CN110605004A - 一种节间外循环低压多级硝烟吸收装置及工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种节间外循环低压多级硝烟吸收装置及工艺，包括硝烟进气管、压缩机、储液罐、硝烟吸收塔组件、吸收液进水管以及消音塔，所述硝烟进气管与压缩机相连，所述压缩机一端与硝烟吸收塔组件相连，所述压缩机另一端与储液罐相连，所述硝烟吸收塔组件与储液罐相连；所述硝烟吸收塔组件顶端与消音塔相连，所述硝烟吸收塔组件与吸收液进水管相连；本发明采用低压节间外循环多级逆流吸收硝烟是在低压、常温条件下进行的，远低于传统硝烟吸收的高压力，降低了能耗，提高了装置可靠性。

Description

一种节间外循环低压多级硝烟吸收装置及工艺
技术领域
本发明涉及一种节间外循环低压多级硝烟吸收装置及工艺，属于氮氧化物治理技术领域。
背景技术
我国每年由于硝化反应、硝酸氧化反应、硝基化合物分解、硝基化合物合成、硝酸生产、含硝废酸处理等化学过程产生大量的含有高浓度氮氧化物的废气即俗称的硝烟, 通常用NOX表示。“高浓度氮氧化物”是指氮氧化物浓度高于普通烟气数百倍到数千倍的颜色呈深黄色的含氮废气。这种硝烟气体相对于含有少量氮氧化物的普通烟气，其危害程度更大，除对附近居民身心造成直接伤害外，还对周围环境造成相当严重的破坏。是当今世界各国重点要治理的污染气体之一。
目前国内外关于硝烟的治理方法较多，普遍采用的有还原法、液体吸收法、生物法、吸附法和等离子体活化法等几类，其中以还原法、液体吸收法应用较为普遍。还原法包括选择性催化还原法（SCR），选择性非催化还原法（SNCR）和非选择性催化还原法，且主要应用在特定的硝烟吸收装置；而吸收法脱除氮氧化物，是化工生产过程中比较普遍采用的方法。
在硝酸生产和一些硝烟吸收过程中，加压法板式吸收塔是一种主流吸收方式，吸收板上加入换热盘管移除反应热，其采用0.6-1.1MPa的吸收压力，增大NOX在液相中的溶解度，促使反应向体积减少的方向进行，使气相中NOX转变得到稀硝酸。在硝烟含量和气量相对稳定时，选用合适的筛板塔基本就可以满足其弹性要强求；但进气量和硝烟含量均不稳定时，硝烟吸收塔往往不在设计值附近运行，干板或者液层不能浸没换热管的情况时有发生，其传质效率和传热效率大打折扣，气体和液体的接触无法得到保证，从而导致吸收效率下降，氮氧化物吸收不理想。
专利CN105327608 A公开了一种硝化棉生产过程中硝烟的回收装置及方法，提供一种硝化棉生产过程中硝烟的处理装置及方法，采用多级水洗处理及尿素、双氧水处理，整个处理过程中没有工业废盐产生，吸收了其他吸收剂不容易吸收的一氧化氮，不造成二次污染，废弃达到国家排放标准；但一方面第三吸收塔利用尿素和双氧水混合液进一步吸收处理,还是会产生硝酸铵, 同时尿素和双氧水的使用也增加了处理成本；另一方面最终处理后尾气中氮氧化物浓度为500-800ppm。浓度较高,尚不能满足国家氮氧化物排放标准，需再次净化处理。
申请号为201210512696.7的中国专利公开了一种氮氧化物废气的处理方法，该方法包括酸洗单元、水洗单元及碱洗单元，通过逐级吸收以达到废气排放达标；但在碱洗单元会产生工业废盐，造成二次污染及硝酸回收率低；用该方法得到的稀硝酸浓度低，硝酸用户单一，外卖困难，影响硝烟回收的正常运行，且降低硝化棉生产的经济效益。
