CN111108063A - 三级减排n2o和nox生产硝酸的方法 - Google Patents

三级减排n2o和nox生产硝酸的方法 Download PDF

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Abstract

一种硝酸生产方法，包括对来自吸收工段的尾气中的N2O和NOx进行三级减排，所述减排包括使所述尾气通过一系列包括Fe‑z催化剂的脱N2O工段和在氨气存在下进行的包含V2O5‑TiO2催化剂的脱NOx工段，其中，脱N2O工段的入口处的尾气和脱NOx工段的入口处的尾气的温度大于400℃。

Description

三级减排N2O和NOx生产硝酸的方法
技术领域
本发明涉及硝酸生产领域。更详细地，本发明涉及硝酸生产工艺中N2O和NOx的三级减排。
背景技术
合成硝酸的工业方法基本上涉及通常在铂铑(Pt-Rh)催化网(catalytic gauzes)上的氨的催化氧化以及随后的吸收步骤，其中，氨的催化氧化产生含有N2O和氮氧化物(NO和NO2)的气体；在吸收步骤中，所述气体与水接触以将NO2吸收至水中并产生硝酸。N2O不会被吸收。该吸收步骤传送含硝酸的产物流，但也传送含有N2O和残余NOx(例如，N2O和未转化的NO2)的尾气。所述尾气在超大气压(super-atmospheric pressure)下，且通常在合适的膨胀机中作功膨胀，以在排放到大气中之前回收能量。
NOx和N2O是已知的污染物，并且相关的排放受限于严格的规定。在大气中排放的气体可能需要满足非常低的NOx和N2O含量限制，例如，每种气体的最大含量为100ppm或甚至更少。然而，将上述化合物脱除到这样的低浓度可能会引入显著的成本。因此，开发经济有效的从硝酸生产工艺的尾气中脱除NOx和N2O的方法的需求极为迫切。
NOx为所谓的氮氧化物的统称，所谓的氮氧化物即一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO2)和可能的N2O4。用于降低气体中N2O含量的工段或工艺步骤被称为脱N2O，用于降低NOx含量的工段或工艺步骤被称为脱NOx。
在硝酸生产工艺领域中，根据硝酸工艺的工段，N2O和/或NOx的减排(abatement)被称为从初级到四级。在尾气膨胀机上游对来自吸收工段的尾气中的N2O和NOx的减排被称为三级减排。N2O在硝酸的形成中不起作用，因此也可以在前期的工艺步骤中脱除。在氨氧化之后且在吸收工段之前从气体中脱除N2O被称为二级减排，而在氨氧化期间针对避免N2O形成的措施被称为初级减排。在膨胀之后(即膨胀机的下游)进行的N2O和/或NOx的减排被称为四级减排。
从气体中脱除NOx和N2O的已知方法涉及在负载铁的沸石(Fe-z)(特别是铁交换的催化剂)上催化分解N2O，随后用合适的还原剂选择性催化还原(SCR)NOx。该还原剂通常为氨。
现有技术教导了以NO/NO2的摩尔比约为1进行SCR脱NOx工段，这意味着NO2/NOx的摩尔比(也称为氧化程度)约为50％。在上述条件下，NOx的选择性催化还原也被称为“快速SCR”。
选择性催化还原NOx的合适的催化剂包括V2O5-TiO2基催化剂和Fe-z催化剂。但是，Fe-z催化剂是昂贵的，它们在NOx的SCR中的使用会引入显著的成本。适用于NOx的SCR且比Fe-z催化剂价格便宜的已知催化剂是V2O5-TiO2基催化剂。在V2O5-TiO2基催化剂中，TiO2作为载体，V2O5是活性组分。V2O5-TiO2基催化剂可以含有V2O5和TiO2以外的其他组分，例如WO3；WO3被认为是作为促进剂来稳定催化剂的。但是，V2O5-TiO2基催化剂存在可能形成副产物N2O的缺点，这明显是不希望的。
在氨和氧的存在下，N2O在脱NOx工段在V2O5-TiO2催化剂上的形成基本上由于以下反应：
2NH3+2NO+O2→N2O+N2+3H2O (1)
2NH3+2O2→N2O+3H2O (2)
