CN203507794U

CN203507794U - 硝基甲苯硝酸氧化尾气中氮氧化物的处理系统

Info

Publication number: CN203507794U
Application number: CN201320597737.7U
Authority: CN
Inventors: 朱晓东; 王宇; 吴元飞
Original assignee: Zhejiang Ualloy Material Technology Co Ltd
Current assignee: Zhejiang Ualloy Material Technology Co Ltd
Priority date: 2013-09-26
Filing date: 2013-09-26
Publication date: 2014-04-02
Anticipated expiration: 2023-09-26

Abstract

本实用新型公开一种硝基甲苯硝酸氧化尾气中氮氧化物的处理系统，属于化工领域。包括若干个酸吸收塔，碱吸收塔，以及尿素吸收塔；上述各个吸收塔通过连接在本级出气口和下级进气口之间的气管相互串联，所述酸吸收塔之间进一步连接有一气体混合器，上述硝基甲苯硝酸氧化尾气中氮氧化物的处理系统，通过气体混合器对每级吸收后尾气进入下一级吸收时与空气充分混合，将其中的一氧化氮转化为二氧化氮，以提高每级酸吸收塔的吸收效率；经多级酸吸收塔和碱吸收塔充分吸收处理后的尾气再经尿素吸收塔吸收处理，将残余氮氧化物完全破坏成氮气后高空排放，尾气中氮氧化物回收率达到90%以上，提高了氮氧化物尾气的吸收效率和综合利用水平。

Description

硝基甲苯硝酸氧化尾气中氮氧化物的处理系统

技术领域

本实用新型涉及一种硝基甲苯硝酸氧化尾气中氮氧化物的处理系统，属于化工领域。

背景技术

硝基甲苯硝酸氧化反应，反应过程中产生的尾气中的氮氧化物（NO_x）为大气的主要污染物之一，目前，氮氧化物尾气处理一般有以下几种方法：一是通过碱液或石灰石吸收后排放，一是用氨水吸收后作为氮肥，还有一种如专利号为200910131859.5的”芳香类硝基化合物氯化尾气中氮氧化物的处理方法”中采用的方法：用硫酸做为吸收液制成混酸可用于硝化反应，余下尾气用碱液吸收处理。

目前氮氧化物尾气处理方法所采用的处理装置一般都是采用酸吸收塔和碱吸收塔，即用酸液和碱液来吸收掉氮氧化物，存在反应不充分，不能完全处理掉尾气中的氮氧化物等缺点。

有鉴于此，本发明人对此进行研究，专门开发出一种硝基甲苯硝酸氧化尾气中氮氧化物的处理系统，本案由此产生。

发明内容

本实用新型的目的是一种硝基甲苯硝酸氧化尾气中氮氧化物的处理系统，采用上述系统可以大幅度降低尾气中氮氧化物的排放，而且整个过程所需酸吸收液为自身反应的母液，吸收充分后所得酸液完全可以满足生产需要，大大降低了原料硝酸单耗。

硝基甲苯硝酸氧化尾气中氮氧化物的处理系统，包括若干个酸吸收塔，碱吸收塔，以及尿素吸收塔；所述酸吸收塔、碱吸收塔和尿素吸收塔上分别设有进气口和出气口，上述各个吸收塔通过连接在本级出气口和下级进气口之间的气管相互串联，所述酸吸收塔之间进一步连接有一气体混合器，每个酸吸收塔、碱吸收塔和尿素吸收塔的顶部和底部分别设有一进料口和一出料口，每个出料口均对应连接有一个储液罐，储液罐的出液口进一步连接有一进料泵，进料泵的另一端与本级吸收塔的进料口相连；与酸吸收塔相连的酸储液罐之间还连接有一酸液进料泵，所述酸储液罐上进一步设有进液口和排液口，酸液进料泵的进口与下一级储液罐的排液口相连，出口与本级的进液口相连，用于将下一级酸储液罐内的溶液泵入本级酸储液罐内，上述酸储液灌，除最后一级外，底部还设有一初始进液口；与碱吸收塔和尿素吸收塔相连的储液罐也分别设有一进液口和排液口，用于碱性溶液和尿素水溶液的输入和排出；上述各个酸储液罐的底部都设有取样口，用于检测储液罐内的溶液浓度。

