CN108380018B - 氮氧化物的吸收装置及利用该装置实现吸收产物分离的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种氮氧化物吸收装置，该装置包括洗涤单元和反应单元，洗涤单元包括若干串联的吸收塔，每个吸收塔为采用碱液循环的吸收塔，反应单元包括反应釜A和反应釜B，反应釜B的顶部设置一填料吸收塔，填料吸收塔顶部连接喷射泵出液口，喷射泵的真空室连接至反应釜A的顶部，反应釜A的顶部还设置有两个硝酸高位储存罐和与引风机连接的废气排出口，反应釜B底部与喷射泵的进液口之间连接有循环泵。本发明还提供一种利用上述吸收装置实现吸收产物‑‑硝酸钠与亚硝酸钠分离的方法，该方法是将氮氧化物先引入吸收塔被碱液吸收后转化为混合盐，再通过在混合盐中加入不同浓度的硝酸和控制反应液的pH值来获得硝酸钠和亚硝酸钠。本发明的方法可真正实现氮氧化物的清洁回用。
Description
技术领域
本发明涉及一种尾气处理装置，尤其涉及一种氮氧化物尾气的吸收装置。本发明还涉及一种利用上述氮氧化物的吸收装置实现吸收产物--硝酸钠与亚硝酸钠分离的方法。
背景技术
化工厂在生产多种化工产品，如硝酸、硝基苯、氮肥以及用硝酸与金属反应制备多种硝酸盐的生产过程中会产生氮氧化物废气，氮氧化物主要包括一氧化氮 (NO) 和二氧化氮 (NO2)，这些废气对环境的损害作用极大，既是形成酸雨的主要物质之一，也是形成大气中光化学烟雾的重要物质和消耗臭氧 (O3) 的一个重要因子，因此必须对其进行处理，而对废气进行合理处置，实行资源化利用可以在一定程度上减少处理成本。
现有氮氧化物废气处理的方法一般有：选择性非催化还原法（SNCR法）、选择性催化还原法（SCR法）、吸附法和吸收法等。SNCR法和SCR法是以还原剂氨或尿素在较高温度下，在催化剂或无催化剂作用下将氮氧化物还原为氮气和水，并最终无害化排放，这种方法一般应用于火电厂的氮氧化物处理；吸附法一般适用于氮氧化物较少的情况；吸收法是采用水、碱、酸进行吸收转化，一般多用碱液吸收，具有适用范围广，设备简单的优点，但由于吸收产物为硝酸和亚硝酸盐的混合溶液，难以分离纯化，这也是困扰本领域技术人员的一个难题。
发明内容
为克服以上存在的问题，本发明的目的是提供一种氮氧化物尾气的吸收装置，该装置可实现氮氧化物的清洁回用。
本发明还提供一种利用上述吸收装置实现吸收产物--硝酸钠与亚硝酸钠分离的方法。
为实现以上目的，本发明的氮氧化物吸收装置，包括洗涤单元和反应单元，洗涤单元包括若干串联的吸收塔，每个吸收塔为采用碱液循环的吸收塔，第一个吸收塔的底部设有氮氧化物的进口，最后一个吸收塔的顶部设有与真空泵连接的出口；反应单元包括反应釜A和反应釜B，反应釜B的顶部设置一填料吸收塔，填料吸收塔顶部连接喷射泵出液口，喷射泵的真空室连接至反应釜A的顶部，反应釜A的顶部还设置有两个硝酸高位储存罐和与引风机连接的废气排出口，反应釜B底部与喷射泵进液口之间连接有循环泵。
为了使反应釜B中未被吸收的气体再次得到处理，上述反应釜B的顶部通过两个单向阀分别与反应釜A和第一个吸收塔直接连接。
上述两个硝酸高位储存罐分别储存有质量浓度为20-30%的硝酸和质量浓度为50-60%的硝酸，质量浓度为20-30%的硝酸高位罐的底部出口通过排液管伸至反应釜A的中下部，质量浓度为50-60%的硝酸高位罐的底部出口通过排液管伸至反应釜A的上部。
上述吸收塔为三个，每个吸收塔的上部设有鲍尔环填料、下部设有质量浓度为20-30%的氢氧化钠溶液，上述填料吸收塔设有鲍尔环填料。
本发明的氮氧化物吸收装置，由洗涤单元和反应单元两部分组成，结构简单，操作容易，吸收后的产物易于分离。
本发明还提供一种利用上述氮氧化物吸收装置实现吸收产物--硝酸钠与亚硝酸钠分离的方法，该方法依次包括如下步骤：
