CN113304607B - 一种氧化亚氮的分解装置及工艺 - Google Patents

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Abstract

一种氧化亚氮的分解装置，包括反应器壳体，其上部壳体的顶部开口，形成原料气进口，其下部壳体的底部开口，形成分解气出口，其中部壳体的上端、下端分别设有第一格栅、第二格栅，第一格栅、第二格栅之间设置上部气体均布机构、下部气体汇集机构，上部气体均布机构包括多层瓷球堆叠构成，且这些瓷球的粒径从上向下逐层减小，下部气体汇集机构包括多层瓷球堆叠构成，且这些瓷球的粒径从上向下逐层增大，上部气体均布机构、下部气体汇集机构之间铺设颗粒状催化剂。本发明结构简单、运行成本低，可有效分散氧化亚氮，提高与催化剂的接触效率，避免分解装置局部过热，且能有效提高氧化亚氮的分解转化率至90％以上。

Description

一种氧化亚氮的分解装置及工艺
技术领域
本发明涉及化工领域，特别涉及一种氧化亚氮的分解装置及工艺。
背景技术
氧化亚氮(N2O)是一种室温气体和臭氧消耗气体，是制备己二酸和硝酸的副产物。
氧化亚氮需要处理后对外排放，通常是利用催化剂分解为氮气和氧，且放出大量的热。目前，通常使用的分解装置在分解氧化亚氮过程中，氧化亚氮分散不均，与催化剂接触发生分解反应过程中，导致局部过热，导致分解装置的损坏率较高，且氧化亚氮的分解率较低，需要多次分解处理，导致氧化亚氮的处理效率较低。
发明内容
本发明的目的之一是针对现有技术的不足，提供一种氧化亚氮的分解装置，其结构简单、运行成本低，可有效分散氧化亚氮，提高与催化剂的接触效率，避免分解装置局部过热，且能有效提高氧化亚氮的分解转化率至90％以上。
本发明的目的之二是提供一种利用上述分解装置处理氧化亚氮的工艺，其操作简单、维护方便，可有效利用氧化亚氮的分解热，降低企业的处理成本。
实现本发明目的之一的技术方案是：一种氧化亚氮的分解装置，包括反应器壳体，所述反应器壳体包括上部壳体、中部壳体、下部壳体，所述上部壳体呈锥形结构，下部壳体呈倒置的锥形结构，上部壳体固定在中部壳体的上端，下部壳体固定在中部壳体的下端，组合构成整体，上部壳体的顶部开口，形成原料气进口，下部壳体的底部开口，形成分解气出口，所述中部壳体的上端、下端分别设有第一格栅、第二格栅，所述第一格栅、第二格栅之间设置上部气体均布机构、下部气体汇集机构，所述上部气体均布机构包括多层瓷球堆叠构成，且这些瓷球的粒径从上向下逐层减小，所述下部气体汇集机构包括多层瓷球堆叠构成，且这些瓷球的粒径从上向下逐层增大，上部气体均布机构、下部气体汇集机构之间铺设颗粒状催化剂。
所述反应器壳体的内层为耐火层，反应器壳体的外层为保温层，所述保温层的外周设置冷却夹层，对应上部壳体、中部壳体。
所述原料气进口设置进气管，该进气管的上游端用于与原料气源相连，该进气管的下游端延伸进入上部壳体的内空，且连接气体分布器，所述分解气出口设置排气管，该排气管的上游端延伸进下部壳体的内空，且连接气体收集器。
所述气体收集器包括扩径管、挡流板，所述挡流板呈倒置的V形结构，且固定在扩径管的上端，对扩径管的上端形成遮护，所述排气管的上游端与扩径管的下端相连，形成阶梯孔。
所述第一格栅、第二格栅的圆周均设置钢圈，形成支撑。
实现本发明目的之二的技术方案是：一种氧化亚氮的分解工艺，采用上述任一分解装置进行如下步骤操作：
1)取醇酮与硝酸氧化生产己二酸生成的尾气，经填料塔吸收其中的一氧化氮和二氧化氮、经洗涤塔利用脱盐水对流接触洗涤后，得到原料气；
2)原料气与压缩空气混合，得到混合气，其中氧化亚氮的浓度为8-10％；
