一种处理己内酰胺尾气的装置的制作方法

本实用新型属于环保废气处理技术领域，具体涉及一种处理己内酰胺尾气的装置。

背景技术：

SOx、NOx是造成大气污染的重要原因，也是我国当前重点控制的大气污染物，其中的NOx和大气中的VOC可发生一系列反应，造成光化学烟雾事件。SO_X和NO_X也是造成酸雨的重要原因，研究结果显示，氮氧化物排放量的增加使得我国酸雨污染由硫酸型向硫酸和硝酸复合型转变，硝酸根离子在酸雨中所占的比例从上世纪80年代的1/10逐步上升到近年来的1/3。我国每年因酸雨和SO₂污染造成农作物、森林和人体健康等方面的经济损失超过1000亿元。因此，有报道称，虽然我国“十一五”期间削减二氧化硫10%的目标已经实现，但“如果不对氮氧化物的排放进行控制，我国‘十一五’期间削减二氧化硫10%的努力，将因氮氧化物排放的显著上升而全部抵消。”SO₂和NOx污染均不容忽视，与之相关的各行业环境排放标准不断严格。

意大利SNIA甲苯法工艺生产己内酰胺技术共包括甲苯氧化、苯甲酸加氢、亚硝基硫酸制备、烟酸制备、酰胺化、硫铵结晶、甲苯萃取和己内酰胺精制等单元，其中亚硝基硫酸制备装置是SNIA甲苯法工艺主要生产装置之一，采用氨接触氧化生成NO，部分NO氧化成NO₂，用发烟硫酸吸收NO_X制备亚硝基硫酸，尾气用硫酸吸收氮氧化物，排放尾气中含硫酸雾、SOx和NOx，如果直接排放将引起严重的大气污染。该尾气气量不大，但由于NOx浓度较高，且含有相对少量的SOx，相当于一套小型锅炉产生的烟气量，目前尚无有效处理方法。

专利CN103768918A公开了一种己内酰胺装置尾气净化方法和装置，净化装置包括尾气引风机，沿气体流动方向依次设置脱硫设备、尾气预加热器、气-气换热器、加热器和脱硝反应器，各设备之间采用管道连通。所述的己内酰胺装置排放尾气净化方法，首先以氨水为吸收剂脱除尾气中的SOx，生产硫酸铵，最后以选择性催化还原技术脱除废气中的NOx。但是，该法处理后NOx的浓度仍高达155mg/m³。而且，由于己内酰胺尾气中常含有较高浓度的硫酸雾，因此，该发明中引风机极易因腐蚀而损坏。另外，虽然SOx可以硫酸铵形式回收，但由于硫氨生产规模小，很难产生经济效益。CN101934191A采用脱硫脱硝一体塔净化烟气中的NOx和SOx，利用氨法脱硫中间产物实现脱硝，该技术塔结构复杂，脱硝效率不高，不适合于己内酰胺尾气的净化处理。CN101053747A公开了一种先氧化烟气中的NO，再利用氨作为吸收剂进行脱硫脱硝，该工艺需要将90%以上NO氧化为NO₂，需要消耗大量的双氧水、臭氧等氧化剂，该工艺成本较高。文献《己内酰胺生产过程中的NOx尾气治理》，利用浓硫酸吸收亚硝基硫酸生产装置产生的尾气，存在氧化度不足，吸收效率低的问题，虽然提出通过增加氧化空间并采用21.5%的发烟硫酸代替98.5%的浓硫酸，排放量显著降低，但是还不满足排放标准们，需要进一步改进。此外，使用发烟硫酸会产生大量酸雾，造成二次污染。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种处理己内酰胺尾气的装置。该装置具有处理效果好、安全可靠、工艺简单、操作费用低等优点。

本实用新型处理己内酰胺尾气的装置，包括吸附单元、再生单元和吸收单元，所述吸附单元包括引风设备、两个以上的并联吸附设备和净化气排口，其中引风设备用于将己内酰胺尾气输送至吸附设备，吸附设备上部为吸附区，下部为液相区，用于吸收和吸附尾气中酸雾、SOx和NOx；所述再生单元包括臭氧发生器和真空泵，其中真空泵用于将吸附塔吸附饱和的吸附剂解析再生，同时将臭氧发生器产生的臭氧与真空泵解吸产生的解吸气混合后输送至吸收单元；吸收单元包括吸收设备和液相循环设备，其中吸收设备用于NOx和SOx的吸收，液相循环设备用于吸收液的循环吸收。

