硫装置、cn112933885b公布的一种超重力非平衡选择性吸收三聚氰胺尾气中氨的方法和装置等均涉及到上转子和下转子逆向转动和密封问题。虽然解决了气体通量小的问题，但是采用了迷宫密封的方式依然存在气体短路泄露的问题。

3、工业氮氧化物排放量大，对环境和人类生活造成了严重的破坏。我国对这一环境污染物的重视程度在逐渐提高，《火电厂大气污染物排放标准》(gb13223-2011)规定于燃煤、油、气体燃料的锅炉和燃气机轮组中氮氧化物的排放限值均在200mg/m3以下。氮氧化物(nox)的主要成分为no和no2，其中no性质稳定难处理。现有处理nox尾气方法按照工艺路线的不同，可以分为干法处理和湿法处理两大类。干法处理主要有直接分解吸收法、吸附法、选择性催化还原法(scr)、选择性非催化还原法(sncr)、scr-sncr联合法，以及活性炭催化还原法等。湿法处理是采用液体与尾气接触，去除气相中氮氧化物。典型湿法处理工艺有碱液吸收法、尿素液相还原法和氧化液相吸收-还原法等。碱液吸收法是使用naoh、na2so3、na2co3、氨水等碱性溶液吸收nox，将nox转变为硝酸盐和亚硝酸盐。由于no极难被吸收，所以尾气中nox氧化度对处理效率存在明显影响，有关研究者将氧化剂与碱液或尿素溶液相结合，开发出了氧化液相吸收-还原法。同时，no2的吸收是气膜阻力控制的传质过程，所以加大气体的湍流程度有利于氮氧化物的传质过程。

技术实现思路

1、本发明提供一种逆向剪切超重力装置，不增加新的密封装置，通过改变填料层的结构，改善现有定-转子、分层式、气流逆向剪切旋转填料床中气体短路泄露的密封问题，同时增大了气液传质和反应过程强化效果，基于上述逆向剪切超重力装置提供一种氮氧化物氧化吸收系统及方法，增大气体的湍流程度，增加气液传质的端效应，进一步强化气液的传质和反应过程，实现高效节能的气体处理。

2、本发明提供一种逆向剪切超重力装置，包括外壳、填料层、驱动元件、液体分布器、液体进口、液体出口、气体进口和气体出口；填料层包括上填料层和下填料层，均位于外壳内；上填料层包括同轴设置的上挡板和上填料圆环柱；下填料层包括同轴设置的下挡板和下填料圆环柱；上挡板为圆盘结构，同心设置有至少一圈上环形凹槽和至少一圈上环形凸台，上环形凹槽和上环形凸台交错设置；下挡板为圆盘结构，同心设置有至少一圈下环形凹槽；上填料圆环柱的上表面与上环形凹槽的底板下表面固定相接，与下环形凹槽相对的上填料圆环柱的下表面嵌入下环形凹槽内；下填料圆环柱的下表面与下挡板的上表面固定相接，上表面嵌入上环形凸台内；上填料圆环柱和下填料圆环柱交错嵌套；上下两组填料层均由驱动元件驱动反向旋转，同速旋转或差速旋转；液体分布器位于最内层填料圆环柱内，与填料层同轴设置，与液体进口连通，设置有液体喷射通道；液体由液体分布器喷出穿过填料圆环柱，由液体出口引出外壳；气体由气体进口引入外壳穿过填料圆环柱，经过最内层填料圆环柱的圆柱内腔由气体出口引出，气体与液体在填料圆环柱处逆流；或气体由气体进口引入外壳经过最内层填料圆环柱的圆柱内腔，穿过填料圆环柱由气体出口引出，气体与液体在填料圆环柱处并流。

3、进一步地，下挡板与最外侧上填料圆环柱对应的位置设置有下环形凹槽，其余位置不设置下环形凹槽。

4、进一步地，液体分布器为圆管结构，液体喷射通道径向设置。

5、进一步地，上述逆向剪切超重力装置，还包括上旋转轴和下旋转轴；挡板设置有中心孔；上旋转轴穿过外壳与上挡板的中心孔连接；下旋转轴穿过外壳与下挡板的中心孔连接；驱动元件为电机，驱动旋转轴旋转。

