CN102805996A - 丁烯氧化脱氢制丁二烯催化剂氮氧化物废气的净化处理工艺及系统 - Google Patents

Abstract

一种丁烯氧化脱氢制丁二烯催化剂氮氧化物废气的净化处理工艺及系统，工艺是：配制氮氧化物吸收液；氮氧化物废气与氮氧化物吸收液在鼓泡吸收塔进行一级氮氧化物废气处理；一级处理的氮氧化物废气与氮氧化物吸收液在喷射泵进行二级氮氧化物废气处理；喷射泵内二级处理的氮氧化物废气与氮氧化物吸收液混合物进入循环贮液罐，与循环储液罐内氮氧化物吸收液进行三级氮氧化物废气处理，并达标排放。该系统包括回流冷凝器、气液分离罐、硝酸铁反应釜、鼓泡吸收塔、中间罐、喷射泵、循环储液罐、后气液分离罐、尿素水溶液循环泵、尿素溶解罐。优点是：处理方法简单，并且氮氧化物废吸收液可以循环使用，不会造成二次污染，氮氧化物能实现达标排放。

Description

丁烯氧化脱氢制丁二烯催化剂氮氧化物废气的净化处理工艺及系统

技术领域

本发明涉及一种丁烯氧化脱氢制丁二烯催化剂氮氧化物废气的净化处理工艺及系统。

背景技术

氮氧化物种类很多，如NO、NO₂、N₂O₃、N₂O₄、N₂O₅等，总称NO_X。其中，造成大气污染的主要气体是NO和NO₂，它们能形成酸雨，破坏大气层，对人体健康有极大的危害。

工业生产排放的废气中含有大量的氮氧化物，是造成空气中氮氧化物超标的重要因素之一。丁烯氧化脱氢制丁二烯催化剂的生产过程中，通过采用铁与稀硝酸反应生成硝酸铁来提供制备催化剂所需要的金属阳离子，该反应会产生大量的氮氧化物废气，如果不经治理通过烟囱直接排放到大气中，会对环境造成严重的污染。并且，由于反应条件的变化，使得反应产生的氮氧化物废气具有间歇性，废气的排放量与组成不断变化。

目前，在去除丁烯氧化脱氢制丁二烯催化剂过程中产生的氮氧化物废气最有效方法是：采用尿素水溶液作为吸收液，对氮氧化物进行还原，使之变成无害气体。其缺点是：NO₂进入尿素水溶液之后，虽然大部分NO₂与尿素发生反应，并生成N₂、CO₂和H₂O，但还有少量NO₂直接与水反应生成了NO，NO几乎不溶于水，也不溶于尿素水溶液，直接被CO₂气体带出，影响废气中氮氧化物的去除率，不能达标排放。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种丁烯氧化脱氢制丁二烯催化剂氮氧化物废气的净化处理工艺及系统，处理后废气符合环保要求，可达标排放。

本发明的技术解决方案是：

一种丁烯氧化脱氢制丁二烯催化剂氮氧化物废气的净化处理工艺，其具体步骤是：

1、在尿素溶解罐中配制氮氧化物吸收液，尿素溶解罐的氮氧化物吸收液分别自流进入鼓泡吸收塔、循环储液罐；

2、丁烯氧化脱氢制丁二烯催化剂产生的氮氧化物废气从鼓泡吸收塔塔底进入吸收段，经气体分布板进入瓷环填料区，进行一级氮氧化物废气处理，瓷环填料区的温度是30℃～80℃，氮氧化物废气与氮氧化物吸收液的接触时间为1s～10s，氮氧化物废气再向上经泡沫网，通过泡沫网的氮氧化物废气进入扩大段由鼓泡吸收塔气体出口进入喷射泵；

3、利用尿素水溶液循环泵将循环贮液罐中氮氧化物吸收液抽送至喷射泵，一级处理后的氮氧化物废气与氮氧化物吸收液在喷射泵混合，进行二级氮氧化物废气处理；

4、喷射泵内二级处理的氮氧化物废气与氮氧化物吸收液混合物进入循环贮液罐，与循环储液罐内氮氧化物吸收液进行三级氮氧化物废气处理，循环贮液罐的温度为30℃～80℃，循环贮液罐内气体留空高体积为30%；