上述酸吸收塔、碱吸收塔和尿素吸收塔的进气口设置在吸收塔的下端，酸吸收塔、碱吸收塔的出气口设置在吸收塔的上端。

上述尿素吸收塔的出气口设置在吸收塔的顶部，用于安全尾气的排放。

作为优选，上述硝基甲苯硝酸氧化尾气中氮氧化物的处理系统包括2-6级酸吸收塔。

上述进料口、进液口、排液口、初始进液口和取样口上均设有阀门，用于控制溶液的进入和排出。

上述硝基甲苯硝酸氧化尾气中氮氧化物的处理方法，包括如下步骤：

1）首先，在最后一级酸储液灌的进液口计量泵入初始浓度为7~10%的硝酸溶液，在上一级酸储液罐的初始进液口计量泵入初始浓度为11~16%的硝酸溶液，依次类推，每向前一级，计量泵入的初始硝酸溶液浓度提高4~6%，上述泵入各级酸储液罐的硝酸溶液为硝基甲苯氧化反应离心母液经降温冷却过滤分离得到；同时，氮氧化物尾气通过进气口进入第一级酸吸收塔，然后依次通过气体混合器、第二级酸吸收塔、气体混合器，直到最后一级酸吸收塔；在每级酸塔之间设置一气体混合器，将尾气与空气充分混合，使产生的一氧化氮及时转化为二氧化氮，这样就可以在尾气经一级母液吸收后产生的一氧化氮及时转化为二氧化氮后，进入下一级酸吸收塔吸收时可保证良好的吸收效率；

2）接着，各级酸储液罐内的硝酸溶液通过进料泵计量泵入本级酸吸收塔，循环喷淋吸收尾气中的氮氧化物，检测取样口的硝酸溶液浓度，当吸收尾气后的硝酸溶液浓度达到上一级酸储液罐内硝酸溶液的初始浓度时，打开酸储液罐的排液口阀门，通过酸液进料泵泵入上一级酸储液罐内，再通过进料泵计量泵入该级酸吸收塔，循环喷淋吸收尾气中的氮氧化物，依次逆流吸收，直至第一级酸吸收塔，最后将上述硝酸溶液通过酸储液罐排液口排出，回收利用；

3）与碱吸收塔相连的储液罐的进液口注入碱性溶液，通过进料泵计量泵入碱吸收塔顶部的进料口，经酸液喷淋吸收后的尾气通过进气口进入碱吸收塔，碱性溶液循环喷淋吸收氮氧化物尾气；

4）与尿素吸收塔相连的储液罐的进液口注入尿素水溶液，通过进料泵计量泵入尿素吸收塔顶部的进料口，经碱液喷淋后的氮氧化物尾气通过进气口进入尿素吸收塔，尿素水溶液循环喷淋吸收氮氧化物尾气，氮氧化物尾气经尿素吸收塔喷淋，与尿素充分反应变为氮气、氧气和水蒸气后由出气口排出。

上述步骤1）至步骤4）中的反应方程式为：

H₂O +3NO₂ ====2HNO₃ +NO

2NO + O₂==== 2NO₂

H₂O +2NO₂ ====HNO₃ +HNO₂

2NaOH + 2 NO₂==== Na NO₃ + Na NO₂ + H₂O

2NO+ CO（NH₂）₂====2 N₂ + CO₂ + H₂O + H₂。

上述硝基甲苯硝酸氧化尾气中氮氧化物的处理系统，通过气体混合器对每级吸收后尾气进入下一级吸收时与空气充分混合，将其中的一氧化氮转化为二氧化氮，以提高每级酸吸收塔的吸收效率；经多级酸吸收塔和碱吸收塔充分吸收处理后的尾气再经尿素吸收塔吸收处理，将残余氮氧化物完全破坏成氮气后高空排放，尾气中氮氧化物回收率达到90%以上，提高了氮氧化物尾气的吸收效率和综合利用水平。