专利CN104086464 A公开了一种H酸脱硝废气资源化利用的方法，该方法包括脱硝，尾气吸收单元，碱洗和稀硝酸回收利用于硝化反应。在尾气处理过程中，吸收剂中需添加双氧水，增加了处理成本；在碱洗单元碱液的加入会产生含盐废水，造成二次污染；既增加了处理成本，还的再次处理含盐废水；另外该发明中未曾说明处理后尾气中氮氧化物浓度。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的不足，提供了一种节间外循环低压多级硝烟吸收装置及工艺，以解决现有技术中存在的问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种节间外循环低压多级硝烟吸收装置，包括硝烟进气管、压缩机、储液罐、硝烟吸收塔组件、吸收液进水管以及消音塔，所述硝烟进气管与压缩机相连，所述压缩机一端与硝烟吸收塔组件相连，所述压缩机另一端与储液罐相连，所述硝烟吸收塔组件与储液罐相连；所述硝烟吸收塔组件顶端与消音塔相连，所述硝烟吸收塔组件与吸收液进水管相连。
作为本发明的一种改进，所述硝烟吸收塔组件包括至少2个硝烟吸收塔，每个硝烟吸收塔之间互相串联，每个硝烟吸收塔底端设有出料口，每个硝烟吸收塔下端设有进气口，每个硝烟吸收塔顶端设有排气口，每个硝烟吸收塔上端设有进料口，每个硝烟吸收塔顶端的排气口与后一个硝烟吸收塔下端的进气口相连，每个硝烟吸收塔底端的出料口与前一个硝烟吸收塔上端的进料口相连；
最后一个硝烟吸收塔顶端的排气口与消音塔相连；最后一个硝烟吸收塔上端的进水口与吸收液进水管相连；
所述压缩机通过管道与第一个硝烟吸收塔下端的进气口相连，所述第一个硝烟吸收塔下端的出料口与储液罐相连。
作为本发明的一种改进，所述硝烟吸收塔的数量为2-4个。
作为本发明的一种改进，所述硝烟吸收塔均为填料塔。
作为本发明的一种改进，所述硝烟吸收塔包括至少2个吸收塔塔节；所述每个吸收塔塔节的上下两端通过循环管道相连；所述循环管道上设有泵以及换热器；所述进气口处设有空气补气管。
作为本发明的一种改进，硝烟吸收工艺，步骤如下：开启压缩机将加压后硝烟依次顺序进入多级硝烟吸收塔；吸收液自最后一个硝烟吸收塔顶部加入，依次逆向进入硝烟吸收塔，气液两相在吸收塔内进行逆流循环吸收；吸收完毕后的尾气经过消音塔处理后排空，生成的稀硝酸通过储液罐回收。
本发明首先将硝烟经过硝烟压缩机进行加压处理，再将加压后的硝烟依次通入多级串联的硝烟吸收塔与吸收液进行逆流吸收，在低压、常温条件下采用节间外循环方式进行硝烟吸收，提高了氮氧化物的吸收效率，降低了能耗，吸收后的尾气不再需要进行碱液喷淋吸收，可直接高空排放。收集吸收液得到质量浓度大于40%的稀硝酸，进一步浓缩处理后可应用于生产***。
作为本发明的一种改进，所述吸收液为脱盐水。
作为本发明的一种改进，所述硝烟吸收塔组件的反应压力为0.1-0.2Mpa；所述硝烟吸收塔组件的反应温度为10-30℃。
作为本发明的一种改进，所述吸收后尾气中氮氧化物含量小于100mg/m3 （以NO2计）。
作为本发明的一种改进，所述储液罐的吸收液中，硝酸的质量浓度大于40%。
由于采用了以上技术，本发明较现有技术相比，具有的有益效果如下：
1）本发明采用低压节间外循环多级逆流吸收硝烟是在低压、常温条件下进行的，远低于传统硝烟吸收的高压力，降低了能耗，提高了装置可靠性；
2）本发明采用填料塔进行硝烟吸收，使得液体在填料表面成膜，提供了足够的接触面积，保证气液两相充分接触，从而使硝烟得到充分吸收；
3）本发明采用吸收液节间外循环既保证填料表面的润湿，同时外置的换热器也保证了反应热的有效移除，降低了吸收温度，推动反应正向进行，提高硝烟吸收效率；
4）本发明高浓度硝烟吸收采用空气分级补加方案，既有利于将NOX氧化完全，也可消除传统工艺中一次性补加空气造成的气流波动；
