專利名稱：硝酸尾氣處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種凈化氮氧化物的方法，特別是硝酸尾氣處理方法。它適合于對合成氨生 產(chǎn)及硝酸生產(chǎn)中所產(chǎn)生廢氣的處理。
背景技術(shù)：
目前，國內(nèi)外凈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(xué)抑制法。氨選擇性催化還原法以此法凈化硝酸尾氣中的NOx的工藝流程， 取決于硝酸生產(chǎn)工段。將含有NO,尾氣經(jīng)過除塵、脫硫、干燥等預(yù)處理后，進(jìn)入預(yù)熱器預(yù)熱a 再與經(jīng)過凈化的氨在混合器內(nèi)按規(guī)定比例混合均勻， 一道進(jìn)入裝有催化劑的反應(yīng)器內(nèi)，在選 定溫度下進(jìn)行催化還原反應(yīng)。反應(yīng)后的氣體經(jīng)分離器除去催化劑粉塵，再經(jīng)過透平機(jī)回收動(dòng) 力后，排空。液體收收法它是用水或酸、堿鹽的水溶液作吸收劑，來吸收廢氣中的氮氧化 物，使廢氣得以凈化，按吸收劑的種類可分為水吸收法、酸吸收法、堿吸收法、氧化吸收法、 吸收還原法及液相絡(luò)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(dá)到較高的凈化程度，并將高N(U農(nóng)度來加以回收利用。還可用熱空氣或蒸氣進(jìn)行吹脫N(X, 再生吸附劑。它雖然搡作簡便、易于控制，但當(dāng)硝酸尾氣中N0x含量高時(shí)，吸附劑用量大、 設(shè)備龐大。常用的固體吸附劑有沸石分子篩、硅膠、活性炭、風(fēng)化煤等。上述諸方法，不僅工藝步驟煩瑣，而且投資較大，運(yùn)行費(fèi)用高，且它們只能還原處理硝 酸尾氣中的N0 、 N02 ，并不能有效地處理N力。目前，國際上主要是以催化法處理10。據(jù) 報(bào)道，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(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種硝酸尾氣處理方法，它能夠克服已有技術(shù)的不足，可利用合 成氨生產(chǎn)中產(chǎn)生的兩氣及吹風(fēng)氣，在有效地脫除硝酸尾氣中的N0,的同時(shí)，還能有效地脫除 N20，從而能使資源循環(huán)利用，實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)。本發(fā)明處理方法是利用合成氨生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的兩氣及吹風(fēng)氣廢氣，以及硝酸生產(chǎn)過程 中產(chǎn)生的硝酸尾氣，經(jīng)燃燒并進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，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(yīng)在一段管式反應(yīng)器中加入硝酸尾氣及兩氣，管外走熱吹風(fēng)氣，與管內(nèi) 的硝酸尾氣及兩氣混合物進(jìn)行熱交換，提供啟動(dòng)熱量，管內(nèi)硝酸尾氣及兩氣充分燃燒，再加 入調(diào)節(jié)空氣，滿足管內(nèi)物質(zhì)燃燒消耗總氧量不足的要求，管內(nèi)物質(zhì)在燃燒的同時(shí)并進(jìn)行化學(xué) 反應(yīng)，脫除硝酸尾氣中酌02及&0，其主要化學(xué)反應(yīng)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(yīng)從一段管式反應(yīng)器中排出的吹風(fēng)氣及一段燃燒后的反應(yīng)氣體混合，進(jìn) 入二段燃燒反應(yīng)器進(jìn)行二段反應(yīng)燃燒，二段燃燒反應(yīng)器內(nèi)物質(zhì)在燃燒的同時(shí)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)， 能進(jìn)一步脫除硝酸尾氣中的N20以及NO,。其主要化學(xué)反應(yīng)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(yīng)從二段反應(yīng)器中排放的二段反應(yīng)氣體進(jìn)入三段燃燒反應(yīng)器中進(jìn)行三段 反應(yīng)，并按來自二段反應(yīng)氣體中剩余可燃?xì)怏w的量加入適量的空氣，保證可燃?xì)怏w進(jìn)行充分 燃燒反應(yīng)，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 量小于200卯m。三段反應(yīng)氣體再進(jìn)入廢熱鍋爐，被再利用。所述的硝酸尾氣糸指硝酸生產(chǎn)過程中產(chǎn)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(chǎn)過程中，循環(huán)系統(tǒng)的放空氣和液氨貯槽的貯罐氣，含有H2、 CH4、 NH3, 而吹風(fēng)氣是指合成氨生產(chǎn)中的間歇式制氣過程中產(chǎn)生的含有H2、 CO、 CH4、 &等可燃性氣體的 中間產(chǎn)物。所述的燃燒化學(xué)反應(yīng)溫度為800-900°C。