本發(fā)明涉及一種四氧化二氮廢液的處理裝置及方法，屬于環(huán)境保護技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

在航天領(lǐng)域中四氧化二氮（N₂O₄）是一種常用的氧化劑，發(fā)射場在轉(zhuǎn)注、加注、維修檢查、流量計校驗、模擬訓練等過程中產(chǎn)生大量N₂O₄廢液，其毒性為Ⅲ級，易于揮發(fā)，腐蝕性極強，屬于劇毒化學品，如不經(jīng)過處理直接排放，會使周圍的人、畜、禽等中毒，使植物受到損害，場區(qū)的工作環(huán)境和周邊的生態(tài)環(huán)境惡化，場區(qū)的設(shè)備受到侵蝕。因此，必須對N₂O₄廢液進行處理。

多年來，N₂O₄廢液的處理方法，通常采用酸堿中和法。酸堿中和法是先將廢液用水稀釋，然后采用碳酸鈉或碳酸氫鈉進行中和反應，這是一種開放式的處理方法，潔凈度低，效果差，同時生成硝酸鈉和亞硝酸鈉廢液，產(chǎn)生新的二次污染物；由于處理時是在敞開容器中進行，而N₂O₄的沸點（21.5℃），較低，常溫下蒸汽壓力較高（20℃時96kPa），因此在處理過程中有大量的二氧化氮（NO₂）和N₂O₄氣體擴散到環(huán)境中，處理過程不徹底，仍存在污染。

因為N₂O₄廢液不宜加壓后通過噴嘴霧化直接噴入焚燒爐內(nèi)與燃料一起燃燒，特別是液體燃料。因為液體燃料的燃燒是氣化擴散式燃燒。液態(tài)氧化劑和液態(tài)燃燒劑通過加壓、霧化、氣化、接觸擴散混合，燃燒反應劇烈溫度高達2500℃，由于高溫和無惰性氣體，燃料的爆炸極限范圍變寬，同時火焰的傳播速度加快；盡管焚燒爐的燃燒已經(jīng)開始，但由于N₂O₄廢液在與液體燃料在霧化、氣化過程不均勻性，使得接觸混合的過程中形成了局部的的濃度梯度，在氣化、混合、燃燒過程中伴隨有反復的爆炸，使N₂O₄廢液的處理過程穩(wěn)定性差，不易控制。

N₂O₄廢液直接加壓霧化方式噴入爐膛與燃燒劑燃燒，在燃燒過程中若出現(xiàn)貧燃料時的燃燒狀態(tài)，N₂O₄的快速分解產(chǎn)生大量氣體，有引起熱爆炸的傾向，N₂O₄熱爆炸溫度為565℃。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在提供一種運行安全、過程簡單、易于操控、全密閉的N₂O₄廢液的處理裝置及方法。

本發(fā)明的實質(zhì)是將液態(tài)的N₂O₄廢液與氮氣混合，通過氣化裝置轉(zhuǎn)化為NO₂和N₂O₄氣體的混合氣體（以下氣化后的混合氣均以NO₂氣體敘述），然后通過管道送入焚燒爐內(nèi)與燃料一起進行燃燒反應，實現(xiàn)N₂O₄廢液無害化處理。

本發(fā)明提供了一種四氧化二氮廢液的處理裝置，包括四氧化二氮廢液罐、氣化器、循環(huán)水水箱、焚燒爐，所述四氧化二氮廢液罐通過管道連接氣液混合器，氣液混合器與氣化器上部連接，氣化器與循環(huán)水水箱形成一個循環(huán)回路，循環(huán)水水箱中部設(shè)有電加熱元件；氣化器下部連接焚燒爐，焚燒爐一側(cè)設(shè)有燃料入口，另一側(cè)設(shè)有煙囪，焚燒爐頂部設(shè)有二次空氣入口。

所述氣化器為列管換熱器、螺旋盤管換熱器、浮頭換熱器、熱管換熱器中的一種，以循環(huán)水為熱載體。

所述氣液混合器分別連接四氧化二氮廢液罐和氮氣管道，四氧化二氮廢液罐與氣液混合器連接的管道上分別設(shè)有N₂O₄閥門、N₂O₄流量計、N₂O₄止回閥，氮氣管道上分別設(shè)有N₂閥門、N₂流量計、N₂止回閥。

所述四氧化二氮廢液罐與氮氣管道連接；用氮氣充壓且維持一定的壓力。

在氣化器的出口設(shè)有壓力傳感器，與四氧化二氮管道上的止回閥聯(lián)鎖，當氣化后廢氣壓力≥0.2MPa后，關(guān)閉四氧化二氮廢液出口閥門。

本發(fā)明提供了一種四氧化二氮廢液的處理方法，包括以下步驟：將裝有N₂O₄廢液的密閉容器用N₂充壓且維持此壓力，通過氣化設(shè)備分別將氮氣和N₂O₄液體計量后混合，經(jīng)氣化器氣化，將氣化后NO₂和N₂混合氣體，通過管道輸送到焚燒爐上游，與助燃空氣混合一同進入到焚燒爐的燃燒器與燃料一起燃燒。

