CN104689697B

CN104689697B - 一种降低硝酸生产尾气中氮氧化物含量的处理系统

Info

Publication number: CN104689697B
Application number: CN201510071025.5A
Authority: CN
Inventors: 周泉水; 刘心强; 陈春祥; 廖定友; 蒋贵荣
Original assignee: SICHUAN MEIFENG CHEMICAL INDUSTRY Co Ltd
Current assignee: SICHUAN MEIFENG CHEMICAL INDUSTRY Co Ltd
Priority date: 2015-02-10
Filing date: 2015-02-10
Publication date: 2017-03-29
Anticipated expiration: 2035-02-10
Also published as: CN104689697A

Abstract

本发明提供了一种对含氮氧化物的尾气处理系统，吸收塔在由下至上总层数的25～33%处将换热盘管分为上、下两部分，分别通过管线连接各自独立的冷却水循环系统；吸收液通过管线连接至吸收塔上部的冷却水循环系统中的氨蒸发器冷却后、再供入吸收塔顶部；工艺气通过吸收塔下部的冷却水循环系统中高压快冷器冷却后、再供入吸收塔底部；上部换热盘管进水口处的冷却水温度低于下部换热盘管进水口处的冷却水温度。本发明通过调整流程等利用原来浪费的冷量，优化系统设计、工艺流程简单，绿色环保、节能效果显著，经济成本大幅降低，适合在需要高品位冷量的硝酸吸收等领域中推广应用。

Description

一种降低硝酸生产尾气中氮氧化物含量的处理系统

技术领域

本发明涉及化工领域，具体是在化工生产中、一种降低硝酸生产尾气中氮氧化物含量的处理系统。

背景技术

按照《国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要》提出的要求，万元国内生产总值能耗要降低20％左右，主要污染物排放总量减少10％，国家环保总局下达了《关于2006年度国家环境保护标准修订项目计划的通知》。对于大气中主要污染物氮氧化物(NO_x)的排放，要求制定新的标准，新标准将对氮氧化物排放浓度提出更高的要求，其目的是要减少氮氧化物工业排放量。硝酸是工业氮氧化物的主要排放源，GB16297-1996标准对现有和新建装置氮氧化物的排放浓度分别为1700mg/m³和1400mg/m³。更严格要求的新标准《硝酸工业污染物排放标准》(GB26131-2010)，规定将上述两个排放浓度分别降至500mg/m³和300mg/m³。为实现节能减排硬性指标和适应硝酸装置尾气氮氧化物新标准控制的要求，必须提高硝酸装置吸收吸收率，降低尾气中的氮氧化物。

如图1所示，是现有技术中降低硝酸生产尾气中的氮氧化物含量一种的技术方案。由界区来的原料液氨送入1^#氨蒸发器6-1和2^#氨蒸发器6-2，大部分液氨在1^#氨蒸发器6-1中蒸发，剩余的液氨在2^#氨蒸发器6-2中蒸发。冷冻循环水c通过1^#氨蒸发器6-1、由氨蒸发产生冷量降温，作为吸收塔2的上部冷却介质；普通的循环水WS先经过吸收塔2底部吸收反应热后，再依次通过高压快冷器7换热和2^#氨蒸发器6-2冷却，送出界区。26～32℃的吸收液l未经过冷却直接加入吸收塔2的顶部。

该尾气处理方法的缺点在于：2^#氨蒸发器6-2中的液氨蒸发所产生的冷量换热而得到低温冷却的循环水WS3(比送入界区循环水WS的水温降低2～4℃)，这部分冷量未被用于需要低温的吸收塔2使用，造成冷量不合理使用。另外，吸收液l未经过冷却就直接加入吸收塔2，提高了吸收末端的温度，提高了尾气g中氮氧化物的平衡浓度。

在设计成品酸浓度为60％时，硝酸尾气中NO_x排放浓度为600～800mg/m³；有的厂家采用降低成品酸浓度的办法，使硝酸尾气中NO_x的浓度降到300mg/m³以下，达标排放。但降低硝酸浓度，增加了后工段硝酸加工能耗。