本实用新型中，所述吸附设备为塔式结构，且可以交替运行，上部吸附区装填有吸附剂，如可以选用活性炭、活性炭纤维、分子筛和硅胶中的一种或几种。所述吸附设备的下部液相区设置有气体分布器，用于将己内酰胺尾气输送至浓硫酸中，利用浓硫酸及设置在液相中的气体分布器，脱除尾气中的硫酸雾和SO₃。气体分布器由若干支管管道构成，各支管入口均连接自主管，支管横截面积之和为主管横截面积的1.0～10倍，优选1.0～3.0倍，支管底部侧壁处开设三角形或矩形溢流槽，用以将尾气以气泡形式进入液相浓硫酸中，溢流槽宽度为支管横截面周长的1/5～1/2。

本实用新型中，在吸附设备的液相区与吸附区之间设置除雾器，如可以是纤维除雾器、丝网除雾器、人字形除雾器或填料式除雾器等，用于将尾气中的酸雾进一步去除。

本实用新型中，在吸附设备与真空泵或真空泵与吸收设备之间设置臭氧发生器，产生的臭氧与吸附区解吸产生的解吸气混合后输送至吸收设备中。

本实用新型中，吸附设备吸附时，操作压力为0.10～400kPaG，优选为50～100kPaG，温度-30～100℃，优选为0～80℃；解吸时，操作压力30～100kPaA，优选为80～100kPaA，温度-30～100℃，优选为10～50℃。

本实用新型中，所述吸收设备为塔式结构，如可以是填料塔、喷淋塔、板式塔或泡罩塔，优选填料塔或板式塔，理论塔板数为1～30，优选5～15。

本实用新型中，在进入吸收设备前的管道上加设扰流设备，如管道混合器等，保证臭氧、解吸气的充分混合。

采用上述装置处理己内酰胺尾气的方法，包括以下步骤：（1）己内酰胺尾气由引风设备输送至吸附设备中，吸附尾气中的酸雾、SOx和NOx；（2）在吸附设备吸附后，净化气直接排放；（3）吸附设备经真空泵解吸产生的高浓度NOx和SOx解吸气与臭氧发生器产生的臭氧混合后，输送至吸收设备；（4）在吸收设备内，NOx和SOx被吸收液循环吸收，气体经除雾后返回尾气进口与尾气混合后进入吸附设备处理。

所述待处理己内酰胺尾气中NOx含量（以NO计）为2500～4000mg/Nm³，SOx的含量为50～150mg/Nm³。所述臭氧的加入量以将废气中SO₂和NO分别氧化为SO₃和NO₂的化学计量比的0.4～1.4倍为控制依据。所述吸收设备中的吸收液使用95%～98.5%的浓硫酸；优选使用硫酸与双氧水的混合溶液，其中硫酸浓度为60%～95%，优选为75%～90%，双氧水加入量以将废气中SO₂和NO分别氧化为SO₃和NO₂的化学计量比的0.4～1.4倍为控制依据。本发明方法中，吸收设备内循环液以浓硫酸浓度100%为控制指标，当循环液浓度达到100%时，需要排出部分吸收液，并补充新鲜吸收液。吸收塔内液气比为2～200L（液体）/m³（气体），优选为30～100L/m³。

