CN209519579U - 一种高效氮氧化物烟气吸收制备硝酸的处理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及高效氮氧化物烟气吸收制备硝酸的处理系统，包括烟气输送装置、含氧气体配送输送装置、超重力机、多级制酸单元和尾气净化器；所述烟气输送装置和含氧气体配送输送装置的输出端分别通过管路与所述多级制酸单元的进气端连接并连通，所述多级制酸单元的出气端与所述尾气净化器的尾气入口相连通；所述超重力机的气体进口通过管路外接氮氧化物烟气气源，其气体出口通过管路与所述烟气输送装置的输入端连接并连通，所述含氧气体配送输送装置的输入端通过管路外接含氧气体气源。优点：通过超重力机能够大幅度降低烟气中氮氧化物的浓度，减轻后续设备的处理压力，整个系统烟气处理效果好，节能、环保。

Description

一种高效氮氧化物烟气吸收制备硝酸的处理系统

技术领域

本实用新型涉及烟气制酸技术，特别涉及一种高效氮氧化物烟气吸收制备硝酸的处理系统。

背景技术

氮氧化物(NOx)在20世纪60年代就已经被确认为是大气的主要污染物之一。作为空气污染物的氮氧化物(NOx)常指NO和NO₂。它对环境的影响主要表现为加剧臭氧层的损耗，促进温室效应，形成光化学烟雾和酸雨，对植物造成伤害。氮氧化物对人体的危害包括刺激眼睛，导致癌症、呼吸系统疾病、心脑血管疾病等多种疾病。

一般工业氮氧化物排放治理采用的氧化还原脱硝设备无法适用于处理排放量大、浓度波动范围广、烟气含水率高的氮氧化物气体。而采用碱液吸收工艺，则尾气很难达标排放，消耗的碱性药剂多，处理成本高，同时产生的废水含亚硝酸盐，是一种致癌化合物，导致二次污染。本专利旨在提出一种高效的氮氧化物烟气资源化处理工艺，针对不含其他气体(除空气组分)且所含氮氧化物浓度不高的气体也具有良好的处理效果。利用本专利设计的工艺及系统，在化工、冶金行业可以广泛使用硝酸作为原料，推动相关产业技术升级，同时达到资源循环利用的目的。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种高效氮氧化物烟气吸收制备硝酸的处理系统，有效的克服了现有技术的缺陷。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种高效氮氧化物烟气吸收制备硝酸的处理系统，包括烟气输送装置、含氧气体配送输送装置、超重力机、多级制酸单元和尾气净化器；

上述烟气输送装置和含氧气体配送输送装置的输出端分别通过管路与上述多级制酸单元的进气端连接并连通，上述多级制酸单元的出气端与上述尾气净化器的尾气入口相连通；

上述超重力机的气体进口通过管路外接氮氧化物烟气气源，其气体出口通过管路与上述烟气输送装置的输入端连接并连通，上述含氧气体配送输送装置的输入端通过管路外接含氧气体气源。

本实用新型的有益效果是：系统结构设计合理，通过超重力机能够大幅度降低烟气中氮氧化物的浓度，改善气液接触界面，高效吸收烟气，减轻后续设备的处理压力，整个系统烟气处理效果好，节能、环保。

