浓硝酸尾气处理方法探讨

・　７６　・　化工设计通讯　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｄｅｓｉｇｎ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ　第３７卷第６期　２０１１年１２月　

浓硝酸尾气处理方法探讨　

唐文骞　

［中海油山东化学工程有限责任公司（山东省化工规划设计院），山东济南　２５００１３］　

摘　要：综合比较了国内浓硝塔尾气的儿种处理方法，如碱吸收法，压缩机法和低温吸收法等，旨在　探寻一个切合工业生产实际，又有经济和环保效益的处理方法。　关键词：塔尾气；泄漏量；平衡常数　中图分类号：Ｘ７８１．３　文献标志码：Ａ　文章编号：１００３　６４９０（２０１１）０６—００７６—０４　

Ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ　ｆｏｒ　Ｅｘｈａｕｓｔ　Ｇａｓ　ｆｒｏｍ　ＣＯｎｃｅｎｔｒａｔｅｄ　Ｎｉｔｒｉｃ　Ａｃｉｄ　Ｔｏｗｅｒ　

ＴＡＮＧ　Ｗｅｎ—ｑｉａｎ　（ＣＮＯＯＣ　Ｓｈａｎｄｏｎｇ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｊｉｎａｎ　Ｓｈａｎｄｏｎｇ　２５００１３，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｏｍｐａｒｅ　ｗｉｔｈ　ｓｅｖｅｒａｌ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ　ｆｏｒ　ｅｘｈａｕｓｔ　ｇａｓ　ｆｒｏｍ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｄ　ｎｉｔｒｉｃ　ａｃｉｄ　ｔｏｗｅｒ　

ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｌｙ，ｓｕｃｈ　ａｓ　ａｌｋａｌｉ　ａｂｓｏｒｂｔｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｓｓ，ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ａｎｄ　ｌｏｗ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ａｂｓｏｒｂｔｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｅｔｃ．Ａ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｈａｖｉｎｇ　ｅｃｏｎｏｍｉｃａｌ　ａｎｄ　ｅｎｖｉｒｏｍｅｎｔ　ｂｅｎｅｆｉｔｓ　ｓｕｉｔａｂｌｅ　ｆｏｒ　ｐｒａｃｔｉｃａｌ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ，　

ｉＳ　ｔＯ　ｂｅ　ｆｏｕｎｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｅｘｈａｕｓｔ　ｇａｓ；ｌｅａｋａｇｅ；ｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍ　ｃｏｎｓｔａｎｔ　

１　问题的提出　

我国浓硝酸生产能力约３　Ｍｔ／ａ。生产方法　

有硝酸镁法、硫酸法和直硝法。硝酸镁法和硫酸　法统称为间硝法，问硝法占浓硝酸总生产能力的　９０　以上。间硝法生产有二个主要过程。第一　

步，浓硝酸镁或浓硫酸与稀硝酸混合，在浓缩塔　内进行精馏，产生成品浓硝酸和稀硝酸镁或稀硫　酸。第二步，稀硫酸直接供生产化肥用，稀硝酸　

镁经蒸发浓缩变成浓硝酸镁，返回浓缩塔循环使　用。上述二个过程均在真空条件下进行，有尾气　

产生，浓缩塔的尾气称之为塔尾气，稀硝酸镁浓　缩产生的尾气称为镁尾气，与镁尾气相应的稀硝　酸浓度，原来为２　～２．５　Ｖ０，现改进工艺后，　

采用酸水回收塔，其酸浓度降至０．５　以下，可　以达到烟无色排放。与塔尾气相应的酸浓度在　

２０　～３２　，其中含有较高浓度的ＮＯ　，原来　的处理方法是送去稀硝酸排气筒与稀硝酸尾气一　同排放，在实施旧国标《ＧＢ１６２９７—１９９６》期间，　

尚能勉强通过，但从２０１１年３月１日起旧标准　作废，改用新的国标　《ＧＢ２６１３１—２０１０》，　

新的排放标准要求ＮＯ　（折ＮＯ。）为３００　ｍｇ／ｍ。，　而现在一般企业浓硝酸的塔尾气含有的Ｎ（）　浓　度折算成ＮＯ　为１　７６２　ｍｇ／ｍ。。对于浓硝酸塔尾　气中ＮＯ　的处理，还要视浓硝与稀硝的产能比　例来定，以审视塔尾气送至稀硝酸排气筒一起排　放的可能性，如果不达标准，则塔尾气需要单独　处理。　

