[發明專利]一種生產硝酸的裝置及其方法

有效

• 申請號: 201710172151.9
• 申請日: 2017-03-22
• 公開（公告）號: CN107215854B
• 公開（公告）日: 2022-02-11
• 發明（設計）人: 傅國琳;茍帕拉;徐笑陽
• 申請（專利權）人: 傅國琳
• 主分類號: C01B21/38
• 分類號: C01B21/38;C01B21/40
• 代理公司: 天津企興智財知識產權代理有限公司 12226
• 代理人: 邢月

本發明涉及一種無需高溫高壓以及催化劑，利用不同來源的氣態氮氧化物或氣態氮氫化合物，甚至使用工業廢氣生產稀硝酸的裝置和方法。在此方法中，氣態氮氧化物或氣態氮氫化合物在激發態氧原子O(¹D)，活性氧自由基(ROS)，與吸收倉中的羥基自由基協同作用下，被氧化生成高價態的氮氧化物，然后經過吸收倉轉化為硝酸。

(一)技術領域：

本發明涉及一種利用氣相氮氧化物或氣態氮氫化合物制備硝酸的方法及其裝置，尤其涉及一種無需高溫高壓以及催化劑的條件下制備硝酸的方法。

(二)背景技術：

硝酸作為一種重要的化工產品之一，其在農業，軍工業，化工催化，有機合成等領域有著廣泛的應用價值。而制備硝酸的傳統方法(氨氣催化氧化法)工藝設備非常繁瑣(圖1)，即氨氣與空氣中的氧氣在高溫下反應生成一氧化氮，一氧化氮進一步被催化氧化生成二氧化氮，二氧化氮被水吸收生成硝酸，最后通過蒸餾生成不同濃度的硝酸。在反應過程中需要高溫高壓，并需要貴金屬作為催化劑。

在生產硝酸的過程中，氨氣作為氮源，需要先被氧化成一氧化氮、二氧化氮，再參與后續的氧化反應，所以氮氧化物或氨氣是生產硝酸的必要原料，而在工業生產中，一些工廠所排放的氣體中含有大量的氮氧化物或氮氫化合物(氨氣，聯氨等),氮氧化物是大氣污染的主要污染物之一，國家對其排放有著嚴格的標準，而將氣相中的氮氧化物作為生產硝酸的氮源不失為一種創新的方法，既可以凈化有害氣體，又可以將氮氧化物作為一種可利用的資源。其生產硝酸的過程無需高溫高壓以及催化劑，而硝酸帶來的收益也可節約工業環保設備的運行成本。目前，利用氣相中的氮氧化物為氮源來生產硝酸的技術主要有以下幾種，一為使用多級逆洗的方案來吸收制備硝酸(專利號CN204193769U)，該技術生產設備過于復雜，且只適用于氮氧化物濃度較高的氣體。二為使用臭氧或雙氧水對含有氮氧化物的氣體進行氧化，并以水或硝酸為吸收劑來回收硝酸(專利號CN204380494U)，此技術工藝設備簡單但對氧化劑的需求量較大成本偏高，且氧化效率不高。在工業用途上運行成本決定了經濟可行性，因此如何降低運行成本應該是研發的重點。三為采用吸附劑將氮氧化物富集，脫附后用氧化劑對其氧化，最后水溶液吸收制酸(專利號CN204824173U)。此技術不受氣相中氮氧化物濃度的影響，但其工藝復雜，且吸附劑雜多酸昂貴且使用壽命不長。

(三)發明內容：

一氧化氮的氮原子上有一個未成對的電子，分子極性小，這使其與其它氮氧化物相比水溶性較差。在本發明所涉及的方法中，一氧化氮等低價態氮氧化物能夠在低溫下轉變為二氧化氮及其他高價態的氮氧化物，并被水吸收生成硝酸。

本發明中硝酸的生產可以分為以下三個階段：

第一階段：在活性氧自由基發生器中形成活性氧自由基(活性氧自由基包括激發態氧原子O(¹D)、羥基自由基等等含有氧原子的自由基)，并輸入到氣流管道中；活性氧自由基發生器的位置需要謹慎選取，以使ROS與氮氧化物或氣態氮氫化合物氣流能夠充分混合。生成的ROS需在0.1秒內與氣相中的氮氧化物或氣態氮氫化合物接觸。

本發明中活性氧自由基發生器可以采用光解催化倉來光解臭氧(或電解催化倉電解臭氧)，臭氧是由臭氧發生器運用壓縮的空氣所生產的，根據需要產生的臭氧量來調整臭氧發生器的功率，本發明僅需產生低濃度臭氧，這與單一使用大量臭氧做氧化劑的技術相比更加經濟合算。

1.臭氧是氧氣的同素異形體，化學性質十分不穩定，其紫外光吸收波長范圍是220～350nm。

2.當紫外燈照射臭氧時，會立即產生激發態氧原子O(¹D)，此反應具有較高的反應活性。

3.激發態氧原子O(¹D)與空氣中水分子接觸就會生成其它的活性氧自由基，如羥基自由基，從而觸發自由基的鏈式反應。

4.空氣中水分子在紫外光(波長220～350nm)照射下會生成活性氧自由基，如羥基自由基。

化學反應式：