CN104028100A - 氮氧化合物气体的常压吸收工艺及装置 - Google Patents

Abstract

本发明创造主要涉及工业废气的处理领域，尤其是适用于需要用硝酸作为氧化剂而产生氮氧化合物“废气”的湿法冶金生产领域，具体地讲就是氮氧化合物气体的一种常压吸收工艺及装置，包括以下步骤:（1）氮氧化合物气体和纯氧在常压条件下通入吸收器；（2）吸收器内的吸收液循环对氮氧化合物气体进行吸收；（3）吸收液达到一定浓度范围后再回流至反应釜回用。本发明的优点在于：反应釜所产生的氮氧化合物气体进入本系统后，氮氧化合物气体被完全吸收，同时附产硝酸返回反应釜供生产之用，基本不排放废气。在整个生产和吸收系统中硝酸的作用相当于催化剂，硝酸的耗量最终转变为氧的消耗，生产过程中只补充微量的硝酸，极大地降低了浸出成本。

Description

氮氧化合物气体的常压吸收工艺及装置

技术领域

本发明创造主要涉及工业废气的处理领域，尤其是适用于需要用硝酸作为氧化剂而产生氮氧化合物“废气”的湿法冶金生产领域，具体地讲就是氮氧化合物气体的一种常压吸收工艺及装置。

背景技术

金属硫化矿如辉钼矿、镍钼矿等，大多数用火法生产，高温燃烧后在进一步处理。火法过程中会有大量的二氧化硫二氧化碳等废气产生同时还可能有重金属带出，造成严重的环境污染。另外，火法生产还可能因高温下离子络合而使有效成分收率低或使产品价值降低。若这些矿种用湿法高压氧浸工艺则缺点是：操作维护困难、设备昂贵，生产难以规模化。再比如用金属与硝酸反应生产催化剂级硝酸盐，其产生的氮氧化合物气体通常用尿素还原成氮气或催化还原成氮气，这些方法浪费资源且成本也高；若采用加压吸收氮氧化合物气体成硝酸，其缺陷是设备昂贵、生产控制困难，生产难以规模化。

硝酸的强氧化性对一些难浸出的物料非常有效，却因为加硝酸反应后所产生的氮氧化合物气体吸收困难，造成严重的环境污染，且硝酸价格较高，跑掉的氮氧化合物气体消耗了硝酸增加了生产成本，使得用硝酸生产的工艺给以放弃。

发明内容

本发明的目的在于提供一种简单经济的工艺及装置，使氮氧化合物气体被完全吸收并重新生成硝酸回用，在整个生产系统中，硝酸的作用相当于催化剂，硝酸的耗量最终转变为氧的消耗，硝酸实际的耗量很小。

本发明的上述目的是通过如下方案来予以实现的：

吸收反应是指氮氧化合物气体在常压环境并且供氧充足的条件下被吸收液(水或稀硝酸溶液)完全吸收生成更浓的HNO₃溶液，其中各物质之间发生的化学反应如方程式①～④所示，

基本反应方程式 2NO+O₂=2NO₂ ①

3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO ②

综合反应方程式 4NO+3O₂+2H₂O=4HNO₃ ③

4NO₂+O₂+2H₂O=4HNO₃ ④

氮氧化合气体（如N₂O₃、N₂O₄等）均有此性质，其反应方程式与①～④类似。

在上述反应中，NO被氧化成NO₂，NO₂不断被吸收液吸收同时生成三分之一NO₂气体量的NO，NO（在供氧充足条件下）又不断地被氧化为NO₂，再被吸收液吸收。在纯氧环境并且供氧充足的条件下这一循环过程非常快。吸收液的浓度不断提高，达到生产回用浓度范围后即可生产回用,就整个系统而言由HNO₃的消耗转变为O₂的消耗，硝酸的作用相当于催化剂作用。

上述处理方法中，所用的氧气为液氧（纯度通常≥99.6%）气化而成。

本发明还提供用于上述方法对氮氧化合物气体进行常压吸收的装置。该装置包括通过液体输送管道、气体输送管道在流程上连接液氧储罐、汽化器、反应釜、储液槽和降膜吸收器、射流器、水储槽，构成氮氧化合物气体吸收系统。

