CN201711081U - 回收氮氧化物并净化尾气的设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种回收氮氧化物并净化尾气的设备，主要解决以往技术中存在氮氧化物回收率及脱除率低的技术问题。本实用新型通过采用包括第一级旋转填料床(8)和第二级旋转填料床(30)，其特征在于所述第一级旋转填料床(8)的排气口(3)与第二级旋转填料床(30)气体A入口(16)之间由连通管路(36)连通，第一循环槽(6)的出液管路和进液管路分别与第一旋转填料床进液口(4)、第一旋转填料床出液口(7)连通，在第一旋转填料床进液口(4)与第一循环槽(6)之间的管路上连接第一循环泵(5)，第二循环槽(32)的出液管路和进液管路分别与第二旋转填料床进液口(18)、第二旋转填料床出液口(26)连通，在第二旋转填料床进液口(18)与第二循环槽(32)之间的管路上连接第二循环泵(33)，第二旋转填料床(30)的排气口(19)与捕沫器24相连的技术方案，较好地解决了该问题，可用于回收氮氧化物并净化尾气的设备的工业生产中。

Description

回收氮氧化物并净化尾气的设备 

技术领域

本实用新型涉及一种回收氮氧化物并净化尾气的设备，特别是关于CO偶联制草酸酯过程中回收氮氧化物并净化尾气的设备。 

背景技术

草酸酯是重要的有机化工原料，大量用于精细化工生产各种染料、医药、重要的溶剂，萃取剂以及各种中间体。进入21世纪，草酸酯作为可降解的环保型工程塑料单体而受到国际广泛重视。此外，草酸酯常压水解可得草酸，常压氨解可得优质缓效化肥草酰氨。草酸酯还可以用作溶剂，生产医药和染料中间体等，例如与脂肪酸酯、环己乙酰苯、胺基醇以及许多杂环化合物进行各种缩合反应。它还可以合成在医药上用作激素的胸酰碱。此外，草酸酯低压加氢可制备十分重要的化工原料乙二醇，而目前乙二醇主要依靠石油路线来制备，成本较高，我国每年需大量进口乙二醇，2007年进口量近480万吨。 

在一氧化碳气相法制备草酸酯的工艺中，排放的尾气中含有一定浓度的氮氧化物气体，这些氮氧化物的排放气直接进入大气，会污染环境，给人类健康带来危害，因此必须对上述排放气中的氮氧化物的气体进行脱除处理，使消除污染后的气体中氮氧化物的总含量达到或低于国家环境保护条例规定允许排放的标准。 

现有技术中，日本专利特开平11-315053采用甲醇将一氧化氮酯化再生为亚硝酸甲酯，再用甲醇吸收亚硝酸甲酯对气体中的亚硝酸甲酯进行回收，回收的亚硝酸甲酯可作为有机合成的原料使用，这种方法要将氮氧化物完全脱除非常困难。美国专利US4879401提供了一种烷基亚硝酸酯制备过程中除去氮氧化物杂质气体的方法，其在氮氧化物气体中加入低级链烷醇，如甲醇、乙醇，和氧气，大部分的氮氧化物将反应生成亚硝酸烷基酯，剩余少部分的氮氧化物、亚硝酸烷基酯和其他杂质气体采用低级链烷醇循环制备，将剩余氮氧化物转化为亚硝酸烷基酯，并连同已有亚硝酸烷基酯循环回反应，同时，低级链烷醇可作为洗涤剂除去杂质气体，该技术能耗较大，且没有根本解决排放氮氧化物的问题。专利CN200610028186.7公开了一种脱除排放气中亚硝酸烷基酯和氮氧化物气体的方法，该方法首先将排放气物流送入到亚硝酸烷基酯回收塔中，用烷基醇吸收排放气中的亚硝酸烷基 酯，回收得到亚硝酸烷基酯的烷基醇溶液；经处理的排放气物流送入到催化还原反应器中，未吸收的亚硝酸烷基酯和氮氧化物气体在负载型催化剂作用下与还原性气体反应生成N₂，催化还原反应的温度控制为200～600℃，压力控制为0.05MPa～1MPa，本发明能耗高，排放尾气中的氮氧化物脱除过程较难控制。如何更有效处理CO偶联制草酸酯尾气中的氮氧化物气体，仍是研究的重点和关注的焦点。 

