氮氧化物废气处理工艺设计方案.docx

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氮氧化物废气处理工艺设计方案

浙江嘉化能源化工股份有限公司4000吨/年BA技改项目

氮氧化物废气处理工艺方案

一、工艺技术及介绍

1.1工艺技术介绍

CN型氮氧化物废气处理反应器是南京市环境保护科学研究院的专利技术，常熟市胜诺环保设备有限公司获独家授权制造并且在全国范围内市场推广的专利产品。

专利号ZL02263020.1。

该技术是基于南京市环境保护科学研究院《炽热碳还原处理氮氧化物废气的工艺研究》，原理是利用以NO、NO2为代表的气相氮氧化物在高温条件下都可以被碳还原成氮气，达到从废气中去除氮氧化物的目的。

该技术的特点是对废气中氮氧化物浓度变化范围适应性宽，并且呈现出废气中氮氧化物浓度越高处理效率越高的特点。

与传统的氮氧化物废气选择性催化法、氨-碱溶液两级吸收法、碱-亚硫酸铵吸收法、硝酸氧化-碱吸收法、尿素还原法和丝光沸石吸附法等处理工艺比较，CN型氮氧化物废气处理反应器具有运行稳定、运行费用低、没有二次污染物产生、操作简单、投资小和保证达标排放等优势，在大多数情况下只需一台废气处理反应炉就可以全部解决问题，无需任何的能力装置，自身的热气体拨风系统可以将废气自动引入处理装置，省却了废气引风系统，降低了设备投资。

在工厂需要时还可以副产热水回收热能。

CN型氮氧化物废气处理反应器，它具有的设备单一、工艺简单和易操作性使得它几乎是可以无故障、长周期的运行；先进、独到的技术使得氮氧化物废气的处理变得简单；卓越的性能确保用户氮氧化物废气能够达标排放；低成本运行使得氮氧化物废气的处理不再是企业的负担。

氮氧化物废气处理反应器在催化剂制造、金属溶解、贵金属冶炼、硝化反应、金属表面处理、多晶硅表面清洗等硝酸使用行业已经有很好的应用,并得到了用户的广泛赞誉。

本反应器采用氮氧化物废气处理专利技术（专利号ZL02263020.1）进行处理。

原理为：

2NO+C=CO2+N2

2NO2+2C=2CO2+N2

该化学反应是一个可以自发进行的放热反应。

在常温下该化学反应不能自发进行是因为反应活化能的势垒阻隔。

提高反应温度到600-800℃可以克服反应活化能的势垒阻隔，在此条件下反应对NO和NO2没有选择性，都能反应，并且反应迅速进行，该反应的反应热本身可以维持反应体系的温度。

所以简而言之，该反应器就是让NO和NO2废气通过燃烧的焦炭层，让焦碳和NO、NO2在高温下发生还原反应，把废NO、NO2气还原成氮气。

因为氧气会消耗焦炭，所以整个系统要严格控制氧的进入。

本专利技术可以做到排气筒目测无黄烟，可以保证排放废气中氮氧化物浓度在240mg/m3以下。

本工艺装置在常熟市开拓催化剂公司（硝酸溶金属和转炉分解硝酸盐）、德国南方公司（硝酸镍分解）、山东玉皇集团公司（硝酸溶铁）、山东万达集团公司（硝酸溶铁）、川化集团公司（硝酸溶铜溶锌）、西南化工研究院泸州工厂（硝酸溶铜）、兰州全川集团公司（硝酸溶银）、中船重工集团武汉721研究所（军工企业、硝酸溶银）、江苏华达化工集团（硝化反应）、山东青州千里木催化剂有限公司（催化剂分解）、江西龙钇集团（草酸生产）等企业得到了广泛的应用，受到用户的高度赞誉。

南京市环境保护科学研究院与常熟市胜诺环保设备有限公司能根据用户的工艺、设备和生产特点为用户进行设计、工艺改造、设备制造、指导安装、技术指导和操作培训等一体化服务，用户还可到常熟市胜诺环保设备有限公司实地考察“氮氧化物废气处理反应器”的应用现场。

1.2设备介绍

1.2.1主体设备就好比一个焚烧炉,上部是个燃烧室,燃烧室四周是耐火保温材料，燃烧室有个加焦炭的口，燃烧室低部是炉排，炉排下面是炉渣室，炉渣室正面有一个出渣口,侧面有一个废气进入口。

1.2.2初始运行前先用引火材料在燃烧室内把焦炭引燃，引燃时把出渣口的门打开以供给燃烧室氧气，待燃烧室燃烧正常后，温度达到规定值后，便把出渣口门关上并通入需处理的氮氧化物废气。

氮氧化物废气由下而上通过燃烧的焦炭层，氮氧化物和焦炭发生还原反应:

2NO+C=CO2+N22NO2+2C=2CO2+N2

1.2.3此还原反应也是放热反应，放出的热量足够保证燃烧室的温度，其实就是由NO和NO2来给焦炭供氧。

如果NO、NO2的量少或浓度低，就把出渣口的门打开一点以补充一点氧气。

1.2.4本设备和工艺都非常简单易操作，不需要精密的控制系统，温度的范围也比较宽，正常运行时温度很稳定，只要待温度下降到一定程度或焦炭层下降到一定程度时，打开燃烧室的加炭口往里面补充一点焦炭就行了，一般是每1-2小时加一次焦炭。