该装置中，反应釜内生成的氮氧化合物气体和液氧气化的氧气通过气体输送管道同时通入降膜吸收器。降膜吸收器内的液体经由储液槽通过离心泵以及射流器从降膜吸收器上端喷入降膜吸收器，形成吸收液循环；同时射流器的抽气口与降膜吸收器下端尾气连接吸入尾气（主要是氧气），从降膜吸收器上端喷入降膜吸收器，形成降膜吸收器内的气体循环。射流器到降膜吸收器这段管道内是气液混合流。降膜吸收器内吸收液不停吸收氮氧化合物气体成HNO₃。吸收液达到一定浓度范围后返回到反应釜使用，并补充适当水(可以是生产回用水)作为吸收液，达到HNO₃重复利用的目的。

上述吸收系统反应过程：反应釜中产生的NO、NO₂等气体通过气体输送管道输送至降膜吸收器；液氧储罐中的氧气经气化器、气压自力控制阀、储液罐输送至降膜吸收器；一氧化氮气体与氧气反应：

2NO+O₂=2NO₂ ⑤

与此同时，储液槽、降膜吸收器、泵、射流器通过管道连接，形成吸收液循环和尾气循环，不停吸收氮氧化合物气体生成硝酸:

3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO ⑥

上述两个反应连续、同时进行，对氮氧化合物气体进行吸收。

对于吸收反应中产生的热量，用冷却循环水带出通过冷却塔进行冷却。

所述的反应釜是密封的，产生的气体通过管道输入降膜吸收器。

所述的吸收液是水或稀硝酸，循环吸收，吸收液达到生产所需浓度范围后输出至反应釜，然后补充水作为吸收液。

所述的用氧为纯氧。

所述的降膜吸收器可由喷淋塔或填料塔其中之一代替（另加热交换器）。

所述的装置中液氧储罐与汽化器以及压力自力控制阀依次连接后将氧气先通入储液槽，其在生产工艺上起氧气缓冲罐作用，对储槽上部空间予以充分利用。

本发明的优点在于：反应釜所产生的氮氧化合物气体进入本系统后，氮氧化合物气体被完全吸收，同时附产硝酸返回反应釜供生产之用，基本不排放废气。在整个生产和吸收系统中硝酸的作用相当于催化剂，硝酸的耗量最终转变为氧的消耗，硝酸实际的耗量很小，生产过程中只补充微量的硝酸，极大地降低了浸出成本。本发明采用密封常压条件下纯氧氧化氮氧化合物气体并用吸收液吸收，生成达到生产回用的浓度的硝酸，且基本无废气排放，完全无废水排放。

附图说明

图1是本发明所采用装置的结构示意图。

1—反应釜，2—储液槽，3—降膜吸收器，4—冷却塔，5—离心泵，

6—射流器，7—液封槽，8—液氧储罐，9—汽化器，10—压力自力控制阀，11--水储槽。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详述，但具体实施并不对本发明做任何限定。

如图1所示， 液氧储罐8与汽化器9以及压力自力控制阀10串联后与储液槽连接。这里，气压自力控制阀对系统进行稳定供氧系统的压力决定阀门开启度，自动根据需求准确配气，无需人力控制，储液槽上部空间起氧气缓冲罐作用。反应釜1和储液槽2的气体输送管道分别与降膜吸收器3上端连接。

降膜吸收器3液体经由储液槽2通过离心泵5以及射流器6串联成环路，形成吸收液循环；同时射流器6的抽气口与降膜吸收器3下端尾气连接吸入尾气，射流器输出气液混合物进入进入降膜吸收器上端，形成降膜吸收器的尾气循环。射流器输出后在降膜吸收器前设置有三通，接有足够高的倒U形管，另一端插入液封槽7，做气液分离之用，保证去液封槽的是气体。系统启动前氧气置换出系统内的空气由液封槽7排出，在生产必要时也可由液封槽7达标排出少量气体。由液封槽7防止系统负压时空气进入，同时如果系统压力过高则自动泄压以保证安全，有利于安全生产和杜绝空气进入。