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是以往文献中存在的氮氧化物回收率及脱除率低的技术问题，提供一种新的回收氮氧化物并净化尾气的设备。该设备具有氮氧化物回收率及脱除率高的优点。 

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案如下：一种回收氮氧化物并净化尾气的设备，包括第一旋转填料床和第二级旋转填料床，其中第一级旋转填料床的排气口与第二级旋转填料床气体A入口之间由连通管路连通，第一循环槽的出液管路和进液管路分别与第一旋转填料床进液口、第一旋转填料床出液口连通，在第一旋转填料床进液口与第一循环槽之间的管路上连接第一循环泵，第二循环槽的出液管路和进液管路分别与第二旋转填料床进液口、第二旋转填料床出液口连通，在第二旋转填料床进液口与第二循环槽之间的管路上连接第二循环泵，第二旋转填料床的排气口与捕沫器相连。 

上述技术方案中回收氮氧化物并净化尾气的设备，其中第二旋转填料床反应器内设置第二级气体A入口和第二级气体B入口，且两个气体进口位于第二级旋转填料床下填料层下部。第一级旋转填料床的第一级旋转填料床气体入口处设置预反应器。 

本实用新型的回收氮氧化物并净化尾气的设备，由于采用了结构比较简单，体积小的旋转填料床取代传统工艺中庞大的塔设备。使得整个系统设计紧凑，操作简便，使用与维护成本低，占地面积小，操作弹性大。可大幅度降低处理成本。同时旋转填料床反应器中两个气体入口的设置，以及两层同轴填料层，既可以避免氮氧化物与氧气的预混合而导致的N₂O₄的生成，进而大幅提高烷基亚硝酸酯的选择性，同时又保证了足够的停留时间，确保反应的彻底，提高原料的转化率。 

附图说明

图1是回收氮氧化物并净化尾气的设备流程图。 

图中1-第一级旋转填料床气体入口  2-第一级旋转填料床填料  3-第一级旋转填料床气体出口  4-第一级旋转填料床进液口  5-第一循环泵  6-第一循环槽  7-第一级旋转填料床出液口  8-第一级旋转填料床  9-预反应器  10-第一级旋转填料床出液管路  11-第一级旋转填 料床液体循环管路  12-第一级旋转填料床放液口  13-第一级旋转填料床液体分布器  14-第一循环槽新鲜液体加入口  15-预反应器气体入口  16-第二级气体A入口1  7-第二级旋转填料床下填料层  18-第二级旋转填料床液体进口  19-第二级旋转填料床气体出口  20-转子21-第二级旋转填料床上填料层  22-气体隔板  23-第二旋转填料床液体分布器  24-捕沫器25-液体气封装置  26-第二级旋转填料床液体出口  27-轴承  28-转轴  29-磁钢组件  30-第二级旋转填料床  31-第二级气体B入口  32-第二循环槽  33-第二循环泵  34-第二循环槽新鲜液进料口  35-第二液体循环管路  36-一级及二级旋转填料床连通管路  37-第二级旋转填料床放液口。 

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的回收氮氧化物并净化尾气的设备作详细说明。 

本实用新型的回收氮氧化物并净化尾气的设备，采用两套旋转填料床，即第一旋转填料床8和第二级旋转填料床30，其中第一级旋转填料床8的排气口3与第二级旋转填料床30的气体A入口16之间由连通管路36连通，第一循环槽6的出液管路和进液管路分别与第一旋转填料床进液口4、第一旋转填料床出液口7连通，在第一旋转填料床进液口4与第一循环槽6之间的管路上连接第一循环泵5，第二循环槽32的出液管路和进液管路分别与第二旋转填料床进液口18、第二旋转填料床出液口26连通，在第二旋转填料床进液口18与第二循环槽32之间的管路上连接第二循环泵33，第二旋转填料床30的排气口19与捕沫器24相连。在上述第一、第二旋转填料床的旋转填料动力电机最好采用变频调速电机。 