附图说明：

图1为本实施例硝基甲苯硝酸氧化尾气中氮氧化物的处理系统结构示意图。

标号说明：

第一级酸吸收塔1；第二级酸吸收塔2；第三级酸吸收塔3；气体混合器4、5；碱吸收塔6；尿素吸收塔7；

吸收塔进气口11、21、31、61、71；吸收塔出气口12、22、32、62、72；

吸收塔进料口13、23、33、63、73；吸收塔出料口14、24、34、64、74；

第一级酸储液罐15；第二级酸储液罐25；第三级酸储液罐35；碱储液罐65；尿素储液罐75；

储液罐出液口16、26、36、66、76；

第一级进料泵17；第二级进料泵27；第三级进料泵37；碱进料泵67；尿素进料泵77；

储液罐进液口18、28、38、68、78；

储液罐排液口19、29、39、69、79；

第一级酸液进料泵8；第二级酸液进料泵9；

取样口101、201、301；

初始进液口102、202。

具体实施方法：

本实用新型所述的浓度均为质量浓度。

如图1所示，一种硝基甲苯硝酸氧化尾气中氮氧化物的处理系统，包括第一级酸吸收塔1、第二级酸吸收塔2和第三级酸吸收塔3三个酸吸收塔，和1个碱吸收塔6，以及1个尿素吸收塔7；所述酸吸收塔1-3、碱吸收塔6和尿素吸收塔7上分别设有进气口11、21、31、61、71和出气口12、22、32、62、72，上述各个吸收塔通过连接在本级出气口和下级进气口之间的气管相互串联，其中，第一级酸吸收塔1和第二级酸吸收塔2之间，以及第二级酸吸收塔2和第三级酸吸收塔3之间分别连接有1个气体混合器4和5，上述酸吸收塔1-3、碱吸收塔6和尿素吸收塔7的进气口11、21、31、61、71设置在吸收塔的下端，而酸吸收塔1-3、碱吸收塔6的出气口12、22、32、62设置在吸收塔的上端。尿素吸收塔7的出气口72设置在吸收塔的顶部，用于安全尾气的排放。

每个酸吸收塔1-3、碱吸收塔6和尿素吸收塔7的顶部分别设有一进料口13、23、33、63、73，底部设有一出料口14、24、34、64、74，每个出料口14、24、34、64、74均对应连接有一个储液罐，分别为第一级酸储液罐15、第二级酸储液罐25、第三级酸储液罐35、碱储液罐65和尿素储液罐75。每个储液罐的出液口16、26、36、66、76进一步连接有一进料泵17、27、37、67、77，分别为第一级进料泵17、第二级进料泵27、第三级进料泵37、碱进料泵67和尿素进料泵77，上述进料泵的另一端分别与对应的本级酸吸收塔、碱吸收塔和尿素吸收塔的进料口相连；第一级酸储液罐15和第二级酸储液罐25之间，以及第二级酸储液罐25和第三级酸储液罐35之间分别连接有一酸液进料泵，分别为第一级酸液进料泵8和第二级酸液进料泵9，所述酸储液罐15、25、35上设有进液口18、28、38和排液口19、29、39，第一级酸液进料泵8的进口与第二级储液罐25的排液口29相连，出口与第一级储液罐15的进液口18相连，同理，第二级酸液进料泵8的进口与第三级储液罐35的排液口39相连，出口与第二级酸储液罐25的进液口28相连，均用于将下一级酸储液罐内的酸液泵入本级的酸储液罐内。碱储液罐65和尿素储液罐75也分别设有一进液口68、78和排液口69、79，用于碱性溶液和尿素水溶液的输入和排出。