5、三级处理的氮氧化物废气进入后气液分离罐，通过后气液分离罐的泡沫网后，达标排放。

所述氮氧化物吸收液为尿素酸性水溶液或尿素双氧水弱酸性水溶液；其中，尿素酸性水溶液是用HNO₃将质量浓度为5%～15%尿素水溶液的pH值调至1～3；尿素双氧水弱酸性水溶液是用HNO₃将尿素、双氧水的质量浓度分别为5%～15%、0.1%～1%的尿素双氧水溶液的pH值调至1～3；酸性氮氧化物吸收液对NO具有溶解性，双氧水对NO具有氧化作用，提高净化效率，选用HNO₃调pH，避免处理过程中引入其它杂质。

当鼓泡吸收塔的氮氧化物吸收液中尿素质量浓度小于3%时，鼓泡吸收塔的氮氧化物吸收液自流进入中间罐，并将循环储液罐的氮氧化物吸收液抽送至鼓泡吸收塔。

当循环储液罐的氮氧化物吸收液中尿素质量浓度小于3%时，循环储液罐的氮氧化物废吸收液抽送至中间罐，尿素溶解罐的氮氧化物吸收液自流进入循环储液罐。

当尿素溶解罐中氮氧化物吸收液需要配制时，中间罐的氮氧化物废吸收液抽送至尿素溶解罐，检测废吸收液中尿素和双氧水浓度，加入尿素、双氧水，调pH值，配制氮氧化物吸收液。

一种丁烯氧化脱氢制丁二烯催化剂氮氧化物废气的净化处理系统，其特殊之处在于：包括回流冷凝器，与回流冷凝器出口连接的气液分离罐，与气液分离罐液体出口相连接的硝酸铁反应釜，与气液分离罐气体出口连接的鼓泡吸收塔，通过液体流通口a与鼓泡吸收塔的液体流通口f相连的中间罐，与鼓泡吸收塔的气体出口依次相连的两个并联的喷射泵、循环储液罐，所述循环储液罐7具有入口c和入口d，与循环储液罐气体出口连接的后气液分离罐，所述后气液分离罐出口与循环储液罐入口d连通，所述循环储液罐的液体出口通过两个并联的尿素水溶液循环泵、管道Ⅰ与中间罐液体流通口b相连通，所述中间罐液体流通口a经过所述两个并联的尿素水溶液循环泵并通过管道Ⅳ与尿素溶解罐入口相连通，所述尿素溶解罐的出口分别与循环储液罐入口e、鼓泡吸收塔液体流通口f相连通，所述循环储液罐出口还经过所述两个并联的尿素水溶液循环泵并分别通过管道Ⅱ、管道Ⅲ与鼓泡吸收塔液体流通口g、喷射泵液体入口相连通。

所述的鼓泡吸收塔由吸收段和扩大段组成，吸收段由塔底到塔顶依次设有气体分布板、瓷环填料区、泡沫网Ⅱ；采用气体经分布板，充分破碎了大气泡，使氮氧化物废气均匀流动，提高了氮氧化物废气和吸收液的接触面积；采用瓷环填料区，改善了气液两相的接触，使氮氧化物废气在瓷环填料区停留的时间均匀，减少了氮氧化物废气的轴向返混；采用泡沫网Ⅱ，将大气泡打碎成小气泡，阻挡吸收液继续上升，使吸收液返回瓷环填料区；扩大段，减缓氮氧化物废气上升速度，使氮氧化物废气携带的吸收液返回瓷环填料区。