与现有己内酰胺尾气治理技术相比，本实用新型具有如下优点：

1、己内酰胺尾气中的硫酸雾、NOx和SOx基本被全部回收，可回用于己内酰胺生产装置用于制备亚硝基硫酸，环境效益和经济效益显著提高。

2、将吸附设备解吸产生的高浓度NOx和SOx解吸气与臭氧发生器产生的臭氧混合后再进行吸收处理，臭氧利用率更高，操作费用更低，处理效果好。

3、吸附设备集己内酰胺尾气除酸雾、脱SO₃与吸附净化于一体，占地和投资均大幅减小。

4、使用浓硫酸与双氧水作为吸收液，处理条件更加平缓，处理效果更好。

附图说明

图1是本实用新型己内酰胺尾气的一种工艺流程图。

图2和图3是本实用新型吸附设备内设置的气体分布器的结构示意图。

其中：1-己内酰胺尾气；2-引风机；3A/3B-并联吸附塔；3-1A/3-1B-液相区；3-2A/3-2B-除雾器；3-3A/3-3B-吸附区；3-4A/3-4B-气体分布器；4-净化气；5-臭氧发生器；6-真空泵；7-吸收塔；8-循环泵；9-双氧水；10-新鲜浓硫酸；11-浓硫酸回用；12-循环气体；13-浓硫酸回用；14A/14B、15A/15B、16A/16B-阀门。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型装置进行详细说明，但不因此限制本发明。

本实用新型处理己内酰胺尾气的装置如图1所示，包括吸附单元、再生单元和吸收单元，所述吸附单元包括引风机2、并联吸附塔3A/3B和净化气4排口，其中引风机2用于将己内酰胺尾气1输送至吸附塔，吸附塔用于吸收和吸附尾气中酸雾、SOx和NOx；所述再生单元包括臭氧发生器5和真空泵6，其中真空泵用于将吸附塔吸附饱和的吸附剂解析再生，同时将臭氧发生器产生的臭氧与解吸产生的解吸气混合后输送至吸收单元；吸收单元包括吸收塔7和循环泵8，其中吸收设备用于NOx和SOx的吸收，液相循环设备用于吸收液的循环吸收。吸收塔的吸收液使用95%～98.5%的浓硫酸10，优选使用双氧水9与浓硫酸10的混合溶液。

本实用新型中，吸附塔3A/3B上部为吸附区，下部为液相区，在塔内底部液相区设有气体分布器3-4A/3-4B。己内酰胺尾气1经引风机2输送至吸附塔3A/3B下部由气体分布器3-4A/3-4B分散到液相区。吸附塔液相区3-1A/3-1B与吸附区3-3A/3-3B之间设置有除雾器3-2A/3-2B。为使己内酰胺尾气能够以气泡形式从吸附塔下部液面溢出，在支管底部侧壁处开设三角形或矩形溢流槽，分别如图2和图3所示。

采用上述装置的己内酰胺尾气的处理方法如下：（1）己内酰胺尾气1由引风机2输送至吸附塔3A/3B中，由气体分布器3-4A/3-4B输送至吸附塔3A/3B底部液相区3-1A/3-1B，吸收酸雾和SO₃；同时在吸附区3-3A/3-3B吸附尾气中的NOx和SOx；（2）在吸附塔吸附后，净化气4直接排放；（3）吸附塔解吸产生的高浓度NOx和SOx解吸气与臭氧发生器5产生的臭氧混合后，输送至吸收塔7；（4）步骤（3）的混合气体进入吸收塔由下向上与循环泵8来的自上而下的循环吸收液逆流接触，脱除气体中绝大部分NOx和SOx，循环气体12返回己内酰胺尾气主管道。正常操作过程中，吸附塔3A/3B分别处于吸附和解吸状态，即吸附塔3A/3B为切换操作：当吸附塔3A吸附饱和后，阀门14A/15A/17A/16B关闭，阀门14B/15B/17B/16A打开。

实施例1

某己内酰胺装置排放尾气的组成见表1。

表1 己内酰胺尾气的组成

采用图1所示的己内酰胺尾气的处理装置。吸附塔液相区为98.3%的浓硫酸，除雾器为纤维除雾器，吸附区的填料为硅胶，填充量为塔体体积的60%。

吸附操作时，吸附塔内操作压力100kPaG，温度50℃；解吸操作时吸附塔内压力 90kPaA，温度30℃。液相区的以浓硫酸浓度100%为控制指标，当浓度达到100%时，排出部分浓硫酸，并补充新鲜浓硫酸。

臭氧的加入量为使废气中SO₂和NO分别氧化为SO₃和NO₂的化学计量比的1.1倍。

吸收塔内吸收液采用95%的浓硫酸，液气比20L（浓硫酸）/m³（废气）。吸收塔内循环液以浓硫酸浓度100%为控制指标，当循环液浓度达到100%时，排出部分吸收液，并补充新鲜吸收液。