现有技术教导在V2O5-TiO2催化剂上的SCR脱NOx必须在低于400℃，更优选小于350℃的较低温度下进行，以避免不期望的N2O的形成。但是，在一些情况下，这可能需要通过换热器冷却气体的初步步骤，会导致引入额外成本和显著的气体压降。不期望的N2O的形成可以通过增加脱N2O催化剂的量来补偿，但是从成本上来说，这通常是不可接受的。
目前优选的满足硝酸生产工艺中N2O和NOx最大允许排放的选择包括以下方面。
第一种选择是通过在Fe-z催化剂上催化分解N2O，随后通过以氨为还原剂也在Fe-z催化剂上选择催化还原(SCR)NOx来对包含在尾气中的N2O和NOx进行三级减排。N2O的分解优选在大于400℃，例如450℃的温度下进行，并且随后在铁-沸石上的NOx的SCR可以在基本相同的温度下进行，因此在这两个工段之间不需要冷却。但是，该技术需要大量的昂贵的Fe-z催化剂。
第二个选择包括在Fe-z催化剂上在高于400℃的高温下的N2O的三级减排，随后进行中间气体冷却和在V2O5-TiO2基催化剂上在低温(例如，低于350℃，更优选低于300℃)下的NOx的SCR。使用V2O5-TiO2催化剂在低温下进行SCR在现有技术中是被鼓励的，以最大化NOx脱除的选择性并避免N2O的形成。另一方面，前期的N2O减排必须在高于400℃的高温下进行，以达到可接受的性能。因此，该技术要求在脱N2O和脱NOx工段之间在专用换热器中的工段间(inter-stage)冷却步骤。工段间冷却引入了显著的资金成本和显著的压降。该压降导致在下游尾气膨胀机中较低的能量回收。该方法的另一个缺点是脱NOx工段的相对较低的温度将导致较低的尾气膨胀机入口温度，因此也会导致较低的尾气膨胀机出口温度，这有助于在膨胀机中形成硝酸铵，从而引起安全隐患。
另一选择是基于使用安装在氨氧化的相同设备(燃烧器)中的已知的二级脱N2O催化剂，于氨氧化工段下游在高温和相对低的压力下进行的N2O的二级催化分解。该技术可以与在V2O5-TiO2催化剂上的NOx的三级SCR结合。
但是，该方法的缺点在于严格的压降限制决定了二级催化剂床的高度/直径比(长径比)小于0.1，通常小于0.03。压降限制是由于固定催化剂的设备的机械阻力和压缩的能耗。
大压降将增加催化床的壁和催化床的机械支撑上的应力条件，两者都在苛刻的温度条件下进行，通常在800℃和1000℃之间。
该增加的压降也会需要更多的能量进行压缩。催化剂上增加的压降会增加导向燃烧器的空气的压缩能量，或NOx的压缩能量，或两者的压缩能量。但是，非常低的长径比会导致反应物流在催化剂床中分布不均匀的问题，以及引起未转化的N2O逸出的催化剂床的旁路气流。该催化剂旁路的另一原因是该催化剂筐对燃烧器容器的密封系统。需要大量增加催化剂体积或多个串联的催化剂床来抵消分布和旁路问题。这两者都是昂贵的，会产生进一步的额外压降，并且会增加设备的尺寸。
根据现有技术，该选择的另一个缺点是二级催化剂具有相对短的寿命，即该催化剂在相对短的时间段(如，1～2年)内失去分解N2O的活性。该催化剂的老化可能是由于催化剂的苛刻的操作条件(例如，高操作温度)。活性的损失意味着N2O逸出量随时间增加。因此，通过该方法实现低排放是不希望的。
考虑到所有上述问题，仍然需要一种高效且经济有效的方法来降低硝酸生产尾气中N2O和NOx的含量。
专利EP 1 515791公开了一种降低气体中N2O和NOx的含量的方法，其包括使气体通过两个Fe-z催化剂床系列并在所述两个床之间添加还原剂。
专利EP 2 576019公开了一种降低气体中N2O和NOx的含量的方法，其包括在脱N2O工段使用Fe-z催化剂在400～650℃的温度下降低N2O的含量；将脱N2O工段流出的气体冷却到低于400℃的温度；在脱N2O工段后添加的还原剂的存在下，用V2O5-TiO2催化剂在脱NOx工段减少冷却气体中的NOx的含量。
专利WO 2017/072332公开了一种用于从气体中脱除N2O和NOx的方法和装置，其中，气体通过第一脱NOx工段、脱N2O工段和随后的第二脱NOx工段。
发明内容
本发明的目的在于解决上述缺点。本发明的目的在于提供一种硝酸生产工艺中的N2O和NOx的减排方法，该方法能够满足N2O和NOx的非常低的输出，但同时不需要大量昂贵的催化剂和/或设备的高资金成本。
