CN100540117C - 硝酸尾气处理方法 - Google Patents

Abstract

一种硝酸尾气处理方法，主要是利用合成氨生产中产生的废气及硝酸生产中产生的硝酸尾气，分别在一段管式反应器及二、三段燃烧反应器燃烧并进行化学反应，可有效地处理硝酸尾气中的NO_X及N₂O，使NO、NO₂的脱除率＞95%，N₂O的脱除率≥90%，最终处理结果，在硝酸尾气排放量中NO、NO₂及N₂O的排放含量＜200ppm，可基本消除硝酸尾气中氮氧化物造成的环境污染。它不仅工艺简单、节省费用、成本低，而且还能实现合成氨及硝酸的清洁生产及能量循环利用。本发明处理方法可达到国际先进水平，并能填补国内空白。

Description

硝酸尾气处理方法

技术领域

本发明涉及一种净化氮氧化物的方法，特别是硝酸尾气处理方法。它适合于对合成氨生产及硝酸生产中所产生废气的处理。

背景技术

目前，国内外净化氮氧化物的方法多种多样，主要有氨选择性催化还原法，液体吸收法，固体吸附法和化学抑制法。氨选择性催化还原法：以此法净化硝酸尾气中的NO_x的工艺流程，取决于硝酸生产工段。将含有NO_x尾气经过除尘、脱硫、干燥等预处理后，进入预热器预热，再与经过净化的氨在混合器内按规定比例混合均匀，一道进入装有催化剂的反应器内，在选定温度下进行催化还原反应。反应后的气体经分离器除去催化剂粉尘，再经过透平机回收动力后，排空。液体收收法：它是用水或酸、碱盐的水溶液作吸收剂，来吸收废气中的氮氧化物，使废气得以净化，按吸收剂的种类可分为水吸收法、酸吸收法、碱吸收法、氧化吸收法、吸收还原法及液相络合法。固体吸附法：它系用固体吸附剂吸附回收硝酸尾气中的NO_x，可以达到较高的净化程度，并将高NO_x浓度来加以回收利用。还可用热空气或蒸气进行吹脱NO_x，再生吸附剂。它虽然操作简便、易于控制，但当硝酸尾气中NO_x含量高时，吸附剂用量大、设备庞大。常用的固体吸附剂有沸石分子筛、硅胶、活性炭、风化煤等。

上述诸方法，不仅工艺步骤烦琐，而且投资较大，运行费用高，且它们只能还原处理硝酸尾气中的NO、NO₂，并不能有效地处理N₂O。目前，国际上主要是以催化法处理N₂O。据报道，Johnson-Matthey公司以Amoxid-Hybrid命名的脱除N₂O催化剂已投入使用(摘自ECN.Jue27，2005)。它也存在着上述的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种硝酸尾气处理方法，它能够克服已有技术的不足，可利用合成氨生产中产生的两气及吹风气，在有效地脱除硝酸尾气中的NO_x的同时，还能有效地脱除N₂O，从而能使资源循环利用，实现清洁生产。

本发明处理方法是利用合成氨生产过程中产生的两气及吹风气废气，以及硝酸生产过程中产生的硝酸尾气，经燃烧并进行化学反应，来处理硝酸尾气中的NO_x及N₂O。该处理方法包括如下的工艺步骤：

(1)、一段反应：在一段管式反应器中加入硝酸尾气及两气，管外走热吹风气，与管内的硝酸尾气及两气混合物进行热交换，提供启动热量，管内硝酸尾气及两气充分燃烧，再加入调节空气，满足管内物质燃烧消耗总氧量不足的要求，管内物质在燃烧的同时并进行化学反应，脱除硝酸尾气中酌O₂及N₂O，其主要化学反应方程式是：

2H₂+O₂＝2H₂O         -------(1)

NO₂+CO＝NO+CO₂       -------(2)

2NO+2H₂＝N₂+2H₂O            -------(3)

2N₂O＝2N₂+O₂                -------(4)

(2)、二段反应：从一段管式反应器中排出的吹风气及一段燃烧后的反应气体混合，进入二段燃烧反应器进行二段反应燃烧，二段燃烧反应器内物质在燃烧的同时进行化学反应，能进一步脱除硝酸尾气中的N₂O以及NO_x。其主要化学反应方程式为：

6N₂O+2H₂＝2NO₂+5N₂+2H₂O     ------(5)

2NO+2H₂＝N₂+2H₂O            ------(6)

2NO₂＝2NO+O₂                ------(7)

NO₂+CO＝NO+CO₂              ------(8)