所述的一段管式反應(yīng)器內(nèi)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(yīng)器內(nèi)的硝酸尾氣與兩氣及吹風(fēng)氣它們?nèi)叩幕旌媳壤秊?5-18: 1:2-3。本發(fā)明釆用上述技術(shù)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(jié)省費(fèi)用，且成本低。本發(fā)明可在火電廠、硝酸廠等生產(chǎn)廠家推廣使用。現(xiàn)以硝酸生產(chǎn)廠為 例，按處理35000mVh硝酸尾氣量計(jì)算，每年可省去運(yùn)行費(fèi)用200萬元，還能實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程 的清潔生產(chǎn)及能量循環(huán)利用，減少環(huán)境污染，有利于環(huán)境保護(hù)，可造福于人類。本發(fā)明的優(yōu) 點(diǎn)還可以從以下幾方面得以體現(xiàn)(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?dú)?，氮氧化物的脫除?gt;95%,可基本消除氮氧化物造 成的環(huán)境污染。(3) 硝酸尾氣中&0含量一般在1700-1800ppm范圍。過去N20并沒有被認(rèn)為對環(huán)境產(chǎn)生 危害，最近幾年，科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)N20是造成溫室效應(yīng)的罪魁禍?zhǔn)?，對大氣臭氧層具有極大 的破壞作用，而且很難分解。而本發(fā)明技術(shù)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(jié)果NO、 N02、 N20的排放量〈200卯m， &0的脫除率》90%。(4) 能實(shí)現(xiàn)合成氨生產(chǎn)和硝酸生產(chǎn)的清潔生產(chǎn)和能量的循環(huán)利用。(5) 本發(fā)明技術(shù)能使硝酸尾氣的處理達(dá)到國際先進(jìn)水平，可填補(bǔ)國內(nèi)空白。


附圖為硝酸尾氣處理方法的工藝流程框圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。本發(fā)明處理方法所釆用的各種被處理氣體來自于硝酸廠及合成氨廠在生產(chǎn)過程中所產(chǎn) 生的廢氣。這些被處理廢氣的氣體流量，通過以下實(shí)例來說明.以年產(chǎn)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(chǎn)10萬噸中型合成氨廠為例，兩氣的產(chǎn)量為150-240mVTNH3，約1500-2400mVh， 其中兩氣的成分為Hz占55-65%, CH,占9—15%, NH3占4-6°/。。而吹風(fēng)氣的流量為16660m3/h, 其中吹風(fēng)氣的成分為CO占6. 6°/。， H2占1%, CH4占0. 2%, N2占75. 3%。參閱附圖，首先進(jìn)行一段反應(yīng)，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(yīng)器l,管外走熱吹風(fēng)氣，其溫度為850-900°C, 與管內(nèi)硝酸尾氣及兩氣的混合物進(jìn)行熱交換，提供啟動(dòng)熱量，管內(nèi)的硝酸尾氣與兩氣充分燃 燒，其化學(xué)反應(yīng)溫度控制在800-90(TC,并根據(jù)化學(xué)反應(yīng)溫度來調(diào)節(jié)吹風(fēng)氣的加入量，在燃 燒的過程中進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，其主要化學(xué)反應(yīng)方程式為 2H2+02=2H20 ------ (1)CH4+202=C02+2H20 ------ (2) 可脫除硝酸尾氣中的02。由于硝酸尾氣中總氮氧化物量為123m3，總氧氣量為1050m3,兩氣中可燃?xì)怏wH2為1200m3, CH4為260m3,根據(jù)上述化學(xué)反應(yīng)方程式(l)、 (2),可知，兩氣中可燃?xì)怏w完全燃燒消耗總氧 量為(600+520)=1120m3>1050m3 。為了通過兩氣的燃燒達(dá)到除去硝酸尾氣中的氧氣，使反應(yīng)結(jié) 東后排出氣體中氧含量以監(jiān)控指標(biāo)算小于0.5%,須在該段反應(yīng)過程中向管內(nèi)加入調(diào)節(jié)空氣， 以滿足兩氣燃燒中可燃?xì)怏w完全燃燒消耗的總氧量的需求。另外，在一段反應(yīng)過程中，當(dāng)燃燒溫度在800-900'C時(shí)，可引起N20分解，其化學(xué)反應(yīng)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(yīng)器l中排出的吹風(fēng)氣與一段反應(yīng)燃燒后的氣體混合進(jìn)入二段燃燒反應(yīng)器 2,進(jìn)行二段反應(yīng)，硝酸尾氣與兩氣與吹風(fēng)氣的混合比例為15-18: 1: 2-3,并在800-90(TC的溫度條件下燃燒，同時(shí)，加入調(diào)節(jié)空氣，以滿足可燃?xì)怏w完全燃燒所消耗總氧量的不足， 在燃燒的過程中，進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，可脫除硝酸尾氣中的N0,及來自一段反應(yīng)氣體中的N20,其主要化學(xué)反應(yīng)方程式為當(dāng)化學(xué)反應(yīng)溫度為727。