本发明的上述目的是通过一种硝酸生产方法来达到的，该方法包括产生包括氮氧化物和N2O的工艺气体的氨的催化氧化步骤、及用水吸收所述工艺气体的步骤，该吸收步骤产生含有硝酸的产物流和含有NOx和N2O的尾气流，其中，所述气流中的NOx和N2O的含量通过以下步骤降低：
使所述气流经过包括用于分解N2O的负载有铁的沸石催化剂的脱N2O第一工段，获得具有降低的N2O含量的流出气流；
在作为还原剂的氨气的存在下，使所述脱N2O工段的所述流出气流通过包括V2O5-TiO2催化剂的脱NOx第二工段；
其特征在于：
a)所述第一工段的入口处和所述第二工段的入口处的含有N2O和NOx的气流的温度大于400℃，且
满足以下条件中的至少一个：
b1)进入所述第一工段之前的所述含N2O和NOx的气流中的NOx的摩尔含量小于1000ppm；
b2)进入所述第一工段之前的所述含N2O和NOx的气流中的O2的摩尔含量小于4％；
b3)氨与所述第二工段的入口处的NOx的摩尔比为0.9～1.1。
所述负载有铁的沸石优选为铁交换的沸石。
从吸收设备流出的尾气直接进料到第一脱N2O工段，而无任何脱除NOx的前期工段，即不经过脱NOx工段。
所述负载有铁的沸石催化剂优选为以下催化剂中的任一种：MFI、BEA、FER、MOR、FAU、MEL或其组合。优选地，所述负载有铁的沸石催化剂为Fe-ZSM-5型。
本发明基于非常意外的发现，该发现为在氨和氧存在下，于大于400℃的温度下在V2O5-TiO2催化剂上的不期望的N2O的形成被以上条件b1)、b2)和b3)中的至少一个(优选两个或全部)抵消了。
在优选实施例中，以上条件b1)进一步规定进入所述第一工段之前的所述含NOx和N2O的气流中的NOx的摩尔含量小于750ppm，优选小于500ppm。
在优选实施例中，以上条件b2)进一步规定进入所述第一工段之前的所述含NOx和N2O的气流中的O2的摩尔含量小于3％。优选地，所述O2的摩尔含量为1％～2.8％。
在优选实施例中，以上条件b3)进一步规定氨与所述第二工段的入口处的NOx的摩尔比为0.95～1.05，优选等于1或约为1。在特别优选的实施例中，所述摩尔比略小于1。例如，在优选实施例中，所述摩尔比为0.95～0.99。
优选地，上述条件a)规定所述第一工段(脱N2O工段)入口处和所述第二工段(脱NOx工段)入口处的所述含N2O和NOx的气流的温度等于或大于415℃，优选等于或大于430℃。因此，第一催化床和第二催化床均在等于或大于415℃，优选等于或大于430℃的温度下运行。
在所述脱N2O工段和脱NOx工段中发生的反应是放热的，因此，所述气体的温度从每个工段的入口到出口可以增加。在优选实施例中，所述脱N2O工段和脱NOx工段均具有至少415℃、优选至少430℃的气体温度峰值。
在非常优选的实施例中，所述第一工段的流出气流不经受通过所述两个催化床之间的中间冷却工段的中间冷却。因此，所述第一工段的流出气流被直接进料到所述第二工段，而无需通过诸如换热器等冷却装置。
在优选实施例中，所述吸收步骤是在相对高的压力下进行的。所述吸收压力优选等于或大于6bar，更优选等于或大于9bar，甚至更优选等于或大于11bar。所述脱N2O工段和脱NOx工段除了压力损失之外基本上以与所述吸收相同的压力运行。
这种高吸收压力的优点在于高压有利于NO2在水中的吸收，由此导致尾气中的残留NOx含量较低。因此，上述高吸收压力(等于或大于6bar，优选大于9或11bar)有利于所述条件b1)的实现。
本发明的另一重要方面是两个工段(尤其是V2O5-TiO2脱NOx工段)的温度高于400℃，优选约为430℃。在该温度下，在Fe-z催化剂上进行的脱N2O工段在工业实用和具有竞争力的空速下有效运行。所述脱NOx工段的高温运行与以上条件b1)、b2)和b3)中的一个或多个组合确保了：i)需要少量或不需要额外的脱N2O催化剂体积来补偿所述脱NOx工段中的N2O的形成；ii)在第二催化床中用工业上具有竞争力的量的脱NOx催化剂实现NOx减排。
本发明的其它方面包括所述条件b2)规定了在所述第一工段的相对低的双原子氧量，并且所述条件b3)规定了在所述第二工段的相对低的氨量。