(3)、三段反应：从二段反应器中排放的二段反应气体进入三段燃烧反应器中进行三段反应，并按来自二段反应气体中剩余可燃气体的量加入适量的空气，保证可燃气体进行充分燃烧反应，控制最终硝酸尾气中氧含量为2％，而在硝酸尾气排放量中NO、NO₂、N₂O的排放含量小于200ppm。三段反应气体再进入废热锅炉，被再利用。

所述的硝酸尾气糸指硝酸生产过程中产生的含氮废气，含有NO、NO₂、N₂O等成分。所述的两气是指合成氨生产过程中，循环系统的放空气和液氨贮槽的贮罐气，含有H₂、CH₄、NH₃，而吹风气是指合成氨生产中的间歇式制气过程中产生的含有H₂、CO、CH₄、N₂等可燃性气体的中间产物。所述的燃烧化学反应温度为800-900℃。

所述的一段管式反应器内硝酸尾气与两气它们二者混合比例为15-18∶1。

所述的二段燃烧反应器内的硝酸尾气与两气及吹风气它们三者的混合比例为15-18∶1∶2-3。

本发明采用上述技术方案，可有效地处理硝酸尾气中的NO_x及N₂O，不仅工艺步骤简单，节省费用，且成本低。本发明可在火电厂、硝酸厂等生产厂家推广使用。现以硝酸生产厂为例，按处理35000m³/h硝酸尾气量计算，每年可省去运行费用200万元，还能实现生产过程的清洁生产及能量循环利用，减少环境污染，有利于环境保护，可造福于人类。本发明的优点还可以从以下几方面得以体现：

(1)排放硝酸尾气中的热能可被回收再利用。

(2)硝酸尾气中NO、NO₂被还原为氮气，氮氧化物的脱除率＞95％，可基本消除氮氧化物造成的环境污染。

(3)硝酸尾气中N₂O含量一般在1700-1800ppm范围。过去N₂O并没有被认为对环境产生危害，最近几年，科学家研究发现N₂O是造成温室效应的罪魁祸首，对大气臭氧层具有极大的破坏作用，而且很难分解。而本发明技术不但能处理硝酸尾气中的NO、NO₂，而且还能有效地处理N₂O。最终处理结果：NO、NO₂、N₂O的排放量＜200ppm，N₂O的脱除率≥90％。

(4)能实现合成氨生产和硝酸生产的清洁生产和能量的循环利用。

(5)本发明技术能使硝酸尾气的处理达到国际先进水平，可填补国内空白。

附图说明

附图为硝酸尾气处理方法的工艺流程框图。

具体实施方式

下面结合附图详细描述本发明的具体实施方式。

本发明处理方法所采用的各种被处理气体来自于硝酸厂及合成氨厂在生产过程中所产生的废气。这些被处理废气的气体流量，通过以下实例来说明：

以年产8万吨加压法稀硝酸厂为例，硝酸尾气量约350000m³/h，其中总氮氧化物含量0.35％，氧气含量3％，总氮氧化物量为123m³，总氧气量为1050m³，且在硝酸尾气中含有NO、NO₂、N₂O、N₂、O₂等成分。

以年产10万吨中型合成氨厂为例，两气的产量为150-240m³/TNH3，约1500-2400m³/h，其中两气的成分为：H₂占55-65％，CH₄占9-15％，NH₃占4-6％。而吹风气的流量为16660m³/h，其中吹风气的成分为：CO占6.6％，H₂占1％，CH₄占0.2％，N₂占75.3％。

参阅附图，首先进行一段反应，将以35000m³/h流量的硝酸尾气，以及以2000m³/h流量的两气，按15-18∶1的比例加入一段管式反应器1，管外走热吹风气，其温度为850-900℃，与管内硝酸尾气及两气的混合物进行热交换，提供启动热量，管内的硝酸尾气与两气充分燃烧，其化学反应温度控制在800-900℃，并根据化学反应温度来调节吹风气的加入量，在燃烧的过程中进行化学反应，其主要化学反应方程式为：

2H₂+O₂＝2H₂O                ------(1)

CH₄+2O₂＝CO₂+2H₂O           ------(2)    可脱除硝酸尾气中的O₂。

由于硝酸尾气中总氮氧化物量为123m³，总氧气量为1050m³，两气中可燃气体H₂为1200m³，CH₄为260m³，根据上述化学反应方程式(1)、(2)，可知，两气中可燃气体完全燃烧消耗总氧量为(600+520)＝1120m³＞1050m³。为了通过两气的燃烧达到除去硝酸尾气中的氧气，使反应结束后排出气体中氧含量以监控指标算小于0.5％，须在该段反应过程中向管内加入调节空气，以满足两气燃烧中可燃气体完全燃烧消耗的总氧量的需求。