控制焚燒爐第一級燃燒過程的氧化劑（空氣+ NO₂）系數(shù)控制在0.5～0.95，第二級燃燒過程的空氣系數(shù)≥1.1，將剩余的燃料完全燃燒；焚燒爐尾氣中NO₂的含量≤400mg/Nm³。

由于被加熱的介質(zhì)N₂O₄廢液，沸點低于21.15℃，當溫度超過140℃時，N₂O₄全部轉(zhuǎn)化為NO₂，并開始有一氧化氮（NO）生成，NO的氧化性較NO₂弱，NO₂更易參與燃燒反應；另N₂O₄廢液具有強腐蝕性，是強氧化劑，若間壁式氣化器在使用中焊縫出現(xiàn)缺陷，換熱的冷、熱兩股流體可能相接觸，將產(chǎn)生極大的安全隱患，為了避免NO生成，徹底杜絕不安全因素，故采用水做上述的氣化器的熱載體，而非有機熱載體。如氣化器入口熱水溫度低，氣化器面積大，換熱效率低；如氣化器入口熱水溫度過高，水揮發(fā)的速度快，因此將氣化器入口循環(huán)水的溫度設(shè)置為40℃～70℃；氣化器出口循環(huán)水的溫度設(shè)置為30℃～60℃。

上述氣化后NO₂和N₂混合氣體濃度（以NO₂計）為1％～50％，實際控制在小于30%為宜，濃度過高焚燒爐內(nèi)燃燒劇烈，造成爐膛溫度偏高，縮短焚燒爐耐火內(nèi)襯的使用壽命，這已在NO₂廢氣焚燒處理中得到驗證。氣化器出口氣化后的四氧化二氮、二氧化氮與氮氣混合氣的溫度30℃～50℃。

上述的焚燒爐的燃燒器為非預混式，以燃料的量為基準，燃燒過程分為兩級配入，第一級氧化劑（空氣+ NO₂混合氣）系數(shù)控制在0.6～0.95，NO₂與燃料反應生成CO、CO₂、H₂O和N₂；第二級空氣系數(shù)≥1.1，在脫除NO₂后將剩余的燃料和CO完全燃燒，通過高于15m的煙囪排放。

上述焚燒爐的燃料為煤氣、天然氣、液化氣、煤油、柴油、甲醇、乙醇、低碳醇等，爐膛的燃燒溫度控制在800℃～1300℃為宜，溫度過高尾氣中的一氧化氮（NO）有增加的趨勢。有關(guān)焚燒爐結(jié)構(gòu)和工況條件，可參考在中國專利CN1086598C、CN1114464C、CN1102419、CN2400695Y文獻中的記載。

本發(fā)明中，設(shè)備與介質(zhì)相接觸的材質(zhì)均選用耐硝酸或亞硝酸腐蝕的奧氏體不銹鋼。

本發(fā)明的有益效果：

（1）處理四氧化二氮廢液的過程是密閉的，無廢液產(chǎn)生，無NO₂氣體擴散到周邊環(huán)境、以及在處理過程中未生成新的二次污染物需要處理；

（2）N₂O₄廢液與N₂混合后，以水為熱載體間接加熱氣化，與助燃的空氣混合進入焚燒爐中燃燒，避免了液態(tài)氧化劑和液態(tài)燃燒劑在氣化、混合、燃燒和在燃燒過程中出現(xiàn)貧燃料時N₂O₄快速分解時的熱爆炸（N₂O₄熱爆炸溫度為565℃），解決了廢液處理過程的平穩(wěn)性和安全性問題，改善操作環(huán)境，減輕操作人員的工作負荷，在處理廢液的過程中操作人員不用時刻身穿全防防化服；

（3）尾氣排放的潔凈度高，NO₂≤400mg/Nm³。

附圖說明

圖1為本發(fā)明四氧化二氮廢液的處理裝置示意圖。

圖中1為四氧化二氮廢液罐，2為循環(huán)水水箱，3為電加熱元件，4為循環(huán)水泵，5為氣化器，6為N₂閥門，7為N₂O₄閥門，8為N₂流量計，9為N₂O₄流量計，10為N₂止回閥，11為N₂O₄止回閥，12為氣液混合器，13為焚燒爐，14為燃料入口，15為二次空氣入口，16為煙囪，17為取樣口，18為觀察孔；A為氮氣，B為一次空氣，C為燃料，D為二次空氣。