在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。

进一步，上述多级制酸单元包括多个一一对应设置的制酸槽罐和吸收器；

多个上述制酸槽罐按前后顺序依次设置，每个上述制酸槽罐的上端均设有连通其内部的进液口和第一溢气口；

每个上述吸收器的排液口均通过管路与对应的上述制酸槽罐的进液口连通；

位于前方的上述制酸槽罐的第一溢气口均通过管路与后方相邻的上述制酸槽罐对应的吸收器的进气口相连通；

每个上述制酸槽罐的下端均设有酸液循环出口，每个上述制酸槽罐的酸液循环出口均通过管路与对应的上述吸收器的进液口相连通，且在该管路上均设有液体泵；

最前方的上述制酸槽罐对应的上述吸收器的进气口构成上述多级制酸单元的进气端；最后方的上述制酸槽罐的第一溢气口构成上述多级制酸单元的出气端。

采用上述进一步方案的有益效果是多级制酸单元设计合理，对烟气多级吸收处理效果佳。

进一步，还包括冷却系统，上述冷却系统包括冷凝器、冷却装置和多个与上述吸收器一一对应的冷却管路，上述烟气输送装置和含氧气体配送输送装置的输出端分别通过管路与上述冷凝器的进气口相连通，上述冷凝器的出气口通过管路与最前方的上述制酸槽罐对应的吸收器的进气口相连通；上述冷却管路分别设置在对应的上述吸收器处，上述冷却管路分别与上述冷却装置相连通，用以对对应的上述吸收器散热降温。

采用上述进一步方案的有益效果是冷却系统能够有效的控制整个系统中烟气吸收时的环境温度，确保烟气的最佳吸收效果。

进一步，上述冷却装置为冷水机组，上述冷水机组的冷却液循环入口与每个上述冷却管路的出液口相连通，上述冷水机组的冷却液循环出口与每个上述冷却管路的进液口相连通。

采用上述进一步方案的有益效果是采用水冷操作简单，冷却效果稳定，成本低廉。

进一步，还包括缓冲罐，上述缓冲罐连通设置在上述冷凝器的出气口与最前方的上述制酸槽罐对应的吸收器的进气口相连通的管路上。

采用上述进一步方案的有益效果是该缓冲罐的设计使得烟气和含氧气体具有充足的空间和时间反应混合，并且在缓冲罐后续的气体输送出现故障时，能起到缓存气体的作用。

进一步，还包括酸液循环喷淋系统，上述酸液循环喷淋系统包括水流喷射器和喷淋器，上述喷淋器安装在最前方的上述制酸槽罐内部的上部，上述水流喷射器的出液口通过管路与上述喷淋器连接并连通，上述水流喷射器的进液口通过管路与最前方的上述制酸槽罐的下端连接并与其内部相连通，且在该管路上连通设有液泵；除最前方的上述制酸槽罐以外的制酸槽罐的上端分别设有连通其内部的第二溢气口，上述第二溢气口分别通过管路与上述水流喷射器的进气口相连通。

采用上述进一步方案的有益效果是喷淋系统能够使得未充分吸收的烟气能够进一步循环吸收，提高烟气吸收率。

进一步，位于后方的上述制酸槽罐与前方相邻的上述制酸槽罐两者的下端之间通过管路相互连通，并在连通的管路上设有用以向前方罐体输送酸液的泵，每个上述制酸槽罐的底部均设有排酸口，且在排酸口处设有可打开或关闭其的阀门。

采用上述进一步方案的有益效果是该设计通过相邻制酸槽罐之间管路连接，可根据实际情况由后向前转移酸液，操作灵活，提高整体制酸的效率，同时也方便制酸槽罐内酸液的排出收集。

进一步，还包括空气分离机，上述空气分离机连通设置在上述超重力机的气体进口与上述氮氧化物烟气气源连接的管路上。

采用上述进一步方案的有益效果是能够分离烟气中的空气，间接提高烟气中氮氧化物浓度，较大程度的减小后期制酸处理过程中对氮氧化物烟气的处理量和处理难度，确保烟气在超重力设备内得到较好的处理，减小处理难度和处理量，减少投资。

进一步，上述烟气输送装置和含氧气体配送输送装置均为防腐高压风机。

采用上述进一步方案的有益效果是输送稳定，利于烟气和含氧气体之间的配气。

附图说明

图1为本实用新型的高效氮氧化物烟气吸收制备硝酸的处理系统的结构示意图；

图2为本实用新型的高效氮氧化物烟气吸收制备硝酸的处理系统的一个实施例的结构示意图；

图3为本实用新型的高效氮氧化物烟气吸收制备硝酸的处理系统的又一个实施例的结构示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、烟气输送装置，2、含氧气体配送输送装置，3、缓冲罐，4、制酸槽罐，5、吸收器，6、尾气净化器，7、液体泵，8、冷凝器，9、冷却装置，10、水流喷射器，11、喷淋器，12、泵，60、空气分离机，100、超重力机。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

