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辛冰¹ ,王樹亮² ,郭廷紅² ,任哲崢²   

（蘭州金川新材料科技股份有限公司，蘭州730101）

摘要：在碳還原爐中，采用熾熱碳還原硝酸溶解銀過程中產(chǎn)生的NOx，實(shí)現(xiàn)廢氣達(dá)標(biāo)排放，工藝簡(jiǎn)單，占地面積小，投資省，綜合運(yùn)行成本低，NOx去除率達(dá)到99%以上。

關(guān)鍵詞：碳還原 ； 氮氧化物處理 ； 廢氣

中圖分類號(hào)：X511             文獻(xiàn)標(biāo)志碼: B

Carbon reduction treatment NOx control technology in the production of silver nitrate Application of the exhaust gas

Xin Bing¹,Wang Shuliang²,Guo Tinghong²,Ren Zhezheng²

(Lanzhou Jinchuan New Material Technology Co., Ltd. Lan Zhou 730101)

Abstract   In carbon reduction furnace, the hot carbon reduction of NOx in the process of dissolving silver nitrate, realize the dust emission standard, process simple, cover an area of an area small, investment, low running cost, NOx removal rate reached more than 99%.

Keyword  Carbon reduction ; Nitrogen oxide processing ; Gas

 引言

隨著我國(guó)節(jié)能減排和環(huán)境保護(hù)力度的不斷加大，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展不能以犧牲環(huán)境為代價(jià)，已越來(lái)越成為人們的共識(shí)。因此，治理廢氣污染，保護(hù)大氣環(huán)境問題受到了廣泛關(guān)注。然而，在眾多廢氣治理中NOx難度****，且目前已成為超過二氧化硫的主要大氣污染物^[1]。雖然工業(yè)NOx廢氣的治理技術(shù)也不少，但在綜合考慮治理效果、性價(jià)比、運(yùn)行成本、是否有二次污染（污染物轉(zhuǎn)移，氣體轉(zhuǎn)液體或固體，需對(duì)二次污染物進(jìn)行再處理）后，一些企業(yè)面臨兩難抉擇，可以毫不諱言地說(shuō)，個(gè)別企業(yè)的NOx凈化裝置只是為了應(yīng)付環(huán)保部門的檢查，亦或是投資較大，亦或是處理成本的增加超過企業(yè)承受能力境況下的無(wú)奈之舉。各企業(yè)的工況條件不一，NOx的排放濃度、排放速率、有組織還是無(wú)組織排放也不盡相同，所以，依據(jù)企業(yè)NOx的排放特點(diǎn)，選擇合適的治理工藝技術(shù)尤為重要，本文介紹了一種性價(jià)比較高的碳還原爐處理NOx技術(shù)。

 

作者簡(jiǎn)介：辛冰(1966-)，男，高級(jí)工程師，主要從事工藝設(shè)計(jì)、貴金屬材料研發(fā)和項(xiàng)目管理工作

Tel：0931－5246097，Email:jckjy@163.com

1. 工藝NOx治理目標(biāo)

蘭州金川科技園500t/a硝酸銀生產(chǎn)線，位于蘭州榆中和平經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)，該開發(fā)區(qū)屬于蘭州市二類地區(qū)中的B區(qū)。尾氣排放需滿足《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB16297-1996）中的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)標(biāo)規(guī)定硝酸使用單位新污染源（二類地區(qū)）最高排放值小于等于240mg/m3，二類地區(qū)對(duì)應(yīng)二級(jí)排放速率：煙筒高度為15、20、30米時(shí)排放速率分別為：0.77kg/h 、 1.3kg/h、4.4kg/h；新修訂的NOx排放標(biāo)準(zhǔn)中，有意向定為200mg/m3。所以，本裝置最終目標(biāo)要求為：NOx濃度排放值≤200mg/m3.（煙筒出口，以二氧化氮計(jì)）[2]。

2. 工藝NOx排放特點(diǎn)及治理工藝選擇

2.1. 工藝NOx排放特點(diǎn)

