延伸吸收法+非選擇性催化還原法治理硝酸尾氣技術(shù)
摘要：河北滄州大化集團(tuán)公司根據(jù)本公司硝酸全中壓法生產(chǎn)工藝的特點(diǎn)，采用延伸吸收法+非選擇性催化還原法處理工藝治理硝酸尾氣，該工藝流程簡單，自動(dòng)化程度高，脫出NOx效率高，減少了污染，同時(shí)提高了氨的轉(zhuǎn)化率，增加了硝酸的產(chǎn)量。
關(guān)鍵詞：延伸吸收法,非選擇性催化還原法
一、 氮氧化物的危害性
氮氧化物主要是指NO2和NO，對人的呼吸器官都具有毒害作用。NO極易與空氣中的氧作用生成NO2，NO2吸入肺部與H2O作用生成HNO3和NO，對人的肺部組織產(chǎn)生刺激和腐蝕作用，NO 易與血液中的血紅蛋白結(jié)合，生成亞硝基血紅蛋白和亞硝基高鐵血紅蛋白，使血液輸氧的能力下降。氮氧化物在陽光的作用下與環(huán)境中的碳?xì)浠衔锷晒饣瘜W(xué)煙霧，對人體有致癌作用。氮氧化物對植物的光合作用有一定的破壞性，抑制植物的新陳代謝。
二、 國內(nèi)硝酸尾氣治理現(xiàn)狀
目前我國硝酸尾氣治理技術(shù)普遍采用且成熟的方法有氨非選擇性催化還原法和堿吸收法。氨非選擇性催化還原法是80年代初綜合法和全壓法生產(chǎn)硝酸普遍采用的方法，如大慶、川化、云天化等，但現(xiàn)在已趨于淘汰，主要原因是消耗高，經(jīng)濟(jì)不合理。另外大多數(shù)氨非選擇性催化還原法的處理工藝中NH3/NOx 的比例大于1.2，其裝置氨的排放濃度為500～800ppm，造成一定程度的二次污染，而且氨非選擇性催化還原法處理工藝治理后的硝酸尾氣中NOx濃度一般為500～600ppm，最好程度也僅為400ppm。因此氨非選擇性催化還原法處理工藝，國內(nèi)除云天化還在勉強(qiáng)運(yùn)行外，其它廠家或閑置不用或已拆除改用其它的治理方法。常壓法和低壓法硝酸生產(chǎn)工藝中NOx的處理技術(shù)一般采用堿吸收法，如開封化肥廠、鄂西化工廠、太原化肥廠等，其排放尾氣中NOx的濃度維持在800～1000ppm，除雙加壓法生產(chǎn)工藝堿吸收法外，其它硝酸生產(chǎn)工藝堿吸收法治理的硝酸尾氣中，NOx的濃度維持在400ppm是目前國內(nèi)最好的水平。石家莊化肥廠在堿吸收工藝的后面增加了氨水吸收工藝，但由于工藝不太成熟，其NOx的排放濃度為1000ppm。
三、 延伸吸收法+非選擇性催化還原法硝酸尾氣處理工藝
河北滄州大化集團(tuán)硝酸生產(chǎn)工藝采用全中壓法生產(chǎn)工藝，其硝酸尾氣采用延伸吸收法+非選擇性催化還原法處理工藝，處理效果極為顯著。
1、延伸吸收法+非選擇性催化還原法處理硝酸尾氣的原理
A、延伸吸收法反應(yīng)原理
硝酸尾氣中的NOx，主要為NO和NO2，NO與H2O不發(fā)生反應(yīng)，但在常溫下，NO很容易被空氣中的氧氧化成NO2，NO2與H2O反應(yīng)生成HNO3和NO，反應(yīng)方程式如下：
2NO+O2=2NO2
3NO2+H2O=2HNO3+NO
延伸吸收法就是利用NO2與H2O反應(yīng)生成硝酸的原理，在原吸收塔的后面增加一個(gè)吸收塔，增大尾氣的氧化空間，延長NO2的吸收時(shí)間，從而達(dá)到消除尾氣中NOx的目的。
B、非選擇性催化還原法處理NOx的原理
非選擇性催化還原法消除硝酸尾氣中NOx，最初采用H2做還原劑，含有NOx的硝酸尾氣經(jīng)加熱升溫，與H2混合，通過裝有鈀觸媒的催化燃燒器進(jìn)行催化反應(yīng)，使NOx最終轉(zhuǎn)化成無害的N2。目前采用以CH4替代部分H2，即CH4和H2同時(shí)做還原劑進(jìn)行催化還原反應(yīng)，其反應(yīng)原理如下：
H2+NO2=NO+H2O CH4+4NO2=4NO+CO2+2H2O