上述第一级酸储液罐15、第二级酸储液罐25、第三级酸储液罐35的底部进一步设有一取样口101、201和301，用于检测储液罐内的溶液浓度。第一级酸储液罐15、第二级酸储液罐25还设有一初始进液口102、202。

上述硝基甲苯硝酸氧化尾气中氮氧化物的处理系统还可以选择2级、4级、5级和6级的酸吸收塔。级数越多，所述系统的处理能力越大，硝酸回收率越高，也可以得到更高浓度的回收硝酸。

在本实施例中，上述进料口13、23、33、63、73，进液口18、28、38、68、78，排液口19、29、39、69、79，初始进液口102、202和取样口101、201和301上均设有阀门，用于控制溶液的进入或排出。

1）首先，在最后一级酸储液灌（即第三级酸储液罐35）的进液口38计量泵入初始浓度为7%的硝酸溶液，在第二级储液罐25的初始进液口202计量泵入初始浓度为12%的硝酸溶液，在第一级储液罐15的初始进液口102计量泵入初始浓度为17%的硝酸溶液，上述泵入各级酸储液罐的硝酸溶液为硝基甲苯氧化反应离心母液经降温冷却过滤分离得到，温度为0℃；同时，氮氧化物尾气通过进气口11进入第一级酸吸收塔1，然后依次通过出气口12、气体混合器4、第二级酸吸收塔2、气体混合器5，直到最后一级酸吸收塔3；在每级酸塔之间设置一气体混合器，将尾气与空气充分混合，使产生的一氧化氮及时转化为二氧化氮，这样就可以在尾气经一级母液吸收后产生的一氧化氮及时转化为二氧化氮后，进入下一级酸吸收塔吸收时可保证良好的吸收效率；

2）接着，各级酸储液罐内的硝酸溶液依次通过出液口36、26、16、各级进料泵37、27、17和进料口33、23、13计量泵入本级酸吸收塔，循环喷淋吸收尾气中的氮氧化物，检测取样口101、201、301的硝酸溶液浓度，当第三级酸储液罐35吸收尾气后的硝酸溶液浓度达到12%时，打开酸储液罐的排液口39的阀门，将此级酸吸收塔中的酸液依次通过出料口34、第三级酸储液罐35、排液口39、第二级酸液进料泵9、第二级酸储液罐25、第二级进料泵27后，计量泵入第二级酸吸收塔2中，继续循环喷淋吸收尾气中的氮氧化物，同理，当第二级酸储液罐25吸收尾气后的硝酸溶液浓度达到17%时，打开酸储液罐的排液口29的阀门，以上述同样方法转入第一级酸吸收塔1中，当第一级酸储液罐15吸收尾气后的硝酸溶液浓度达到22%时，打开酸储液罐的排液口19的阀门，最后将上述吸收尾气后的酸液通过第一级酸储液罐排液口19排出，回收利用；该步骤涉及的主要反应方程式为：

H₂O +3NO₂ ====2HNO₃ +NO；

2NO + O₂==== 2NO₂；

H₂O +2NO₂ ====HNO₃ +HNO₂；

3）碱储液罐6的进液口注入10%的氢氧化钠碱性溶液，然后通过碱进料泵67计量泵入碱吸收塔6顶部的进料口63，经酸液喷淋吸收后的尾气通过进气口61进入碱吸收塔，碱性溶液循环喷淋吸收氮氧化物尾气，喷淋后的尾气通过出气口62进入尿素吸收塔7；该步骤的涉及的主要反应方程式为：