1.2.5此还原反应的反应速度非常快，反应效率也非常高，对于高浓度的氮氧化物废气处理效果相当的好，处理率能达到99.5%以上。

二、工程案例

2.1工程介绍

常熟市开拓催化剂有限公司采用45%硝酸溶解铜、锌，产生NO废气。

一次性投料铜1000kg、锌1000kg。

反应温度80℃∽90℃。

要求氮氧化物含量小于240mg/m3。

采用高效、低能耗技术以降低运行费用。

2.2项目分析

2.2.1关于废气排放量

化铜反应方程式：

3Cu+8HNO3=3Cu（NO3）2+2NO+4H2O

计算溶解1000kg铜放出NO量

1000×22.4×2÷63.5÷3=235m3

235×30÷22.4=314kg

化锌反应方程式：

3Zn+8HNO3=3Zn（NO3）2+2NO+4H2O

计算溶解1000kg锌放出NO量

1000×22.4×2÷65.5÷3=228m3

228×30÷22.4=305kg

共计产生NO为619kg，每天运行时间为20小时，平均每小时为30.95kg。

2.2.2NO废气水汽分析

化金属桶在90℃左右工作。

考虑废气管道的散热，以废气温度80℃计算废气组成。

设：

对化金属桶密封，则外界空气不能进入废气传输系统。

理论上讲，废气组成只有

（1）反应产生的NOx废气。

（2）水蒸汽。

在常压条件下，水在80℃时饱和蒸气压为0.4672ate。

也就是说废气含有46.7%的水汽。

如果焚烧炉拔风效果好，使废气传输系统处于负压状态，废气含水率还有可能上升。

这部分水汽冷凝后成为稀硝酸。

一是生产原材料损失，二是对焚烧炉造成腐蚀,三是增加炭的消耗。

所以必须在废气进入焚烧炉之前将其冷凝，回收利用。

原则上，废气冷凝温度低于焚烧炉进气段温度时水汽不会再冷凝。

2.3废气治理工程方案

2.3.1本工程采用南京环科院的氮氧化物废气处理专利技术（专利号ZL02263020.1）进行处理。

原理为：

2NO+C=CO2+N2

2NO2+2C=2CO2+N2

该化学反应是一个可以自发进行的放热反应。

在常温下该化学反应不能自发进行是因为反应活化能的势垒阻隔。

提高反应温度到600-800℃可以克服反应活化能的势垒阻隔，使该反应迅速进行。

该反应的反应热本身可以维持反应体系的温度，所以控制氧进入反应体系是节约装置操作费用的关键。

该装置可以保证排放废气中氮氧化物浓度在240mg/m3以下。

2.3.2设计最大处理规模：

本工程提供热管冷凝器壹台，CN-1-1600型氮氧化物废气处理反应器壹台，其整体材质均为耐酸不锈钢。

处理能力为70kg/h氮氧化物。

2.3.3处理工艺：

南京市环境保护科学研究院专利技术《氮氧化物废气处理反应器》（专利号ZL02263020.1）。

原理是利用化学反应

C+2NO——N2+CO2在高温条件下可以很快进行。

2.4.运行状况:

2014年8月和2014年11月本工程经江苏国测检测技术有限公司（该公司是国家认可的有资质的检测机构）二次在线取样后检测，检测结果完全达到国家规定的排放要求（附二份检测报告）

2014年8月26日的检测数据为氮氧化物排放速率为0.035kg∕h，计算处理效率为（30.95-0.035）÷44.2＝99.89%

2014年12月1日的检测数据为氮氧化物排放速率为0.036kg∕h，计算处理效率为（30.95-0.036）÷44.2＝99.88%

三、说明

3.1本工艺技术的原理是:

2NO+C=CO2+N2

2NO2+2C=2CO2+N2

在高温条件下,焦炭还原NO的速率是相当快的,去除效率也是非常高的。

3.2江苏国测检测技术有限公司检测常熟市开拓催化剂有限公司的检测数据:

氮氧化物排放速率为0.035kg∕h和氮氧化物排放速率为0.036kg∕h，氮氧化物（NOx）包括一氧化氮（NO）及二氧化氮（NO2）等。

（附:

江苏国测检测技术有限公司采用的检测标准）

四、投资及运行费用

4.1嘉化能源公司的废气量

嘉化能源公司产生的氮氧化物废气量为每小时130kg，主要是NO。

4.2处理设备

4.2.1设备示意图

4.2.2设备平面布置示意图

4.2.3设备按装示意图

4.3设备投资

4.3.1根据嘉化能源公司的氮氧化物废气产生量，本处理方案拟采用二台CN-1-1800型氮氧化物废气处理反应器，每台的设计处理量为110kg∕h。

4.3.2氮氧化物废气处理反应器二台（CN-1-1800,材质为304和2520不锈钢）150万元

4.4运行费用

4.4.1由下面的反应方程式:

2NO+C=CO2+N2

计算130kg的NO消耗C为26kg,也就是说就焦炭还原氮氧化物而言每小时需要消耗的焦炭不到30kg。

4.4.2由以上计算可知理论上要处理贵公司的这些废气每小时仅需消耗不到30kg的焦炭，再加上少量的水汽和补充少量的空气所需要消耗一点焦炭,总消耗平均每小时应该在50kg左右，目前市场上的焦炭大概每吨1000多元。

五、附件

5.1江苏国测检测技术有限公司检测报告:

5.2氮氧化氮的检测标准:

5.3科学技术成果鉴定证书: