一种硝酸尾气脱硝工艺的制作方法

本发明属于硝酸生产装置技术领域，具体为一种硝酸尾气脱硝工艺。

背景技术：

化工产业中的硝酸产业，具有高污染性。中国已经成为全球硝酸生产的第一大国，所以污染治理和环境管理也同样得到发展和重视。在硝酸生产过程中，nox排放量较大，而氮氧化合物又是空气污染的引发因素之一，过多的nox排放，必然造成环境破坏和对人体的危害，所以防治nox污染至关重要。

目前，生产硝酸后的排放物nox脱硝可供选择的方法有很多种，但考虑操作简便、效果稳定、使用周期长、成本、节能等多方面因素，利用选择性催化还原反应来实现达标排放有很大的优势，即利用氨在催化剂作用下将nox还原成氮气和水，来减少对环境的污染，这就是选择性催化还原法脱硝技术。但现有选择性催化还原反应（scr法）是用气氨作还原剂，消耗原料气氨，且因气氨流量小，容易出现局部混合不均匀现象，造成局部nh3/nox摩尔比不适当，直接影响减排效果，也增加了系统氨耗。此外由于硝酸装置用气氨与减排用气氨压力等级不一致，需要额外增加提供较高压力气氨的装置（如氨压缩机或加压蒸氨装置），导致生产成本增加。

技术实现要素：

本发明的目的在于对现有的工艺装置中技术的不足，提供一种硝酸尾气脱硝工艺。该工艺结合有合成氨装置的硝酸厂，以合成氨氨罐产生的驰放气为还原剂被喷入高温硝酸尾气管道中，混合均匀后进入脱硝反应器，在催化剂作用下利用驰放气中的氢气与氧气反应生成水，气氨把尾气中的氮氧化物分解生成对环境无污染的氮气和水蒸汽，最后排到大气，整个工艺节能、高效率、低成本。

为了实现以上发明目的，本申请的具体技术方案为：

一种硝酸尾气脱硝装置，包括合成氨罐、混合器、反应器、换热装置和在线尾气nox含量，其中，在合成氨罐和混合器之间依次设定远传压力表、远传温度计、过滤器，比例调节阀和止回阀

一种硝酸尾气脱硝工艺，其包括以下步骤：

第一步：将来自合成氨罐的驰放气，经过过滤器除去可能夹带的颗粒物,经流量计计量后，由调节系统调节流量并减压到比尾气压力高0.2~0.5mpa(双加压工艺则压力1.0~1.2mpa)，调节后的驰放气流量使驰放气中氨流量与尾气中nox含量nh3：nox(体积浓度)控制在一定比例（1.0~1.1）之间，其中nox含量已经通过在线nox测量仪测出，系统计算配比量后给出相应的调节阀位，经过止回阀，通过驰放气流量计计量后，然后进入混合器。

第二步：将硝酸装置尾气预热达到一定温度（根据催化剂起始活化温度而定，催化剂为现有成熟的催化剂，各催化剂的活性温度各相同，通常中温催化剂的活性温度为200℃）后的尾气管道中的一段改造成管道式混合器。经压力和温度计检测尾气温度达到催化剂要求的活性温度点，并通过nox测量仪nox含量后，调节驰放气流量使混合气中的nh3：nox达到1.0~1.1的要求，驰放气经过耙式喷孔喷出，再经两级静态规整填料混合器后尾气与驰放气得到充分的混合，为反应做好了充分的准备。

第三步：进入反应器后通过反应器中间，为减少反应器床层阻力，反应器分别设置为上下两层。混合后的尾气经过催化剂上床层、催化剂下床层分别向上和向下流动，通过下床层的反应气经过联通管汇合后进入反应器出口，随着反应的进行催化剂床层温度逐渐提高，对于双加压工艺尾气通常催化剂床层温升达到3℃~8℃左右可满足氮氧化物脱色要求。反应器前后压差通过远传压差计测量并传送至主控室监控，以防压差过大对硝酸系统造成影响。

第四步：根据稀硝酸工艺的不同，经脱色后的尾气再经过各换热器、膨胀机做功后最终到达排放口，通过在排放口上的取样口，经在线测量仪精确测量取样口的nox，是否符合最新的工业排放标准，并将分析结果通过信号线传送至主控站以增减驰放气流量。