处理后，净化气中SOx浓度小于10mg/Nm³（《炼油与石油化学工业大气污染物排放标准》（DB11/447-2007）SOx≤100mg/Nm³），NOx浓度小于30mg/Nm³（《硝酸工业污染物排放标准》（GB26131-2010）NOx≤200mg/Nm³），臭氧未检出。

实施例2

处理与实施例1相同的己内酰胺尾气。采用图1所示的己内酰胺尾气的处理装置，吸附塔液相区为98.3%的浓硫酸，除雾器为丝网除雾器，吸附区的填料活性炭，填充量为塔体体积的50%。

吸附操作时，吸附塔内操作压力80kPaG，温度45℃；解吸操作时吸附塔内压力 95kPaA，温度40℃。液相区的以浓硫酸浓度100%为控制指标，当浓度达到100%时，排出部分浓硫酸，并补充新鲜浓硫酸。

臭氧的加入量为使废气中SO₂和NO分别氧化为SO₃和NO₂的化学计量比的0.8倍。

吸收塔内吸收液采用98%浓硫酸，液气比50L（浓硫酸）/m³（废气）。吸收塔内循环液以浓硫酸浓度100%为控制指标，当循环液浓度达到100%时，排出部分吸收液，并补充新鲜吸收液。

处理后，净化气中SOx浓度小于10mg/Nm³，NOx浓度小于30mg/Nm³，臭氧未检出。

实施例3

处理与实施例1相同的己内酰胺尾气。采用图1所示的己内酰胺尾气的处理装置，吸附塔液相区为98.3%的浓硫酸，除雾器为丝网除雾器，吸附区的填料活性炭纤维，填充量为塔体体积的50%。

吸附操作时，吸附塔内操作压力50kPaG，温度20℃；解吸操作时吸附塔内压力80kPaA，温度20℃。液相区的以浓硫酸浓度100%为控制指标，当浓度达到100%时，排出部分浓硫酸，并补充新鲜浓硫酸。

臭氧的加入量为使废气中SO₂和NO分别氧化为SO₃和NO₂的化学计量比的0.6倍。

吸收塔内吸收液采用80%浓硫酸与双氧水的混合液，双氧水加入量为将废气中SO₂氧化为SO₃的化学计量比的0.5倍。液气比50L（浓硫酸）/m³（废气）。吸收塔内循环液以浓硫酸浓度100%为控制指标，当循环液浓度达到100%时，排出部分吸收液，并补充新鲜吸收液。

处理后，净化气中SOx浓度小于10mg/Nm³，NOx浓度小于10mg/Nm³，臭氧未检出。

比较例1

处理与实施例1相同的己内酰胺尾气。不同之处在于：吸附塔内液相区不设置液相区及气体分布器。己内酰胺尾气中的硫酸雾被吸附在吸附剂上，吸附剂表面被硫酸雾占用，大大降低吸附剂对尾气中NOx和SOx的吸附。另外，由于己内酰胺尾气未经均压而直接高速进入吸附塔，尾气在吸附区横截面上分布不均，吸附剂未得到完全利用。初期吸附塔出口净化气中硫酸雾浓度为0，NOx和SOx浓度均小于10mg/Nm³。由于硫酸雾无法通过真空解析，在运行一段时间后，吸附剂上全部为硫酸雾，失去吸附NOx和SOx的能力，吸附塔进口与净化气中NOx和SOx浓度相同。

比较例2

处理与实施例1相同的己内酰胺尾气。不同之处在于：不采用臭氧发生器，解析气直接进入吸收塔处理。吸附塔吸附区解吸产生的高浓度NOx和SOx由于未经氧化而无法被吸收塔内的吸收液吸收，使得SOx和NOx在吸附塔和吸收塔内，不断进行循环和浓缩，最终结果，净化气中NOx和SOx浓度与吸附塔进口NOx和SOx浓度相同。

比较例3

处理与实施例1相同的己内酰胺尾气。不同之处在于：不设置吸附塔，将臭氧与己内酰胺尾气直接混合进入吸收塔。经处理后，吸收塔出口气相中SOx浓度95～110mg/Nm³，NOx浓度1000～1500mg/Nm³。与臭氧和解吸气混合处理方案相比，臭氧利用率只有30%左右，能耗为前者的3倍以上。