硝酸尾氣處理方法

2023-12-05 22:28:11

專利名稱：硝酸尾氣處理方法
技術領域：
本發明涉及一種淨化氮氧化物的方法，特別是硝酸尾氣處理方法。它適合於對合成氨生 產及硝酸生產中所產生廢氣的處理。
背景技術：
目前，國內外淨化氮氧化物的方法多種多樣，主要有氨選擇性催化還原法，液體吸收法， 固體吸附法和化學抑制法。氨選擇性催化還原法以此法淨化硝酸尾氣中的NOx的工藝流程， 取決於硝酸生產工段。將含有NO,尾氣經過除塵、脫硫、乾燥等預處理後，進入預熱器預熱a 再與經過淨化的氨在混合器內按規定比例混合均勻， 一道進入裝有催化劑的反應器內，在選 定溫度下進行催化還原反應。反應後的氣體經分離器除去催化劑粉塵，再經過透平機回收動 力後，排空。液體收收法它是用水或酸、鹼鹽的水溶液作吸收劑，來吸收廢氣中的氮氧化 物，使廢氣得以淨化，按吸收劑的種類可分為水吸收法、酸吸收法、鹼吸收法、氧化吸收法、 吸收還原法及液相絡合法。固體吸附法它系用固體吸附劑吸附回收硝酸尾氣中的NOx,可以 達到較高的淨化程度，並將高N(U農度來加以回收利用。還可用熱空氣或蒸氣進行吹脫N(X, 再生吸附劑。它雖然搡作簡便、易於控制，但當硝酸尾氣中N0x含量高時，吸附劑用量大、 設備龐大。常用的固體吸附劑有沸石分子篩、矽膠、活性炭、風化煤等。上述諸方法，不僅工藝步驟煩瑣，而且投資較大，運行費用高，且它們只能還原處理硝 酸尾氣中的N0 、 N02 ，並不能有效地處理N力。目前，國際上主要是以催化法處理10。據 報導，Johnson-Mat they公司以Amoxid-Hybr id命名的脫除N20催化劑已投入使用(摘自 ECN. Jue27， 2005)。它也存在著上述的缺陷。發明內容本發明的目的在於提供一種硝酸尾氣處理方法，它能夠克服已有技術的不足，可利用合 成氨生產中產生的兩氣及吹風氣，在有效地脫除硝酸尾氣中的N0,的同時，還能有效地脫除 N20，從而能使資源循環利用，實現清潔生產。本發明處理方法是利用合成氨生產過程中產生的兩氣及吹風氣廢氣，以及硝酸生產過程 中產生的硝酸尾氣，經燃燒並進行化學反應，來處理硝酸尾氣中的N0,及N20。該處理方法包 括如下的工藝步驟(1)、 一段反應在一段管式反應器中加入硝酸尾氣及兩氣，管外走熱吹風氣，與管內 的硝酸尾氣及兩氣混合物進行熱交換，提供啟動熱量，管內硝酸尾氣及兩氣充分燃燒，再加 入調節空氣，滿足管內物質燃燒消耗總氧量不足的要求，管內物質在燃燒的同時並進行化學 反應，脫除硝酸尾氣中酌02及&0，其主要化學反應方程式是2H2+02=2H20 -------(1)N02+CO=NO+C02 -------(2)2NO+2H2=N2+ 2H20 -------(3)2N20=2N2+02 -------(4)(2) 、 二段反應從一段管式反應器中排出的吹風氣及一段燃燒後的反應氣體混合，進 入二段燃燒反應器進行二段反應燃燒，二段燃燒反應器內物質在燃燒的同時進行化學反應， 能進一步脫除硝酸尾氣中的N20以及NO,。其主要化學反應方程式為6N20+2H2=2N02+5N2+2H20 ------(5)2N0+2H2=N2+2H20 ------(6)2N02=2NO+02 ------(7)N02+CO=NO+C02 ------(8)(3) 、三段反應從二段反應器中排放的二段反應氣體進入三段燃燒反應器中進行三段 反應，並按來自二段反應氣體中剩餘可燃氣體的量加入適量的空氣，保證可燃氣體進行充分 燃燒反應，控制最終硝酸尾氣中氧含量為2%，而在硝酸尾氣排放量中NO、 N02、 N20的排放含 量小於200卯m。三段反應氣體再進入廢熱鍋爐，被再利用。所述的硝酸尾氣糸指硝酸生產過程中產生的含氮廢氣，含有NO、 N02、 N"等成分。所述 的兩氣是指合成氨生產過程中，循環系統的放空氣和液氨貯槽的貯罐氣，含有H2、 CH4、 NH3, 而吹風氣是指合成氨生產中的間歇式制氣過程中產生的含有H2、 CO、 CH4、 &等可燃性氣體的 中間產物。所述的燃燒化學反應溫度為800-900°C。