一种治理工业装置中氧化亚氮排放的方法与流程

本发明公开了一种治理工业装置中氧化亚氮排放的方法，属于化工生产技术领域。

背景技术：

《联合国气候变化框架公约》及《巴黎气候峰会》中规定要求减排的6种温室气体为：二氧化碳（co2）、甲烷（ch4）、氧化亚氮（n2o）、氢氟碳化合物（hfcs）、全氟碳化合物（pfcs）、六氟化硫（sf6）。氧化亚氮气体对全球气候和大气化学过程均有重要影响。等物质量氧化亚氮的温室效应是二氧化碳的200~300倍。同时，其光化学产物no在平流层中可与o3反应，破坏大气臭氧层(crutzen，1970)。大气中氧化亚氮浓度正以每年0.25％左右的速度增长，大气氧化亚氮分压每增加5ppb，相应辐射强迫增加11％。研究表明氧化亚氮（n2o）是有毒有害气体，其毒性可持续15年之久，n2o的gwp（地球温室效应）是同浓度co2的310倍，常温下性质比较稳定，高温下可分解为氮气和氧气。目前国家环保部门尚无强制要求和排放标准。

硝酸是化学工业的基础原料。我国是农业大国，造就了对硝酸的需求用量非常巨大。以氨为原料，经铂催化剂催化氨生产硝酸的反应过程中，必然要产生氧化亚氮排放。氧化亚氮是硝酸生产中氨氧化制备no2的副产品（2nh3+2o2=n2o+3h2o），其产生量一般取决于反应炉的压力、温度（200~250℃）。压力不同，n2o的生成率也不一样。氨催化氧化后生产硝酸的混合气体中一般都含有1100~1800ppm的氧化亚氮，如此高浓度的氧化亚氮必须处理；而一个中型以上的硝酸生产企业，空速过万，每小时排放于大气中的氧化亚氮的量巨大，未经处理的氧化亚氮排放到大气中，势必毒害人类的身体，污染大气，恶化环境。

氧化亚氮减排有4种途径，一是利用氧化亚氮生产其他产品（如苯酚等），二是将氧化亚氮高温分解，三是将氧化亚氮选择性催化还原（scr），四是将氧化亚氮直接催化分解。其中，将氧化亚氮直接催化分解具有成本低，工艺简单，分解效率高等优点，因此具有良好的工业化应用前景。《氧化亚氮减排cdm项目运行总结》（张艳丽；杲雪华；李洪政；山东济南盛源化肥有限责任公司，化肥工业，2012年第六期，p67-68）介绍了盛源公司采用瑞士维多公司的氧化亚氮催化剂，在稀硝酸生产装置的氧化炉内装填催化剂，通过一个铂催化剂周期运行，氧化亚氮减排效率在85%以上。

目前国内已报道的都是催化剂在实验室装置或者是小型中试装置上检测减排效果，尚无成熟工艺技术，特别是在工业装置上成功应用的案例，这严重限制了氧化亚氮减排技术的发展。

技术实现要素：

针对上述情况，本发明的目的在于提供一种在一套硝酸工业装置上实现治理氧化亚氮排放的方法。

本发明的第二个目的在于提供一种无需新建装置而实现氧化亚氮减排的新工艺。

本发明的第三个目的在于提供一种改造费用低，工艺技术简单的减排催化剂托架。

本发明的第四个目的在于提供一种活性稳定性高，抗氨能力好的催化剂。

本发明的第五个目的在于氧化亚氮减排过程中可副产一部分作为硝酸生产的原料。

为了实现上述目的，本发明基于硝酸氧化炉基本装置，在设计有“蛛网”状的铂催化剂下托架上装填氧化亚氮减排催化剂，将n2o转化为n2和o2、no2及no，在一套装置上实现工艺气的催化和氧化亚氮减排的治理。本发明工艺简单，投资小，运行、维护成本较低，具有广泛的适用性，可用于很多工业源n2o的减排过程（如硝酸生产、己二酸生产等过程），前景广阔。本发明提供的具体实施方案如下：