（1）在每个吸收塔中加入质量浓度为20-30%的氢氧化钠溶液，将前工艺过程中生成的NOX和空气通过负压导流依次进入各个吸收塔被氢氧化钠溶液吸收，当其中某一吸收塔内的碱液pH值降至9-11时，将该塔的碱液泵出，得硝酸钠、亚硝酸钠及少量碳酸钠的混合盐溶液，同时该吸收塔换入新的质量浓度为20-30%的氢氧化钠溶液；
（2）将混合盐溶液泵入反应釜A中，搅拌下控制温度在30℃以下，打开其中一个硝酸高位储存罐的出液口，使质量浓度为20-30%的硝酸从混合盐溶液的液面下慢慢加入，至溶液的pH为5-6，停止加酸，加酸速度控制以液面无氮氧化物溢出为宜，产生的CO2通过引风机排出；
（3）将反应釜A密闭，控制温度在30℃以下，打开另一个硝酸高位储存罐的出口开关，使质量浓度为50-60%的硝酸从混合盐溶液的液面上方慢慢加入，至溶液pH=1-2，停止加酸，混合盐液转化为硝酸钠溶液并释放出气体；
（4）开启反应釜B的循环泵，反应釜A中的气体由喷射泵产生的负压引导经填料吸收装置后进入反应釜B，反应釜B预先加入有质量浓度为20-30%的氢氧化钠溶液,当反应釜B内的吸收液pH值降至9-11时，将溶液排出，此溶液为亚硝酸钠溶液；
（5）将步骤（3）和步骤（4）得到的硝酸钠和亚硝酸钠溶液分别经过滤、浓缩、离心、干燥，可得到含量99.5%以上的硝酸钠和亚硝酸钠。
由于步骤（3）产生的气体包括N2O3和NO，气体由喷射泵产生的负压引导进入填料吸收塔后进入反应釜B，N2O3被碱液吸收，部分未被吸收的N2O3会从反应釜B经过单向阀进入反应釜A中，再次被引导至填料吸收塔；而NO不能被碱液单独吸收，导致反应釜A和反应釜B内压力上升，形成正压时，NO从反应釜B经单向阀进入第一吸收塔，与前生产过程生成的ＮＯx混合后被碱液吸收。
因此，上述步骤（4）中，在开启反应釜B循环泵的同时，打开与反应釜B连接的两个单向阀，当反应釜A内为负压时，未被吸收的气体通过单向阀从反应釜B进入反应釜A再次被引导至填料吸收塔；当反应釜A内的气压与反应釜B内的气压平衡时，未被吸收的气体从反应釜B通过单向阀进入第一吸收塔与前生产过程生成的ＮＯx混合后被碱液吸收。
本发明利用上述氮氧化物吸收装置实现吸收产物分离的方法，是将前工艺过程中生成的NOX和空气引入洗涤单元，经三级碱洗后所得的混合盐溶液在反应釜A中与硝酸反应，除去碳酸钠并排出CO2后，得到硝酸钠溶液和N2O3气体，再将N2O3气体引入反应釜B中被氢氧化钠溶液吸收，得到亚硝酸钠。本发明的吸收、分离方法，无氮气排放，且吸收产物--硝酸钠与亚硝酸钠可得到很好的分离和纯化，真正实现氮氧化物的清洁回用。
附图说明
图1是本发明氮氧化物吸收装置的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明的氮氧化物尾气吸收装置，包括洗涤单元和反应单元，洗涤单元包括三个依次串联的吸收塔1、2、3，每个吸收塔为采用碱液循环的吸收塔，第一个吸收塔的底部设有氮氧化物的进口11，最后一个吸收塔的顶部设有与真空泵连接的出口31；反应单元包括反应釜A和反应釜B，反应釜A的顶部设置有两个硝酸高位储存罐4、5，反应釜B的顶部设置一填料吸收塔6，填料吸收塔6顶部连接喷射泵7的出液口，喷射泵7的真空室连接至反应釜A的顶部，反应釜B的顶部通过两个单向阀8、9分别与反应釜A和第一个吸收塔直接连接，反应釜A的顶部还设有可与引风机连接的废气排出口10，反应釜B底部与喷射泵进液口之间还连接有循环泵20。
吸收塔1、2、3的上部设有鲍尔环填料、下部设有质量浓度为25%的氢氧化钠溶液，填料吸收塔设有鲍尔环填料，硝酸高位储存罐4、5分别储存有质量浓度为20-30%的硝酸和质量浓度为50-60%的硝酸，质量浓度为20-30%的硝酸高位罐的底部出口41通过排液管伸至反应釜A的中下部，质量浓度为50-60%的硝酸高位罐的底部出口51通过排液管伸至反应釜A的上部。
实施例1
（1）、将前工艺过程中生成的NOX通过负压导流依次进入1、2、3吸收塔，用25%氢氧化钠溶液吸收，当某一吸收塔碱液的pH值降至11时，将该塔的碱液泵出，泵出液为混合盐溶液，经检测含硝酸钠21%、亚硝酸钠16.5%、碳酸钠1.2%，吸收塔内换入新的25%氢氧化钠溶液；