所述的一段管式反應器內硝酸尾氣與兩氣它們二者混合比例為15-18: 1。 所述的二段燃燒反應器內的硝酸尾氣與兩氣及吹風氣它們三者的混合比例為15-18: 1:2-3。本發明釆用上述技術方案，可有效地處理硝酸尾氣中的N0x及N20,不僅工藝步驟簡單， 節省費用，且成本低。本發明可在火電廠、硝酸廠等生產廠家推廣使用。現以硝酸生產廠為 例，按處理35000mVh硝酸尾氣量計算，每年可省去運行費用200萬元，還能實現生產過程 的清潔生產及能量循環利用，減少環境汙染，有利於環境保護，可造福於人類。本發明的優 點還可以從以下幾方面得以體現(1) 排放硝酸尾氣中的熱能可被回收再利用。(2) 硝酸尾氣中N0、 N02被還原為氮氣，氮氧化物的脫除率>95%,可基本消除氮氧化物造 成的環境汙染。(3) 硝酸尾氣中&0含量一般在1700-1800ppm範圍。過去N20並沒有被認為對環境產生 危害，最近幾年，科學家研究發現N20是造成溫室效應的罪魁禍首，對大氣臭氧層具有極大 的破壞作用，而且很難分解。而本發明技術不但能處理硝酸尾氣中的NO、 N02,而且還能有效 地處理^0。最終處理結果NO、 N02、 N20的排放量〈200卯m， &0的脫除率》90%。(4) 能實現合成氨生產和硝酸生產的清潔生產和能量的循環利用。(5) 本發明技術能使硝酸尾氣的處理達到國際先進水平，可填補國內空白。


附圖為硝酸尾氣處理方法的工藝流程框圖。
具體實施方式
下面結合附圖詳細描述本發明的具體實施方式
。本發明處理方法所釆用的各種被處理氣體來自於硝酸廠及合成氨廠在生產過程中所產 生的廢氣。這些被處理廢氣的氣體流量，通過以下實例來說明.以年產8萬噸加壓法稀硝酸廠為例，硝酸尾氣量約350000mVh，其中總氮氧化物含量 0.35%,氧氣含量3%，總氮氧化物量為123m3,總氧氣量為1050m3,且在硝酸尾氣中含有NO、 N02、 N20、 N2、 02等成分。以年產10萬噸中型合成氨廠為例，兩氣的產量為150-240mVTNH3，約1500-2400mVh， 其中兩氣的成分為Hz佔55-65%, CH,佔9—15%, NH3佔4-6°/。。而吹風氣的流量為16660m3/h, 其中吹風氣的成分為CO佔6. 6°/。， H2佔1%, CH4佔0. 2%, N2佔75. 3%。參閱附圖，首先進行一段反應，將以35000mVh流量的硝酸尾氣，以及以2000mVh流量 的兩氣，按15-18: 1的比例加入一段管式反應器l,管外走熱吹風氣，其溫度為850-900°C, 與管內硝酸尾氣及兩氣的混合物進行熱交換，提供啟動熱量，管內的硝酸尾氣與兩氣充分燃 燒，其化學反應溫度控制在800-90(TC,並根據化學反應溫度來調節吹風氣的加入量，在燃 燒的過程中進行化學反應，其主要化學反應方程式為 2H2+02=2H20 ------ (1)CH4+202=C02+2H20 ------ (2) 可脫除硝酸尾氣中的02。由於硝酸尾氣中總氮氧化物量為123m3，總氧氣量為1050m3,兩氣中可燃氣體H2為1200m3, CH4為260m3,根據上述化學反應方程式(l)、 (2),可知，兩氣中可燃氣體完全燃燒消耗總氧 量為(600+520)=1120m3>1050m3 。為了通過兩氣的燃燒達到除去硝酸尾氣中的氧氣，使反應結 東後排出氣體中氧含量以監控指標算小於0.5%,須在該段反應過程中向管內加入調節空氣， 以滿足兩氣燃燒中可燃氣體完全燃燒消耗的總氧量的需求。另外，在一段反應過程中，當燃燒溫度在800-900'C時，可引起N20分解，其化學反應方程式為2N20=2N2+02 ------ (3),可脫除硝酸尾氣中的N20。從一段管式反應器l中排出的吹風氣與一段反應燃燒後的氣體混合進入二段燃燒反應器 2,進行二段反應，硝酸尾氣與兩氣與吹風氣的混合比例為15-18: 1: 2-3,並在800-90(TC的溫度條件下燃燒，同時，加入調節空氣，以滿足可燃氣體完全燃燒所消耗總氧量的不足， 在燃燒的過程中，進行化學反應，可脫除硝酸尾氣中的N0,及來自一段反應氣體中的N20,其主要化學反應方程式為當化學反應溫度為727。