实施例：如图1所示，本实施例的高效氮氧化物烟气吸收制备硝酸的处理系统，包括烟气输送装置1、含氧气体配送输送装置2、超重力机100、多级制酸单元和尾气净化器6；

上述烟气输送装置1和含氧气体配送输送装置2的输出端分别通过管路与上述多级制酸单元的进气端连接并连通，上述多级制酸单元的出气端与上述尾气净化器6的尾气入口相连通；

上述超重力机100的气体进口通过管路外接氮氧化物烟气气源，其气体出口通过管路与上述烟气输送装置1的输入端连接并连通，上述含氧气体配送输送装置2的输入端通过管路外接含氧气体气源。

烟气处理时，烟气先通入超重力机100内进行处理，利用超重力条件下多相流体系的独特流动行为，强化相与相之间的相对速度和相互接触，改善气液接触界面，高效吸收烟气，从而实现高效的传质传热过程和化学反应过程，经该超重力机100，烟气中的氮氧化物浓度明显降低，减轻后续设备的处理压力，再通过多级制酸单元吸收处理确保最终排出的尾气内氮氧化物含量符合排放标准。

超重力机100具有以下优势：

1)设备尺寸与重量大幅度缩小，不仅降低成本，也减少对环境的冲击；

2)可以快速而均匀地微观混合，大幅度增强传递效能，提高吸收效率；

3)物料在设备内置留时间极短，约为10-2～10-3s；

4)易于操作，易于开停车，运转、维护与检修方便。

较佳的，上述多级制酸单元包括多个一一对应设置的制酸槽罐4和吸收器5；

多个上述制酸槽罐4按前后顺序依次设置，每个上述制酸槽罐4的上端均设有连通其内部的进液口和第一溢气口；

每个上述吸收器5的排液口均通过管路与对应的上述制酸槽罐4的进液口连通；

位于前方的上述制酸槽罐4的第一溢气口均通过管路与后方相邻的上述制酸槽罐4对应的吸收器5的进气口相连通；

每个上述制酸槽罐4的下端均设有酸液循环出口，每个上述制酸槽罐4的酸液循环出口均通过管路与对应的上述吸收器5的进液口相连通，且在该管路上均设有液体泵7；

最前方的上述制酸槽罐4对应的上述吸收器5的进气口构成上述多级制酸单元的进气端；最后方的上述制酸槽罐4的第一溢气口构成上述多级制酸单元的出气端。

制酸时，根据氮氧化物烟气的浓度配比适当氧气含量的含氧气体(如：空气、氧气、臭氧等)，同时经吸收器5依次(前后顺序)进入每个制酸槽罐4内完成逐级(多级)的制酸过程，最后尾气再经尾气净化器6完成最终的净化排向外界空气中，整个制酸过程通过对氮氧化物烟气进行配含氧气体进一步氧化，以及通过多级沿其吸收处理制酸的工艺，提升吸收效率，促进烟气的吸收，大大的降低了有害气体的排放量，有效回收资源，节能环保。

需要说明的是，在制酸过程中，每个制酸槽罐4内的酸液经液体泵7抽至对应的吸收器5内，对进入吸收器5内的氮氧化物烟气进行初步吸收后混合形成气液混合物，再进入对应的制酸槽罐4内进一步反应生产酸液。