6、进一步地，气体进口穿过外壳侧面且与填料圆环柱垂直，气体出口和液体进口分别穿过上下旋转轴，液体进口与液体分布器连接，气体出口、液体进口、旋转轴和填料层同轴设置；旋转轴与外壳、液体进口、气体出口密封转动连接。

7、进一步地，气体出口穿过外壳侧面且与填料圆环柱垂直，液体进口穿过上旋转轴或下旋转轴与液体分布器连接，气体进口穿过旋转轴和液体进口之间的环形空间，气体进口、液体进口、旋转轴和填料层同轴设置；旋转轴与外壳、气体进口密封转动连接。

8、进一步地，下环形凹槽的侧壁上设置有排液孔，排液孔为圆孔或者线状开孔；液体出口穿过外壳，位于下填料层的下方。

9、进一步地，外壳为圆柱结构；填料层中的挡板与外壳的圆形端面平行；上挡板中，位于最外侧的上环形凹槽或上环形凸台的侧壁垂直向外伸出形成遮檐，遮檐位于上环形凸台的顶板下方。

10、进一步地，上环形凹槽和上环形凸台的数量和尺寸是由填料层尺寸和耐压程度决定的，下环形凹槽和排液孔的数量和尺寸由填料层尺寸决定。

11、本发明还提供一种氮氧化物氧化吸收系统，包括气体缓存罐、风机、气体流量计、液体储存罐、泵、液体流量计、阀ⅰ以及上述逆向剪切超重力装置；气体缓存罐与风机的进口连接，风机的出口与气体流量计的进口连接，气体流量计的出口与气体进口连接；液体储存罐与泵的进口连接，泵的出口与液体流量计的进口连接，液体流量计的出口与液体进口连接；液体出口与阀ⅰ的进口连接，阀ⅰ的出口与液体储存罐连接；填料圆环柱包括化工填料和催化剂，催化剂为活性碳或负载具有氧化性物质的固体催化剂；具有氧化性物质的固体催化剂为低价态铁、锰、镍、钴、铜金属及其氧化物中的一种或几种。

12、本发明还提供一种氮氧化物氧化吸收方法，采用上述氮氧化物氧化吸收系统进行；气体缓存罐中为含有氮氧化物的气体；液体储存罐中为氧化吸收液体，包括过氧化氢溶液与氢氧化钠溶液的混合物；具有氧化性物质的固体催化剂为零价铁、氧化铜、氧化亚铜、氧化铁、氧化亚铁、锰、氧化锰、氧化亚锰、氢氧化锰中的一种或几种；填料层转速为100-1500r/min，气液比为50:1至500:1。

13、本发明具有以下有益效果：

14、1、挡板采用凹凸结构，在高速旋转和曲折空间的条件下，上挡板与下填料圆环柱之间、下挡板与上填料圆环柱之间会的气压高于填料圆环柱内的气压，形成气密封，可改善气体短路泄露的问题；

15、2、同时改进了填料层结构，上填料圆环柱和下填料圆环柱交错嵌套，气体和液体穿过填料圆环柱时，相邻两层填料圆环柱之间气体和液体穿过会重新进入下一填料圆环柱，多次改变气体和液体的速度和分散状态，提高了气体利用率，增大气体的湍流和扰动程度，增加气液传质的端效应，进一步强化了气液的传质和反应过程；

16、3、本发明提供的逆向剪切超重力装置适用于气液两相的反应、吸收、吹脱、换热、结晶等化工单元操作；

17、4、本发明提供的氮氧化物氧化吸收系统及方法，避免了气体未经过填料层直接泄漏排出，增大气体压力，加快气液传质速率和反应的速率，实现同步氧化一氧化氮和二氧化氮，并吸收生成硝酸盐，可以生产二次产品。