所述的循环储液罐上设有瓷环填料罐，瓷环填料罐出口浸入循环储液罐中吸收液的液面，防止来自喷射泵的氮氧化物废气和氮氧化物吸收液混合物喷溅。

所述的气液分离罐上部装有泡沫网Ⅰ，防止氮氧化物废气携带硝酸铁溶液进入鼓泡吸收塔。

所述的后气液分离罐上部装有泡沫网Ⅲ，使氮氧化物废气携带的氮氧化物吸收液返回循环储液罐。

本发明的有益效果：

1、处理方法简单，反应条件温和，且氮氧化物废气处理速度快，尤其适合间歇排放、排放量和组成变化大的氮氧化物废气，氮氧化物去除率高，治理效果好，符合国家环保要求。

2、氮氧化物废吸收液可以循环使用，无有害气体产生，不会造成二次污染。

3、使用鼓泡吸收塔，有利于氮氧化物废气被氮氧化物吸收液充分吸收净化，有效地减少了氮氧化物吸收液的损失；经鼓泡吸收塔吸收后的氮氧化物废气，进入喷射泵，在喷射泵混合室内与吸收液混合、碰撞并发生反应，对氮氧化物废气再次吸收净化；喷射泵内的氮氧化物废气与吸收液经循环储液罐，使氮氧化物废气可以再次被吸收，实现氮氧化物废气达标排放。

4、氮氧化物废气净化系统选用的设备简单，易于控制，能耗低。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是瓷环填料罐与循环储液罐的连接结构图。

图中：1-回流冷凝器，2-气液分离罐，201-泡沫网Ⅰ，3-硝酸铁反应釜，4-鼓泡吸收塔，401-吸收段，401A-气体分布板，401B-瓷环填料区，401C-泡沫网Ⅱ，402-扩大段，5-中间罐，6-喷射泵，7-循环储液罐，8-后气液分离罐，801-泡沫网Ⅲ，9-尿素水溶液循环泵，10-尿素溶解罐，11-瓷环填料罐。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，该丁烯氧化脱氢制丁二烯催化剂氮氧化物废气的净化处理系统，包括回流冷凝器1，与回流冷凝器1出口连接的气液分离罐2，与气液分离罐2液体出口相连接的硝酸铁反应釜3，与气液分离罐2气体出口连接的鼓泡吸收塔4，所述气液分离罐2上部装有泡沫网Ⅰ201，以防止硝酸铁溶液被氮氧化物废气携带进入鼓泡吸收塔4；所述鼓泡吸收塔4由吸收段401和扩大段402组成，吸收段401由塔底到塔顶依次设有气体分布板401A、瓷环填料区401B、泡沫网Ⅱ401C；通过液体流通口a与鼓泡吸收塔4的液体流通口f相连的中间罐5，与鼓泡吸收塔4的气体出口依次相连的两个并联的喷射泵6、循环储液罐7，所述循环储液罐7具有入口c和入口d；如图2所示，所述循环储液罐7入口c上设有瓷环填料罐11，瓷环填料罐11出口浸入循环储液罐7中吸收液的液面，防止来自喷射泵6的氮氧化物废气和吸收液混合物喷溅；与循环储液罐7气体出口连接的上部设有泡沫网Ⅲ801的后气液分离罐8，所述后气液分离罐8出口与循环储液罐7的入口d连通，所述循环储液罐7的液体出口通过两个并联的尿素水溶液循环泵9、管道Ⅰ与中间罐5液体流通口b相连通，所述中间罐5液体流通口a经过所述两个并联的尿素水溶液循环泵9并通过管道Ⅳ与尿素溶解罐10入口相连通，所述尿素溶解罐10的出口分别与循环储液罐7入口e、鼓泡吸收塔4液体流通口f相连通，所述循环储液罐7出口还经过所述两个并联的尿素水溶液循环泵9并分别通过经由管道Ⅱ、管道Ⅲ与鼓泡吸收塔4液体流通口g、喷射泵6液体入口相连通。

丁烯氧化脱氢制丁二烯催化剂氮氧化物废气的净化处理工艺如下：

1、将生产丁烯氧化脱氢制丁二烯催化剂所需要的金属阳离子过程中产生的氮氧化物废气和硝酸铁溶液用喷射泵6产生的负压（-0.04MPa）抽出，并通过回流冷凝器1进入气液分离罐2，气液分离罐2的压力为-0.003MPa，冷凝后的硝酸铁溶液从气液分离罐2液体出口进入硝酸铁反应釜3，氮氧化物废气经气液分离罐2的泡沫网Ⅰ201由气液分离罐2气体出口进入鼓泡吸收塔4；