上述配气的目的是让NO与氧气或含氧气体发生进一步氧化反应，生产更利于与水溶合的NO₂。

在一些实施例中，如图1所示，还包括冷却系统，上述冷却系统包括冷凝器8、冷却装置9和多个与上述吸收器5一一对应的冷却管路，上述烟气输送装置1和含氧气体配送输送装置2的输出端分别通过管路与上述冷凝器8的进气口相连通，上述冷凝器8的出气口通过管路与最前方的上述制酸槽罐4对应的吸收器5的进气口相连通；上述冷却管路分别设置在对应的上述吸收器5处，上述冷却管路分别与上述冷却装置9相连通，用以对对应的上述吸收器5散热降温，冷却系统的设计氮氧化物烟气和含氧化物分别按适当比例通过冷凝器8进行冷凝降低其热量，再进入吸收器5，通过冷却装置9和冷却管路再对每个吸收器5处对进入其内的烟气进行降温处理，从而控制吸收环境为低温、负压，因此设置冷凝器8和冷却装置9，保证吸收过程(氮氧化物烟气)温度不超过25℃(氮氧化物烟气最佳溶水制酸温度)，促进氮氧化物烟气的吸收。

较佳的，上述冷却装置9为冷水机组，上述冷水机组的冷却液循环入口与每个上述冷却管路的出液口相连通，上述冷水机组的冷却液循环出口与每个上述冷却管路的进液口相连通，冷却装置9采用循环水冷方式对每个吸收器5处进行热交换，降低烟气吸收的环境温度，水冷效果稳定，使用也比较方便。

在一些实施例中，如图2所示，还包括缓冲罐3，上述缓冲罐3连通设置在上述冷凝器8的出气口与最前方的上述制酸槽罐4对应的吸收器5的进气口相连通的管路上，缓冲罐3具有进气口和出气口，出气口处设有空置气体流量的阀门，烟气输送装置1和含氧气体配送输送装置2的输出端分别通过管路与缓冲罐3的进气口连接并连通，最前方的上述制酸槽罐4对应的吸收器5的进气口通过管路与缓冲罐3的出气口连接并连通，氮氧化物烟气和适当配比的含氧气体共同进入缓冲罐3后，在缓冲罐3内充分反应混合(有充分的时间和空间进行混合及反应)，并且当缓冲罐3后续的管路或设备发生故障后，可操作关闭缓冲罐3出气口的阀门关闭，此时，缓冲罐3能够一定程度上储存一定量的气体，使得气体得到缓存，缓冲罐3前方连接的设备可以不用停机操作，设计非常巧妙、合理，极具实用性。

在一些实施例中，如图3所示，还包括空气分离机60，上述空气分离机60连通设置在上述超重力机100的气体进口与上述氮氧化物烟气气源连接的管路上，针对浓度不高的纯净氮氧化物烟气，采用空气分离机60分离分离空气，间接提高烟气中氮氧化物浓度，得到浓度较高的氮氧化物烟气，减小处理量和处理难度，再将浓度较高的的氮氧化物烟气送入超重力机100内处理掉大部分的氮氧化物，大大的提高了氮氧化物烟气处理的效率，后期的氮氧化物烟气浓度明显降低，减轻后续设备的处理压力。

其中，图3所示内容为空气分离机60+超重力机100的组合应用(此种组合先将烟气气源浓度提升，减小后续烟气处理的难度和处理量，再将浓度提升后的烟气导入超重力机100内处理可大幅度的降低后续烟气制酸处理环节中烟气的浓度，减轻后续设备的处理压力)。

较佳的，还包括酸液循环喷淋系统，上述酸液循环喷淋系统包括水流喷射器10和喷淋器11，上述喷淋器11安装在最前方的上述制酸槽罐4内部的上部，上述水流喷射器10的出液口通过管路与上述喷淋器11连接并连通，上述水流喷射器10的进液口通过管路与最前方的上述制酸槽罐4的下端连接并与其内部相连通，且在该管路上连通设有液泵；除最前方的上述制酸槽罐4以外的制酸槽罐4的上端分别设有连通其内部的第二溢气口，上述第二溢气口分别通过管路与上述水流喷射器10的进气口相连通，每个制酸槽罐4内未充分溶于水的氮氧化物烟气经溢散出来后分别再次进入水流喷射器10内，与进入水流喷射器10内的酸液再次进行溶合吸收，之后经喷淋器11再次循环进入最前方的制酸槽罐4内继续制酸，从而实现氮氧化物烟气循环吸收的目的，提高了烟气吸收率。