２　塔尾气量的理论推算和工程数据的确定　

２．１　塔尾系统泄漏空气量的计算　以夺１　０００１Ｔｔｒｎ塔，塔内真空６００￣１　０００ｍｍＨ２Ｏ　

柱为例（１　ｍｍ水柱一９．８　Ｐａ）。　（１）设备和管道泄气量　

体积计算　浓缩塔Ｖ　＝１１．７１　ｍ。‘　

收稿日期：２０１１—１Ｏ一１３　作者简介：唐文骞（１９３８－－），男，福建漳州人，山东省化工规划设计院高Ｘｔ程师、副总　Ｉ：程师・曾获山东省　

原化学工业部优秀工程设计一、二、三等奖，享受国务院政府特殊津贴。

　第６期　唐文骞：浓硝酸尾气处理方法探讨　

漂白塔Ｖ。一２．８５　ｍ。　

气液分离器Ｖ。一０．０７６　ｍ。　

分配酸封Ｖ　一０．０７６　ｒｎ。　

漂白酸封Ｖ５一一０．０７６　ｍ。　

浓硝冷凝器Ｖ。一４．３２　ｍ。　

曼　、　

蛊　０．５７　

Ｏ．８５　１．１３　１．４０　１．７０　２．２６　２．８３　

５．７　

８．５　１１３　１４．０　１７．０　２２．６　２８．３　

５７　

８５　ｌｌ３　ｌ４０　ｌ７０　２２６　２８３　塔尾循环槽　一５９．３　ｍ。　全容积Ｖ—　＋Ｖ。＋Ｖ。＋　＋　ｓ＋　ｅ＋　

一７８．４１　ｍ。　

考虑管道的体积　一７８．４１×１．１—８６．２５ｍ。　查图１泄漏量１３．６　ｋｇ／ｈ　

漏人空气的最大量／ｋｇ／ｈ　

、　、　’　’　＼　＼　、　’　’　、　，、　、　、　’　～　’　、　’　、　１　、　、　’　、　、　、　、　、　、　＼　～　１　１　、　１　’　、　’　、　’　１　＼　、　＼　＼　１　Ｌ　１　、　＼　‘、　、　＼　‘、．　’．　＼　、　、　～　、　、　、　、　～　＼　、　、　～　～　’　’　、　＼　、　、　Ｌ　、　、　Ｌ　１　’　’　、　、　、　’　、　＼　、　、　、．　、　／　一　、　△ｌ　

、　、　＼　＼　’　、『　’　、　、　～　、　’　～　＼　’　ｉ　、　、　１　＼　

～　、　～　ｌ　ｌ　、　’　、　＼　、　、　Ｌ　、　Ｉ　Ｉ　＼　＼　＼　Ｉ　ｌ　ｌ　ｌ、　、　

图１　整个密闭系统漏入空气的最大量　

（２）其他漏气量（查表１）　表１　逸入真空系统设备的空气泄漏量估算　

管件类型　２时以下的螺纹连接　２时以上的螺纹连接　６时以下的法兰连接　６时到２４时包括人孔在内的法兰连接　２４时到６昵的法兰连接　６Ⅱ尺以上的法兰连接　阀杆直径在１／２时以下的有填料的阀　阀杆直径在ｌ／２时以上的有填料的阀　具有润滑的旋塞　排泄旋塞　玻璃视镜　玻璃液面计（包括液面旋塞）　搅拌器轴、泵等的液封填料函（以每时　轴直径计算）　普通填料函（以每时直径计算）　安全阀及破坏真空装置（以每时的公称　尺寸计算）　０．１　０．２　０．５　０．８　１．１　２．０　０．５　１．０　Ｏ．１　０．２　１．Ｏ　２．０　０．３　１．５　

