[發(fā)明專利]一種硝酸工業(yè)尾氣中的氮氧化物（NOx）資源化治理方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310507361.0
• 申請日: 2013-10-24
• 公開（公告）號: CN103566739A
• 公開（公告）日: 2014-02-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張鋒;張志炳;韓旭;羅華勛;孟為民
• 申請（專利權(quán)）人: 南京大學(xué)
• 主分類號: B01D53/78
• 分類號: B01D53/78;B01D53/56;C01B21/40
• 代理公司: 南京知識律師事務(wù)所 32207
• 代理人: 黃嘉棟

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及硝酸的生產(chǎn)，具體地說，硝酸工業(yè)生產(chǎn)尾氣中NOx的資源化治理的方法。

背景技術(shù)

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”，是主要大氣污染物之一。氮氧化物的排放會造成酸雨、酸霧，形成的酸雨又進(jìn)一步導(dǎo)致水系統(tǒng)的硝酸鹽污染，此外氮氧化物還會破壞臭氧層。

硝酸工業(yè)是工業(yè)生產(chǎn)過程的NOx主要排放源之一。近幾年來，我國硝酸工業(yè)進(jìn)入高速發(fā)展期，總產(chǎn)量每年以高于18%的速度增長。硝酸生產(chǎn)工藝主要包括氨氧化和吸收兩個工序，其中含氮氧化物尾氣由吸收塔吸收后排放，因此吸收塔的操作對尾氣中NOx濃度影響很大。我國硝酸工業(yè)生產(chǎn)從常壓法開始，20世紀(jì)50年代發(fā)展了綜合法，70年代發(fā)展了中壓法，80年代至今發(fā)展了高壓法和雙加壓法。各種生產(chǎn)方法中，雙加壓法出塔尾氣中的NOx濃度最低，在400mg/m³左右，其次為中壓法，NOx濃度在2000mg/m³以上，其他工藝的NOx尾氣濃度大于4000mg/m³（唐文騫,楊同蓮.加快產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整與建設(shè)大型硝酸裝置的思考[J].煤化工,2012,(2):5-9）。國家2010年頒布了《硝酸工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)GB26131-2010》，規(guī)定新建企業(yè)NOx排放濃度限值為300mg/m³。硝酸尾氣排放污染問題一直困擾著大多數(shù)雙壓法和非雙加壓法的硝酸生產(chǎn)企業(yè)，對周邊大氣環(huán)境造成嚴(yán)重污染，形成酸雨危害，并造成資源浪費。目前硝酸生產(chǎn)尾氣一般采用氨氣催化還原和堿吸收的方法處理，以保證排放的尾氣中的NOx濃度在300mg/m³以下。這是一種純粹的消耗性治理方法，不僅消耗了氨氣和堿資源，還浪費了有用的NOx資源，并且形成了含硝酸鹽廢水，或過量氨氣排放形成的臭氣等二次污染。

目前硝酸生產(chǎn)工藝主要包含兩個工序，一是氨氣氧化制備以NO₂為主的NOx氣體；二是NOx氣體加壓冷卻后在硝酸吸收系統(tǒng)中與水反應(yīng)形成硝酸。硝酸吸收系統(tǒng)通常由一座或兩座串聯(lián)的板式塔組成，通過塔板上的換熱系統(tǒng)保持吸收塔液相低溫操作。事實上，由于設(shè)備工藝設(shè)計落后等方面的原因，現(xiàn)有硝酸吸收過程存在著一些問題，使吸收過程的工藝參數(shù)并非最佳。主要問題有3點：1）液體溫度控制不佳導(dǎo)致液體溫度偏高，影響了NOx的轉(zhuǎn)化；2）傳統(tǒng)的篩板塔效率低，壓降高，達(dá)不到理想的吸收水平；3）部分企業(yè)追求硝酸產(chǎn)量，NOx超負(fù)荷吸收，使得NOx在硝酸吸收塔內(nèi)的停留時間減少，影響吸收效果。這些問題均造成硝酸吸收系統(tǒng)排出的尾氣中NOx含量超標(biāo)。另一方面，如附圖2所示，從硝酸吸收塔3-2出來的尾氣2-2的壓強(qiáng)均在0.3MPa以上，所以現(xiàn)有的硝酸生產(chǎn)流程中均設(shè)計一臺壓力能回收的壓縮機(jī)，將尾氣先經(jīng)過此壓縮機(jī)作為動力源，以回收能量后再排放。而從硝酸吸收塔3-2排出NOx超標(biāo)的尾氣，具有一定的資源化潛質(zhì)，如能有效利用自身的能量和NOx資源，將其轉(zhuǎn)化為額外的硝酸，不僅能夠消除NOx的污染，還能為企業(yè)帶來額外收益，補(bǔ)償廢氣治理的成本，以實現(xiàn)硝酸生產(chǎn)尾氣的資源化治理，這對于硝酸行（企）業(yè)的清潔生產(chǎn)和效益提高是非常有意義的。

本項目組以往發(fā)明了水和空氣在加壓條件下多級串聯(lián)氧化吸收尾氣中氮氧化物的工藝（CN200610039814.1），對NOx具有很高的去除效率。該工藝將含NOx的廢氣與空氣按比例混合后，以2.5～5atm的絕對壓力進(jìn)行多級串聯(lián)吸收，吸收過程在5～30℃進(jìn)行，凈化后的氣體從尾塔頂部排放，吸收及反應(yīng)后產(chǎn)生的低濃度的硝酸由塔底排出。必要時還可以采用增濃塔進(jìn)行濃縮。該工藝的特點是采用壓縮機(jī)為廢氣增壓，并鼓入一定量的空氣以氧化不易溶于水的NO。常規(guī)條件下，水吸收氮氧化物獲得的硝酸濃度在3%以內(nèi)。此外，水吸收NO₂后反應(yīng)生成的NO不溶于水，因此需要進(jìn)一步氧化為NO₂，而中低壓下NO的氧化需要較長的反應(yīng)時間。

用水吸收氮氧化物過程包含以下反應(yīng)：

2NO+O₂=2NO₂??（1）

3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO??（2）

2NO₂+H₂0=HNO₃+HNO₂??（3）

3HNO₂=HNO₃+2NO+H₂O??（4）