王 琦，呂吉友

（1.杭州新龍化工有限公司，浙江 杭州 310000；2.山東齊陽(yáng)石化工程設(shè)計(jì)有限公司，山東 淄博 255000）

直接生產(chǎn)兩鈉（硝酸鈉和亞硝酸鈉）及既生產(chǎn)稀硝酸又同時(shí)生產(chǎn)兩鈉（硝酸鈉和亞硝酸鈉），一般都會(huì)產(chǎn)生含較高濃度的氮氧化物尾氣，因尾氣溫度低且氮氧化物濃度高一直是治理的難題。近年來(lái)，中低溫脫硝催化劑在治理兩鈉和硝酸裝置尾氣中得到了很好的應(yīng)用，氮氧化物實(shí)現(xiàn)了達(dá)標(biāo)排放（硝酸工業(yè)氮氧化物國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)是300 mg/Nm3，以NO2計(jì)）。隨著國(guó)家環(huán)保對(duì)尾氣排放管理要求越來(lái)越嚴(yán)格，硝酸及兩鈉生產(chǎn)工業(yè)的尾氣排放也將更加嚴(yán)格。實(shí)現(xiàn)超低排放將是硝酸及兩鈉工業(yè)尾氣治理的未來(lái)方向。

大連中科天一催化技術(shù)有限公司開(kāi)發(fā)出以高活性低溫N-209脫硝為核心的催化劑，在杭州新龍化工有限公司7萬(wàn)t/a稀硝酸、2萬(wàn)t/a兩鈉（硝酸鈉和亞硝酸鈉）生產(chǎn)裝置中得到了較好的利用，實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)周期超低濃度排放。

1 工藝流程描述

堿吸收裝置普通尾氣治理流程是將尾氣通入電捕霧器去除堿液霧滴，然后通過(guò)反應(yīng)后的高溫尾氣換熱來(lái)提高溫度，再次通過(guò)電熱或中壓蒸汽換熱使得尾氣溫度達(dá)到170~250℃后進(jìn)入催化劑床層。

杭州新龍化工有限公司在通用的尾氣治理工藝基礎(chǔ)上對(duì)工藝進(jìn)行設(shè)計(jì)改造，生產(chǎn)尾氣先利用脫鹽水噴霧洗滌和絲網(wǎng)過(guò)濾的手段來(lái)代替高耗能電捕霧器，再利用廢熱鍋爐余熱，將30～60℃氮氧化物尾氣預(yù)熱至90～110℃，然后通過(guò)反應(yīng)的高溫尾氣換熱來(lái)提高溫度，回收尾氣中的熱量，最后通過(guò)電加熱使得尾氣溫度達(dá)到120～180℃后進(jìn)入催化劑床層。

新型的N-209脫硝催化劑，完全適應(yīng)傳統(tǒng)的固定床脫硝工藝。氨類(lèi)還原劑在進(jìn)入主氣體管道混合前，先升溫高于主體氣體溫度，一般要求不低于120℃，通過(guò)氨分布器與主氣體混合，混合點(diǎn)與催化劑的距離盡量在4.0～5.0 m范圍外。新型凈化尾氣工藝流程圖見(jiàn)圖1。

圖1 新型凈化尾氣工藝流程圖

以氣氨為還原劑，空速為2 000～5 000 Nm3/h，溫度為120～180℃，入口氮氧化物濃度為2 000～5 000 mg/Nm3的生產(chǎn)尾氣經(jīng)治理后，出口氮氧化物的濃度長(zhǎng)期穩(wěn)定在5～30 mg/Nm3。

2 工業(yè)裝置尾氣凈化運(yùn)行結(jié)果

稀硝酸和兩鈉聯(lián)合生產(chǎn)裝置因吸收壓力低，吸收塔出口的尾氣中的NOx濃度較高，正常運(yùn)行時(shí)其中氮氧化物的濃度為1 500～5 000 mg/Nm3。在最佳反應(yīng)溫度區(qū)間內(nèi)，與氨類(lèi)還原劑反應(yīng)后，尾氣的絕熱溫升在20～30℃。因裝置尾氣凈化系統(tǒng)的換熱效率較高，加之利用氨氧化廢熱鍋爐的能量，正常運(yùn)行時(shí)不需要電加熱或蒸汽加熱等外供熱源。

以杭州新龍化工有限公司的7萬(wàn)t/a稀硝酸、2萬(wàn)t/a兩鈉（硝酸鈉和亞硝酸鈉）生產(chǎn)裝置為例，在開(kāi)車(chē)運(yùn)行前，通過(guò)電熱器先加熱空氣使催化劑床層升溫至120℃左右，初始開(kāi)車(chē)時(shí)，催化劑溫度不低于120℃狀態(tài)下補(bǔ)加氣態(tài)氨，使得出口的氮氧化物濃度低于50 mg/Nm3，隨著尾氣溫度的不斷提高氮氧化物的排放濃度會(huì)越來(lái)越低，自2017年11月尾氣治理裝置開(kāi)車(chē)以來(lái)完全保證了尾氣達(dá)標(biāo)排放，且實(shí)現(xiàn)了超低排放（一般認(rèn)為氮氧化物濃度低于50 mg/Nm3為超低排放）。在線(xiàn)檢測(cè)出口氮氧化物數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 杭州新龍化工有限公司出口尾氣氮氧化物在線(xiàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)

3 催化劑還原反應(yīng)原理

裝置尾氣中含有2%～6%（v/v）的氧氣，在非貴金屬N-209氨還原脫除NOx催化劑表面，NH3催化還原法脫除氮氧化物，工業(yè)裝置中最佳反應(yīng)溫度區(qū)間在120～180℃。其反應(yīng)原理及主要放熱反應(yīng)的反應(yīng)式為：

（注：若用氨水，要求氨水需首先氣化后進(jìn)入主氣體）

4 催化劑技術(shù)性能參數(shù)（見(jiàn)表2）

表2 催化劑技術(shù)性能參數(shù)

5 節(jié)能降耗措施

該公司運(yùn)行尾氣凈化系統(tǒng)中，用噴霧洗滌、絲網(wǎng)除霧替代靜電除沫器，在保證了凈化效果的同時(shí)，預(yù)先將尾氣與廢熱鍋爐交換熱量，大大降低了電加熱器的使用時(shí)間，每年有8個(gè)月時(shí)間只是在開(kāi)車(chē)過(guò)程中使用電加熱器預(yù)熱，其余4個(gè)月電加熱器的用電量為普通工藝用電量的1/10，優(yōu)化了系統(tǒng)運(yùn)行，大大降低了生產(chǎn)成本。新工藝節(jié)能降耗指標(biāo)見(jiàn)表3。

表3 新工藝節(jié)能降耗指標(biāo)

7 結(jié)語(yǔ)

（1）大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)中，通過(guò)裝置生產(chǎn)工藝的改進(jìn)，以氣氨或氣化氨水為還原劑，空速為2 000~5 000 Nm3/h，溫度為120~180℃，入口氮氧化物濃度為2 000~5 000 mg/Nm3的生產(chǎn)尾氣經(jīng)治理后，出口氮氧化物的濃度長(zhǎng)期穩(wěn)定在5~30 mg/Nm3；

（2）在保證了凈化效果的同時(shí)，預(yù)先將尾氣與廢熱鍋爐交換熱量，大大降低了電加熱器的使用時(shí)間，優(yōu)化了系統(tǒng)運(yùn)行，降低了生產(chǎn)成本；

（3）催化劑活性穩(wěn)定、強(qiáng)度高，能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，催化劑裝填簡(jiǎn)便，催化劑再生過(guò)程簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)性好。