3)混合气依次经第一换热器、第二换热器升温至420-460℃，由反应器壳体的原料气进口进入上部壳体中，经上部气体均布机构均匀分布在中部壳体，与颗粒状催化剂接触，进行分解反应，得到分解气，经下部气体汇集机构，由反应器壳体的分解气出口排出；
4)排出的分解气温度为650-750℃，作为热介质经过第二换热器，降温至300-350℃，进入SCR反应器，使原料气中残留的一氧化氮和二氧化氮与氨气反应生成氮气。
步骤1)得到的原料气中氧化亚氮的含量为35-50％。
步骤4)得到的氮气作为热介质经过废热锅炉，将废热锅炉内的锅炉水转化为蒸汽，得到低压蒸汽。
经过废热锅炉的氮气作为热介质经过第一换热器，降温至100-120℃，作为热介质进入脱盐水换热器，对步骤1)的脱盐水预热升温，排空。
步骤3)所述颗粒状催化剂的直径为2-3mm。
采用上述技术方案具有以下有益效果：
1、本发明提供的分解装置，通过在中部壳体的上端、下端分别设置格栅，两个格栅之间设置上部气体均布机构、下部气体汇集机构，上部气体均布机构、下部气体汇集机构之间铺设颗粒状催化剂，上部气体均布机构包括多层瓷球堆叠构成，且这些瓷球的粒径从上向下逐层减小，这种分布方式的瓷球之间形成若干向下均匀分支的次级气路，经压缩的原料气和压缩空气混合得到的混合气在压力作用下沿这些分支的气路朝下转移过程中，沿中部壳体的横截面强制均匀分布，与颗粒状催化剂接触发生分解反应时放热均匀，有效避免分解装置局部过热，保证分解装置的使用寿命。所述下部气体汇集机构包括多层瓷球堆叠构成，且这些瓷球的粒径从上向下逐层增大，这种分布方式的瓷球之间形成若干朝下均匀合并的主气路，使分解气朝下转移过程中，逐渐合并为大股气流，降低分解气在反应器壳体中的残留量，保证分解装置安全。同时，上部气体均布机构最下层的瓷球、下部气体汇集机构最上层的瓷球粒径最小，形成的两个定位面对颗粒状催化剂形成稳定支撑及限位，可有效避免颗粒状催化剂在高速气流的作用下流失，保证分解装置长时间稳定运行。
2、原料气进口设置进气管，该进气管的上游端用于与原料气源相连，该进气管的下游端延伸进入上部壳体的内空，且连接气体分布器，对混合气进行初步分散，与上部气体均布机构配合，使混合气强制均匀分布，达到技术指标。
3、分解气出口设置排气管，该排气管的上游端延伸进下部壳体的内空，且连接气体收集器，所述气体收集器包括扩径管、挡流板，所述挡流板呈倒置的V形结构，且固定在扩径管的上端，对扩径管的上端形成遮护，所述排气管的上游端与扩径管的下端相连，形成阶梯孔，使得反应器中部壳体形成的大流量高温分解气首先到达倒置V型结构的挡流板的顶面，由V型结构的挡流板顶面导向斜向下移动，到达反应器下部壳体，沿排气管的外壁向上移动，由V形结构的挡流板底面导向斜向上移动，且经过排气管的上游端排出反应器。高温分解气在下部壳体呈U形运动，分解了高温分解气垂直向下的速度，缓解高温分解气对排气管内壁的直接冲刷，可有效降低排气管线的震动。
4、本发明分解工艺，先利用填料塔将尾气中的一氧化氮和二氧化氮吸收分离，再利用洗涤塔使用脱盐水将尾气中残留的一氧化氮、二氧化氮洗涤吸收，降低原料气中一氧化氮、二氧化氮的含量。经吸收分离、洗涤后的原料气中含有氧化亚氮35-50％，与压缩空气混合，保证空气与具备压力的原料气混合均匀，且满足混合气在具备控制压力的反应器系统的进排气流量。通过控制混合气中的氧化亚氮的含量为8-10％，若混合气中氧化亚氮的浓度低于8％，则分解气的温度会低于630℃，该状态的高温气用于预热原料气时，不足以将进入反应器的原料气升温至430-460℃，需要额外增加能耗提升进气温度，若混合气中氧化亚氮的浓度高于12％，则分解气的温度会高于730℃，导致反应器的材料要求高，且严重降低催化器的使用寿命。经升温至420-460℃，达到分解条件，大部分(95％以上)氧化亚氮分解为氮气和氧，且放热，使分解气升温至650-750℃，作为热介质，在第二换热器用于升温混合气，有效提高了分解热的利用率，分解气作为热介质换热降温后，进入SCR反应器，使分解气中残留的一氧化氮、二氧化氮与氨气反应，转化为氮气，满足排放标准。