较佳的，每个上述制酸槽罐4内液面以上的位置均填充有鲍尔环填料，该填料的设计有利于进入制酸槽罐4内气液混合物或气体的均匀分散，充分确保气液接触，改善气液分布，提升吸收效果，使氮氧化物烟气更好的溶于水或酸液中从而提高每个制酸槽罐4的制酸效果。

在一些实施例中，位于后方的上述制酸槽罐4与前方相邻的上述制酸槽罐4两者的下端之间通过管路相互连通，并在连通的管路上设有用以向前方罐体输送酸液的泵12，每个上述制酸槽罐4的底部均设有排酸口，且在排酸口处设有可打开或关闭其的阀门，便于制酸槽罐4内酸液的排出，在制酸过程中，多个制酸槽罐4内酸液的浓度由前向后浓度呈梯度递减，当最前方的制酸槽罐4内酸液浓度达标后，控制最前方酸液通过排酸口排出收集，之后逐级将后方的制酸槽罐4内的酸液向前方相邻的制酸槽罐4内泵入，并且最后方的制酸槽罐4内补充制备酸液的水，重复上述操作，也可以根据每个制酸槽罐4浓度的情况选择制备不同浓度的酸液，比如当位于前方第二个制酸槽罐4内浓度适合采集(收集)时，将其内部酸液排出，将其后方的制酸槽罐4内酸液向其内部泵入，并依次将后方的制酸槽罐4内向前一个相邻制酸槽罐4内泵入操作。

较佳的，上述烟气输送装置1和含氧气体配送输送装置2均为防腐高压风机，促进氮氧化物沿其及含氧气体的配送。

整个系统不仅适用于氮氧化物烟气的吸收，也可用于含硫烟气、卤族气体的回收和资源化利用。

整个系统在烟气处理时氮氧化物烟气的浓度越高越好，一般的氮氧化物烟气浓度在20-80％范围内，成分以NO、NO₂为主(占到总氮氧化物的90％以上)，且NO/NO₂比例不高于4:1(原则上，氮氧化物烟气浓度不能低于20Vol％)，在制酸过程中，所制备的硝酸最高浓度可以达到45％，而处理后的氮氧化物经过三级吸收后的尾气可以达到排放标准，氮氧化物排放浓度低于1000ppm。

上述尾气净化器6采用工业常用的尾气净化塔，其中部通过管路与最后方制酸槽罐4的第一溢气口相连通，其下部设有排液口，排液口通过管路与最后方制酸槽罐4的上部相连通，最后方制酸槽罐4的下部还通过管路与尾气净化塔的上部连通，且该管路上设有泵体，尾气进入尾气净化塔后，泵体收取最后方的制酸槽罐4内的酸液在制酸槽罐4内由上向下形成喷淋液，尾气在上升过程中再次溶于喷淋液内，最终通过尾气净化塔的排液口回流至最后方的制酸槽罐4内，完成对尾气内氮氧化物气体的回收净化处理。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种高效氮氧化物烟气吸收制备硝酸的处理系统，其特征在于：包括烟气输送装置(1)、含氧气体配送输送装置(2)、超重力机(100)、多级制酸单元和尾气净化器(6)；

所述烟气输送装置(1)和含氧气体配送输送装置(2)的输出端分别通过管路与所述多级制酸单元的进气端连接并连通，所述多级制酸单元的出气端与所述尾气净化器(6)的尾气入口相连通；

所述超重力机(100)的气体进口通过管路外接氮氧化物烟气气源，其气体出口通过管路与所述烟气输送装置(1)的输入端连接并连通，所述含氧气体配送输送装置(2)的输入端通过管路外接含氧气体气源。