5）本发明吸收后的尾气不需要碱液再吸收，不需要氧化剂再次氧化处理，可直接高空排放，不会产生新的三废，符合清洁生产工艺；
6）本发明处理后的硝烟尾气，远低于国家排放标准，满足不同地区排放要求。
附图说明
图1是一种节间外循环低压多级硝烟吸收装置的结构示意图；
图中：1、硝烟进气管，2、压缩机，3、储液罐，4、吸收液进水管，5、消音塔，6、硝烟吸收塔，7、出料口，8、进气口，9、排气口，10、进料口，11、吸收塔塔节，12、循环管道，13、泵，14、空气补气管，15、换热器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明。
实施例1：
结合附图可见，一种节间外循环低压多级硝烟吸收装置，包括硝烟进气管1、压缩机2、储液罐3、硝烟吸收塔组件、吸收液进水管4以及消音塔5，所述硝烟进气管1与压缩机2相连，所述压缩机2一端与硝烟吸收塔组件相连，所述压缩机2另一端与储液罐3相连，所述硝烟吸收塔组件与储液罐3相连；所述硝烟吸收塔组件顶端与消音塔5相连，所述硝烟吸收塔组件与吸收液进水管4相连。
所述硝烟吸收塔组件包括至少2个硝烟吸收塔6，每个硝烟吸收塔6之间互相串联，每个硝烟吸收塔6底端设有出料口7，每个硝烟吸收塔6下端设有进气口8，每个硝烟吸收塔6顶端设有排气口9，每个硝烟吸收塔6上端设有进料口10，每个硝烟吸收塔6顶端的排气口9与后一个硝烟吸收塔6下端的进气口8相连，每个硝烟吸收塔6底端的出料口7与前一个硝烟吸收塔6上端的进料口10相连；
最后一个硝烟吸收塔6顶端的排气口9与消音塔5相连；最后一个硝烟吸收塔6上端的进料口10与吸收液进水管4相连；
所述压缩机2通过管道与第一个硝烟吸收塔6下端的进气口8相连，所述第一个硝烟吸收塔6下端的出料口7与储液罐3相连。
所述硝烟吸收塔6的数量为2-4个。
所述硝烟吸收塔6均为填料塔。
所述硝烟吸收塔6包括至少2个吸收塔塔节11；所述每个吸收塔塔节11的上下两端通过循环管道12相连；所述循环管道12上设有泵13以及换热器15；所述进气口8处设有空气补气管14。每个吸收塔塔节11的上下两端通过循环管道12相连，并实现每个吸收塔塔节11之间脱盐水的自循环；空气补气管14对硝烟吸收塔6进行补气，有利于将NOX氧化完全；外置的换热器15保证了反应热的有效移除，降低了吸收温度，推动反应正向进行，提高硝烟吸收效率。
每个硝烟吸收塔6底端设有出料口7，出料口7的物料通过泵13进行传送，部分物料送至吸收塔塔节11进行循环，部分物料送入至前一个硝烟吸收塔6的进料口10内继续进行反应。
实施例2：
以某厂的MNT生产废酸浓缩及硝化尾气吸收处理装置为例，其硝烟在常温常压下其组成为10000-20000mg/m3 （以NO2计）。
硝烟吸收：开启硝烟压缩机2将加压后硝烟依次进入1#、2#、3#、4#硝烟吸收塔6；脱盐水自4#硝烟吸收塔6顶部按设定流量加入，依次进入4#、3#、2#、1#硝烟吸收塔6，气液两相在吸收塔内进行逆流循环吸收。控制硝烟吸收***压力为0.15MPa；硝烟吸收塔6釜液位在300-450mm；各节吸收液循环喷淋量8m3/h； 1#塔釜、塔顶温度≤30℃，其余塔釜、塔顶温度≤15℃。1#硝烟吸收塔冷却器采用循环水移除硝烟吸收过程的反应热；其余硝烟吸收塔冷却器采用5-7℃冷冻水作移除硝烟吸收过程的反应热。
分析检测：运行一段时间后，分析检测硝酸浓度及硝烟尾气含氮量，满足指标要求后，开启1#塔釜液位调节阀，自动控制塔釜液位为400mm；将稀硝酸输送至储液罐3（稀硝酸罐）。硝烟尾气经过消声塔直接排放。分析检测数据如下：
表1 分析检测数据