2、在尿素溶解罐10中配制氮氧化物吸收液，氮氧化物吸收液中尿素的质量浓度为5%、双氧水的质量浓度为0.1%，并用 HNO₃调pH=1，尿素溶解罐10的氮氧化物吸收液由尿素溶解罐10出口分别自流经液体流通口f、循环液储罐7的入口e进入鼓泡吸收塔4、循环储液罐7，此过程为间歇过程；

3、氮氧化物废气从鼓泡吸收塔4塔底的气体入口进入吸收段401，经气体分布板401A进入瓷环填料区401B，进行一级氮氧化物废气处理，瓷环填料区401B的温度是30℃，压力为-0.04MPa，氮氧化物废气与氮氧化物吸收液的接触时间1秒，氮氧化物废气再向上经泡沫网Ⅱ401C，离开泡沫网Ⅱ401C的氮氧化物废气进入扩大段402通过鼓泡吸收塔3气体出口进入喷射泵6，喷射泵6的压力为-0.04MPa；

4、用尿素水溶液循环泵9将循环贮液罐7中氮氧化物吸收液由循环贮液罐7的液体出口经管道Ⅲ抽送至喷射泵6，此过程为连续过程，一级处理的氮氧化物废气与氮氧化物吸收液在喷射泵6混合、碰撞，进行二级氮氧化物废气处理；

5、喷射泵内二级处理的氮氧化物废气与氮氧化物吸收液混合物由入口c经瓷环填料罐11缓冲进入循环贮液罐7，与循环储液罐内氮氧化物吸收液进行三级氮氧化物废气处理，循环贮液罐7的温度为30℃，循环贮液罐7内气体留空高为30%（V/V）；

6、三级处理的氮氧化物废气由循环储液罐7的气体出口进入后气液分离罐8，后气液分离罐8的氮氧化物废气经泡沫网Ⅲ801由烟囱排放，泡沫网Ⅲ801使氮氧化物废气携带的氮氧化物吸收液返回气液分离罐8塔底，经后气液分离罐8液体出口进入循环储液罐7；经检测，由烟囱排放的废气中氮氧化物的去除率达到99%；

7、在废气净化处理过程中，氮氧化物吸收液经过一定时间的还原分解，尿素的质量浓度低于3%时，需要更换吸收液：

7.1鼓泡吸收塔4的氮氧化物吸收液中尿素质量浓度小于3%时，鼓泡吸收塔的氮氧化物废吸收液经液体流通口f自流通过液体流通口a进入中间罐5，并用尿素水溶液循环泵9将循环储液罐7的氮氧化物吸收液经液体出口通过管道Ⅱ由液体流通口g抽送至鼓泡吸收塔4，此过程为间歇过程；

7.2循环储液罐7的氮氧化物吸收液中尿素质量浓度小于3%时，利用尿素水溶液循环泵9将循环储液罐7的氮氧化物废吸收液经液体出口通过管道Ⅰ由液体流通口b抽入中间罐5，尿素溶解罐10的氮氧化物吸收液由尿素溶解罐出口自流进入循环储液罐7入口e，此过程为间歇过程；

7.3待尿素溶解罐10需要配制氮氧化物吸收液时，利用尿素水溶液循环泵9将中间罐5的氮氧化物废吸收液经液体流通口a通过管道Ⅳ由尿素溶解罐10入口抽送至尿素溶解罐10，氮氧化物废吸收液循环使用；

8、检测尿素溶解罐10氮氧化物废吸收液中尿素、双氧水浓度，加入尿素、双氧水，并用硝酸调pH，使氮氧化物吸收液中尿素的质量浓度为5%、双氧水的质量浓度为0.1%、 pH=1；整个氮氧化物废气净化循环过程，氮氧化物吸收液的进入与排出通过安装在各连通管道上的电磁阀控制。

