本發(fā)明涉及化工設備，特別是涉及氮氧化物脫除裝置及利用其脫除氮氧化物的方法。
背景技術：
NOx是大氣主要污染源之一，NOx包括N2O、NO、NO2、 N2O4、N2O5、N2O8等。NOx氣體主要來自化石燃料、煤化工、硝酸、電鍍等工業(yè)廢氣及汽車尾氣，能引起人體中毒、植物損害、酸雨酸霧等，并可與碳氫化合物形成化學煙霧，造成臭氧層破壞。我國制定的《大氣污染物綜合排放標準》（GB16297-1996），對NOx的排放量進行了嚴格限制，最高允許排放濃度為240mg/m3。
磷酸羥胺（HPO）裝置因氨氧化吸收工序生成硝酸鹽的反應中，亞硝酸氣不能完全轉(zhuǎn)化為HNO3，尾氣中含有大量未吸收的氮氧化物（NOx）氣體。NOx氣體經(jīng)脫硝反應處理達標后排放，但傳統(tǒng)的HPO法制備己內(nèi)酰胺的NOx脫除裝置運行出現(xiàn)不穩(wěn)定或開停車操作，仍會導致尾氣排放NOx超標。
脫硝技術主要分為濕法和干法兩大類。工業(yè)裝置脫除NOx的主要工藝通常采用選擇性非催化還原技術SNCR和選擇性催化還原技術SCR。SNCR和SCR技術主要是在沒有或有催化劑時，將NOx選擇性地還原為H2O和N2，SNCR脫除效率為50%~60%，SCR脫除效率為60%~90%。傳統(tǒng)的HPO法制備己內(nèi)酰胺的NOx脫除裝置采用的是SCR技術。
然而，傳統(tǒng)的HPO法制備己內(nèi)酰胺的NOx脫除裝置是將氨氧化開車穩(wěn)定后，燃燒氣體加熱器再點火，因NOx氣體脫除反應器不能快速升溫至反應溫度，尾氣NOx不能有效脫除，致使每次裝置開車上空排放尾氣NOx濃度超標（NOx濃度＞200mg/m3）,大氣環(huán)境受到嚴重污染，危害人體健康。排放尾氣NOx濃度超標成為困擾裝置運行的難題。
技術實現(xiàn)要素：
基于此，有必要針對傳統(tǒng)的HPO法制備己內(nèi)酰胺的氮氧化物脫除裝置，尾氣排放NOx超標的問題，提供一種尾氣排放NOx環(huán)保達標的氮氧化物脫除裝置。
此外，本發(fā)明還提供一種利用上述氮氧化物脫除裝置脫除氮氧化物的方法。
一種氮氧化物脫除裝置，用于脫除磷酸羥胺法制備己內(nèi)酰胺工藝中產(chǎn)生的氮氧化物，所述氮氧化物脫除裝置包括：
氮氧化物氣體脫除過濾器，用于將磷酸羥胺法制備己內(nèi)酰胺工藝中未被硝酸吸收塔吸收的尾氣凝聚，除去硝酸霧氣，得到過濾氣體；
與所述氮氧化物氣體脫除過濾器連通的氣體加熱器，用于以高壓蒸汽為熱源，將所述過濾氣體與高壓蒸汽換熱，得到加熱后的尾氣；
與所述氣體加熱器連通的氣體燃燒加熱器，用于將氫氣與壓縮空氣點火燃燒后對所述加熱后的尾氣繼續(xù)加熱，得到燃燒尾氣；
與所述氣體燃燒加熱器連通的空氣管線，用于提供所述壓縮空氣；
與所述氣體燃燒加熱器連通的氫氣管線，用于提供所述氫氣；
與所述氣體燃燒加熱器連通的氮氧化物氣體脫除反應器，用于將所述燃燒尾氣與氨氣在催化劑作用下反應，形成含有氮氣和水蒸氣的排放氣，所述排放氣中氮氧化物濃度＜200mg/m3；
與所述氮氧化物氣體脫除反應器連通的氨氣管線，用于提供所述氨氣。
在其中一個實施例中，所述氫氣管線包括含氫氣尾氣管線和輔助氫氣管線，所述含氫氣尾氣管線，用于提供磷酸羥胺法制備己內(nèi)酰胺工藝中羥胺工序產(chǎn)生的含氫氣尾氣，所述輔助氫氣管線，用于提供輔助氫氣。
在其中一個實施例中，所述空氣管線上設有流量指示控制閥，所述氫氣管線上設有比例調(diào)節(jié)控制閥，所述氣體燃燒加熱器靠近出口的一端設有溫度指示控制閥，所述溫度指示控制閥、比例調(diào)節(jié)控制閥和流量指示控制閥之間聯(lián)鎖控制。