若要保证成品酸浓度60％，将尾气g中氮氧化物浓度由600～800mg/m³降至300mg/m³以下，硝酸生产尾气需采用氨催化还原器4处理，得到氮氧化物浓度300mg/m³以下的尾气g。处理每吨酸尾气费用按2.5元计(含氨消耗，催化剂更换费用)，对于600吨/日(折纯)硝酸装置，每年共需处理费用50万元。

如图2所示，是现有技术中降低硝酸生产尾气中的氮氧化物的另一种的技术方案。该吸收塔冷却系统中，设置了三种冷却水，具体是：

第一种为吸收塔2由下至上第1～8层使用的循环水WS同方法1，温度为32～40℃。

第二种为吸收塔由下至上第9～26层使用的冷冻循环水c、由1^#氨蒸发器6-1制得的冷冻循环水c，温度为18～22℃。

第三种为吸收塔由下至上第27～32层使用的外供低温水k，温度为7～12℃；该外供冷却水k由额外配置的冷冻机组10制得，循环使用。

吸收液l经过工艺水冷却器9被第三种的外供低温水k冷却降温，使得进入吸收塔2的吸收液l’温度为10～15℃。

该尾气处理方法的缺点在于：该技术仍未能将15～30％负荷的2^#氨蒸发器6-2氨蒸发所产生的冷量利用，而是利用硝酸装置外界区的富裕低压蒸汽额外配置冷冻机组10、产生外供低温水k来达到降低吸收塔2的温度，提高吸收效率、降低尾气g中的氮氧化物的。对600吨/日(折纯)的硝酸装置，每年需要低压蒸汽约0.9万吨、价值近80万元，对于没有富裕低压蒸汽的厂家无法实现，否则将增加低压蒸汽成本约80万。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种直接降低硝酸生产尾气中氮氧化物含量的处理系统，是一种使用氨蒸发器中液氨气化制作的低温冷冻水、低温循环水和低温吸收液，配以监测吸收塔内关键点的温度，无需增加尾气氨还原器或额外提供能源，就能确保吸收效率，降低硝酸生产尾气中氮氧化物的含量，最终达标排放。

本发明所采用的技术方案是：

一种降低硝酸生产尾气中氮氧化物含量的处理系统，包括筛板式吸收塔，在吸收塔内均布多层设置有若干透气和溢流孔的筛板，每层筛板的上部设置有换热盘管，换热盘管内流通冷却水、吸收筛板上反应产生的热量；该吸收塔底部设置有工艺气送入口和成品酸出口、顶部设置有尾气送出口和吸收液入口，所述吸收塔在由下至上总层数的25～33％处将换热盘管分为上、下两部分，分别通过管线连接各自独立的冷却水循环系统；对应两个冷却水循环系统，上、下两部分换热盘管两端的所有进水口分别并联为上总进水口和下总进水口、所有出水口分别并联为上总出水口和下总出水口；所述吸收塔上部的冷却水循环系统由总出水口通过管线连接升压泵和氨蒸发器至总进水口；吸收液通过管线连接至该氨蒸发器冷却后、再供入吸收塔顶部；所述吸收塔下部的冷却水循环系统由总出水口通过管线连接高压快冷器和氨蒸发器至总进水口，且工艺气通过管线送至高压快冷器上的气体通道、与高压快冷器内通流的冷却水换热降温后，再供入吸收塔；上部换热盘管进水口处的冷却水温度低于下部换热盘管进水口处的冷却水温度。

在所述吸收塔由下至上占总层数30～35％处和37～42％处分别设置温度测量元件，并将温度值发送至控制单元，控制单元接收信号后、计算两个冷却水循环系统内氨蒸发器的工作参数，并将执行信号发送至对应的氨蒸发器、调节氨蒸发器的负荷。