一种治理工业装置中氧化亚氮排放的方法，包括如下步骤：

（1）.将空气通入氨空混合器，随后将气氨经过滤降压后进行混合后通入氧化炉入口，待除尘结束后进入氧化炉内；

（2）.在氧化炉内将氨空混合气经铂催化剂作用下完成氨催化氧化反应，随后气体再经过氧化亚氮减排催化剂，除去混合气中的氧化亚氮；

（3）.反应后生成工艺气，离开减排催化剂后进入废锅与脱盐水换热，出废锅的工艺气冷却降温后，与补入的二次空气一并进入氧化氮压缩机进行压缩。

进一步的，所述气氨压力为40~60kpa，空气/气氨比值为9.5~12.5。

进一步的，所述步骤（2）中氧化炉的温度为800℃~850℃，压力为-0.4kpa~-0.2kpa，通氨量为2000~3000m³/h，空速为20000~30000h^-1。

进一步的，所述氧化亚氮催化剂规格为10~13mm×12~15mm和φ10~16mm×15~20mm的蜂窝状圆柱体；相对密度为0.7~0.9，活性温度为600℃~1100℃。

一种实现治理工业装置中氧化亚氮排放的方法的装置，该装置包括氧化炉（2），氧化炉（2）上下两端分别设置有氧化炉入口（1）与氧化炉出口（6），氧化炉内部设置有n2o减排结构，所述气氨通入氧化炉入口（1）后经过n2o减排结构，待反应结束后再由氧化炉出口（6）排出。

进一步的，所述n2o减排结构由从上至下的铂催化剂（3）、氧化亚氮减排催化剂（4）和氧化亚氮减排催化剂托架组成。

进一步的，所述铂催化剂（3）与n2o减排催化剂托架（5）的高度为0.1~0.25m，直径为1.5~3.0m。

本发明所述的铂催化剂与减排催化剂托架选用的是专利公开号为cn101423202b的由铂网托架既催化剂筐及其支撑结构组成的氨氧化炉中的技术方案。

本发明所述的氧化亚氮减排催化剂选用的是公开号为cn103586040b的一种处理n2o的催化剂及其制备工艺中的技术方案。

本发明的有益效果在于：

1.本发明提供了一种能在一套硝酸工业装置上治理氧化亚氮排放的新方法。原料气在经过铂催化剂催化的同时，又经氧化亚氮减排催化剂治理了氧化亚氮，节约了新建氧化亚氮尾气处理装置的投资。对于投资不大的硝酸企业，本发明具有良好的经济技术优势。

2.本发明的另一个优点在于所使用的新型铂催化剂与减排催化剂托架为自主知识产权（专利号：zl200810182558.0），结合了自身装置的优点，采用了结构简单，制造难度小的新型铂催化剂托架，使铂催化剂和催化剂运行中处于水平面的最佳状况，投资小，减少系统停车检修时间。

3.本发明的另一个优点在于所使用的催化剂为拥有自主知识产权的氧化亚氮减排催化剂（专利号：zl201310582549.1），在840℃，通氨量约2700m3/h下，催化剂的热稳定性、抗氨性好；外形为蝶形封头，避免了由铂催化剂过来的混合气不能与催化剂高效接触，形成催化剂架桥等问题。使用减排催化剂后，硝酸尾气排放中n2o的含量不超过50ppm，减排效率达95%以上。

4.本发明的另一个优点在于填装了氧化亚氮减排催化剂后，导致系统阻力降有所增加，但通过后续操作，减少二次空气流量，增加一次空气流量能达到氧化炉压力要求，不影响微负压操作的氧化炉及其装置系统的运行，保证了稀硝酸和浓硝酸的产量。