分析批次 硝酸浓度/% 硝烟尾气含氮量/mg/m<sup>3</sup>
1 40.46 98.13
2 40.92 97.04
3 41.08 97.00
4 40.87 98.22
5 40.74 98.57
实施例3：
以某厂的MNT生产废酸浓缩及硝化尾气吸收处理装置为例，其硝烟在常温常压下其组成为10000-20000mg/m3 （以NO2计）。
硝烟吸收：开启硝烟压缩机2将加压后硝烟依次进入1#、2#、3#、4#硝烟吸收塔6；脱盐水自4#硝烟吸收塔6顶部按设定流量加入，依次进入4#、3#、2#、1#硝烟吸收塔6，气液两相在吸收塔内进行逆流循环吸收。控制硝烟吸收***压力为0.2MPa；硝烟吸收塔6釜液位在300-450mm；各节吸收液循环喷淋量6m3/h； 1#塔釜、塔顶温度≤30℃，其余塔釜、塔顶温度≤20℃。1#硝烟吸收塔冷却器采用循环水移除硝烟吸收过程的反应热；其余硝烟吸收塔冷却器采用5-7℃冷冻水作移除硝烟吸收过程的反应热。
分析检测：运行一段时间后，分析检测硝酸浓度及硝烟尾气含氮量，满足指标要求后，开启1#塔釜液位调节阀，自动控制塔釜液位为400mm；将稀硝酸输送至储液罐3（稀硝酸罐）。硝烟尾气经过消声塔直接排放。分析检测数据如下：
表2 分析检测数据
分析批次 硝酸浓度/% 硝烟尾气含氮量/mg/m<sup>3</sup>
1 41.03 96.89
2 40.67 97.15
3 40.88 97.69
4 40.54 97.28
5 41.10 96.43
实施例4：
以某厂的MNT生产废酸浓缩及硝化尾气吸收处理装置为例，其硝烟在常温常压下其组成为10000-20000mg/m3 （以NO2计）。
硝烟吸收：开启硝烟压缩机2将加压后硝烟依次进入1#、2#、3#、4#硝烟吸收塔6；脱盐水自4#硝烟吸收塔6顶部按设定流量加入，依次进入4#、3#、2#、1#硝烟吸收塔6，气液两相在吸收塔内进行逆流循环吸收。硝烟吸收过程中，在2#、3#、4#硝烟吸收塔6进行分级空气补充（通过空气补气管14进行补充），控制各节空气流量为30-80m3/h；控制硝烟吸收***压力0.1MPa，硝烟吸收塔6釜液位在300-450mm；各节吸收液循环喷淋量6m3/h； 1#塔釜、塔顶温度≤30℃，其余塔釜、塔顶温度≤15℃。1#硝烟吸收塔冷却器采用循环水移除硝烟吸收过程的反应热；其余硝烟吸收塔冷却器采用5-7℃冷冻水作移除硝烟吸收过程的反应热。
分析检测：运行一段时间后，分析检测硝酸浓度及硝烟尾气含氮量，满足指标要求后，开启1#塔釜液位调节阀，自动控制塔釜液位为400mm；将稀硝酸输送至储液罐3（稀硝酸罐）。硝烟尾气经过消声塔直接排放。分析检测数据如下：
表3 分析检测数据
分析批次 硝酸浓度/% 硝烟尾气含氮量/mg/m<sup>3</sup>
1 40.55 94.33
2 41.11 94.24
3 41.02 95.47
4 40.89 93.39
5 40.63 94.01
实施例5：
以某厂的MNT生产废酸浓缩及硝化尾气吸收处理装置为例，其硝烟在常温常压下其组成为10000-20000mg/m3 （以NO2计）。
硝烟吸收：开启硝烟压缩机2将加压后硝烟依次进入1#、2#、3#、4#硝烟吸收塔6；脱盐水自4#硝烟吸收塔6顶部按设定流量加入，依次进入4#、3#、2#、1#硝烟吸收塔6，气液两相在吸收塔内进行逆流循环吸收。硝烟吸收过程中，在3#、4#硝烟吸收塔6进行分级空气补充（通过空气补气管14进行补充），控制各节空气流量为30-80m3/h；控制硝烟吸收***压力0.15MPa，硝烟吸收塔6釜液位在300-450mm；各节吸收液循环喷淋量8m3/h； 1#塔釜、塔顶温度≤30℃，其余塔釜、塔顶温度≤20℃。1#硝烟吸收塔冷却器采用循环水移除硝烟吸收过程的反应热；其余硝烟吸收塔冷却器采用5-7℃冷冻水作移除硝烟吸收过程的反应热。
