氧化亞氮熱分解過程模擬分析

丁 晟

(廣東省節(jié)能監(jiān)察中心，廣州 510030)

氧化亞氮熱分解過程模擬分析

丁 晟

(廣東省節(jié)能監(jiān)察中心，廣州 510030)

運(yùn)用化工流程模擬軟件ASPENPLUS，對氧化亞氮?dú)怏w熱分解過程進(jìn)行了模擬計(jì)算，重點(diǎn)對燃料氣與焦?fàn)t煤氣的熱力性能計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了比較分析，最后對氧化亞氮焚燒工藝進(jìn)行了分析研究。

氧化亞氮；熱分解；SNCR

0 引 言

氧化亞氮(N2O)，俗稱笑氣，作為一種麻醉劑廣泛用于牙科、外科以及婦產(chǎn)科[1]。此外，N2O也是一種強(qiáng)大的溫室氣體，它的增溫潛勢是CO2的150倍，能夠破壞臭氧層并影響生態(tài)環(huán)境。

在自然條件下，N2O可以從土壤和海洋中排出，農(nóng)業(yè)耕作、生產(chǎn)、使用氮肥是自然條件下排放N2O的主要途徑[2]。在工業(yè)生產(chǎn)諸如己二酸的生產(chǎn)過程中，會副產(chǎn)大量N2O氣體，傳統(tǒng)的處理方式是利用活性炭或其它吸收介質(zhì)洗滌吸附，但是去除效率相對較低，目前常用的主要有接觸催化反應(yīng)和熱分解2種處理方法[3]。而采用接觸催化的方法需要定期更換催化劑，其成本高、壽命短、運(yùn)行費(fèi)用也高。

文中采用熱分解的方法處理己二酸尾氣，對N2O的分解效率達(dá)99%。采用選擇性非催化還原方法(SNCR)[3-4]脫硝并回收煙氣余熱后，煙氣中的NOx濃度降低至95mg/m3達(dá)標(biāo)排放。

1 系統(tǒng)工藝流程

焚燒裝置主要分3個(gè)系統(tǒng)：焚燒系統(tǒng)、余熱回收系統(tǒng)與脫硝系統(tǒng)。

首先，己二酸尾氣經(jīng)過廢氣管路后分級式進(jìn)入焚燒爐內(nèi)高溫?zé)岱纸?；燃料氣?jīng)過燃料氣管路后進(jìn)入燃燒器內(nèi)高溫燃燒。

2N2O→2N2+O2

(1)

然后，在焚燒爐的二燃室內(nèi)，噴入10%濃度的尿素溶液進(jìn)行脫硝，通過SNCR方法將煙氣中的NOx還原成N2與O2。

CO(NH2)2+H2O→2NH3+CO2

(2)

4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O

(3)

4NH3+2NO2+O2→3N2+6H2O

(4)

最后，脫硝后的煙氣通過余熱鍋爐回收熱量，再送至煙囪，煙氣達(dá)標(biāo)排放。

工藝系統(tǒng)流程圖如圖1所示。

圖1 工藝系統(tǒng)流程圖

2 熱分解模擬分析

2.1 模擬工況

文中以某工程項(xiàng)目為基礎(chǔ)，己二酸尾氣的流量為7 600Nm3/h，組分見表1。

表1 己二酸尾氣規(guī)格

燃料氣采用環(huán)己醇裝置副產(chǎn)的燃料氣，空氣助燃。

為了簡化模擬過程，有如下的假定：

(1)不考慮沿程管道壓力損失；

(2)模擬過程為穩(wěn)態(tài)運(yùn)行。

熱分解模擬流程圖如圖2所示。

圖2 熱分解模擬流程圖

2.2 模擬計(jì)算結(jié)果分析

當(dāng)燃料氣不足時(shí)，用焦?fàn)t煤氣代替燃料氣補(bǔ)充燃燒，以燃料氣和焦?fàn)t煤氣分別模擬計(jì)算，焚燒到相同溫度，燃料氣與焦?fàn)t煤氣的燃料量消耗(1)、焚燒溫度(2)、煙氣量(3)、產(chǎn)1.0MPa.G飽和蒸汽(4)的趨勢如圖3所示。從圖中可以看出，當(dāng)用焦?fàn)t煤氣代替燃料氣時(shí)，負(fù)荷會降低。

圖3 燃料氣與焦?fàn)t煤氣結(jié)果對比趨勢圖

3 結(jié)束語

(1)N2O在高溫條件下會發(fā)生熱分解，反應(yīng)為放熱反應(yīng)，在1 000～1 100 ℃能夠完全分解，焚燒溫度控制在1 100 ℃左右。

(2)己二酸尾氣焚燒過程中，使用焦?fàn)t煤氣代替燃料氣時(shí)，焚燒爐負(fù)荷會相應(yīng)降低。

(3)N2O熱分解產(chǎn)生N2與O2，在熱分解過程中，應(yīng)不斷消耗生成的O2形成還原性氣氛，保證熱分解持續(xù)不斷進(jìn)行。

[1] 田川克志，三浦功慈，兒玉莊平,等.防止地球溫室化用的方法及其裝置[J].旭化成工業(yè)株式會社，1999．

[2] 董長青.高濃度N2O氣體一步法凈化研究[S].華北電力大學(xué)能源與動力工程學(xué)院先進(jìn)能量研究所，2007．

[3] 秦 嶺.水泥分解爐內(nèi)SNCR脫硝過程的模擬與優(yōu)化[M].武漢理工大學(xué)，2011．

[4] 蔣定中，王榮貴.關(guān)于氨氣的可燃燒性[S].無錫壓縮機(jī)廠，1998．

Simulation Analysis of the Thermal Decomposition Process of Nitrous Oxide

DING Sheng

(Guangdong Energy Conservation & Supervision Center, Guangzhou 510030, China)

The thermal decomposition process of Nitrous Oxide was simulated with ASPEN PLUS. The thermodynamic performance between fuel gas and coke oven gas was analyzed. And the incineration process of Nitrous Oxide was studied.

Nitrous Oxide; Thermal decomposition; Selective non-catalytic reduction

2015-06-21

2015-07-09

丁晟(1986-)，男，工程師，主要從事節(jié)能環(huán)保技術(shù)研究工作。

10.3969/j.issn.1009-3230.2015.08.008

X783.2

B

1009-3230(2015)08-0030-02