（2）、将1500L步骤（1）的混合盐溶液泵入反应釜A中，搅拌下控制温度在30℃以下，开启高位储存罐4的出液口，使质量浓度为25%的硝酸从混合液的液面下慢慢加入至溶液pH=5.5，停止加酸，加酸速度控制以液面无氮氧化物溢出为宜，产生的CO2通过反应釜A顶部的引风机排出；
（3）将反应釜A密闭，控制温度在30℃以下，开启高位储存罐5的出液口，使质量浓度为55%的硝酸从混合液的液面上方慢慢加入，此时反应釜内有气体产生，当反应体系的pH=2时，停止加酸，将溶液转出；
（4）、在反应釜B中加入25%氢氧化钠溶液约1000L，开启循环泵20、单向阀8、9，反应釜A生成的气体由喷射泵7产生的负压引导经填料吸收塔6进入反应釜B内，反应釜B内的碱液经循环泵20、喷射泵7和填料吸收塔6后返回反应釜B，当反应釜A内为负压时，部分未被吸收的气体从反应釜B经单向阀8进入反应釜A再次被引导至碱液吸收装置吸收，当反应釜A内的气压与反应釜B内的气压平衡时，未被吸收的气体从反应釜B通过单向阀进入第一吸收塔与前生产过程生成的ＮＯx混合后被碱液吸收；当反应釜B内的吸收液pH值降至10时，将溶液转出，此溶液为亚硝酸钠溶液；
（5）、将步骤（3）和步骤（4）转出的溶液分别经过滤、浓缩、离心、干燥，得到成品硝酸钠含量为99.56%、亚硝酸钠含量为99.7%。
实施例2
（1）、将前工艺过程中生成的NOX通过负压导流依次进入1、2、3吸收塔，用20%氢氧化钠溶液吸收，当某一吸收塔碱液的pH值降至11时，将该塔的碱液泵出，泵出液为混合盐溶液，经检测含硝酸钠18%、亚硝酸钠13%、碳酸钠1%，吸收塔内换入新的20%氢氧化钠溶液 ；
（2）、将1500L步骤（1）的混合盐溶液泵入反应釜A中，搅拌下控制温度在30℃以下，开启高位储存罐4的出液口，使质量浓度为20%的硝酸从混合液的液面下慢慢加入至溶液pH=5，停止加酸，加酸速度控制以液面无氮氧化物溢出为宜，产生的CO2通过反应釜A顶部的引风机排出；
（3）将反应釜A密闭，控制温度在30℃以下，开启高位储存罐5的出液口，使质量浓度为50%的硝酸从混合液的液面上方慢慢加入，此时反应釜内有气体产生，当反应体系的pH=1时，停止加酸，将溶液转出；
（4）、在反应釜B中加入20%氢氧化钠溶液约1000L，开启循环泵11、单向阀8、9，反应釜A生成的气体由喷射泵7产生的负压引导经填料吸收塔6进入反应釜B内，反应釜B内的碱液经循环泵11、喷射泵7和填料吸收塔6后返回反应釜B，当反应釜A内为负压时，部分未被吸收的气体从反应釜B经单向阀8进入反应釜A再次被引导至碱液吸收装置吸收，当反应釜A内的气压与反应釜B内的气压平衡时，未被吸收的气体从反应釜B通过单向阀进入第一吸收塔与前生产过程生成的ＮＯx混合后被碱液吸收；当反应釜B内的吸收液pH值降至11时，将溶液转出，此溶液为亚硝酸钠溶液；
（5）、将步骤（3）和步骤（4）转出的溶液分别经过滤、浓缩、离心、干燥，得到成品硝酸钠含量为99.58%、亚硝酸钠含量为99.73%。
实施例3
（1）、将前工艺过程中生成的NOX通过负压导流依次进入1、2、3吸收塔，用30%氢氧化钠溶液吸收，当某一吸收塔碱液的pH值降至11时，将该塔的碱液泵出，泵出液为混合盐溶液，经检测含硝酸钠25%、亚硝酸钠19%、碳酸钠1.3%，吸收塔内换入新的30%氢氧化钠溶液；
（2）、将1500L步骤（1）的混合盐溶液泵入反应釜A中，搅拌下控制温度在30℃以下，开启高位储存罐4的出液口，使质量浓度为30%的硝酸从混合液的液面下慢慢加入至溶液pH=6，停止加酸，加酸速度控制以液面无氮氧化物溢出为宜，产生的CO2通过反应釜A顶部的引风机排出；
（3）将反应釜A密闭，控制温度在30℃以下，开启高位储存罐5的出液口，使质量浓度为60%的硝酸从混合液的液面上方慢慢加入，此时反应釜内有气体产生，当反应体系的pH=1时，停止加酸，将溶液转出；