工作时将含氦氧化物的气体和氧气进入预反应器9，在高温下预先发生反应，生成含有NO和NO2的混合气体，之后该混合气体和C1～C4烷基醇分别从第一级旋转填料床气体入口1和第一级旋转填料床进液口4引入第一级旋转填料床8内，其中含有NO和NO2的混合气体的引入是由系统形成的负压实现的。烷基醇置于第一循环槽6内，由第一循环泵5通过第一级旋转填料床液体循环管路11引入第一级旋转填料床8的第一级旋转填料床进液口4并进入第一级旋转填料床液体分布器13及第一级旋转填料床填料2，气、液在旋转填料内进行充分接触，接触方式采用逆流、错流均可。含有NO和NO2的混合气体与烷基醇经过反应后，尾气由第一级旋转填料床气体出口3排出并进入第二级旋转填料床的第二级气体A入口16，含有烷基亚硝酸酯的液体通过第一旋转填料床8的出液管路返回第一循环槽6内循环使用，待烷基醇浓度降低到10～20％以下时，通过第一级旋转填料床放液口12排出后送入后续系统回收利用，新鲜烷基醇可以通过第一循环槽新鲜液体加 入口14加入。 

由第一级旋转填料床气体出口3排出的含有微量氮氧化物的气体、氧气分别从第二级旋转填料床30的第二级气体A入口16和第二级气体B入口31引入第二级旋转填料床30内，与来自第二级旋转填料床30内第二级旋转填料床上填料层21的下行液体在第二级旋转填料床下填料层17内预混合并接触反应，其中含氮氧化物气体和氧气的引入是由系统形成的负压实现的。吸收液置于第二循环槽32内，由第二循环泵33通过第二液体循环管路35引入第二级旋转填料床30的第二级旋转填料床液体进口18并进入第二旋转填料床液体分布器23及第二级旋转填料床上填料层21，气、液在第二级旋转填料床上填料层21内进一步进行充分接触，接触方式采用逆流、错流均可。气体中的含氮化合物和氧气与吸收液(尿素溶液)经过反应后变成CO₂和N₂，该气体通过捕沫器24除沫后，由第二级旋转填料床气体出口19排出，液体通过第二级旋转填料床的下填料层17，与来自第二级气体A入口16和第二级气体B入口31的气体进一步混合反应后，通过第二级旋转填料床液体出口26返回第二循环槽32内循环使用，待液体浓度降低到10～20％以下时，通过第二级旋转填料床放液口37排出，新鲜液体可以通过第二循环槽32的新鲜液体加入口加入。 

上述第一及第二级旋转填料床中旋转填料的转速为100～10000rpm，其中旋转填料转速的选定主要由氮氧化物气体处理量决定，如果旋转填料的电机为变频调速电机，则可以在上述转速内根据氮氧化物气体处理量与吸收液引入量进行连续调整。 

研究表明，NO氧化酯化反应过程的反应速率主要受气液传质阻力的影响，若有效提高气液传质效率，可显著提高氮氧化物的转化率，本发明技术方案在充分研究氮氧化物与氧气和醇发生氧化酯化反应特点的基础上，提出采用旋转填料床作为反应器，充分利用旋转床填料床的可以几何数量级大幅提高气液传质速率的显著的优点，进而大大提高CO偶联制草酸酯尾气中氮氧化物的转化深度，既提高了NO的利用率，又减少了尾气排放，经转化后生成的烷基亚硝酸酯可以循环使用。为了进一步确保尾气中氮氧化物的浓度达到国家要求的排放标准，本发明技术方案中将经过氧化酯化初步脱除氮氧化物的尾气与氧气反应生成二氧化氮后，继续进入下一级旋转填料床，并通过与尿素溶液的深度反应，使得氮氧化物转化为N₂和CO₂后排空。旋转填料床体积小，效率高，能耗低。整个处理过程条件缓和。 