分析检测：运行一段时间后，分析检测硝酸浓度及硝烟尾气含氮量，满足指标要求后，开启1#塔釜液位调节阀，自动控制塔釜液位为400mm；将稀硝酸输送至储液罐3（稀硝酸罐）。硝烟尾气经过消声塔直接排放。分析检测数据如下：
表4分析检测数据
分析批次 硝酸浓度/% 硝烟尾气含氮量/mg/m<sup>3</sup>
1 40.48 93.24
2 40.71 94.01
3 41.01 93.46
4 40.95 93.79
5 40.88 94.52
上述实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围，即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种节间外循环低压多级硝烟吸收装置，其特征在于：包括硝烟进气管、压缩机、储液罐、硝烟吸收塔组件、吸收液进水管以及消音塔，所述硝烟进气管与压缩机相连，所述压缩机一端与硝烟吸收塔组件相连，所述压缩机另一端与储液罐相连，所述硝烟吸收塔组件与储液罐相连；所述硝烟吸收塔组件顶端与消音塔相连，所述硝烟吸收塔组件与吸收液进水管相连。
2.根据权利要求1所述的一种节间外循环低压多级硝烟吸收装置，其特征在于：所述硝烟吸收塔组件包括至少2个硝烟吸收塔，每个硝烟吸收塔之间互相串联，每个硝烟吸收塔底端设有出料口，每个硝烟吸收塔下端设有进气口，每个硝烟吸收塔顶端设有排气口，每个硝烟吸收塔上端设有进料口，每个硝烟吸收塔顶端的排气口与后一个硝烟吸收塔下端的进气口相连，每个硝烟吸收塔底端的出料口与前一个硝烟吸收塔上端的进料口相连；
最后一个硝烟吸收塔顶端的排气口与消音塔相连；最后一个硝烟吸收塔上端的进料口与吸收液进水管相连；
所述压缩机通过管道与第一个硝烟吸收塔下端的进气口相连，所述第一个硝烟吸收塔下端的出料口与储液罐相连。
3.根据权利要求2所述的一种节间外循环低压多级硝烟吸收装置，其特征在于：所述硝烟吸收塔的数量为2-4个。
4.根据权利要求2所述的一种节间外循环低压多级硝烟吸收装置，其特征在于：所述硝烟吸收塔均为填料塔。
5.根据权利要求2所述的一种节间外循环低压多级硝烟吸收装置，其特征在于：所述硝烟吸收塔包括至少2个吸收塔塔节；所述每个吸收塔塔节的上下两端通过循环管道相连；所述循环管道上设有泵以及换热器；所述进气口处设有空气补气管。
6.一种利用权利要求1-5所述的一种节间外循环低压多级硝烟吸收装置的硝烟吸收工艺，其特征在于，步骤如下：开启压缩机将加压后硝烟依次顺序进入多级硝烟吸收塔；吸收液自最后一个硝烟吸收塔顶部加入，依次逆向进入硝烟吸收塔，气液两相在吸收塔内进行逆流循环吸收；吸收完毕后的尾气经过消音塔处理后排空，生成的稀硝酸通过储液罐回收。
7.根据权利要求6所述工艺，其特征在于：所述吸收液为脱盐水。
8.根据权利要求6所述工艺，其特征在于：所述硝烟吸收塔组件的反应压力为0.1-0.2Mpa；所述硝烟吸收塔组件的反应温度为10-30℃。
9.根据权利要求6所述工艺，其特征在于：所述吸收后尾气中氮氧化物含量小于100mg/m3 。
10.根据权利要求6所述工艺，其特征在于：所述储液罐的吸收液中，硝酸的质量浓度大于40%。
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