现有技术教导了在一些过量的氨下运行NOx的SCR催化床。此外，硝酸生产的现有技术通常教导在过量O2的条件下进行吸收以促进NO氧化成NO2和硝酸的形成，并且还保持氧化程度接近约50％的优选值。如上所述，现有技术强烈指示在上述条件下并在300～350℃的温度下运行V2O5-TiO2脱NOx工段。
本发明公开了意想不到的发现，该发现为由于相对较高的温度(＞400℃)，更快的动力学补偿了过量氨的缺乏和与脱NOx工段的理想氧化程度的偏差。另一方面，该高温对上游的脱N2O工段是非常有利的。这两个工段之间不存在换热器从成本和压力损失这两个点来看是有利的。
在优选实施例中，本发明的方法满足所有上述条件b1、b2和b3。这在缓解所述第二工段中N2O的形成时具有协同作用。
在本发明的一些实施例中，N2O副产物的形成被限制为小于30ppm，通常小于15ppm。
高温的另一个优点是在膨胀机下游沉积硝酸铵的风险较低，这是由于尾气膨胀机入口温度较高，因此导致其出口温度较高，具有安全的优势。
本发明的另一个优点是减排工段中高温和高压力的组合导致尾气膨胀机中更多的能量可回收，从而降低了用于硝酸生产的整个过程的能耗。
所述脱N2O工段可包括一个或多个催化床。所述脱NOx工段也可以包括一个或多个催化床。在一些实施例中，所述脱N2O工段的一个或多个催化床和所述脱NOx工段的一个或多个催化床被容纳在共同的压力容器中。在一些实施例中，所述脱N2O工段的一个或多个催化床容纳在第一压力容器中，并且所述脱NOx工段的一个或多个催化床容纳在第二压力容器中。
所述脱N2O工段的一个或多个催化床和脱NOx工段的一个或多个催化床优选是径向流床，即它们被含N2O和NOx的气体以基本上径向的流动穿过。
所述脱N2O催化剂床可以是颗粒填充床，优选径向设计的颗粒填充床。所述径向设计是优选的，因为它可导致低压降。
三级位置上的所述脱N2O的优点在于可以最大程度上减少或实际上避免催化剂旁路(引起的未反应的N2O的逸出)。在轴向床的情况下，可以直接在容器中装载所述催化剂，避免旁路气流。在径向设计的情况下，将所述催化剂装载入放置在反应器容器中的筐中。在这种情况下，通过将所述催化剂篮和所述容器之间密封(通常是周向密封)，可以最大程度减少或实际上避免旁路气流。三级减排系统的容器呈细长型而使其具有相对较小直径的事实有助于导致低旁路的密封，从而使得旁路气流可用的横截面积较小，由此导致旁路流很小或可忽略。
根据本发明的方法可以进一步包括基于合适的二级脱N2O催化剂的催化N2O分解的二级工段。所述二级脱N2O催化剂可以是整体式催化剂或颗粒催化剂。颗粒催化剂由于价格便宜通常是优选的。因此，N2O和NOx的减排可以包括与三级脱N2O和脱NOx工段联用的二级脱N2O工段。
优选地，所述二级脱N2O工段仅用于部分N2O减排，优选小于相对于所述工段的入口量的90％N2O减排，更优选地小于80％。
此优选实施例具有以下几个优点。第一个优点在于，二级催化剂的分布不均或旁路气流导致N2O从所述二级脱N2O工段逸出不会直接导致装置/过程N2O排放，这是因为逸出的N2O会在所述三级脱N2O工段被脱除。
第二个优点是可以大大减少所述二级脱N2O工段的催化剂的量，并且所述二级脱N2O工段的催化床可以在高空速下运行。此外，与独立的系统相比，两个N2O减排的催化剂体积可以协同优化，实现更低的安装量和更低的投资成本。
第三个优点是在二级催化剂床上的压降较低，因此降低了能耗。
第四优点在于，三级脱N2O工段将补偿二级催化剂的老化，从而提高整个系统提供长期低N2O排放的能力。
第五个优点是二级催化剂体积较小，能够更容易地装配在氨氧化工段(Pt-Rh网)下游的燃烧器中。
以上所有内容说明了本发明能够以成本经济的方式实现NOx和N2O的低排放限制。
本发明的另一方面是一种硝酸生产装置，至少包括用于氨的催化氧化的反应器和用于产生硝酸的吸收设备，所述吸收设备产生含硝酸的产物流和含有N2O和NOx的尾气，所述装置包括用于根据上述方法减排所述尾气中的N2O和NOx的三级减排系统，所述系统包括：
一系列用于分解N2O的至少一个第一催化床和用于选择性还原NOx的至少一个第二催化床；
所述至少一个第一催化床包括负载铁的沸石催化剂；
所述至少一个第二催化床包括V2O5-TiO2催化剂；