所述上部换热盘管进水口处的冷却水温度为12～18℃。

所述下部换热盘管进水口处的冷却水温度为22～28℃。

所述供入吸收塔的吸收液的温度为12～20℃。

所述工艺气经吸收塔内吸收液吸收其中大部分氮氧化物后、排出尾气的温度为14～18℃。

通过调节氨蒸发器的工作参数，使得所述下方温度测量元件测得的温度保持在37～45℃、上方温度测量元件测得的温度保持在26～32℃。

所述两个冷却水循环系统的管线上设置有阀门。

本发明所产生的有益效果是：

本发明对降低硝酸生产尾气中氮氧化物含量的尾气处理系统，优化系统设计、工艺流程简单，绿色环保、节能效果显著，经济成本大幅降低，适合在需要低温(10-14℃)冷却水的硝酸吸收等领域中推广应用。本发明充分利用了液氨的制冷潜热，低能耗获取硝酸吸收塔低温冷却水，实现了能源的综合利用；不需在出吸收塔的尾气段增设硝酸尾气氨还原装置，且不需外界提供额外的热量生成低温冷却水供吸收塔冷却使用，就能达到提高吸收效率，降低尾气氮氧化物的目的。

本发明合理利用氨蒸发器产生冷量，使硝酸尾气中氮氧化物浓度降到300mg/m³以下，达标排放，无需使用氨还原或外部供能，达到降本节能环保的目的。氨蒸发器中液氨汽化时，必须吸收大量的热，进入硝酸装置的液氨在氨蒸发器产生冷量，这些冷量为高品位冷量。

本技术方案通过计算，对这些高品位冷量重新布置流程，将其全部回收。氨蒸发产生冷量制取低温水不同于之前的流程设置，即1^#氨蒸发器产生冷冻水供硝酸吸收塔上部使用，以移除吸收反应热，使吸收塔上部在低温下；2^#氨蒸发器产生降温循环水供硝酸吸收塔下部使用，该循环水比以往流程的温度下降，冷却效果更好，以移除吸收塔下部吸收反应热，使硝酸吸收塔主反应区在更低温度下进行，减轻了吸收塔上部吸收负荷。吸收液也通过冷却后加入吸收塔；监测硝酸吸收塔关键点温度，调配冷量。最终，硝酸尾气氮氧化物浓度250mg/m³以下，吸收率达99.9％。

与现有技术相比，本发明充分利用了液氨的制冷潜热，优化系统设计，工艺流程简单，环保节能，本发明通过调整流程等利用原来浪费的冷量，用低投入、低能耗获取硝酸吸收塔低温冷却水，实现了能源的综合利用，不需增设硝酸尾气氨还原装置，或不需外界提供额外的热量生成低温冷却水，适合在需要高品位冷量的硝酸吸收等领域中推广应用。

附图说明

图1为第一种现有技术氨蒸发、硝酸吸收的流程示意图；

图2为第二种现有技术氨蒸发、硝酸吸收的流程示意图；

图3为本发明尾气处理系统的氨蒸发、硝酸吸收流程图

图中标号所示：1-吸收液泵、2-吸收塔、3-尾气加热器、4-氨还原炉、5-冷冻循环水泵、6-1-1^#氨蒸发器、6-2-2^#氨蒸发器、7-高压快冷器、8-2^#氨蒸发器循环水调节阀、9-工艺水冷却器、10-冷却机组、11-冷却水泵、T-温度测量元件、n-工艺气、g-尾气、WS-循环水、c-冷冻循环水、l-吸收液、k-外供低温水、AN-成品酸。

具体实施方式

如图3所示，是一种降低硝酸生产尾气中氮氧化物含量的处理系统，包括筛板式吸收塔2，在吸收塔2内均布多层设置有若干透气和溢流孔的筛板，每层筛板的上部设置有换热盘管，换热盘管内流通冷却水、吸收筛板上反应产生的热量。该吸收塔2底部设置有工艺气n的送入口和成品酸AN的出口、顶部设置有尾气g的送出口和吸收液l的入口。吸收塔2在由下至上总层数的25～33％处处将换热盘管分为上、下两部分，分别通过管线连接各自独立的冷却水循环系统。对应两个冷却水循环系统，上、下两部分换热盘管两端的所有进水口分别并联为上总进水口和下总进水口、所有出水口分别并联为上总出水口和下总出水口。