所述第一步中的合成氨罐驰放气来自合成氨氨罐，氨罐为压力罐，其驰放气的压力通常为2.1mpa，组成以体积百分含量计，nh3：38~45%，h2：38~45%，ch4~8%，n2~14%，总体积百分含量之和为100%。通常氨罐驰放气是用水洗涤为稀氨水，再送解析经蒸汽加热分离出气氨，气氨再经冷却为液氨，废水直接排放，洗涤后的尾气送一段炉作燃料。而硝酸尾气scr法中还原剂为气氨，由于通常硝酸工艺中的吸收尾气压力高于氨的氧化压力，因此液氨需经加压蒸发成为1.0mpa气氨，或者用低压气氨经压缩后再送尾气还原。直接利用驰放气作还原剂，则可以省去驰放气的氨回收复杂过程和能耗，同时，在混合气中的h2也会在催化剂作用下反应生成h2o，该反应极易进行，因而可以为nox的选择性还原反应提供热量。同时氨罐驰放气压力稳定，组份也很稳定，因此操作可靠性强。总之，采用氨罐驰放气作为还原剂，既能减少驰放气回收处理的投资及能耗，又具有很强的操作可靠性，很好的解决了驰放气回收问题。

所述第二步的混合器中，驰放气导入管伸入尾气管道中，在导入管上焊接有若干排横着的支管，支管间距100mm（支管数量根据尾气管道直径而定），支管尾端与管道用固定块焊接固定牢固，在支管道上垂直尾气流向的两侧方向开设有ф1mm的喷孔，喷孔间距50mm，即耙式喷孔，使驰放气通过喷口喷射出来；这种喷射装置适应于喷射流量较小的气体，使之能较均匀地喷射于尾气中。由于喷射口口径很小，所以在驰放气总管上设置了过滤器以过滤驰放气中可能夹带的颗粒物。混合室采用不锈钢规整填料层与两段空管段交替安装；不锈钢规整填料层为两组，不锈钢规整填料固定在管壁上，其填料排列角度层依次错位交替，并与气流方向垂直，使驰放气和尾气混合物达到了流体分散和充分混合的目的。

所述第三步中的驰放气作为脱硝剂被喷入高温硝酸尾气脱硝反应器中，驰放气中有效成分氨气，在选择性催化剂作用下把尾气中的氮氧化物分解生成对环境无污染的氮气和水，其反应式为：

6no+4nh3→5n2+6h2o+1807.0kj/mol

6no2+8nh3→7n2+12h2o+2659.9kj/mol

以及氧气与氢气的反应

h2+0.5o2→h2o+286kj/mol。

催化剂为现有的成熟催化剂，由相关的催化剂厂家提供，反应温度则根据选择的催化剂而定，通常的高中低温催化剂的反应温度范围在160~380℃。

本发明的积极效果体现在：

（一）、本工艺结合有合成氨装置的硝酸厂，以合成氨的驰放气被喷入高温硝酸尾气管道中，混合均匀后进入脱硝反应器，在催化剂与特定温度作用下利用驰放气中的氢气等则与氧气反应生成水，气氨把尾气中的氮氧化物分解生成对环境无污染的氮气和水蒸汽，最后排到大气，减少了环境污染的发生。

（二）、还原剂采用合成氨罐驰放气，既可以直接使用含氨驰放气，减少驰放气回收处理的难度，也减少了原料氨的使用，此外使用驰放气作还原剂，利用氢气易与氧进行反应的特点，可以在较低温度下活化催化剂，使氨与nox的选择反应更易进行。同时由于氨罐驰放压力高于硝酸尾气压力且很稳定，因此也避免了使用气氨所需的压缩或加压蒸汽过程，整个流程投资省、操作稳定、操作费用低、减排效果好。

附图说明：

图1为本发明中所述硝酸尾气脱硝工艺流程示意图。

图2为本发明中所述混合器的结构示意图。

其中：1-驰放气，2-远传压力表，3-远传温度计，4-过滤器，5-比例调节阀，6-止回阀，7-混合器，8-尾气管道，9-远传压力表，10-远传温度计，11-反应器，12-催化剂上床层，13-催化剂下床层，14-联通管，15-远传压差计，16-排放口，17-取样口，18-在线测量仪，19-催化剂床层温度计，20-驰放气流量计，21-在线尾气nox含量测量装置，n1-尾气进口，n2-尾气出口，n3-驰放气进口，22-喷射段，23-栅格板，24-支撑板，25-规整填料层，26-吊耳，27-系统控制柜，28-主控制器。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本申请中所涉及到的%，如无特殊说明，均表示其体积百分含量，即%vol。

实施例1：

一种硝酸尾气脱硝工艺，针对双加压稀硝酸工艺尾气，在选择中温选择性还原催化剂（市售）的情况下，选择性还原催化剂起始活性温度≥200℃。减排装置的设置位置在尾气预热温度到220℃的尾气管段处即尾气加热器三与尾气加热器四之间，尾气压力0.6mpa，尾气温度230℃，尾气流量65000³/h，设计尾气中nox含量150ppm，合成氨氨罐驰放气压力2.1mpa，驰放气组成为nh3：38%，h2：42%，ch4~8%，n2~12%，总体积百分含量之和为100%。