至少一个用于在所述至少一个第一催化床和所述至少一个第二催化床之间引入氨的装置，使得在作为还原剂的氨的存在下进行NOx的选择性还原；
用于将所述至少一个第一催化床的流出气体进料到所述至少一个第二催化床的连接件，其不包括用于冷却所述气体的换热器。
所述至少一个第一催化床(脱N2O床)的流出气流直接送至所述至少一个第二催化床(脱NOx床)，而无冷却步骤。因此，本发明的系统不包括安装在所述至少一个第一床和所述至少一个第二床之间的冷却装置。
所述第一床和所述第二床优选安装在单个压力容器中。优选实施例包括在单个压力容器中的一个脱N2O床和一个脱NOx床。
根据本发明的各个实施例，所述系统可以包括轴向流或径向流催化床的任意组合。
一些优选实施例具有径向流的脱N2O催化床，随后是径向流的脱NOx催化床。所述两个径向流床可以在一个共同的压力容器内一个围绕另一个同心地布置，或者可以一个在另一个上方垂直对齐。在进一步的实施例中，所述脱N2O床和/或所述脱NOx床是轴向流式的。在一些实施例中，轴向流床与径向流床结合。例如，在一些实施例中，轴向流脱N2O床后是径向流的脱NOx床，或径向流的N2O床后是轴向流脱NOx床。
任选地，还可以提供与本发明的三级系统结合的二级脱N2O工段。
本发明的另一方面是一种对现有的硝酸装置进行改造以减少排放的方法。该方法可应用于已经包括第二工段(基于V2O5-TiO2的脱NOx工段)的现有装置，并且在这样的情况下，该方法包括加入基于Fe-z的脱N2O工段，而无中间冷却，并且优选还包括二级脱N2O工段。在硝酸生产装置中，该方法的优点是用小的二级催化剂体积(因此在现有燃烧器中更容易装配)可以实现N2O排放。
附图说明
图1示出了本发明实施例的合成硝酸装置的工艺流程图。
具体实施方式
图1示出了合成硝酸的方法/装置1，其利用本发明对从吸收设备中排出的尾气中的N2O和NOx进行三级减排。
所述装置1的主要设备包括：氨的催化氧化的反应器2、第一脱N2O工段3、冷却器4、吸收塔5、换热器6、第二脱N2O工段7、脱NOx工段8和气体膨胀机9。所述反应器2和所述第一脱N2O工段3通常包含在同一设备(燃烧器)中。
根据硝酸生产领域中使用的命名法，所述第一脱N2O工段3处于二级位置，因为它位于所述氨氧化器2之后但在所述吸收塔5之前。所述第二脱N2O工段7处于三级位置，在所述吸收塔5之后并且在所述膨胀器9之前。
所述第一脱N2O工段3包括由合适的二级催化剂制成的催化床。
所述第二脱N2O工段7包括由铁交换的沸石催化剂制成的催化床。所述脱NOx工段8包括由V2O5-TiO2基催化剂制成的催化床。所述第二脱N2O工段7的催化床和所述脱NOx工段8的催化床可以安装在同一压力容器中。
根据不同的实施例，所述催化剂可以是结构化催化剂(例如，沉积或浸渍在整体式载体(如蜂窝状载体)上的催化剂)或颗粒催化剂。所述脱N2O和脱NOx催化剂中的任一者或两者可以是结构化催化剂。
所述结构化催化剂的优点在于它比颗粒催化剂具有更大的供气体通过的可用横截面积，因此即使在轴向流的情况下也只会产生低压降。轴向流是指在所述催化剂床的主轴方向上流动，例如，在垂直反应器中布置催化剂床的情况下为垂直轴。
将氨流10和空气流11混合以形成反应器/氨氧化炉2的输入流12，在反应器/氨氧化炉2中，氨在铂催化网上被催化氧化成一氧化氮(NO)。少量一氧化二氮(N2O)作为氨氧化成NO的副产物而形成。在来自空气的氧气的存在下，一部分一氧化氮被进一步氧化为二氧化氮(NO2)或四氧化二氮(N2O4)。因此，所述反应器2产生包含N2O和NOx的气流13。本申请中，术语NOx为NO、NO2和N2O4的统称。
将所述气流13供给至所述第一脱N2O工段3，在该工段中，一定量的N2O在铁交换的沸石催化剂上催化分解，得到具有降低的N2O含量的气流14。在所述工段3中分解的N2O的量优选不大于所述气流13中的N2O的90％，更优选不大于80％。
所述二级脱N2O工段3是本发明的任选特征。在一些实施例中，所述反应器2流出的气流13(可在冷却之后)直接进料到所述吸收塔5。
所述气流14在所述换热器4中冷却成气流15，并随后进入所述吸收塔5。在所述吸收塔5内，NOx至少部分被水吸收以形成含硝酸的产物16。通常，所述吸收塔5是板式塔或填料塔。