下面结合附图和具体实施方式作进一步的说明。
附图说明
图1为本发明分解装置的结构示意图。
附图中，1为反应器壳体，1a为上部壳体，1b为中部壳体，1c为下部壳体，2为原料气进口，3为分解气出口，4为第一格栅，5为第二格栅，6为上部气体均布机构，7为下部气体汇集机构，8为耐火层，9为保温层，10为冷却夹层，11为进气管，12为气体分布器，13为排气管，14为气体收集器，14a为扩径管，14b为挡流板。
具体实施方式
实施例1
参见图1，氧化亚氮的分解装置包括反应器壳体1，所述反应器壳体1包括上部壳体1a、中部壳体1b、下部壳体1c，所述上部壳体1a呈锥形结构，下部壳体1c呈倒置的锥形结构，上部壳体1a固定在中部壳体1b的上端，下部壳体1c固定在中部壳体1b的下端，组合构成整体，本实施例中，反应器壳体1的内层为耐火层8，反应器壳体1的外层为保温层9，所述保温层9的外周设置冷却夹层10，对应上部壳体1a、中部壳体1b。上部壳体1a的顶部开口，形成原料气进口2，下部壳体1c的底部开口，形成分解气出口3，具体的，原料气进口2设置进气管11，该进气管11的上游端用于与原料气源相连，该进气管11的下游端延伸进入上部壳体1a的内空，且连接气体分布器12，气体分布器采用化工领域常规的分布器。所述分解气出口3设置排气管13，该排气管13的上游端延伸进下部壳体1c的内空，且连接气体收集器14，具体的，气体收集器14包括扩径管14a、挡流板14b，所述挡流板14b呈倒置的V形结构，且固定在扩径管14a的上端，对扩径管14a的上端形成遮护，所述排气管13的上游端与扩径管14a的下端相连，形成阶梯孔。所述中部壳体1b的上端、下端分别设有第一格栅4、第二格栅5，通常的，为了方便安装第一格栅、第二格栅，且保证第一格栅、第二格栅的结构强度，第一格栅4、第二格栅5的圆周均设置钢圈，形成支撑。所述第一格栅4、第二格栅5之间设置上部气体均布机构6、下部气体汇集机构7，所述上部气体均布机构6包括多层瓷球堆叠构成，且这些瓷球的粒径从上向下逐层减小，所述下部气体汇集机构7包括多层瓷球堆叠构成，且这些瓷球的粒径从上向下逐层增大，上部气体均布机构6、下部气体汇集机构7之间铺设颗粒状催化剂，所述颗粒状催化剂的直径为2-3mm。
实施例2
采用实施例1的分解装置用于分解氧化亚氮的工艺步骤，包括步骤：
1)取醇酮与硝酸氧化生产己二酸生成的尾气(含水11％，硝酸7％，氮气28.8％，氧气7％，二氧化氮10％，一氧化氮4.7％，氧化二氮24.8％，二氧化碳6.7％)，经压缩至0.18MPa后，经压缩机气液分离后(含水1％，硝酸0％，氮气34.8％，氧气8％，二氧化氮12.6％，一氧化氮5.7％，氧化二氮30％，二氧化碳7.9％)，经三个连续串联的填料塔，每个塔内填装分为上下两层，每层装有5m三丫磁环，吸收其中的一氧化氮和二氧化氮、经洗涤塔利用脱盐水对流接触洗涤后，得到原料气(含水0.7％，氮气46.75％，氧气2.3％，一氧化氮0.04％，氧化二氮40.2％，二氧化碳10％)；
2)取原料气(2091Nm3/h)与压缩空气(洁净空气经过滤、压缩至0.1-0.12MPa，8125.9Nm3/h)混合，得到混合气，其中氧化亚氮的浓度为9.87％；
3)混合气依次经第一换热器、第二换热器升温至430.5℃，由反应器壳体的原料气进口进入上部壳体中，混合流量为10217.5Nm3/h，经上部气体均布机构均匀分布在中部壳体，与颗粒状催化剂接触，进行分解反应，得到分解气，经下部气体汇集机构，由反应器壳体的分解气出口排出，排出流量为13506Nm3/h，氧化二氮含量为0.84％，其分解率为91.49％；