在其中一個實施例中，所述氮氧化物脫除裝置還包括與所述氮氧化物氣體脫除反應器連通的空氣壓縮機透平機，用于將所述含有氮氣和水蒸氣的排放氣做功后排入大氣。
一種利用上述氮氧化物脫除裝置脫除氮氧化物的方法，包括以下步驟：
提供氫氣和壓縮空氣；
將所述氫氣和壓縮空氣通入所述氣體燃燒加熱器點火燃燒，使所述氮氧化物氣體脫除反應器提前升溫至270℃~280℃；
提供磷酸羥胺法制備己內(nèi)酰胺工藝中未被硝酸吸收塔吸收的尾氣；
將所述尾氣通入所述氮氧化物氣體脫除過濾器，通過凝聚，除去硝酸霧氣，得到過濾氣體；
將所述過濾氣體通入所述氣體加熱器，以高壓蒸汽為熱源，將所述過濾氣體與高壓蒸汽換熱，得到加熱后的尾氣；
將所述加熱后的尾氣通入所述氣體燃燒加熱器，所述氫氣與壓縮空氣點火燃燒對所述加熱后的尾氣繼續(xù)加熱，得到燃燒尾氣；
提供氨氣；
將所述氨氣和燃燒尾氣通入提前升溫至270℃~280℃的氮氧化物氣體脫除反應器，所述氨氣和燃燒尾氣在催化劑作用下反應，形成含有氮氣和水蒸氣的排放氣，所述排放氣中氮氧化物濃度＜200mg/m3。
在其中一個實施例中，將所述氨氣和燃燒尾氣通入提前升溫至270℃~280℃的氮氧化物氣體脫除反應器，所述氨氣和燃燒尾氣在催化劑作用下反應，形成含有氮氣和水蒸氣的排放氣，所述排放氣中氮氧化物濃度＜200mg/m3的步驟之后，還包括以下步驟：
將所述含有氮氣和水蒸氣的排放氣通入空氣壓縮機透平機做功后排入大氣。
在其中一個實施例中，所述提供氫氣和壓縮空氣的步驟中，所述氫氣來源于磷酸羥胺法制備己內(nèi)酰胺工藝中羥胺工序產(chǎn)生的含氫氣尾氣。
在其中一個實施例中，所述提供氫氣和壓縮空氣的步驟中，所述氫氣還來源于輔助氫氣。
上述氮氧化物脫除裝置及利用其脫除氮氧化物的方法，通過將氫氣與壓縮空氣通入氣體燃燒加熱器點火燃燒，使氮氧化物氣體脫除反應器提前升溫至270℃~280℃，再將磷酸羥胺法制備己內(nèi)酰胺工藝中未被硝酸吸收塔吸收的尾氣依次通過氮氧化物氣體脫除過濾器、氣體加熱器、氣體燃燒加熱器通入氮氧化物氣體脫除反應器中，與氨氣在催化劑作用下反應，形成含有氮氣和水蒸氣的排放氣，此過程不出現(xiàn)任何時間空擋，降低了排放氣中氮氧化物的濃度，使得排放氣中氮氧化物濃度＜200mg/m3，排放氣環(huán)保達標。
附圖說明
圖1為一實施方式的氮氧化物脫除裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式做詳細的說明。在下面的描述中闡述了很多具體細節(jié)以便于充分理解本發(fā)明。但是本發(fā)明能夠以很多不同于在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似改進，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實施的限制。
請參閱圖1，一實施方式的氮氧化物脫除裝置，用于脫除磷酸羥胺法制備己內(nèi)酰胺工藝中產(chǎn)生的氮氧化物，該氮氧化物脫除裝置包括氮氧化物氣體脫除過濾器10、氣體加熱器20、氣體燃燒加熱器30、空氣管線40、氫氣管線50、氮氧化物氣體脫除反應器60和氨氣管線70。
其中，氮氧化物氣體脫除過濾器10用于將磷酸羥胺法制備己內(nèi)酰胺工藝中未被硝酸吸收塔吸收的尾氣凝聚，除去硝酸霧氣，得到過濾氣體。
磷酸羥胺法制備己內(nèi)酰胺的工藝中，從硝酸吸收塔頂部出來未被吸收的尾氣進入氮氧化物氣體脫除過濾器10，通過凝聚以除去夾帶的硝酸霧氣，聚結(jié)成的液體則由氮氧化物氣體脫除過濾器10的底部排出回收，過濾氣體則從氮氧化物氣體脫除過濾器10的頂部進入氣體加熱器20。