2H2+O2=2H2O CH4+2O2=CO2+2H2O
2H2+2NO=N2+2H2O CH4+4NO=2N2+CO2+2H2O
2、工藝流程簡述
生產(chǎn)工藝中產(chǎn)生的含有NOx的工藝氣體從塔底部進(jìn)入第一吸收塔，自下而上依次經(jīng)過各層塔板，在塔板間與空氣混合進(jìn)行氧化反應(yīng)，同時(shí)在塔板上與自上而下的吸收液中的水作用，生成HNO3。吸收后的氣體（塔尾氣）在第一吸收塔的頂部排出，進(jìn)入第二吸收塔底部，與第二吸收塔內(nèi)自上而下的吸收液逆向流動(dòng)，被接觸吸收后由塔頂排出。由第二吸收塔頂部排出的塔頂尾氣在加熱升溫后，進(jìn)入催化燃燒器，在催化劑的作用下與還原性氣體H2、CH4發(fā)生催化還原反應(yīng)，進(jìn)一步脫除NOx，然后經(jīng)氣體廢熱爐回收熱能后，由排氣筒高空排放。
吸收液（水）在第二吸收塔頂部加入，吸收部分NOx后由塔底部流出，再進(jìn)入第一吸收塔頂部，依次流經(jīng)各層塔板吸收NOx，然后由塔底部流出，即得53～57%的稀硝酸。水吸收NOx為放熱反應(yīng)，為促進(jìn)NOx的吸收效果，在第二吸收塔塔中設(shè)有冷卻盤管，采用低溫水降低吸收溫度。
3、延伸吸收法+非選擇性催化還原法治理硝酸尾氣的效果
在硝酸生產(chǎn)裝置生產(chǎn)正常的情況下，1999年3月至2000年2月對硝酸尾氣排氣筒排放的尾氣中NOx的監(jiān)測結(jié)果三維柱行圖如下：
自第一吸收塔塔頂排放的塔頂尾氣中NOx的濃度為1800ppm，經(jīng)第二吸收塔進(jìn)一步吸收NOx后，NOx的濃度為700～800ppm，再經(jīng)催化燃燒器再次脫除NOx后，NOx的濃度低于400ppm，排放速率低于22kg/h，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于國家大氣排放標(biāo)準(zhǔn)。
4、延伸吸收法+非選擇性催化還原法環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益分析
硝酸尾氣采用延伸吸收法+非選擇性催化還原反應(yīng)方法治理，使最終外排尾氣中NOx的濃度小于400ppm，排放量低于22kg/h，NOx的去除率大于82%，再經(jīng)76m高的排氣筒高空排放，對區(qū)域環(huán)境日均濃度貢獻(xiàn)值為0.0003～0.0038mg/m3，僅占環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的0.3～3.8%。
整套硝酸尾氣處理裝置投資297.5萬元，每年提設(shè)備折舊費(fèi)為15萬元，消耗費(fèi)為20萬元，則處理成本為0.002元/（m3硝酸廢氣）。采用延伸吸收法處理硝酸尾氣，每年可多回收硝酸（折100%）660多噸，價(jià)值70萬元。
為保證良好的處理效率，同時(shí)降低硝酸尾氣的處理成本，不斷的對硝酸尾氣處理裝置進(jìn)行技術(shù)改造，改造催化燃燒器部分，以CH4代替部分H2做還原劑，對硝酸尾氣中的NOx進(jìn)行催化還原處理，已取得了顯著的成效。
四、結(jié)束語
延伸吸收法是利用本公司硝酸生產(chǎn)裝置壓力高的特點(diǎn)，通過增加一個(gè)吸收塔，延長了NOx氣體的吸收時(shí)間，增大吸收容積，從而達(dá)到降低尾氣中NOx濃度的目的。最后增加催化還原裝置，對硝酸尾氣中NOx進(jìn)一步做無害化處理，盡量減少了排放指數(shù)。整個(gè)處理過程，工藝流程簡單成熟，投資少，同時(shí)提高了氨的轉(zhuǎn)化率，增加了硝酸的產(chǎn)量。
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