下面通过实施例对本实用新型作进一步的阐述，但不仅限于本实施例。 

【实施例1】 

按图1所示流程，含氮氧化物原料气体A的气体量为100m³/h，其中，NO的浓度为10％v，氧气(气体B)的气体量2m³/h，将含氮氧化物的气体和第一股氧气先进入预反应器9，在1高温下预先发生反应，生成含有NO和NO₂的混合气体，之后该混合气体和乙醇分别从第一级旋转填料床气体入口1和第一级旋转填料床进液口4引入第一级旋转填料床8内。乙醇置于第一循环槽6内，由第一循环泵5通过第一级旋转填料床液体循环管路11引入第一级旋转填料床8的第一级旋转填料床进液口4并进入第一级旋转填料床液体分布器13及第一级旋转填料床填料2，气、液在旋转填料内逆流充分接触。含有NO和NO2的混合气体与乙醇经过反应后，尾气由第一级旋转填料床气体出口3排出并进入第二级旋转填料床的第二级气体A入口16，含有亚硝酸乙酯的液体通过第一旋转填料床8的出液管路返回第一循环槽6内循环使用，待乙醇浓度降低到20％以下时，通过第一级旋转填料床放液口12排出后送入后续系统回收利用，新鲜烷基醇通过第一循环槽新鲜液体加入口14加入。由第一级旋转填料床气体出口3排出的含有微量氮氧化物的气体、第二股氧气分别从第二级旋转填料床30的第二级气体A入口16和第二级气体B入口31引入第二级旋转填料床30内，与来自第二级旋转填料床30内第二级旋转填料床上填料层21的下行尿素吸收液在第二级旋转填料床下填料层17内预混合并接触反应。尿素吸收液置于第二循环槽32内，由第二循环泵33通过第二液体循环管路35引入第二级旋转填料床30的第二级旋转填料床液体进口18并进入第二旋转填料床液体分布器23及第二级旋转填料床上填料层21，气、液在第二级旋转填料床上填料层21内进一步充分接触。气体中的含氮化合物和氧气与吸收液(尿素溶液)经过反应后变成CO₂和N₂，该尾气通过捕沫器24除沫后，由第二级旋转填料床气体出口19排出，液体通过第二级旋转填料床的下填料层17，与来自第二级气体A入口16和第二级气体B入口31的气体进一步混合反应后，通过第二级旋转填料床液体出口26返回第二循环槽32内循环使用，待尿素液体浓度降低到10％以下时，通过第二级旋转填料床放液口37排出，新鲜液体可以通过第二循环槽32的新鲜液体加入口加入。其中，预反应器9的温度为100℃，第一级旋转填料床8中气体中氮氧化物与乙醇液摩尔比为1∶30，第一级旋转填料床转速为2400rpm，反应温度20℃，反应压力0.1MPa，第二级旋转填料床反应温度为20℃，压力为1atm，液体与气体体积比为1∶30，其结果为：氮氧化物回收率为99.0％，尾气中氮氧化物的浓度为5ppm。 

【实施例2】 

按图1所示流程，及实施例1的过程，只是含氮氧化物原料气体A的气体量为100m³/h，其中，NO的浓度为20％v，氧气(气体B)的气体量4m³/h，其中，预反应器9的温度为120℃，第一级旋转填料床8中气体中氮氧化物与乙醇液摩尔比为1∶20，第一级旋转填料床转速为2000rpm，反应温度30℃，反应压力0.01MPa，第二级旋转填料床反应温度为30℃，压力为1atm，液体与气体体积比为1∶30，第二级旋转填料床转速为3000rpm，其结果为：氮氧化物回收率为99.21％，尾气中氮氧化物的浓度为10ppm。 

【实施例3】 

按图1所示流程，及实施例1的过程，只是含氮氧化物原料气体A的气体量为100m³/h，其中，NO的浓度为15％v，氧气(气体B)的气体量2.5m³/h，其中，预反应器9的温度为120℃，第一级旋转填料床8中气体中氮氧化物与乙醇液摩尔比为1∶10，第一级旋转填料床转速为4000rpm，反应温度40℃，反应压力0.3MPa，第二级旋转填料床反应温度为40℃，压力为0.1MPa，液体与气体体积比为1∶100，第二级旋转填料床转速为5000rpm，其结果为：氮氧化物回收率为99.33％，尾气中氮氧化物的浓度为2ppm。 