该工艺具体包括以下步骤：

第一步：利用合成氨罐的驰放气1，经过远传压力表2，远传温度计3测量得到压力1.6mpa（要求不低于0.85mpa）、温度20℃，经过过滤器4、再经过比例调节阀5使得nh3：nox(体积浓度)控制在1.0~1.1比例之间，其中nox含量已经通过在线nox测量仪21测出，系统计算配比量后给出相应的自动调节阀位，通过驰放气流量计20计量后，经过止回阀6，然后进入混合器7。

第二步：原硝酸装置尾气四次预热器至尾气三次预热器的尾气管道8，将其中一段管道改造成混合器7，经远传压力表9，远传温度计10，在线nox测量仪21，分别测量其尾气压力0.75mpa、温度220℃、nox含量后，经过混合器7后尾气与驰放气得到充分的混合，为反应做好了充分的准备。

第三步：进入反应器11后通过反应器催化剂上床层12、催化剂下床层13，通过催化剂下床层13的反应气经过联通管14，与通过催化剂上床层12的反应气汇合后进入反应器7出口，随着反应器催化剂床层温度的提高，在正常生产负荷下催化剂床层温度计19反馈值达到228℃左右反应持续进行可满足消除氮氧化物。反应器7前后压差通过远传压差计15测量并传送至主控室监控，以防压差过大对硝酸系统造成影响。

第四步：尾气经过各换热器后最终到达排放口16，在排放口16上开一个取样口17，通过在线测量仪18精确测量取样口17的nox，符合最新的工业排放标准，最后将分析结果通过信号线传送至主控站。

经减排后，尾气中的nox含量最低可≤25ppm，减排率达83%，减排后的排放值远低于国家的相关排放标准。以装置年运行时间8000小时计，可以减少nox排放约130吨。同时采用驰放气替代气氨每年可节约液氨约70吨，同时减少氨罐驰放气排放量约24万立方米。

实施例2：

一种硝酸尾气脱硝工艺，针对高压稀硝酸工艺尾气，在选择高温选择性还原催化剂的情况下，选择性还原催化剂起始活性温度≥360℃。减排装置的设置位置在尾气加热后进膨胀机之前，通常温度≥380℃的尾气管段，尾气压力0.6mpa，尾气温度380℃，尾气流量45000nm³/h，设计尾气中nox含量250ppm，合成氨氨罐驰放气压力2.1mpa，驰放气组成为nh3：40%，h2：38%，ch4~8%，n2~14%，总体积百分含量之和为100%。

该工艺具体包括以下步骤：

第一步：利用合成氨罐的驰放气1，经过远传压力表2，远传温度计3测量得到压力1.0mpa（要求不低于0.8mpa）、温度30℃，经过过滤器4、再经过比例调节阀5使得nh3：nox(体积浓度)控制在1.0~1.1之间，其中nox含量已经通过在线nox测量仪21测出，系统计算配比量后给出相应的自动调节阀位，通过驰放气流量计20计量后，经过止回阀6，然后进入混合器7。

第二步：原硝酸装置尾气过热器后的尾气管道8，将其中一段管道改造成混合器7，经远传压力表9，远传温度计10，在线nox测量仪21，分别测量其尾气压力0.6mpa、温度380℃、nox含量后，经过混合器7后尾气与驰放气得到充分的混合，为反应做好了充分的准备。

第三步：进入反应器11后通过反应器催化剂上床层12、催化剂下床层13，通过催化剂下床层13的反应气经过联通管14，与通过催化剂上床层12的反应气汇合后进入反应器7出口，随着反应器催化剂床层温度的提高，在正常生产负荷下催化剂床层温度计19反馈值达到390℃左右反应持续进行可满足消除氮氧化物。反应器7前后压差通过远传压差计15测量并传送至主控室监控，以防压差过大对硝酸系统造成影响。

第四步：尾气经过各换热器后最终到达排放口16，在排放口16上开一个取样口17，通过在线测量仪18精确测量取样口17的nox，符合最新的工业排放标准，最后将分析结果通过信号线传送至主控站。

经减排后，尾气中的nox含量最低可≤25ppm，减排率达90%，减排后的排放值远低于国家的相关排放标准。以装置年运行时间8000小时计，可以减少nox排放约184吨。同时采用驰放气替代气氨每年可节约液氨约91吨，同时减少氨罐驰放气排放量约30万立方米。

虽然本发明已经通过具体实施方式对其进行了详细阐述，但是，本专业普通技术人员应该明白，在此基础上所做出的未超出权利要求保护范围的任何形式和细节的变化，均属于本发明所要保护的范围。