2NaOH + 2 NO₂==== Na NO₃ + Na NO₂ + H₂O；

碱储液罐6的碱性溶液可由排液口69排出，根据生产需要定期更换，一般氢氧化钠的浓度大于2-3%时吸收效果较好；

4）尿素储液罐75的进液口78注入5%尿素水溶液，然后通过尿素进料泵77计量泵入尿素吸收塔顶部的进料口73，经碱液喷淋后的氮氧化物尾气通过进气口71进入尿素吸收塔7，尿素水溶液循环喷淋吸收氮氧化物尾气，氮氧化物尾气经尿素吸收塔喷淋，与尿素充分反应变为氮气、氧气和水蒸气后由出气口排出。该步骤的涉及的主要反应方程式为：

2NO+ CO（NH₂）₂====2 N₂ + CO₂ + H₂O + H₂；

尿素吸收塔7的尿素水溶液可由排液口79排出，根据生产需要定期更换，一般尿素水溶液浓度大于1-2%时吸收效果较好。

在本实施实例中，所述硝基甲苯硝酸氧化尾气中氮氧化物的处理系统开机喷淋22小时，喷淋速度为24M³/小时，测试处理效果及能力，22小时运行结束，第一级酸浓度达到22%，第二级酸浓度达到17%，第三级酸浓度达到12%，碱浓度下降到2%，尿素浓度下降到1%。经计算，其中三级酸吸收塔吸收掉尾气排出总量的73%，碱吸收塔吸收掉总量的18%，尿素塔吸收掉总量的8.1%，，尾气处理率99.1%，硝酸溶液回收利用率73%。经在线测试，所排入大气中的尾气氮氧化物含量亦始终符合国家现行标准，说明此处理系统达到处理要求。

Claims

1.硝基甲苯硝酸氧化尾气中氮氧化物的处理系统，其特征在于：包括若干个酸吸收塔，碱吸收塔，以及尿素吸收塔；所述酸吸收塔、碱吸收塔和尿素吸收塔上分别设有进气口和出气口，上述各个吸收塔通过连接在本级出气口和下级进气口之间的气管相互串联，所述酸吸收塔之间进一步连接有一气体混合器，每个酸吸收塔、碱吸收塔和尿素吸收塔的顶部和底部分别设有一进料口和一出料口，每个出料口均对应连接有一个储液罐，储液罐的出液口进一步连接有一进料泵，进料泵的另一端与本级吸收塔的进料口相连；与酸吸收塔相连的酸储液罐之间还连接有一酸液进料泵，所述酸储液罐上进一步设有进液口和排液口，酸液进料泵的进口与下一级储液罐的排液口相连，出口与本级的进液口相连，用于将下一级酸储液罐内的溶液泵入本级酸储液罐内，上述酸储液灌，除最后一级外，底部还设有一初始进液口；与碱吸收塔和尿素吸收塔相连的储液罐也分别设有一进液口和排液口，用于碱性溶液和尿素水溶液的输入和排出；上述各个酸储液罐的底部都设有取样口，用于检测储液罐内的溶液浓度。

2.如权利要求1所述的硝基甲苯硝酸氧化尾气中氮氧化物的处理系统，其特征在于：上述酸吸收塔、碱吸收塔和尿素吸收塔的进气口设置在吸收塔的下端，酸吸收塔、碱吸收塔的出气口设置在吸收塔的上端。

3.如权利要求1所述的硝基甲苯硝酸氧化尾气中氮氧化物的处理系统，其特征在于：上述尿素吸收塔的出气口设置在吸收塔的顶部，用于安全尾气的排放。

4.如权利要求1所述的硝基甲苯硝酸氧化尾气中氮氧化物的处理系统，其特征在于：上述硝基甲苯硝酸氧化尾气中氮氧化物的处理系统包括2-6级酸吸收塔。

5.如权利要求1所述的硝基甲苯硝酸氧化尾气中氮氧化物的处理系统，其特征在于：上述进料口、进液口、排液口、初始进液口和取样口上均设有阀门，用于控制溶液的进入和排出。