１．（）　硝酸冷凝冷却器法兰１４４个，每个０．５磅／ｈ　

（１磅一０．４５３　６　ｋｇ），共７２磅／ｈ。　其他阀门管件及液液连接法兰约３０个，每　

个０．２磅／ｈ，共６磅／ｈ。　浓缩塔、漂白塔连接法兰１６个，每个１．１　磅／ｈ，１７．６磅／ｈ。　

７２＋６＋１７．６—９５．６磅／ｈ＝４３．４　ｋｇ／ｈ　

（３）总的泄漏气量　

一１３．６＋４３．４—５７　ｋｇ／ｈ　空气的密度１．２９ｋｇ／ｍ。，则为４４．２ｍ。／ｈ。　

２．２塔尾气ＮＯ　的确定　

由于近１０年来，浓缩酸工艺的不断改进和　

酸水回收工艺的不断完善，稀硝酸加工成浓硝　

酸，吨浓硝酸的损失降至５　ｋｇ，其分配如下。　（１）稀硝酸浓度按６Ｏ　计，生产１

　ｔ浓硝酸　・　７８　・　化工设计通讯　第３７卷　

需要放出６７０　ｋｇ的酸水，酸水浓度为０．５　，则　

带出的酸量０．３３５　ｋｇ。　（２）塔尾气用水喷射泵吸收，每吨浓硝酸回　收硝酸量为３．８　ｋｇ。　

（３）泄漏及检修时浓硝酸的损失为０．２　ｋｇ／ｔ，　

则塔尾气所带走的酸量为：　５—３．８—０．３３５—０．２—０．６６５　ｋｇ／ｔ　

折成ＮＯ２为０．４，８６　ｋｇ／ｔ，即为０．２３７　ｍ。／ｔ。　

２．３塔尾气量的确定　

系统泄漏气量为４４．２　Ｉｎ。／ｈ，塔尾循环槽与　

大气的连通管ＤＮ１００，吸入气量为２３２　ｍ。／ｈ，　

总的气量为２７６．２　ｍ。／ｈ。　

塔尾气ＮＯ　的浓度ｏ．２３７／２７６．２—０．０ｏｏ　８５８　

即为８５８×ｌＯ　。　

０￣１ｏｏｏ　ｍｍ的浓缩塔，稀硝酸的浓度６０　

时，产量为２．５　ｔ／ｈ。　

排出Ｎ（）　量折成ＮＯ。为０．５９２ｍ。／ｈ，塔尾　

气折成ＮＯ：的浓度为２　１４３．６×１０　。　

３尾气处理方法的探讨　

塔尾气的主要成分与硝酸尾气相同，都是　

ＮＯ　，但塔尾气因受压力限制，不能采用氨催化还　

原法处理。当下塔尾气的处理方法有以下几种：　

将尾气引至高处排放；用空气稀释后就地排放ｌ送　

至硝酸排气筒与硝酸尾气一起排放。其中前两种　

方法肯定不能达新国标要求，而第三种方法由于　

塔尾气的并入，势必需要加大对硝酸尾气（氨催化　还原）的处理力度，从而导致处理成本上升。　

目前行业内正在探讨几种新的方法，如碱吸　

收法；压缩机法和低温吸收法。现将这些方法分　

别作一个简单介绍。　

３．１碱吸收法　碱吸收法有两种工艺，一种是塔式吸收，一　

种是碱水喷射器吸收。塔式吸收比碱水喷射器的　

吸收效果要好，本文主要介绍塔式吸收工艺【　。　

塔式吸收工艺是塔尾气体经二个碱吸收塔，碱液　

在二个塔内循环，塔内碱吸收度为７０　～８０　，　

产生的中和液，亚硝酸钠仅占１０　以下，送至　

企业内原有硝盐装置内的转化器进行转化，生产　

硝酸钠，吸收后的尾气进水环式真空泵抽负压，　

真空泵出口气体送至硝酸尾气排气筒与稀硝酸尾　

气一同排放，工艺示意见图２。　图２塔尾气碱吸收工艺不图　】Ⅲ第一碱吸收塔；２第二碱吸收塔；３真空机组；　４一第一碱循环泵；５一第二碱循环泵　

３．２压缩机法　当浓硝酸生产规模较大，排出的塔尾气数量　

较多，ＮＯ　浓度较高时，有的企业采甩将塔尾　气收集起来送进压缩机的方法处理　，压缩机出　口压力为０。４５　ＭＰａ（绝），送至双加压法硝酸低　压反应水冷却器入口的后面，由稀硝酸装置处　

理。此法较完善地解决了塔尾气中ＮＯ　的处理　问题，但也存在着ＮＯ　压缩机造价昂贵问题，　又因塔尾气带水，影响压缩机的运行及机体内部　

容易损坏等，运行情况不是太理想。　３．３低温吸收法　

３．３．１　理论依据　用稀硝酸吸收硝酸尾气中低浓度的氧化氮气　体或浓硝酸生产中塔尾气中的氧化氮气体，这是　

一项有待开发的新工艺。新工艺的主导思想是当　吸收温度低于２５　Ｃ时，硝酸吸收反应会终止于　

亚硝酸上，然后将温度低于２５℃含有亚硝酸的　

硝酸溶液返回到温度高于２５　Ｃ的硝酸吸收塔内　相应的部位，利用亚硝酸的热不稳定性，在酸吸　

收塔内转化为硝酸。　酸吸收过程存在两个独立的化学反应　

２ＮＯ２＋Ｈ　Ｏ—ＨＮ（）　＋ＨＮＯ　（１）　２ＮＯ＋ＨＮ　。＋Ｈ２Ｏ一３ＨＮＯ２　（２）　由反应（１）和（２）可见，尾气中被吸收的氮氧　

化物（ＮＯ＋ＮＯ　）１００　转化为亚硝酸。　３．３．２吸收剂浓度的确定　要使尾气中ＮＯ参与吸收反应，吸收剂硝酸　的浓度是关键因素。浓度过高的硝酸会阻碍反应　

（１）向右进行，甚至会使反应（１）完全停止或逆向　进行，影响对ＮＯ　的吸收，所以在硝酸尾气吸　

收反应中吸收剂硝酸浓度的选择并不是任意的，　

要受到化学平衡的约束。　根据Ｄ．Ｗ．ＢｏＬｍｅ等的研究，硝酸浓度的　

范围是２５　～３０％　（质量），Ｇ．Ｃａｒｔａ等　指出　硝酸浓度的上限可达３５

　（质量），实际上采用