实施例2

该丁烯氧化脱氢制丁二烯催化剂氮氧化物废气的净化处理系统同实施例1。

丁烯氧化脱氢制丁二烯催化剂氮氧化物废气的净化处理时，尿素溶解罐10中氮氧化物吸收液的尿素的质量浓度为10%、双氧水的质量浓度为0.5%，并用 HNO₃调pH=2；瓷环填料区401B的温度是50℃，氮氧化物废气与氮氧化物吸收液的接触时间5秒；循环贮液罐7的温度为50℃；其它同实施例1；经检测，由烟囱排放的废气中氮氧化物的去除率达到99.5%。

实施例3

该丁烯氧化脱氢制丁二烯催化剂氮氧化物废气的净化处理系统同实施例1。

丁烯氧化脱氢制丁二烯催化剂氮氧化物废气的净化处理时，尿素溶解罐10中氮氧化物吸收液的尿素的质量浓度为15%、双氧水的质量浓度为1%，并用 HNO₃调pH=3；瓷环填料区401B的温度是80℃，氮氧化物废气与氮氧化物吸收液的接触时间10秒；循环贮液罐7的温度为80℃；其它同实施例1；经检测，由烟囱排放的废气中氮氧化物的去除率达到99%。

实施例4

该丁烯氧化脱氢制丁二烯催化剂氮氧化物废气的净化处理系统同实施例1。

丁烯氧化脱氢制丁二烯催化剂氮氧化物废气的净化处理时，尿素溶解罐10中氮氧化物吸收液的尿素的质量浓度为10%，并用 HNO₃调pH=2；瓷环填料区401B的温度是50℃，氮氧化物废气与氮氧化物吸收液的接触时间5秒；循环贮液罐7的温度为50℃；其它同实施例1；经检测，由烟囱排放的废气中氮氧化物的去除率达到99%。

实施例5

该丁烯氧化脱氢制丁二烯催化剂氮氧化物废气的净化处理系统同实施例1。

丁烯氧化脱氢制丁二烯催化剂氮氧化物废气的净化处理时，尿素溶解罐10中氮氧化物吸收液的尿素的质量浓度为5%，并用 HNO₃调pH=1；瓷环填料区401B的温度是30℃，氮氧化物废气与氮氧化物吸收液的接触时间1秒；循环贮液罐7的温度为30℃；其它同实施例1；经检测，由烟囱排放的废气中氮氧化物的去除率达到97%。

实施例6

该丁烯氧化脱氢制丁二烯催化剂氮氧化物废气的净化处理系统同实施例1。

丁烯氧化脱氢制丁二烯催化剂氮氧化物废气的净化处理时，尿素溶解罐10中氮氧化物吸收液的尿素的质量浓度为15%，并用 HNO₃调pH=3；瓷环填料区401B的温度是80℃，氮氧化物废气与氮氧化物吸收液的接触时间10秒；循环贮液罐7的温度为80℃；其它同实施例1；经检测，由烟囱排放的废气中氮氧化物的去除率达到95%。

Claims (10)

1.一种丁烯氧化脱氢制丁二烯催化剂氮氧化物废气的净化处理工艺，其特殊之处在于具体步骤是：

1.1、在尿素溶解罐中配制氮氧化物吸收液，尿素溶解罐的氮氧化物吸收液分别自流进入鼓泡吸收塔、循环储液罐；

1.2、丁烯氧化脱氢制丁二烯催化剂产生的氮氧化物废气从鼓泡吸收塔塔底进入吸收段，经气体分布板进入瓷环填料区，进行一级氮氧化物废气处理，瓷环填料区的温度是30℃～80℃，氮氧化物废气与氮氧化物吸收液的接触时间为1s～10s，氮氧化物废气再向上经泡沫网，离开泡沫网的氮氧化物废气进入扩大段由鼓泡吸收塔气体出口进入喷射泵；

1.3、利用尿素水溶液循环泵将循环贮液罐中氮氧化物吸收液抽送至喷射泵，一级处理后的氮氧化物废气与氮氧化物吸收液在喷射泵混合，进行二级氮氧化物废气处理；

1.4、喷射泵内二级处理的氮氧化物废气与氮氧化物吸收液混合物进入循环贮液罐，与循环储液罐内氮氧化物吸收液进行三级氮氧化物废气处理，循环贮液罐的温度为30℃～80℃，循环贮液罐内气体留空高体积为30%；

