延伸吸收法+非選擇性催化還原法治理硝酸尾氣技術
摘要：河北滄州大化集團公司根據本公司硝酸全中壓法生產工藝的特點，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，自動化程度高，脫出NOx效率高，減少了污染，同時提高了氨的轉化率，增加了硝酸的產量。
關鍵詞：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，對人的肺部組織產生刺激和腐蝕作用，NO 易與血液中的血紅蛋白結合，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境中的碳氫化合物生成光化學煙霧，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、 國內硝酸尾氣治理現狀
目前我國硝酸尾氣治理技術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硝酸普遍采用的方法，如大慶、川化、云天化等，但現在已趨于淘汰，主要原因是消耗高，經濟不合理。另外大多數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，國內除云天化還在勉強運行外，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工藝中NOx的處理技術一般采用堿吸收法，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，除雙加壓法生產工藝堿吸收法外，其它硝酸生產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
河北滄州大化集團硝酸生產工藝采用全中壓法生產工藝，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、延伸吸收法反應原理
硝酸尾氣中的NOx，主要為NO和NO2，NO與H2O不發生反應，但在常溫下，NO很容易被空氣中的氧氧化成NO2，NO2與H2O反應生成HNO3和NO，反應方程式如下：
2NO+O2=2NO2
3NO2+H2O=2HNO3+NO
延伸吸收法就是利用NO2與H2O反應生成硝酸的原理，在原吸收塔的后面增加一個吸收塔，增大尾氣的氧化空間，延長NO2的吸收時間，從而達到消除尾氣中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的硝酸尾氣經加熱升溫，與H2混合，通過裝有鈀觸媒的催化燃燒器進行催化反應，使NOx最終轉化成無害的N2。目前采用以CH4替代部分H2，即CH4和H2同時做還原劑進行催化還原反應，其反應原理如下：
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
生產工藝中產生的含有NOx的工藝氣體從塔底部進入第一吸收塔，自下而上依次經過各層塔板，在塔板間與空氣混合進行氧化反應，同時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，進入第二吸收塔底部，與第二吸收塔內自上而下的吸收液逆向流動，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，進入催化燃燒器，在催化劑的作用下與還原性氣體H2、CH4發生催化還原反應，進一步脫除NOx，然后經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，再進入第一吸收塔頂部，依次流經各層塔板吸收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，為促進NOx的吸收效果，在第二吸收塔塔中設有冷卻盤管，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
在硝酸生產裝置生產正常的情況下，1999年3月至2000年2月對硝酸尾氣排氣筒排放的尾氣中NOx的監測結果三維柱行圖如下：
自第一吸收塔塔頂排放的塔頂尾氣中NOx的濃度為1800ppm，經第二吸收塔進一步吸收NOx后，NOx的濃度為700～800ppm，再經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，遠遠小于國家大氣排放標準。
4、延伸吸收法+非選擇性催化還原法環境效益和經濟效益分析
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76m高的排氣筒高空排放，對區域環境日均濃度貢獻值為0.0003～0.0038mg/m3，僅占環境質量標準的0.3～3.8%。
整套硝酸尾氣處理裝置投資297.5萬元，每年提設備折舊費為15萬元，消耗費為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，價值70萬元。
為保證良好的處理效率，同時降低硝酸尾氣的處理成本，不斷的對硝酸尾氣處理裝置進行技術改造，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進行催化還原處理，已取得了顯著的成效。
四、結束語
延伸吸收法是利用本公司硝酸生產裝置壓力高的特點，通過增加一個吸收塔，延長了NOx氣體的吸收時間，增大吸收容積，從而達到降低尾氣中NOx濃度的目的。最后增加催化還原裝置，對硝酸尾氣中NOx進一步做無害化處理，盡量減少了排放指數。整個處理過程，工藝流程簡單成熟，投資少，同時提高了氨的轉化率，增加了硝酸的產量。
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