所述吸收塔5还产生尾气17，所述尾气17主要由氮气组成，并且含有较小量的氧气、N2O和残留的NOx。
将所述尾气17在所述换热器6中预热到约430℃的温度，并随后通过流线18供给到所述第二脱N2O工段7。在该工段7中，N2O在铁交换的沸石上催化分解，产生N2O经贫化的流出气流19。
向所述N2O经贫化的流出气流19加入氨20作为还原剂，从而形成所述脱NOx工段8的输入流21。在所述工段8中，NOx被催化还原，从而提供具有低NOx和N2O含量的净化气22。
所述净化气22在所述膨胀机9中作功膨胀到大气压。由所述膨胀机9产生的动力可以用来例如驱动硝酸装置的压缩机(未示出)。
所述废气23排放至大气中。所述废气23通常包含小于50ppmv的N2O和小于50ppmv的NOx。
示例1
下列数据(表1)是在硝酸装置中对来自吸收塔的尾气中的N2O和NOx使用基于Fe-沸石的脱N2O工段，接着使用基于V2O5-TiO2的脱NOx工段进行三级减排获得的。在脱N2O工段之前将气体预热。在脱NOx工段之前，添加NH3作为还原剂。
表1
Figure BDA0002418912230000111
Figure BDA0002418912230000121
在脱NOx工段之后，得到的尾气排出物中的N2O浓度<50ppmv(＞96％减排)和NOx浓度<50ppmv(＞95％减排)。
示例2
(本发明优选实施例的具有二级减排的对比示例)
现有技术的减排系统包括二级脱N2O(基于已知的二级催化剂)和基于V2O5-TiO2催化剂的三级脱NOx。
如果在周围没有旁路，则设计用于95％N2O减排且入口N2O为1200ppm的二级减排理论上将导致60ppm残留N2O。通常期望至少约5％的入口流速的二级催化剂的旁路气流。旁路中的N2O不会减少。因此，来自二级减排系统(包括旁路)的气体中的残余N2O的浓度为120ppm。所述气流在现有技术的硝酸装置的另外的部分中进行处理，并且作为尾气离开吸收塔，在脱NOx中进行处理。所述脱NOx不减少N2O，所述N2O被排放到大气中。
在本发明的情况下，来自吸收塔的气体在脱NOx上游经受进一步的三级脱N2O，因此其可达到较低水平的N2O。

Claims (18)

1.一种硝酸生产方法，包括产生包含氮氧化物NOx和N2O的工艺气体的氨的催化氧化步骤、以及用水对所述工艺气体进行吸收的步骤，所述吸收步骤产生包含硝酸的产物流和包含NOx和N2O的尾气流(18)，其中，所述气流(18)中的NOx和N2O的含量通过以下步骤降低：
在不进行任何前期去除NOx的工段的处理的情况下，将所述气流通过包括用于分解N2O的负载铁的沸石催化剂的脱N2O第一工段(7)，获得降低N2O含量的流出气流(19)；
在作为还原剂的氨气的存在下，将所述脱N2O工段的所述流出气流通过包括V2O5-TiO2催化剂的脱NOx第二工段(8)；
其特征在于，
a)所述第一工段的入口处和所述第二工段的入口处的含有N2O和NOx的气流的温度大于400℃，且
满足以下条件中的至少一个：
b1)进入所述第一工段之前的所述含N2O和NOx的气流中的NOx的摩尔含量小于1000ppm；
b2)进入所述第一工段之前的所述含N2O和NOx的气流中的O2的摩尔含量小于4％；
b3)氨与所述第二工段的入口处的NOx的摩尔比为0.9～1.1。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，条件b1)进一步规定进入所述第一工段之前的所述含NOx和N2O的气流中的NOx的摩尔含量小于750ppm，且优选小于500ppm。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，条件b2)进一步规定进入所述第一工段之前的所述含NOx和N2O的气流中的O2的摩尔含量小于3％。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，条件b3)进一步规定氨与所述第二工段的入口处的NOx的摩尔比为0.95～1.05，优选等于1或约为1。