在硝酸銀生產(chǎn)中，首先是將粗銀粉、銀錠或水碎銀粒用硝酸溶解生成硝酸銀溶液，在此過程中將會(huì)有大量的NO、NO2、N2O、N2O3、N2O4、N2O5等有毒有害氣體產(chǎn)生^[3]，NO、N2O4、NO2居多，其中NO的占比達(dá)到80%以上，NOx濃度高、間歇性無(wú)組織排放，這是由于單釜周期性非連續(xù)生產(chǎn)所致，本生產(chǎn)線產(chǎn)能規(guī)模為500t/a硝酸銀。

2.2.NOx治理工藝選擇

項(xiàng)目組人員先后考察了國(guó)內(nèi)企業(yè)在用的堿液吸收工藝、酸性尿素吸收工藝、純氧氧化加水吸收工藝以及碳還原爐工藝技術(shù)^[4]。結(jié)合本企業(yè)NOx排放特點(diǎn)，在充分論證后決定采用碳還原處理NOx工藝。

氮氧化物處理裝置工藝對(duì)比表

 

序號(hào)	處理工藝	工藝優(yōu)點(diǎn)	工藝不足	尾氣排放， mg/m3	投資，萬(wàn)元
1	酸性尿素還原工藝，四級(jí)串聯(lián)	1）耐腐蝕，裝置為pp材質(zhì) 2）原料易購(gòu)、 3）無(wú)廢水廢渣產(chǎn)生	1）裝置價(jià)格較高，一次性投入大。 2）北方地區(qū)冬季需注意防凍保溫（pp材質(zhì)不耐寒）。 3）成本相對(duì)偏高，年運(yùn)行費(fèi)用約 15萬(wàn)元	≤200	250
2	堿液噴淋吸收塔工藝，三級(jí)串聯(lián)	1）耐腐蝕，玻璃鋼材質(zhì) 2）原料易購(gòu)成本低，年運(yùn)行費(fèi)用約10萬(wàn)元	1）   裝置占地面積大 2）產(chǎn)生廢水廢渣，需二次處理 3）操作彈性小 4）對(duì)于高濃度NOx的治理需補(bǔ)充空氣加以稀釋	≤240	120
3	尿素+堿液三級(jí)串聯(lián)噴淋吸收	1）耐腐蝕，玻璃鋼材質(zhì) 2）原料易購(gòu)，成本低，年運(yùn)行費(fèi)用約12萬(wàn)元	1）   裝置占地面積大 2）產(chǎn)生廢水廢渣，需二次處理 3）操作彈性小 4）對(duì)于高濃度NOx的治理需補(bǔ)充空氣加以稀釋	≤240	130
4	純氧氧化，純水+堿液噴淋吸收	原料易購(gòu)成本低，年運(yùn)行費(fèi)用約10萬(wàn)元	1）   裝置占地面積大 2）產(chǎn)生廢水廢渣，需二次處理 3）操作彈性小	≤240
5	熾熱碳還原	1）工藝簡(jiǎn)單，占地面積小， 2）無(wú)動(dòng)力消耗 3）裝置操作彈性大，操作簡(jiǎn)單 4）無(wú)二次污染物產(chǎn)生。 5）原料易購(gòu)成本低，年運(yùn)行費(fèi)用約10萬(wàn)元	裝置適用范圍較窄，對(duì)于低濃度、大氣量NOx廢氣處理而言，運(yùn)行成本增加較大	≤200	95

注：成本計(jì)算是針對(duì)本企業(yè)硝酸銀生產(chǎn)線產(chǎn)能規(guī)模條件，未考慮人工、水電消耗及二次處理費(fèi)用

2.3.碳還原爐處理NOx工藝流程介紹

              ↑冷凝酸水回溶解反應(yīng)釜

NOx→熱管冷凝器去除酸霧→干燥NOx進(jìn)入碳還原爐底部腔室→在煙筒熱風(fēng)拔力作用下，NOx穿過熾熱碳層被還原成N2和CO2后排空。

熾熱碳還原NOx反應(yīng)原理：2NO+C=N2+CO2，2NO2+2C=N2+2CO2

2.4.碳還原爐設(shè)計(jì)介紹

依據(jù)每批次硝酸銀生產(chǎn)中銀粉的投入量、加酸速度和加酸量，可計(jì)算出NOx（以NO2計(jì)）的理論產(chǎn)出量，倒出工況條件下NO2的濃度和排放速率，為爐子設(shè)計(jì)提供參考。如圖：設(shè)備主體材質(zhì)為304不銹鋼，內(nèi)襯耐火磚，煙筒及冷卻水夾套材質(zhì)為304不銹鋼，煙筒直徑DN300mm，夾套直徑DN400mm，夾套高度1600mm，爐子直徑DN1600mm，高度3200mm，碳還原層篦子有效直徑1000mm，篦子高度800mm，NOx入口直徑DN 200mm，入口高度500mm.