【实施例4】 

按图1所示流程，及实施例1的过程，只是含氮氧化物原料气体A的气体量为1000m³/h，其中，NO的浓度为30％v，氧气(气体B)的气体量40m³/h，其中，预反应器9的温度为120℃，第一级旋转填料床8中气体中氮氧化物与丙醇液摩尔比为1∶5，第一级旋转填料床转速为1000rpm，反应温度60℃，反应压力1.0MPa，第二级旋转填料床反应温度为30℃，压力为0.1MPa，液体与气体体积比为1∶30，第二级旋转填料床转速为1500rpm，其结果为：氮氧化物回收率为99.41％，尾气中氮氧化物的浓度为1ppm。 

【实施例5】 

按图1所示流程，及实施例1的过程，只是含氮氧化物原料气体A的气体量为1000m³/h，其中，NO的浓度为8％v，氧气(气体B)的气体量20m³/h，其中，预反应器9的温度为150℃，第一级旋转填料床8中气体中氮氧化物与丙醇液摩尔比为1∶15，第一级旋转填料床转速为1500rpm，反应温度50℃，反应压力0.2MPa，第二级旋转填料床反应温度为30℃，压力为0.1MPa，液体与气体体积比为1∶50，第二级旋转填料床转速为2000rpm，其结果为：氮氧化物回收率为99.56％，尾气中氮氧化物的浓度为3ppm。 

【实施例6】 

按图1所示流程，及实施例1的过程，只是含氮氧化物原料气体A的气体量为100m³/h，其中，NO的浓度为40％v，氧气(气体B)的气体量8m³/h，其中，预反应器9的温度为180℃，第一级旋转填料床8中气体中氮氧化物与丁醇液摩尔比为1∶50，第一级旋转填料床转速为3000rpm，反应温度80℃，反应压力0.02MPa，第二级旋转填料床反应温度为50℃，压力为0.01MPa，液体与气体体积比为1∶100，第二级旋转填料床转速为3000rpm，其结果为：氮氧化物回收率为99.44％，尾气中氮氧化物的浓度为0ppm。 

【实施例7】 

按图1所示流程，及实施例1的过程，只是含氮氧化物原料气体A的气体量为100m³/h，其中，NO的浓度为40％v，NO₂的浓度为5％v，氧气(气体B)的气体量5m³/h，其中，预反应器9的温度为100℃，第一级旋转填料床8中气体中氮氧化物与甲醇液摩尔比为1∶50，第一级旋转填料床转速为3000rpm，反应温度20℃，反应压力3.0MPa，第二级旋转填料床反应温度为20℃，压力为0.01MPa，液体与气体体积比为1∶60，第二级旋转填料床转速为3000rpm，其结果为：氮氧化物回收率为99.28％，尾气中氮氧化物的浓度为10ppm。 

Claims (3)

1.一种回收氮氧化物并净化尾气的设备，包括第一级旋转填料床(8)和第二级旋转填料床(30)，其特征在于所述第一级旋转填料床(8)的排气口(3)与第二级旋转填料床(30)气体A入口(16)之间由连通管路(36)连通，第一循环槽(6)的出液管路和进液管路分别与第一旋转填料床进液口(4)、第一旋转填料床出液口(7)连通，在第一旋转填料床进液口(4)与第一循环槽(6)之间的管路上连接第一循环泵(5)，第二循环槽(32)的出液管路和进液管路分别与第二旋转填料床进液口(18)、第二旋转填料床出液口(26)连通，在第二旋转填料床进液口(18)与第二循环槽(32)之间的管路上连接第二循环泵(33)，第二旋转填料床(30)的排气口(19)与捕沫器(24)相连。

2.根据权利要求1所述回收氮氧化物并净化尾气的设备，其特征在于第二旋转填料床反应器(30)内设置第二级气体A入口(16)和第二级气体B入口(31)，且两个气体进口位于第二级旋转填料床下填料层(17)下部。

3.根据权利要求1所述回收氮氧化物并净化尾气的设备，其特征在于第一级旋转填料床(8)的第一级旋转填料床气体入口(1)处设置预反应器(9)。

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