4)排出的分解气温度为651.1℃，作为热介质经过第二换热器，降温至300.1℃，进入SCR反应器，与氨气反应生成氮气；
5)SCR反应器排出的氮气经过作为热介质经过废热锅炉，将废热锅炉内的锅炉水转化为蒸汽，得到低压蒸汽；
6)经过废热锅炉的氮气作为热介质经过第一换热器，降温至105.4℃，作为热介质进入脱盐水换热器，对步骤1)的脱盐水预热升温，排空，经检测，其压力为0.55MPa，温度为161.4℃，流量为705.1Kg/h。
实施例3
采用实施例1的分解装置用于分解氧化亚氮的工艺步骤，包括步骤：1)取醇酮与硝酸氧化生产己二酸生成的尾气，经三个连续串联的填料塔，吸收其中的一氧化氮和二氧化氮、经洗涤塔利用脱盐水对流接触洗涤后，得到原料气(含水0.7％，氮气46.75％，氧气2.3％，一氧化氮0.04％，氧化二氮40.2％，二氧化碳10％)；
2)取原料气(2483.0Nm3/h)与压缩空气(洁净空气经过滤、压缩至0.1-0.12MPa，9541.5Nm3/h)混合，得到混合气，其中氧化亚氮的浓度为9.98％；
3)混合气依次经第一换热器、第二换热器升温至465.5℃，由反应器壳体的原料气进口进入上部壳体中，混合流量为11386.1Nm3/h，经上部气体均布机构均匀分布在中部壳体，与颗粒状催化剂接触，进行分解反应，得到分解气，经下部气体汇集机构，由反应器壳体的分解气出口排出，排出流量为15346.2Nm3/h，氧化二氮含量为1.04％，其分解率为93.14％；
4)排出的分解气温度为723.4℃，作为热介质经过第二换热器，降温至324.4℃，进入SCR反应器，与氨气反应生成氮气；
5)SCR反应器排出的氮气经过作为热介质经过废热锅炉，将废热锅炉内的锅炉水转化为蒸汽，得到低压蒸汽；
6)经过废热锅炉的氮气作为热介质经过第一换热器，降温至101.3℃，作为热介质进入脱盐水换热器，对步骤1)的脱盐水预热升温，排空，经检测，其压力为0.55MPa，温度为161.5℃，流量为1189.4Kg/h。
实施例4
采用实施例1的分解装置用于分解氧化亚氮的工艺步骤，包括步骤：1)取醇酮与硝酸氧化生产己二酸生成的尾气，经三个连续串联的填料塔，吸收其中的一氧化氮和二氧化氮、经洗涤塔利用脱盐水对流接触洗涤后，得到原料气(含水0.7％，氮气46.75％，氧气2.3％，一氧化氮0.04％，氧化二氮40.2％，二氧化碳10％)；
2)取原料气(1942.0Nm3/h)与压缩空气(洁净空气经过滤、压缩至0.106MPa，8201.4Nm3/h)混合，得到混合气，其中氧化亚氮的浓度为9.44％；
3)混合气依次经第一换热器、第二换热器升温至430.1℃，由反应器壳体的原料气进口进入上部壳体中，混合流量为10583.5Nm3/h，经上部气体均布机构均匀分布在中部壳体，与颗粒状催化剂接触，进行分解反应，得到分解气，经下部气体汇集机构，由反应器壳体的分解气出口排出，排出流量为12498Nm3/h，氧化二氮含量为1.24％，其分解率为92.75％；
4)排出的分解气温度为646.3℃，作为热介质经过第二换热器，降温至309.8℃，进入SCR反应器，与氨气反应生成氮气；
5)SCR反应器排出的氮气经过作为热介质经过废热锅炉，将废热锅炉内的锅炉水转化为蒸汽，得到低压蒸汽；
6)经过废热锅炉的氮气作为热介质经过第一换热器，降温至103.1℃，作为热介质进入脱盐水换热器，对步骤1)的脱盐水预热升温，排空，经检测，其压力为0.55MPa，温度为161.5℃，流量为741.1Kg/h。

Claims (7)