5.本发明的另一个优点是在减排过程中副产了部分可作为硝酸生产的原料，符合“绿色制造，节能减排”发展方向。

附图说明

图1为在氧化炉安装n2o减排结构示意图；

图中：1为氧化炉入口，2为氧化炉，3为铂催化剂，4为氧化亚氮减排催化剂，5为n2o减排催化剂托架，6为氧化炉出口。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明提供的一种治理工业装置中氧化亚氮排放的方法进行详细说明。

实施例1

对比例：某硝酸厂装置，氧化炉内温度835℃~855℃，通气氨量约2700m³/h，其中氧化亚氮含量为：800~1000ppm。

采用传统处理方法：目前国家环保部门尚无强制要求和排放标准，直接排放或者新建尾气吸收装置进行处理。

采用本发明方法治理该氧化亚氮：空气经过空气净化器除去灰尘及杂物，进入氨空混合器与来自冷冻工号的气氨经过过滤及降压后进行混合，混合除尘后进入氧化炉2（结合图1所示）。在运行条件为空速24000h^-1，微负压-0.31kpa，炉内温度840℃，氨流量约为2700m³/h，经过铂催化剂3催化剂后，产生的氧化亚氮约990ppm~1100ppm，再经过氧化亚氮减排催化剂4催化，层压差＜100pa，系统压力无明显增高，装置运行正常。运行周期总时长1200小时，在尾气装置上取样，经分析，氧化亚氮为50~60ppm。催化剂转化率达95%以上。

实施例2

对比例：某硝酸厂装置，氧化炉内温度835℃~855℃，通气氨量约2700m³/h，其中氧化亚氮含量为：800~1000ppm。

采用传统处理方法：目前国家环保部门尚无强制要求和排放标准，直接排放或者新建尾气吸收装置进行处理。

采用本发明方法治理该氧化亚氮：空气经过空气净化器除去灰尘及杂物，进入氨空混合器与来自冷冻工号的气氨经过过滤及降压后进行混合，混合除尘后进入氧化炉。在运行条件为空速27000h^-1，微负压-0.28kpa，炉内温度845℃，氨流量约为2800m³/h，经过铂催化剂催化剂后，产生的氧化亚氮约1000ppm~1100ppm，再经过氧化亚氮减排催化剂催化，床层压差＜100pa，系统压力无明显增高，装置运行正常。运行周期总时长1000小时，在尾气装置上取样，经分析，氧化亚氮含量为25~35ppm。催化剂转化率达96.8%以上。

实施例3

对比例：某硝酸厂装置，氧化炉内温度825℃~855℃，通气氨量约2700m³/h，其中氧化亚氮含量为：800~1000ppm。

采用传统处理方法：目前国家环保部门尚无强制要求和排放标准，直接排放或者新建尾气吸收装置进行处理。

采用本发明方法治理该氧化亚氮：空气经过空气净化器除去灰尘及杂物，进入氨空混合器与来自冷冻工号的气氨经过过滤及降压后进行混合，混合除尘后进入氧化炉。在运行条件为空速24000h^-1，微负压-0.31kpa，炉内温度825℃，氨流量约为2700m³/h，经过铂催化剂催化剂后，产生的氧化亚氮约990ppm~1100ppm，再经过氧化亚氮减排催化剂催化，床层压差＜100pa，系统压力无明显增高，装置运行正常。运行周期总时长1000小时，在尾气装置上取样，经分析，氧化亚氮为150~165ppm。

应当注意的是，以上所述的实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明的任何限制。通过参照典型实施例对本发明进行了描述，但应当理解为其中所用的词语为描述性和解释性词汇，而不是限定性词汇。可以按规定在本发明权利要求的范围内对本发明作出修改，以及在不背离本发明的范围和精神内对本发明进行修订。尽管其中描述的本发明涉及特定的方法、材料和实施例，但是并不意味着本发明限于其中公开的特定例，相反，本发明可扩展至其他所有具有相同功能的方法和应用。