C時 2NO+2H2=N2+2H20 ------- (4)當化學反應溫度為800-900'C時6N20+2H2=2N02+5N2+2H20 ------- (5)2N02=2NO+02 ------- (6)N02+CO=NO+C02 ------- (7)從二段燃燒反應器2中排出的二段反應氣體進入三段燃燒反應器3,並加入空氣進行三 段反應。因來自二段反應的氣體中含有過剩的可燃氣體，通入空氣後，可使可燃氣體充分燃 燒並進行充分反應，除去過剩的可燃氣體，使硝酸尾氣最終的排放中氧氣含量在2%左右。最後，將三段反應的產物三段燃燒氣體，進入廢熱鍋爐，回收再利用。在燃燒的排放氣 體中，N0、 N02、 N20的排放含量小200ppm，而N20的脫除率> 90%， NO,的脫除率〉95y。。
權利要求
1、一種硝酸尾氣處理方法，包括以下生產工藝步驟(1)一段反應在一段管式反應器(1)中加入硝酸尾氣及兩氣，管外走熱吹風氣，與管內的硝酸尾氣及兩氣混合物進行熱交換，提供啟動熱量，管內硝酸尾氣及兩氣充分燃燒，再加入調節空氣，以滿足管內物質燃燒消耗總氧量不足的需求，管內物質在燃燒的同時並進行化學反應，脫除硝酸尾氣中的O2及N2O，其主要化學反應方程式是2H2+O2＝2H2O ------- (1)CH4+2O2＝CO2+2H2O------- (2)2NO+2H2＝N2+2H2O ------- (3)2N2O＝2N2+O2 ------- (4)(2)二段反應從一段管式反應器(1)中排出的熱吹風氣及一段燃燒後的反應氣體混合，進入二段燃燒反應器(2)進行二段反應，燃燒，再向二段燃燒反應器(2)中加入調節空氣，滿足二段燃燒反應器(2)內的物質燃燒消耗總氧量不足的需求，二段燃燒反應器(2)內物質在燃燒的同時進行化學反應，能進一步脫除硝酸尾氣中的N2O以及NOx。其主要化學反應方程式是6N2O+2H＝2NO2+5N2+2H2O ------- (1)2NO+2H2＝N2+2H2O------- (2)2NO2＝2NO+02------- (3)NO2+CO＝NO+CO2 ------- (4)(3)三段反應從二段燃燒反應器(2)中排放的二段反應氣體進入三段燃燒反應器(3)進行三段反應，並按二段反應氣體中剩餘可燃氣體的量加入適量的空氣，保證可燃氣體進行充分燃燒反應，控制最終硝酸尾氣中的氧含量為2％，而在硝酸尾氣排放量中NO、NO2、N2O的排放含量小於200ppm。三段反應氣體再進入廢熱鍋爐被回收再利用。所述的硝酸尾氣係指硝酸生產過程中產生的含氮廢氣，含有NO、NO2、N2、N2O等成分。所述的兩氣是指合成氨生產過程中，循環系統的放空氣和液氨貯槽的貯罐氣，含有H2、CH4、NH3，而吹風氣是指合成氨生產中的間歇式制氣過程中產生的含有H2、CO、CH4、N2可燃性氣體的中間產物。所述的燃燒化學反應溫度為800-900℃。
2、 如權利要求1所述的硝酸尾氣處理方法，其特徵在於硝酸尾氣與兩氣的混合比例為 15-18: 1。
3、 如權利要求1所述的硝酸尾氣處理方法，其特徵在於硝酸尾氣與兩氣及吹風氣的混 合比例為15-18: 1: 2-3。
全文摘要
一種硝酸尾氣處理方法，主要是利用合成氨生產中產生的廢氣及硝酸生產中產生的硝酸尾氣，分別在一段管式反應器及二、三段燃燒反應器燃燒並進行化學反應，可有效地處理硝酸尾氣中的NOX及N2O，使NO、NO2的脫除率＞95％，N2O的脫除率≥90％，最終處理結果，在硝酸尾氣排放量中NO、NO2及N2O的排放含量＜200ppm，可基本消除硝酸尾氣中氮氧化物造成的環境汙染。它不僅工藝簡單、節省費用、成本低，而且還能實現合成氨及硝酸的清潔生產及能量循環利用。本發明處理方法可達到國際先進水平，並能填補國內空白。
文檔編號B01D53/56GK101224379SQ20071018970
公開日2008年7月23日 申請日期2007年10月10日 優先權日2007年10月10日
發明者崔金海, 師兆忠 申請人:師兆忠;崔金海