氣體加熱器20與氮氧化物氣體脫除過濾器10連通。氣體加熱器20用于以高壓蒸汽為熱源，將過濾氣體與高壓蒸汽換熱，得到加熱后的尾氣。
在本實施方式中，氣體加熱器20為列管式換熱器。從氮氧化物氣體脫除過濾器10頂部出來的過濾氣體進入氣體加熱器20的殼程，用高壓蒸汽從管程加熱，得到加熱后的尾氣，加熱后的尾氣進入氣體燃燒加熱器30。
氣體燃燒加熱器30與氣體加熱器20連通。氣體燃燒加熱器30用于將氫氣與壓縮空氣點火燃燒后對加熱后的尾氣繼續(xù)加熱，得到燃燒尾氣。
空氣管線40與氣體燃燒加熱器30連通，用于提供壓縮空氣。
氫氣管線50與氣體燃燒加熱器30連通，用于提供氫氣。
在本實施方式中，氫氣管線50包括含氫氣尾氣管線52和輔助氫氣管線54。
其中，含氫氣尾氣管線52用于提供磷酸羥胺法制備己內(nèi)酰胺工藝中羥胺工序產(chǎn)生的含氫氣尾氣。輔助氫氣管線54用于提供輔助氫氣。
可以理解，羥胺工序重結(jié)晶期間，若外界原料氫氣進料用量調(diào)整頻繁，導致氫分壓不能穩(wěn)定控制在30%~35%，不能滿足工藝控制要求（氣體燃燒加熱器30的燃燒氫氣用量約80m3/hr）時，此時通過輔助氫氣管線54通入輔助氫氣，可以穩(wěn)定控制氣體燃燒加熱器30燃燒。
為了穩(wěn)定控制氣體燃燒加熱器30燃料，空氣管線40上設有流量指示控制閥400，氫氣管線50上設有比例調(diào)節(jié)控制閥500，氣體燃燒加熱器30靠近出口的一端設有溫度指示控制閥300。上述溫度指示控制閥300、比例調(diào)節(jié)控制閥500和流量指示控制閥400之間聯(lián)鎖控制。
氮氧化物氣體脫除反應器60與氣體燃燒加熱器30連通。氮氧化物氣體脫除反應器60用于將燃燒尾氣與氨氣在催化劑作用下反應，形成含有氮氣和水蒸氣的排放氣，該排放氣中氮氧化物濃度＜200mg/m3。
氨氣管線70與氮氧化物氣體脫除反應器60連通，用于提供氨氣。
由于燃燒尾氣與氨氣在催化劑作用下反應，形成含有氮氣和水蒸氣的排放氣中帶有大量熱能，為了充分利用這部分熱能，上述氮氧化物脫除裝置還包括空氣壓縮機透平機80。該空氣壓縮機透平機80與氮氧化物氣體脫除反應器60連通，用于將含油氮氣和水蒸氣的排放氣做功后排入大氣。
上述氮氧化物脫除裝置，空氣壓縮機正常運行后，羥胺工序重結(jié)晶后含氫氣的尾氣排放穩(wěn)定（反應壓力控制在2500kPa~2550kPa，氫分壓在30%~35%）的前提下，氨氧化硝酸吸收工序點火開車前1小時（即磷酸羥胺法制備己內(nèi)酰胺產(chǎn)生未被硝酸吸收塔吸收的尾氣前1小時），氣體燃燒加熱器30點火通氫氣和壓縮空氣燃燒，使氮氧化物氣體脫除反應器60提前升溫至270℃~280℃。氨氧化工序通氨反應開車后20分鐘~30分鐘，產(chǎn)生未被吸收塔吸收的尾氣，該未被硝酸吸收塔吸收的尾氣依次通過氮氧化物氣體脫除過濾器10、氣體加熱器20、氣體燃燒加熱器30通入氮氧化物氣體脫除反應器60中，與氨氣在催化劑作用下反應，形成含有氮氣和水蒸氣的排放氣，此過程不出現(xiàn)任何時間空擋，降低了排放氣中氮氧化物的濃度，使得排放氣中氮氧化物濃度＜200mg/m3，排放氣環(huán)保達標。
一種利用上述氮氧化物脫除裝置脫除氮氧化物的方法，包括以下步驟：
S110、提供氫氣和壓縮空氣。
其中，氫氣來源于磷酸羥胺法制備己內(nèi)酰胺工藝中羥胺工序產(chǎn)生的含氫氣尾氣。
羥胺工序重結(jié)晶期間，若外界原料氫氣進料用量頻繁，導致氫分壓不能穩(wěn)定控制在30%~35%，不能滿足工藝控制要求（氣體燃燒加熱器的燃燒氫氣用量約80m3/hr）時，氫氣還來源于輔助氫氣管線中的輔助氫氣，穩(wěn)定控制氣體燃燒加熱器燃燒。