 

2.5.碳還原爐主要工藝技術(shù)參數(shù)

     碳還原爐入口NOx最高濃度：4.5萬(wàn)mg/m3；

     碳層厚度：300-400mm；

     反應(yīng)溫度：550-900℃；

 循環(huán)冷卻水入口溫度：25℃；

 循環(huán)冷卻水出口溫度：55℃；

 碳消耗量：120-150Kg/d;

 煙筒出口廢氣NOx****檢測(cè)值：229 mg/m3；

煙筒出口廢氣NOx平均檢測(cè)值：189.7 mg/m3；

煙筒出口廢氣NOx平均排放速率：0.1kg/h；

3. 結(jié)果與討論

3.1. 試生產(chǎn)情況介紹

蘭州金川科技園500t/a硝酸銀生產(chǎn)線，于2013年8月15日組織帶料試生產(chǎn)，在全體積為2.5立方的復(fù)合鈦反應(yīng)釜內(nèi)，先加入純水底液350升，單批次投入3#粗銀粉1000公斤，硝酸溶解銀粉時(shí)間4小時(shí)，水解時(shí)間8小時(shí)，碳還原爐提前1小時(shí)點(diǎn)火升溫至550度以上，還原爐單批次生產(chǎn)周期內(nèi)開啟時(shí)間14小時(shí)后封火。由環(huán)保部門NOx檢測(cè)人員每隔一小時(shí)在煙筒高度的三分之二處取樣檢測(cè)。

 

3.2. NOx檢測(cè)結(jié)果

2013年9月4日，該裝置使用NOx監(jiān)測(cè)儀監(jiān)測(cè)結(jié)果如下表：

硝酸銀生產(chǎn)線碳還原爐廢氣監(jiān)測(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì)表
監(jiān)測(cè)點(diǎn)位	工  況		監(jiān)測(cè)時(shí)間	監(jiān)測(cè)項(xiàng)目		監(jiān)測(cè)結(jié)果										排放標(biāo)準(zhǔn)	結(jié)果評(píng)價(jià)
	設(shè)計(jì)處理能力（kg/h）	溶解釜硝酸加入量				1	2	3	4	5	6	7	8	9	均值
硝酸銀生產(chǎn)線碳還原爐廢氣出口	65	13:30加入40L   13:40-14:20間隔10min加入20L	2013-9-4 13:30-14:20 間隔1min	氮氧化物	排放濃度（mg/m3）	208.89	170.59	216.148	194.362	152.76	195.76	185.462	189.08	194.361	189.71	240	達(dá)標(biāo)
					排放速率 kg/h）	0.1	0.1	0.1	0.1	0.05	0.1	0.1	0.1	0.1	0.1	1.3	達(dá)標(biāo)
			2013-9-4 13:30-14:20 間隔2min		排放濃度（mg/m3）	175.61	228.43	152.505	193.768	136	220.18	135.852	206.97	/	181.16	240	達(dá)標(biāo)
					排放速率 （kg/h）	0.05	0.1	0.05	0.1	0.05	0.1	0.05	0.1	/	0.1	1.3	達(dá)標(biāo)
注：1、項(xiàng)目環(huán)評(píng)報(bào)告中要求熾熱碳還原法處理后經(jīng)30米排氣筒排放、處理效率大于80%、氮氧化物排放量為7.2t/a；實(shí)際排氣筒高度為20米，參照環(huán)評(píng)與《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB16297-1996）中氮氧化物排放濃度為240mg/m3、排放速率為1.3kg/h；     2、工況條件：排氣筒截面積0.07m2、風(fēng)量444干N m3/h、流速5.2m/s。

裝置運(yùn)行檢測(cè)結(jié)果表明：NOx濃度最高值為229mg/m3,最小值為129mg/m3，平均值189.71mg/m3；