吸收塔2上部的冷却水循环系统由总出水口通过管线连接冷冻循环水泵5和1^#氨蒸发器6-1至总进水口；且吸收液l通过管线连接至该1^#氨蒸发器6-1冷却后、再供入吸收塔2顶部。吸收塔2下部的冷却水循环系统由总出水口通过管线连接高压快冷器7和2^#氨蒸发器6-2至总进水口；且工艺气n通过管线送至高压快冷器7上的气体通道、与高压快冷器7内通流的冷却液换热降温后，再供入吸收塔2。需要注意的是：上部换热盘管进水口处的冷却水温度低于下部换热盘管进水口处的冷却水温度。

两个冷却水循环系统的管线上设置有阀门，阀门可关断整个冷却水循环系统，也可分别调节两个冷却水循环系统中的流量、从而调节1^#氨蒸发器6-1和2^#氨蒸发器6-2所占所有氨蒸发组件的负荷比。

本具体实施方式中，为便于区分，将上部冷却水循环系统命名为冷冻循环水系统、其内部的冷却液为冷冻循环水c，将下部冷却水循环系统命名为循环水系统、其内部的冷却液为循环水WS。则上部换热盘管进水口处的冷却水(冷冻循环水c)温度为12～18℃。下部换热盘管进水口处的冷却水(循环水WS1)温度为22～28℃。供入吸收塔2的吸收液l的温度为12～20℃。供入吸收塔2的工艺气n的温度为40～45℃。吸收塔2上部冷冻循环水系统和下部循环水系统中各部件之间的管线上设置有若干个阀门。

本发明使用2^#氨蒸发器6-2处产生的冷量、制取高品位冷冻循环水c，该冷冻循环水c较以往流程制得的冷却水温度更低，冷却效果更好，以移除吸收塔2下部的吸收反应热，使硝酸吸收塔2主反应区在更低温度下进行，更进一步减轻了吸收塔2上部吸收负荷。1^#氨蒸发器6-1产生高品位冷量、冷却吸收液l，使吸收塔2的出口温度进一步降低。

在所述吸收塔由下至上占总层数30～35％处和37～42％处分别设置温度测量元件T1和T2，温度测量元件T1和T2分别测量吸收塔2的下部温度和上部温度、并将其测得的温度值发送至控制单元。控制单元接收信号后、计算两个冷却水循环系统内1^#氨蒸发器6-1和2^#氨蒸发器6-2的工作参数，并将执行信号发送至对应的1^#氨蒸发器6-1和2^#氨蒸发器6-2。需要通过调节1^#氨蒸发器6-1和2^#氨蒸发器6-2的工作参数，使得下方温度测量元件T1测得的温度保持在37～45℃、上方温度测量元件T2测得的温度保持在26～32℃，既保证吸收塔2内部的温度为26～45℃。本发明根据热量吸收的理论计算，合理分配吸收塔2吸收冷量的负荷，对这些负荷实现可监测、可调整。

工艺气n经吸收塔2内吸收液l吸收其中大部分氮氧化物后、排出尾气g的温度为14～18℃。进入吸收塔2时，工艺气n内氮氧化物的含量较高，通过吸收塔2吸收氮氧化物、使其与吸收液l——水反应生成产品硝酸HNO₃后的气体称为尾气g。

本发明对含氮氧化物的尾气处理系统中的所有管线上设置有调节阀，如：吸收液l输送管道、冷冻循环c循环管道、循环水WS循环管道、成品酸AN出口管道、工艺气n送入管道……

更进一步的说明如下：

工艺气n中的氧化氮NO气体，在吸收塔2中用水吸收并反应、就得到硝酸HNO₃；该反应在高于氨氧化压力的条件下、在筛板里进行，与筛板中逆向流动的吸收液l充分接触。

氧化氮NO的氧化和吸收反应不断进行，压力升高及温度降低(液体在筛板上冷却)有利于这一反应。下列反应会发生：

3NO₂+H₂O→2HNO₃+NO+594.5KJ

反应中放出的NO气体在筛板之间再氧化成NO₂及N₂O₄，然后在上一层筛板中吸收反应。压力升高有利于NO氧化以及酸的生成。因此这里获得最大的酸浓度及氧化率，吸收塔2应尽可能在高压、低温下操作。