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，满足条件b1)、b2)和b3)中的至少两个，优选满足所有条件。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述条件a)规定所述第一工段的入口处和所述第二工段的入口处的两个气流的温度都等于或大于415℃，优选等于或大于430℃。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一工段的流出气流(19)在进入所述第二工段之前不通过中间冷却工段进行中间冷却。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，其包括在所述第一工段的流出气流进入所述第二工段之前将氨(20)添加到所述流出气流中。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在所述第二工段形成的N2O副产物小于30ppm。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一工段和/或所述第二工段包括一个或多个径向流催化床。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述第一工段的一个或多个催化床和所述第二工段的一个或多个催化床包含在同一容器中或分别包含在所述第一工段和所述第二工段的两个单独的容器中。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述吸收步骤在等于或大于6bar，优选等于或大于9bar，更优选等于或大于11bar的吸收压力下进行。
13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，其进一步包括在所述吸收步骤之前，降低从氨的催化氧化获得的所述工艺气体中的N2O含量的步骤。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，降低所述工艺气体中的N2O含量的所述步骤包括N2O的催化分解。
15.一种硝酸生产装置，至少包括用于氨的催化氧化的反应器和用于产生硝酸的吸收设备，所述吸收设备产生含硝酸的产物流和含有N2O和NOx的尾气，所述装置包括用于根据前述权利要求中的任一项所述的方法减排所述尾气中的N2O和NOx的三级减排系统，所述系统包括：
一系列用于分解N2O的至少一个第一催化床和用于选择性还原NOx的至少一个第二催化床，所述至少一个第一催化床包括负载铁的沸石催化剂，所述至少一个第二催化床包括V2O5-TiO2催化剂，其中，用于分解N2O的所述至少一个催化床接收来自所述吸收设备的流出尾气，而不进行任何前期的NOx脱除；
至少一个用于在所述至少一个第一催化床和所述至少一个第二催化床之间引入氨的装置，使得在作为还原剂的氨的存在下进行NOx的选择性还原；
用于将所述至少一个第一催化床的流出气体进料到所述至少一个第二催化床的连接件，其不包括用于冷却所述气体的换热器。
16.根据权利要求15所述的装置，其特征在于，所述至少一个第一催化床和所述至少一个第二催化床包含在单个压力容器中。
17.根据权利要求15或16所述的装置，其特征在于，所述至少一个第一催化床和/或所述至少一个第二催化床为轴向流式的，并且包括结构化催化剂，其中，所述催化剂沉积或浸渍在整体式载体上，优选蜂窝状载体。
18.一种改造硝酸生产装置的方法，所述硝酸生产装置包括利用V2O5-TiO2催化剂减排NOx的三级脱NOx工段，其特征在于，所述方法包括：
增加具有用于分解N2O的Fe-z催化剂的三级脱N2O工段，增加的所述脱N2O工段设置在所述脱NOx工段之前，并且在增加的所述脱N2O工段和所述脱NOx工段之间无气体冷却装置；
任选地，增加具有合适的二级脱N2O催化剂的二级脱N2O工段；
其中，增加的所述三级脱N2O工段接收来自所述硝酸装置的吸收设备的流出尾气，而无任何前期的NOx脱除。
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