2.根据权利要求1所述的一种高效氮氧化物烟气吸收制备硝酸的处理系统，其特征在于：所述多级制酸单元包括多个一一对应设置的制酸槽罐(4)和吸收器(5)；

多个所述制酸槽罐(4)按前后顺序依次设置，每个所述制酸槽罐(4)的上端均设有连通其内部的进液口和第一溢气口；

每个所述吸收器(5)的排液口均通过管路与对应的所述制酸槽罐(4)的进液口连通；

位于前方的所述制酸槽罐(4)的第一溢气口均通过管路与后方相邻的所述制酸槽罐(4)对应的吸收器(5)的进气口相连通；

每个所述制酸槽罐(4)的下端均设有酸液循环出口，每个所述制酸槽罐(4)的酸液循环出口均通过管路与对应的所述吸收器(5)的进液口相连通，且在该管路上均设有液体泵(7)；

最前方的所述制酸槽罐(4)对应的所述吸收器(5)的进气口构成所述多级制酸单元的进气端；最后方的所述制酸槽罐(4)的第一溢气口构成所述多级制酸单元的出气端。

3.根据权利要求2所述的一种高效氮氧化物烟气吸收制备硝酸的处理系统，其特征在于：还包括冷却系统，所述冷却系统包括冷凝器(8)、冷却装置(9)和多个与所述吸收器(5)一一对应的冷却管路，所述烟气输送装置(1)和含氧气体配送输送装置(2)的输出端分别通过管路与所述冷凝器(8)的进气口相连通，所述冷凝器(8)的出气口通过管路与最前方的所述制酸槽罐(4)对应的吸收器(5)的进气口相连通；所述冷却管路分别设置在对应的所述吸收器(5)处，所述冷却管路分别与所述冷却装置(9)相连通，用以对对应的所述吸收器(5)散热降温。

4.根据权利要求3所述的一种高效氮氧化物烟气吸收制备硝酸的处理系统，其特征在于：所述冷却装置(9)为冷水机组，所述冷水机组的冷却液循环入口与每个所述冷却管路的出液口相连通，所述冷水机组的冷却液循环出口与每个所述冷却管路的进液口相连通。

5.根据权利要求3所述的一种高效氮氧化物烟气吸收制备硝酸的处理系统，其特征在于：还包括缓冲罐(3)，所述缓冲罐(3)连通设置在所述冷凝器(8)的出气口与最前方的所述制酸槽罐(4)对应的吸收器(5)的进气口相连通的管路上。

6.根据权利要求2至5任一项所述的一种高效氮氧化物烟气吸收制备硝酸的处理系统，其特征在于：还包括酸液循环喷淋系统，所述酸液循环喷淋系统包括水流喷射器(10)和喷淋器(11)，所述喷淋器(11)安装在最前方的所述制酸槽罐(4)内部的上部，所述水流喷射器(10)的出液口通过管路与所述喷淋器(11)连接并连通，所述水流喷射器(10)的进液口通过管路与最前方的所述制酸槽罐(4)的下端连接并与其内部相连通，且在该管路上连通设有液泵；除最前方的所述制酸槽罐(4)以外的制酸槽罐(4)的上端分别设有连通其内部的第二溢气口，所述第二溢气口分别通过管路与所述水流喷射器(10)的进气口相连通。

7.根据权利要求2至5任一项所述的一种高效氮氧化物烟气吸收制备硝酸的处理系统，其特征在于：位于后方的所述制酸槽罐(4)与前方相邻的所述制酸槽罐(4)两者的下端之间通过管路相互连通，并在连通的管路上设有用以向前方罐体输送酸液的泵(12)，每个所述制酸槽罐(4)的底部均设有排酸口，且在排酸口处设有可打开或关闭其的阀门。

8.根据权利要求1至5任一项所述的一种高效氮氧化物烟气吸收制备硝酸的处理系统，其特征在于：还包括空气分离机(60)，所述空气分离机(60)连通设置在所述超重力机(100)的气体进口与所述氮氧化物烟气气源连接的管路上。

9.根据权利要求1至5任一项所述的一种高效氮氧化物烟气吸收制备硝酸的处理系统，其特征在于：所述烟气输送装置(1)和含氧气体配送输送装置(2)均为防腐高压风机。