另外，在一段反应过程中，当燃烧温度在800-900℃时，可引起N₂O分解，其化学反应方程式为2N₂O＝2N₂+O₂------(3)，可脱除硝酸尾气中的N₂O。

从一段管式反应器1中排出的吹风气与一段反应燃烧后的气体混合进入二段燃烧反应器2，进行二段反应，硝酸尾气与两气与吹风气的混合比例为15-18∶1∶2-3，并在800-900℃的温度条件下燃烧，同时，加入调节空气，以满足可燃气体完全燃烧所消耗总氧量的不足，在燃烧的过程中，进行化学反应，可脱除硝酸尾气中的NO_x及来自一段反应气体中的N₂O，其主要化学反应方程式为：

当化学反应温度为727℃时：    2NO+2H₂＝N₂+2H₂O           -------(4)

当化学反应温度为800-900℃时：6N₂O+2H₂＝2NO₂+5N₂+2H₂O    -------(5)

                             2NO₂＝2NO+O₂               -------(6)

                             NO₂+CO＝NO+CO₂             -------(7)

从二段燃烧反应器2中排出的二段反应气体进入三段燃烧反应器3，并加入空气进行三段反应。因来自二段反应的气体中含有过剩的可燃气体，通入空气后，可使可燃气体充分燃烧并进行充分反应，除去过剩的可燃气体，使硝酸尾气最终的排放中氧气含量在2％左右。

最后，将三段反应的产物三段燃烧气体，进入废热锅炉，回收再利用。在燃烧的排放气体中，NO、NO₂、N₂O的排放含量小200ppm，而N₂O的脱除率≥90％，NO_x的脱除率＞95％。

Claims (3)

1、一种硝酸尾气处理方法，包括以下生产工艺步骤：

(1)一段反应：在一段管式反应器(1)中加入硝酸尾气及两气，管外走热吹风气，与管内的硝酸尾气及两气混合物进行热交换，提供启动热量，管内硝酸尾气及两气充分燃烧，再加入调节空气，以满足管内物质燃烧消耗总氧量不足的需求，管内物质在燃烧的同时并进行化学反应，脱除硝酸尾气中的O₂及N₂O，其主要化学反应方程式是：

2H₂+O₂＝2H₂O            -------(1)

CH₄+2O₂＝CO₂+2H₂O       -------(2)

2NO+2H₂＝N₂+2H₂O        -------(3)

2N₂O＝2N₂+O₂            -------(4)

(2)二段反应：从一段管式反应器(1)中排出的热吹风气及一段燃烧后的反应气体混合，进入二段燃烧反应器(2)进行二段反应，燃烧，再向二段燃烧反应器(2)中加入调节空气，满足二段燃烧反应器(2)内的物质燃烧消耗总氧量不足的需求，二段燃烧反应器(2)内物质在燃烧的同时进行化学反应，能进一步脱除硝酸尾气中的N₂O以及NO_x，其主要化学反应方程式是：

6N₂O+2H₂＝2NO₂+5N₂+2H₂O   -------(1)

2NO+2H₂＝N₂+2H₂O          -------(2)

2NO₂＝2NO+O₂              -------(3)

NO₂+CO＝NO+CO₂            -------(4)

(3)三段反应：从二段燃烧反应器(2)中排放的二段反应气体进入三段燃烧反应器(3)进行三段反应，并按二段反应气体中剩余可燃气体的量加入适量的空气，保证可燃气体进行充分燃烧反应，控制最终硝酸尾气中的氧含量为2％，而在硝酸尾气排放量中NO、NO₂、N₂O的排放含量小于200ppm，三段反应气体再进入废热锅炉被回收再利用，

所述的硝酸尾气系指硝酸生产过程中产生的含氮废气，含有NO、NO₂、N₂、N₂O成分，所述的两气是指合成氨生产过程中，循环系统的放空气和液氨贮槽的贮罐气，含有H₂、CH₄、NH₃，而吹风气是指合成氨生产中的间歇式制气过程中产生的含有H₂、CO、CH₄、N₂可燃性气体的中间产物，所述的一段、二段及三段燃烧化学反应温度均为800-900℃。

2、如权利要求1所述的硝酸尾气处理方法，其特征在于硝酸尾气与两气的混合比例为15-18∶1。

3、如权利要求1所述的硝酸尾气处理方法，其特征在于硝酸尾气与两气及吹风气的混合比例为15-18∶1∶2-3。