[發明專利]同步換熱式氣體吸收塔和氮氧化物吸收濃縮工藝

無效

• 申請號: 201010607030.0
• 申請日: 2010-12-27
• 公開（公告）號: CN102068881A
• 公開（公告）日: 2011-05-25
• 發明（設計）人: 耿皎;張鋒;王曉旭;袁剛;彭璟;張志炳
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: B01D53/18
• 分類號: B01D53/18
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 黃嘉棟

技術領域

本發明涉及氣體吸收塔，以及NO_X廢氣的環保治理。

背景技術

氮氧化物(主要指NO和NO₂，通稱NOx)排放在空氣里會形成黃色或褐色的煙霧，俗稱“黃龍”，是目前造成大氣污染的重要污染源之一。NO_X廢氣不但會造成酸雨、酸霧，還能破壞臭氧層，給自然環境和人類生產、生活帶來嚴重危害。硝酸工業、燃料燃燒和機動車尾氣排放等過程都會釋放出大量氮氧化物。據不完全統計，2005年我國氮氧化物的排放量高達2220萬噸，高居世界各國前列，由此帶來的大氣污染和酸雨問題嚴重，經濟損失巨大，嚴重制約了我國社會經濟的可持續性發展。因此控制氮氧化物排放、加強氮氧化物污染的治理，已成為環境保護工作中一項非常緊迫的任務。

當前對氮氧化物廢氣的脫除技術主要分為干法和濕法兩大類。干法主要包括催化還原法、固體吸附法、等離子法，主要適用于低濃度氮氧化物體系，例如汽車尾氣、燃料燃燒廢氣等。濕法則主要是通過用水、稀酸、堿溶液來反應吸收高濃度的NO_X。其中用水吸收處理技術是最值得提倡的綠色環保工藝，其不僅能夠實現NO_X廢氣的環保排放，還能將廢氣中的NO_X全部進行回收和資源化，并根據實際需要生產出1O～65％濃度不等的硝酸供企業循環利用。

水吸收氮氧化物的流程看似普通，其實吸收過程異常復雜，在吸收過程中包含多個可逆和不可逆的化學反應以及學術界存在爭議的氮氧化物中間產物，由于各個反應相互影響關聯，要想研究清楚其中的每個步驟環節幾乎不可能，因此在研究過程通常將之簡化為兩步：第一步為氣相氧化反應：向含有氮氧化物的廢氣中補充空氣，使NO氧化成為能被水吸收的NO₂：2NO+O₂＝2NO₂；第二步為液相吸收：3NO₂+H₂O＝2HNO₃+NO，生成的NO再與O₂重新進行第一步反應，從而循環反應吸收。

NO_X吸收濃縮的關鍵點在于吸收過程溫度的控制。NO_X吸收過程是強放熱反應，如果在各吸收段不及時進行熱量轉移，其操作溫度就會升高，將不利于NO_X的吸收，尾氣排放容易超標。一般操作溫度不要超過40℃，高壓和低溫都有利于吸收，但溫度低于10℃時氮氧化物容易溶解在硝酸中而使得硝酸溶液帶色，同時低溫還會消耗更多的冷凍水而增加能耗。通常反應吸收溫控采用外部循環換熱，其實現容易，操作簡單，較大的液體量也容易使填料表面潤濕，提高填料的效率。隨著廢氣中NO_X濃度和流量的下降，各吸收段反應規模和產生的熱量逐漸減小，此時液體循環量和換熱量均相應減小。

美國德林卡德公司曾提出一種用于硝酸制造、再循環或回收的專利(CN96199789.3)：先用硝酸將NO_X源中的NO氧化成3價的氮氧化物(如N₂O₃)，再通入氧氣和水進行反應，生成硝酸。這表明NO_X向硝酸轉化過程中還存在其它可逆和不可逆反應。由于部分反應是循環進行的(如NO被氧化成NO₂，而NO₂與水又反應生成NO)，實踐證明采用水或稀硝酸常壓單塔或多塔串聯吸收的方法，尾氣排放很難達到國家排放標準(＜240mg/m3)，有的甚至依然為“黃龍”。專利CN02138494.0曾提出一種以吸收塔為主吸收設備，噴射泵為輔助吸收設備，常壓下用稀硝酸單級循環吸收尾氣中氮氧化物的方法。其實際效果有待考證。本專利發明人獲授權的專利ZL200610039814.1提出了一種治理回收氮氧化物的整套工藝，包括吸收、漂白、濃縮過程，該套工藝已在生產己二酸、草酸、DNT的企業(均采用硝酸做氧化劑，硝煙吸收后重新變為高濃度硝酸循環利用)成功應用，但仍存在一些缺陷，例如一方面仍需要外循環換熱，這樣就增加了泵、換熱器等許多外部設備，同時增加了動力消耗和操作成本；另一方面，由于反應熱只能是在吸收液流經一段填料后才采出換熱，因此反應熱移出滯后，造成各段填料溫差較大，反應速率不可控，吸收效率不均勻，這就需要更多的吸收理論級來滿足工藝要求，使得流程較長，通常需要2～3座吸收塔。

發明內容