[发明专利]一种含高浓度笑气的废气净化系统及方法

说明书

本发明涉及一种含高浓度笑气的废气净化系统及方法，包括至少一个两段式脱除反应塔，所述反应塔自上而下依次包括气体进口、第一反应段、第一换热器、第二反应段。本发明颠覆性的改进了含笑气尾气的脱除处理工艺，基于本发明脱除工艺无需对尾气进行稀释，使得整体处理工艺的反应器的加工、维护成本极大的降低。现有技术中由于需要采用空气对尾气进行稀释，稀释比例为1份尾气对应3份空气，使得处理设备的体积过大、加工成本高、安全性差及维修维护成本也较高。

技术领域

本发明涉及大气环保及碳中和领域，尤其涉及一种含高浓度笑气的废气净化系统及方法。

背景技术

笑气(化学式N₂O)是第三大温室气体，其温室效应潜值是CO₂的310倍，CH₄的21倍，同时，N₂O还是平流层中氮氧化物的来源，会导致臭氧层空洞，成为严重污染环境的气体之一。

随着我国电子化学品生产，尤其是芯片、集成电路相关领域技术的崛起，含笑气的废气成为污染大气的一项重要指标。脱除尾气中N₂O的方法主要有高温分解法、选择性催化还原法和催化分解消除法。

高温分解法是令N₂O和燃料气在高温(1200～1500℃)下反应分解，这种技术工艺简单，不需要催化剂，但是操作费用较高，需要大量消耗燃料气，且高温反应设备的维护难度较大。因此利用高温分解方法脱除化工尾气中N₂O组分在实际应用中会受到一定限制。日本Asahi公司和著名化工公司DuPont已将此方法用于己二酸工厂中。

选择性催化还原法通常选用氨或天然气为还原剂，加入负载型贵金属催化剂，根据还原剂和催化剂的不同调节适宜的反应温度(通常在200～600℃)，从而实现N₂O的脱除。以Pd/FeAlPO-5为催化剂，研究了在不同活性组分含量以及温度等条件下CH₄还原N₂O的效果。研究指出，以PdAlPO-5为催化剂，373℃时，N₂O转化率可以达到90％。

催化裂解消除法是指在催化剂的作用下使N₂O直接分解为O₂和N₂。由于这种方法不需要引入其他参与脱除反应的物质，成本较低且不会引起二次污染，因此引起研究者广泛关注。N₂O分解过程所需的活化能较高(250kJ/mol)，在没有催化剂参与的条件下很难进行，因此研究的焦点主要集中在新型低温高活性裂解催化剂的研发。

CN109353999A公开了一种回收和提纯工业尾气中电子级笑气的装置与方法。包括依次设置的水洗塔、反应塔、胺液吸收塔、再生脱碳塔、碱洗水洗塔、吸附塔、压缩机及串联的两级精馏塔，所述胺液吸收塔塔釜液体出口与再生脱碳塔液体入口通过换热器相连，再生脱碳塔塔釜液体出口与胺液吸收塔液体入口通过换热器相连。本发明利用吸收、反应、吸附、精馏等方式将工业废气中的氧化亚氮进行回收并提纯，进而得到99.999％的笑气产品。然而，该专利中的处理工艺复杂，给生产企业带来更多的成本压力和安全隐患，不利于大规模推广和实施。

现有技术中的含笑气废气的处理过程中，主要采用氧化物催化剂和分子筛催化剂对工业笑气进行分解，由于笑气的分解反应是一个强效的放热过程，会导致催化剂床层温度随着流线方向不断上升，金属催化剂易出现烧结现象，活性下降、严重影响笑气的胶除效率；而负载型分子筛催化剂虽然具有更好的抗热烧结现象，但由于目前主要采用填充床的工艺，由于床层压降大，属于床层填充不够均匀，沟流现象严重，同样影响脱除效率。

因此，有针对性的提供一种简单、高效的处理含笑气废气的系统及方法，成为亟待解决的技术问题。

发明内容