水储槽11与降膜吸收器3连接，在吸收液达到生产回用的浓度范围回流到反应釜后从水储槽11水作为补充吸收液。

冷却塔用于对降膜吸收器提供循环冷却水。

本发明氮氧化合物处理方法及其装置的工作流程如下：

金属硫化矿、金属等在密封的反应釜釜内与硝酸反应，产生氮氧化合物气体。氮氧化合物气体通过输气管道进入降膜吸收器，同时液氧储罐内的液氧气化后的氧气也通过输气管道经过储液槽缓冲进入降膜吸收器。

在降膜吸收器这段，一氧化氮气体与氧气反应：2NO+O₂=2NO₂ ，二氧化氮气体与水反应3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO，两个反应连续不断进行。因为在一定的温度条件下，2NO+O₂=2NO₂这一反应速度与氧气的浓度成正比同时与NO的浓度的平方成正比，在本工艺环境中因氧气浓度很高，此步反应很快，NO的浓度会降得很低，则有总反应方程式4NO+3O₂+2H₂O=4HNO₃和4NO₂+O₂+2H₂O=4HNO₃ ，表现为将氮氧化合物气体完全吸收。这一吸收过程是放热反应过程，通过降膜列管进行热交换，冷却循环水将反应热带出去，在冷却塔冷却。

储液槽、离心泵、射流器、降膜吸收器形成吸收液循环和气体循环。吸收液循环是使吸收液与气体充分接触吸收，气体循环是使系统内氧气循环利用和氮氧化合物气体被完全吸收，做到基本无废气排放。吸收液达到生产回用的浓度时，再通过管道放入反应釜，达到硝酸重复利用的目的。

本发明创造的回收系统为全封闭的，生产前用氧气对系统中的空气进行适当置换。

Claims (5)

1.氮氧化合物气体的一种常压吸收工艺及装置，其特征在于：该方法利用纯氧对氮氧化合物气体进行氧化，用吸收液吸收净化处理重新生成硝酸返回生产使用，包括以下步骤:

（1）氮氧化合物气体和纯氧在常压条件下通入吸收器；

（2）吸收器内的吸收液循环对氮氧化合物气体进行吸收；

（3）吸收液达到一定浓度范围后再回流至反应釜回用；

所述的氮氧化合物气体的常压吸收工艺采用如下装置来实现：

反应釜和储液槽上端分别通过气体输送管道与降膜吸收器连接；储液槽通过液体输送管道与反应釜连接；

液氧储罐与汽化器以及气压自力控制阀串联后与储液槽连接。储液槽的上部空间起氧气缓冲罐的作用；

储液槽、降膜吸收器、离心泵以及射流器用液体管道串联成环路，形成吸收液循环；同时射流器的抽气口与降膜吸收器下端尾气排放管连接，吸入尾气，形成尾气循环；

水储槽与降膜吸收器连接，在吸收液达到生产回用浓度回流到反应釜后补充水作为吸收液。

冷却塔用于对降膜吸收器反应产生的热量进行循环冷却；

反应釜密封，反应生成的氮氧化合物气体通过输气管道进入降膜吸收器，同时液氧储罐内的氧气经过储液槽也通过输气管道进入降膜吸收器，在降膜吸收器内，有吸收液循环和气体循环，氮氧化合物气体与氧气及水充分反应，表现为氮氧化合物气体被完全吸收；冷却循环水将反应热带出去，在冷却塔冷却；吸收液达到生产回用浓度范围时，再通过管道回流到反应釜生产回用，并补充相应的水作为吸收液继续吸收，达到硝酸重复利用的目的。

2.根据权利要求1所述的氮氧化合物气体的一种常压吸收工艺及装置，其特征在于：整个反应系统是全封闭的。

3. 根据权利要求1所述的氮氧化合物气体的一种常压吸收工艺及装置，其特征在于：所述的降膜吸收器可由喷淋塔或填料塔与热交换器分别组合，其中之一组合方式代替。

4. 根据权利要求1所述的氮氧化合物气体的一种常压吸收工艺及装置，其特征在于：所述的纯氧条件在增大降膜吸收器规模后用富氧条件代替。

5. 根据权利要求4所述的氮氧化合物气体的一种常压吸收工艺及装置，其特征在于：所述富氧的纯度≥75%。