C時(shí) 2NO+2H2=N2+2H20 ------- (4)當(dāng)化學(xué)反應(yīng)溫度為800-900'C時(shí)6N20+2H2=2N02+5N2+2H20 ------- (5)2N02=2NO+02 ------- (6)N02+CO=NO+C02 ------- (7)從二段燃燒反應(yīng)器2中排出的二段反應(yīng)氣體進(jìn)入三段燃燒反應(yīng)器3,并加入空氣進(jìn)行三 段反應(yīng)。因來自二段反應(yīng)的氣體中含有過剩的可燃?xì)怏w，通入空氣后，可使可燃?xì)怏w充分燃 燒并進(jìn)行充分反應(yīng)，除去過剩的可燃?xì)怏w，使硝酸尾氣最終的排放中氧氣含量在2%左右。最后，將三段反應(yīng)的產(chǎn)物三段燃燒氣體，進(jìn)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(quán)利要求
1、一種硝酸尾氣處理方法，包括以下生產(chǎn)工藝步驟(1)一段反應(yīng)在一段管式反應(yīng)器(1)中加入硝酸尾氣及兩氣，管外走熱吹風(fēng)氣，與管內(nèi)的硝酸尾氣及兩氣混合物進(jìn)行熱交換，提供啟動(dòng)熱量，管內(nèi)硝酸尾氣及兩氣充分燃燒，再加入調(diào)節(jié)空氣，以滿足管內(nèi)物質(zhì)燃燒消耗總氧量不足的需求，管內(nèi)物質(zhì)在燃燒的同時(shí)并進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，脫除硝酸尾氣中的O2及N2O，其主要化學(xué)反應(yīng)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(yīng)從一段管式反應(yīng)器(1)中排出的熱吹風(fēng)氣及一段燃燒后的反應(yīng)氣體混合，進(jìn)入二段燃燒反應(yīng)器(2)進(jìn)行二段反應(yīng)，燃燒，再向二段燃燒反應(yīng)器(2)中加入調(diào)節(jié)空氣，滿足二段燃燒反應(yīng)器(2)內(nèi)的物質(zhì)燃燒消耗總氧量不足的需求，二段燃燒反應(yīng)器(2)內(nèi)物質(zhì)在燃燒的同時(shí)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，能進(jìn)一步脫除硝酸尾氣中的N2O以及NOx。其主要化學(xué)反應(yīng)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(yīng)從二段燃燒反應(yīng)器(2)中排放的二段反應(yīng)氣體進(jìn)入三段燃燒反應(yīng)器(3)進(jìn)行三段反應(yīng)，并按二段反應(yīng)氣體中剩余可燃?xì)怏w的量加入適量的空氣，保證可燃?xì)怏w進(jìn)行充分燃燒反應(yīng)，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的排放含量小于200ppm。三段反應(yīng)氣體再進(jìn)入廢熱鍋爐被回收再利用。所述的硝酸尾氣系指硝酸生產(chǎn)過程中產(chǎn)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(chǎn)過程中，循環(huán)系統(tǒng)的放空氣和液氨貯槽的貯罐氣，含有H2、CH4、NH3，而吹風(fēng)氣是指合成氨生產(chǎn)中的間歇式制氣過程中產(chǎn)生的含有H2、CO、CH4、N2可燃性氣體的中間產(chǎn)物。所述的燃燒化學(xué)反應(yīng)溫度為800-900℃。
2、 如權(quán)利要求1所述的硝酸尾氣處理方法，其特征在于硝酸尾氣與兩氣的混合比例為 15-18: 1。
3、 如權(quán)利要求1所述的硝酸尾氣處理方法，其特征在于硝酸尾氣與兩氣及吹風(fēng)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(chǎn)中產(chǎn)生的廢氣及硝酸生產(chǎn)中產(chǎn)生的硝酸尾氣，分別在一段管式反應(yīng)器及二、三段燃燒反應(yīng)器燃燒并進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，可有效地處理硝酸尾氣中的NO_X及N₂O，使NO、NO₂的脫除率＞95％，N₂O的脫除率≥90％，最終處理結(jié)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(huán)境污染。它不僅工藝簡單、節(jié)省費(fèi)用、成本低，而且還能實(shí)現(xiàn)合成氨及硝酸的清潔生產(chǎn)及能量循環(huán)利用。本發(fā)明處理方法可達(dá)到國際先進(jìn)水平，并能填補(bǔ)國內(nèi)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(yōu)先權(quán)日2007年10月10日
發(fā)明者崔金海, 師兆忠 申請人:師兆忠;崔金海