提高操作压力有利吸收反应，可降低尾气g中的氮氧化物，但由此产生的消耗将大大上升，且吸收压力升高后管道、设备危险性增加，故吸收压力一般不超过1.1MPa。本发明充分利用硝酸装置中氨蒸发器液氨蒸发时产生的冷量，降低吸收塔2的温度，达到降低硝酸尾气g中的氮氧化物浓度的目的。

本发明的吸收塔2的冷却系统中的冷却水为两种：

第一种冷却水：吸收塔2下部使用经2^#氨蒸发器6-2冷却的循环水WS，温度为22～28℃。

第二种冷却水：吸收塔2上部使用经1^#氨蒸发器6-1封闭冷却的冷冻循环水c，温度为12～18℃。

氨蒸发组件：

1^#氨蒸发器6-1占所有氨蒸发组件70～90％的负荷；

2^#氨蒸发器6-2占所有氨蒸发组件10～30％的负荷。

界区来的液氨、通过液氨过滤器后进入主蒸发器(1^#氨蒸发器6-1)。液氨在0.5～0.7MPa的压力下蒸发，氨蒸发产生的冷量、使得供入1^#氨蒸发器6-1中闭路循环的冷冻循环水c’换热，制得冷冻循环水c、送去吸收塔2的上部，冷冻循环水c在吸收塔2上部的换热盘管内流通、带出吸收塔2内反应的热量，换热后的冷冻循环水c’温度升高，再回到1^#氨蒸发器6-1冷却，如此循环。

由于通过1^#氨蒸发器6-1的冷冻循环水c’的流量固定，因此1^#氨蒸发器6-1在氨液位一定情况下，负荷相对固定；而2^#氨蒸发器6-2设置循环水调节阀8，这样就可通过2^#氨蒸发器6-2的循环水WS的流量调节该2^#氨蒸发器6-2负荷。

循环水WS首先通过2^#氨蒸发器6-2，由2^#氨蒸发器6-2氨蒸发产生的冷量冷却、制得循环水WS1，WS1较WS降低2～4℃；冷却后的循环水WS1进入吸收塔2下部，带出吸收反应热量；换热后的循环水WS2再加入高压快冷器7、冷却工艺气n，最终循环水WS3流到循环回水总管、送出硝酸界区。

另外，在1^#氨蒸发器6-1中增设的吸收液冷却器，对26～32℃的吸收液l进行冷却、占所有氨蒸发组件5～10％的负荷，制得冷却后的吸收液l’、使其入塔温度降到为12～20℃，从而保证吸收塔2顶部处于低温，有利于氮氧化物被吸收。

同时，吸收塔2的第12层和18层分别设置温度测量元件T1和T2，用于监测吸收塔2温度分布状况。并根据吸收理论、调整1^#氨蒸发器6-1和2^#氨蒸发器6-2的负荷，使吸收塔2内的温度分布最合理。需要注意的是，温度测量元件T1和T2所处位置最能反映吸收塔2的工作状态，其温度值在26～45℃，且各个季节有所变化。

实施例一

以37层的筛板式吸收塔为主要部件、构成的本发明处理系统为例，将吸收塔的第3～32层筛板上部设置有换热盘管；并从吸收塔由下至上第11层处将换热盘管分为上、下两部分。上部换热盘管通过管线连接冷冻循环水系统、其内部的冷却液为温度为12～18℃的冷冻循环水c，下部换热盘管通过管线连接循环水系统、其内部的冷却液为温度为22～28℃的循环水WS。且在吸收塔内部由下至上第12层和第18层处分别设置2个温度测量元件T1和T2。具体的：