具體實施方式

下面通過實施例來進一步說明本發(fā)明，但不局限于以下實施例。

實施例1：

如圖1所示，一種四氧化二氮廢液的處理裝置，包括四氧化二氮廢液罐1、氣化器5、循環(huán)水水箱2、焚燒爐13，所述四氧化二氮廢液罐1通過管道連接氣液混合器12，氣液混合器12與氣化器5上部連接，氣化器5與循環(huán)水水箱2形成一個循環(huán)回路，循環(huán)水水箱2中部設(shè)有電加熱元件3；氣化器5下部連接焚燒爐13，焚燒爐13一側(cè)設(shè)有燃料入口，另一側(cè)設(shè)有煙囪16，焚燒爐13頂部設(shè)有二次空氣入口15。

所述氣化器5為列管換熱器、螺旋盤管換熱器、浮頭換熱器、熱管換熱器中的一種，以循環(huán)水為熱載體。

所述氣液混合器12分別連接四氧化二氮廢液罐1和氮氣管道，四氧化二氮廢液罐1與氣液混合器12連接的管道上分別設(shè)有N₂O₄閥門7、N₂O₄流量計9、N₂O₄止回閥11，氮氣管道上分別設(shè)有N₂閥門6、N₂流量計8、N₂止回閥10。

所述四氧化二氮廢液罐1與氮氣管道連接；用氮氣充壓且維持一定的壓力。

在氣化器5的出口設(shè)有壓力傳感器，與四氧化二氮管道上的N₂O₄止回閥11聯(lián)鎖，當氣化后廢氣壓力≥0.2MPa后，關(guān)閉四氧化二氮廢液出口閥門。

本發(fā)明提供了一種四氧化二氮廢液的處理方法，包括以下步驟：將裝有N₂O₄廢液的密閉容器用N₂充壓且維持此壓力，通過氣化設(shè)備分別將氮氣和N₂O₄液體計量后混合，經(jīng)氣化器氣化，將氣化后NO₂和N₂混合氣體，通過管道輸送到焚燒爐上游，與助燃空氣混合一同進入到焚燒爐的燃燒器與燃料一起燃燒。

控制焚燒爐第一級燃燒過程的氧化劑（空氣+ NO₂）系數(shù)控制在0.5～0.95，第二級燃燒過程的空氣系數(shù)≥1.1，將剩余的燃料完全燃燒；焚燒爐尾氣中NO₂的含量≤400mg/Nm³。

由于被加熱的介質(zhì)N₂O₄廢液，沸點低于21.15℃，當溫度超過140℃時，N₂O₄全部轉(zhuǎn)化為NO₂，并開始有一氧化氮（NO）生成，NO的氧化性較NO₂弱，相比之下，NO₂易參與燃燒反應；另N₂O₄廢液具有強腐蝕性，是強氧化劑，若間壁式氣化器在使用中焊縫出現(xiàn)缺陷，換熱的冷、熱兩股流體可能相接觸，將產(chǎn)生極大的安全隱患，為了避免NO生成，徹底杜絕不安全因素，故采用水做熱載體，采用水做上述的氣化器的熱載體，而非有機熱載體。如氣化器入口熱水溫度低，氣化器面積大，換熱效率低；如氣化器入口熱水溫度過高，水揮發(fā)的速度快，因此將氣化器入口循環(huán)水的溫度設(shè)置為40～70℃；氣化器出口循環(huán)水的溫度設(shè)置為30～60℃。

上述氣化后NO₂和N₂混合氣體濃度（以NO₂計）為1％～50％，實際控制在小于30%為宜，濃度過高焚燒爐內(nèi)燃燒劇烈，造成爐膛溫度偏高，縮短焚燒爐耐火內(nèi)襯的使用壽命，這已在NO₂廢氣焚燒處理中得到驗證。氣化器出口氣化后的四氧化二氮、二氧化氮與氮氣混合氣的溫度30℃～50℃。

上述的焚燒爐的燃燒器為非預混式，以燃料的量為基準，燃燒過程分為兩級配入，第一級氧化劑（空氣+ NO₂混合氣）系數(shù)控制在0.6～0.95，NO₂與燃料反應生成CO、CO₂、H₂O和N₂；第二級空氣系數(shù)≥1.1，在脫除NO₂后將剩余的燃料和CO完全燃燒，通過高于15m的煙囪排放。

上述焚燒爐的燃料為煤氣、天然氣、液化氣、煤油、柴油、甲醇、乙醇、低碳醇等，爐膛的燃燒溫度控制在800℃～1300℃為宜，溫度過高尾氣中的一氧化氮（NO）有增加的趨勢。有關(guān)焚燒爐結(jié)構(gòu)和工況條件，可參考在中國專利CN1086598C、CN1114464C、CN1102419、CN2400695Y文獻中的記載。

本發(fā)明中，設(shè)備與介質(zhì)相接觸的材質(zhì)均選用耐硝酸或耐亞硝酸腐蝕的奧氏體不銹鋼。