1.一种氧化亚氮的分解工艺，采用的分解装置包括反应器壳体（1），所述反应器壳体（1）包括上部壳体（1a）、中部壳体（1b）、下部壳体（1c），
所述上部壳体（1a）呈锥形结构，下部壳体（1c）呈倒置的锥形结构，上部壳体（1a）固定在中部壳体（1b）的上端，下部壳体（1c）固定在中部壳体（1b）的下端，组合构成整体，上部壳体（1a）的顶部开口，形成原料气进口（2），所述原料气进口（2）设置进气管（11），该进气管（11）的上游端用于与原料气源相连，该进气管（11）的下游端延伸进入上部壳体（1a）的内空，且连接气体分布器（12），下部壳体（1c）的底部开口，形成分解气出口（3），所述分解气出口（3）设置排气管（13），该排气管（13）的上游端延伸进下部壳体（1c）的内空，且连接气体收集器（14），气体收集器（14）包括扩径管（14a）、挡流板（14b），所述挡流板（14b）呈倒置的V形结构，且固定在扩径管（14a）的上端，对扩径管（14a）的上端形成遮护，所述排气管（13）的上游端与扩径管（14a）的下端相连，形成阶梯孔，
所述中部壳体（1b）的上端、下端分别设有第一格栅（4）、第二格栅（5），所述第一格栅（4）、第二格栅（5）之间设置上部气体均布机构（6）、下部气体汇集机构（7），所述上部气体均布机构（6）包括多层瓷球堆叠构成，且这些瓷球的粒径从上向下逐层减小，所述下部气体汇集机构（7）包括多层瓷球堆叠构成，且这些瓷球的粒径从上向下逐层增大，
上部气体均布机构（6）、下部气体汇集机构（7）之间铺设颗粒状催化剂，
进行如下步骤操作：
1）取醇酮与硝酸氧化生产己二酸生成的尾气，经填料塔吸收其中的一氧化氮和二氧化氮、经洗涤塔利用脱盐水对流接触洗涤后，得到原料气；
2）原料气与压缩空气混合，得到混合气，其中氧化亚氮的浓度为8-10%；
3）混合气依次经第一换热器、第二换热器升温至420-460℃，由反应器壳体的原料气进口进入上部壳体中，经上部气体均布机构均匀分布在中部壳体，与颗粒状催化剂接触，进行分解反应，得到大流量高温分解气，中部壳体形成的大流量高温分解气首先到达倒置V型结构的挡流板的顶面，由V型结构的挡流板顶面导向斜向下移动，到达反应器下部壳体，沿排气管的外壁向上移动，由V形结构的挡流板底面导向斜向上移动，使得高温分解气在下部壳体呈U形运动，且经过排气管的上游端排出反应器；
4）排出的分解气温度为650-750℃，作为热介质经过第二换热器，降温至300-350℃，进入SCR反应器，使原料气中残留的一氧化氮和二氧化氮与氨气反应生成氮气。
2.根据权利要求1所述的氧化亚氮的分解工艺，其特征在于：所述反应器壳体（1）的内层为耐火层（8），反应器壳体（1）的外层为保温层（9），所述保温层（9）的外周设置冷却夹层（10），对应上部壳体（1a）、中部壳体（1b）。
3.根据权利要求1所述的氧化亚氮的分解工艺，其特征在于：所述第一格栅（4）、第二格栅（5）的圆周均设置钢圈，形成支撑。
4.根据权利要求1所述的氧化亚氮的分解工艺，其特征在于，步骤1）得到的原料气中氧化亚氮的含量为35-50%。
5.根据权利要求1所述的氧化亚氮的分解工艺，其特征在于，步骤4）得到的氮气作为热介质经过废热锅炉，将废热锅炉内的锅炉水转化为蒸汽，得到低压蒸汽。
6.根据权利要求5所述的氧化亚氮的分解工艺，其特征在于，经过废热锅炉的氮气作为热介质经过第一换热器，降温至100-120℃，作为热介质进入脱盐水换热器，对步骤1）的脱盐水预热升温，排空。
7.根据权利要求1所述的氧化亚氮的分解工艺，其特征在于，步骤3）所述颗粒状催化剂的直径为2-3mm。
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