1、调整循环水流程，循环水WS通过2^#氨蒸发器6-2冷却，冷却后的循环水WS1进吸收塔2做冷却介质；并设置调节副线，根据温度测量元件T1所检测到的吸收塔2内的温度，对应调节进入2^#氨蒸发器6-2的循环水流量。调节阀开度为30％时，循环水WS1温度比进界区的循环水WS温度降低2℃，吸收塔内温度测量元件T1的温度为30～34℃；调节阀开度为70％时，循环水WS1温度比进界区的循环水WS温度降低4℃，吸收塔内温度测量元件T1的温度为37～41℃。

2、经冷却后的吸收液l’：冬季温度为13～15℃、比未冷却前的吸收液l的温度降低3～4℃；夏季温度为18～20℃、比未冷却前的吸收液l的温度降低8～10℃。

3、通过上述步骤，将2^#氨蒸发器6-2上循环水WS的阀门全部关闭、通过1^#氨蒸发器6-1的吸收液l全部走副线(相当于现有技术一的方法)，则吸收塔2的出口尾气g的温度为20～23℃，尾气g中氮氧化物的含量为350～450mg/m³。将2^#氨蒸发器6-2上循环水WS的阀门全部打开、副线调节阀开度50％，通过1^#氨蒸发器6-1的吸收液副线阀门关闭、全部冷却，吸收塔2的出口尾气温度14～16℃，尾气g中氮氧化物含量106～220mg/m³。

Claims

1.一种降低硝酸生产尾气中氮氧化物含量的处理系统，包括筛板式吸收塔，在吸收塔内均布多层设置有若干透气和溢流孔的筛板，每层筛板的上部设置有换热盘管，换热盘管内流通冷却水、吸收筛板上反应产生的热量；该吸收塔底部设置有工艺气送入口和成品酸出口、顶部设置有尾气送出口和吸收液入口，其特征在于，所述吸收塔在由下至上总层数的25～33%处将换热盘管分为上、下两部分，分别通过管线连接各自独立的冷却水循环系统；对应两个冷却水循环系统，上、下两部分换热盘管两端的所有进水口分别并联为上总进水口和下总进水口、所有出水口分别并联为上总出水口和下总出水口；所述吸收塔上部的冷却水循环系统由总出水口通过管线连接升压泵和氨蒸发器至总进水口；吸收液通过管线连接至该氨蒸发器冷却后、再供入吸收塔顶部；所述吸收塔下部的冷却水循环系统由总出水口通过管线连接高压快冷器和氨蒸发器至总进水口，且工艺气通过管线送至高压快冷器上的气体通道、与高压快冷器内通流的冷却水换热降温后，再供入吸收塔；上部换热盘管进水口处的冷却水温度低于下部换热盘管进水口处的冷却水温度；在所述吸收塔由下至上占总层数30～35%处和37～42%处分别设置温度测量元件，并将温度值发送至控制单元，控制单元接收信号后、计算两个冷却水循环系统内氨蒸发器的工作参数，并将执行信号发送至对应的氨蒸发器、调节氨蒸发器的负荷。

2.根据权利要求1所述降低硝酸生产尾气中氮氧化物含量的处理系统，其特征在于，所述上部换热盘管进水口处的冷却水温度为12～18℃。

3.根据权利要求1所述降低硝酸生产尾气中氮氧化物含量的处理系统，其特征在于，所述下部换热盘管进水口处的冷却水温度为22～28℃。

4.根据权利要求1所述降低硝酸生产尾气中氮氧化物含量的处理系统，其特征在于，所述供入吸收塔的吸收液的温度为12～20℃。

5.根据权利要求1所述降低硝酸生产尾气中氮氧化物含量的处理系统，其特征在于，所述工艺气经吸收塔内吸收液吸收其中大部分氮氧化物后、排出尾气的温度为14～18℃。

6.根据权利要求1所述降低硝酸生产尾气中氮氧化物含量的处理系统，其特征在于，通过调节氨蒸发器的工作参数，使得所述下方温度测量元件测得的温度保持在37～45℃、上方温度测量元件测得的温度保持在26～32℃。

7.根据权利要求1所述降低硝酸生产尾气中氮氧化物含量的处理系统，其特征在于，所述两个冷却水循环系统的管线上设置有阀门。