（4）、在反应釜B中加入30%氢氧化钠溶液约1000L，开启循环泵11、单向阀8、9，反应釜A生成的气体由喷射泵7产生的负压引导经填料吸收塔6进入反应釜B内，反应釜B内的碱液经循环泵11、喷射泵7和填料吸收塔6后返回反应釜B，当反应釜A内为负压时，部分未被吸收的气体从反应釜B经单向阀8进入反应釜A再次被引导至碱液吸收装置吸收，当反应釜A内的气压与反应釜B内的气压平衡时，未被吸收的气体从反应釜B通过单向阀进入第一吸收塔与前生产过程生成的ＮＯx混合后被碱液吸收；当反应釜B内的吸收液pH值降至9时，将溶液转出，此溶液为亚硝酸钠溶液；
（5）、将步骤（3）和步骤（4）转出的溶液分别经过滤、浓缩、离心、干燥，得到成品硝酸钠含量为99.6%、亚硝酸钠含量为99.52%。
Claims (3)
1.一种氮氧化物吸收装置，其特征在于：所述吸收装置包括洗涤单元和反应单元；洗涤单元包括若干串联的吸收塔，每个吸收塔为采用碱液循环的吸收塔，第一个吸收塔的底部设有氮氧化物的进口，最后一个吸收塔的顶部设有与真空泵连接的出口；反应单元包括反应釜A和反应釜B，反应釜B的顶部设置一填料吸收塔，填料吸收塔顶部连接喷射泵出液口，喷射泵的真空室连接至反应釜A的顶部，反应釜A的顶部还设置有两个硝酸高位储存罐和与引风机连接的废气排出口，反应釜B底部与喷射泵进液口之间连接有循环泵，反应釜B的顶部还通过两个单向阀分别与反应釜A和第一个吸收塔直接连接；两个硝酸高位储存罐分别储存有质量浓度为20-30%的硝酸和质量浓度为50-60%的硝酸，质量浓度为20-30%的硝酸高位罐的出液口通过排液管伸至反应釜A的中下部，质量浓度为50-60%的硝酸高位罐的出液口通过排液管伸至反应釜A的上部。
2.根据权利要求1所述的氮氧化物吸收装置，其特征在于：所述吸收塔为三个，每个吸收塔的上部设有鲍尔环填料、下部设有质量浓度为20-30%的氢氧化钠溶液；所述填料吸收塔设有鲍尔环填料。
3.一种利用权利要求1或2所述氮氧化物吸收装置实现吸收产物--硝酸钠与亚硝酸钠分离的方法，该方法依次包括如下步骤：
（1）在每个吸收塔中加入质量浓度为20-30%的氢氧化钠溶液，将前工艺过程中生成的NOX和空气通过负压导流依次进入各个吸收塔被氢氧化钠溶液吸收，当其中某一吸收塔内的碱液pH值降至9-11时，将该塔的碱液泵出，得硝酸钠、亚硝酸钠及少量碳酸钠的混合盐溶液，同时该吸收塔换入新的质量浓度为20-30%的氢氧化钠溶液；
（2）将混合盐溶液泵入反应釜A中，搅拌下控制温度在30℃以下，打开其中一个硝酸高位储存罐的出液口，使质量浓度为20-30%的硝酸从混合盐溶液的液面下慢慢加入，至溶液的pH为5-6，停止加酸，加酸速度控制以液面无氮氧化物溢出为宜，产生的CO2通过引风机排出；
（3）将反应釜A密闭，控制温度在30℃以下，打开另一个硝酸高位储存罐的出液口，使质量浓度为50-60%的硝酸从混合盐溶液的液面上方慢慢加入，至溶液pH=1-2，停止加酸，混合盐液转化为硝酸钠溶液并释放出气体；
（4）开启反应釜B的循环泵，反应釜A中的气体由喷射泵产生的负压引导经填料吸收塔后进入反应釜B，反应釜B预先加入有质量浓度为20-30%的氢氧化钠溶液,当反应釜B内的吸收液pH值降至9-11时，将溶液排出，此溶液为亚硝酸钠溶液；
（5）将步骤（3）和步骤（4）得到的硝酸钠和亚硝酸钠溶液分别经过滤、浓缩、离心、干燥，可得到含量99.5%以上的硝酸钠和99.5%以上的亚硝酸钠；
上述步骤（4）在开启反应釜B循环泵的同时，打开与反应釜B连接的两个单向阀，当反应釜A内为负压时，未被吸收的气体通过单向阀从反应釜B进入反应釜A再次被引导至填料吸收塔；当反应釜A内的气压与反应釜B内的气压平衡时，未被吸收的气体从反应釜B通过单向阀进入第一吸收塔与前工艺过程生成的ＮＯx混合后被碱液吸收。
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