S120、將氫氣和壓縮空氣通入氣體燃燒加熱器點火燃燒，使氮氧化物氣體脫除反應器提前升溫至270℃~280℃。
具體的，空氣壓縮機運行后，羥胺工序重結(jié)晶后含氫氣的尾氣排放穩(wěn)定（反應壓力控制在2500kPa~2550kPa，氫分壓為30%~35%）的前提下，將氫氣和壓縮空氣通入氣體燃燒加熱器點火燃燒，使氮氧化物氣體脫除反應器提前升溫至270℃~280℃。
S130、提供磷酸羥胺法制備己內(nèi)酰胺工藝中未被硝酸吸收塔吸收的尾氣。
S140、將上述尾氣通入氮氧化物氣體脫除過濾器，通過凝聚，除去硝酸霧氣，得到過濾氣體。
S150、將上述過濾氣體通入氣體加熱器，以高壓蒸汽為熱源，將過濾氣體與高壓蒸汽換熱，得到加熱后的尾氣。
S160、將加熱后的尾氣通入氣體燃燒加熱器，氫氣與壓縮空氣點火燃燒對加熱后的尾氣繼續(xù)加熱，得到燃燒尾氣。
S170、提供氨氣。
S180、將氨氣和燃燒尾氣通入提前升溫至270℃~280℃的氮氧化物氣體脫除反應器，氨氣和燃燒尾氣在催化劑作用下反應，形成含有氮氣和水蒸氣的排放氣，該排放氣中氮氧化物濃度＜200mg/m3。
其中，催化劑為以BaSO4/TiO2為載體的（VO）SO4催化劑，反應溫度為280℃~300℃。
步驟S180中反應方程如下：
6NO2+8NH3→7N2+12H2O+45 kJ/mo1
6NO+4NH3→5N2+6H2O+300 kJ/mo1
可以理解，燃燒尾氣與氨氣在催化劑作用下反應，形成含有氮氣和水蒸氣的排放氣中帶有大量熱能，為了充分利用這部分熱能，上述脫除氮氧化物的方法還包括以下步驟：
S190、將含有氮氣和水蒸氣的排放氣通入空氣壓縮機透平機做功后排入大氣。
上述脫除氮氧化物的方法，步驟S120在步驟S130發(fā)生前1小時進行，即磷酸羥胺法制備己內(nèi)酰胺產(chǎn)生未被硝酸吸收塔吸收的尾氣前1小時，氣體燃燒加熱器30點火通氫氣和壓縮空氣燃燒，使氮氧化物氣體脫除反應器60提前升溫至270℃~280℃。
當氨氧化工序通氨反應開車后20分鐘~30分鐘，產(chǎn)生未被吸收塔吸收的尾氣，依次通過氮氧化物氣體脫除過濾器、氣體加熱器、氣體燃燒加熱器通入氮氧化物氣體脫除反應器后，氮氧化物氣體脫除反應器已經(jīng)達到反應溫度，直接就能和氨氣在催化劑作用下反應，不存在任何時間空擋，降低了排放氣中氮氧化物的濃度，使得排放氣中氮氧化物濃度＜200mg/m3，排放氣環(huán)保達標。
以下為具體實施例。
實施例1
某年度磷酸羥胺法制備己內(nèi)酰胺裝置開車，執(zhí)行本申請中的氮氧化物脫除裝置脫除氮氧化物的方法，現(xiàn)場尾氣排放情況見表1。
表1 某年度磷酸羥胺法制備己內(nèi)酰胺裝置開車尾氣氮氧化物濃度統(tǒng)計
對比例1
某年度磷酸羥胺法制備己內(nèi)酰胺裝置開車，執(zhí)行傳統(tǒng)的氮氧化物脫除裝置脫除氮氧化物的方法，現(xiàn)場尾氣排放情況見表2。
表2某年度磷酸羥胺法制備己內(nèi)酰胺裝置開車尾氣氮氧化物濃度統(tǒng)計
由表1和表2可以看出，采用傳統(tǒng)的氮氧化物脫除裝置脫除氮氧化物，9次開車過程中環(huán)保檢測站統(tǒng)計氮氧化物濃度均＞200mg/m3，排放均不合格，而采用本申請中氮氧化物脫除裝置脫除氮氧化物的方法，9次開車過程中環(huán)保檢測站統(tǒng)計氮氧化物濃度均小于200mg/m3，排放合格達標。
以上所述實施例僅表達了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。因此，本發(fā)明專利的保護范圍應以所附權利要求為準。