1.5、三级处理的氮氧化物废气进入后气液分离罐，通过后气液分离罐的泡沫网后，达标排放。

2.根据权利要求1所述的丁烯氧化脱氢制丁二烯催化剂氮氧化物废气的净化处理工艺，其特殊之处在于：所述的氮氧化物吸收液为尿素酸性水溶液或尿素双氧水弱酸性水溶液；其中，尿素酸性水溶液是用HNO₃将质量浓度为5%～15%尿素水溶液的pH值调至1～3；尿素双氧水弱酸性水溶液是用HNO₃将尿素、双氧水的质量浓度分别为5%～15%、0.1%～1%的尿素双氧水溶液的pH值调至1～3。

3.根据权利要求1所述的丁烯氧化脱氢制丁二烯催化剂氮氧化物废气的净化处理工艺，其特殊之处在于：当鼓泡吸收塔的氮氧化物吸收液中尿素质量浓度小于3%时，鼓泡吸收塔的氮氧化物吸收液自流进入中间罐，并将循环储液罐的氮氧化物吸收液抽送至鼓泡吸收塔。

4.根据权利要求1所述的丁烯氧化脱氢制丁二烯催化剂氮氧化物废气的净化处理工艺，其特殊之处在于：当循环储液罐的氮氧化物吸收液中尿素质量浓度小于3%时，循环储液罐的氮氧化物废吸收液抽送至中间罐，尿素溶解罐的氮氧化物吸收液自流进入循环储液罐。

5.根据权利要求1所述的丁烯氧化脱氢制丁二烯催化剂氮氧化物废气的净化处理工艺，其特殊之处在于：当尿素溶解罐中氮氧化物吸收液需要配制时，中间罐的氮氧化物废吸收液抽送至尿素溶解罐，检测废吸收液中尿素和双氧水浓度，加入尿素、双氧水，调pH值，配制氮氧化物吸收液。

6.一种丁烯氧化脱氢制丁二烯催化剂氮氧化物废气的净化处理系统，其特征在于：包括回流冷凝器，与回流冷凝器出口连接的气液分离罐，与气液分离罐液体出口相连接的硝酸铁反应釜，与气液分离罐气体出口连接的鼓泡吸收塔，通过液体流通口a与鼓泡吸收塔的液体流通口f相连的中间罐，与鼓泡吸收塔的气体出口依次相连的两个并联的喷射泵、循环储液罐的入口c，所述循环储液罐具有入口c、入口d，与循环储液罐气体出口连接的后气液分离罐，所述后气液分离罐出口与循环储液罐入口d连通，所述循环储液罐的液体出口通过两个并联的尿素水溶液循环泵、管道Ⅰ与中间罐液体流通口b相连通，所述中间罐液体流通口a经过所述两个并联的尿素水溶液循环泵并通过管道Ⅳ与尿素溶解罐入口相连通，所述尿素溶解罐的出口分别与循环储液罐入口e、鼓泡吸收塔液体流通口f相连通，所述循环储液罐出口还经过所述两个并联的尿素水溶液循环泵并分别通过管道Ⅱ、管道Ⅲ与鼓泡吸收塔液体流通口g、喷射泵液体入口相连通。

7.根据权利要求6所述的丁烯氧化脱氢制丁二烯催化剂氮氧化物废气的净化处理系统，其特征在于：所述的鼓泡吸收塔由吸收段和扩大段组成，吸收段由塔底到塔顶依次设有气体分布板、瓷环填料区、泡沫网Ⅱ。

8.根据权利要求6所述的丁烯氧化脱氢制丁二烯催化剂氮氧化物废气的净化处理系统，其特征在于：所述的循环储液罐上设有瓷环填料罐，瓷环填料罐出口浸入循环储液罐中吸收液的液面。

9.根据权利要求6所述的丁烯氧化脱氢制丁二烯催化剂氮氧化物废气的净化处理系统，其特征在于：所述的气液分离罐上部装有泡沫网Ⅰ。

10.根据权利要求6所述的丁烯氧化脱氢制丁二烯催化剂氮氧化物废气的净化处理系统，其特征在于：所述的后气液分离罐上部装有泡沫网Ⅲ。