一种氮氧化物吸收装置及柔性换热方法与流程

1.本发明涉及氮氧化物吸收技术领域，具体为一种氮氧化物吸收柔性换热装置及方法。


背景技术：

2.氮氧化物(no
x
)，主要成为包括一氧化氮(no)和二氧化氮(no2)，易对人体或环境构成危害。氮氧化物的吸收成为当前研究的热点话题。现有技术针对氮氧化物的吸收存在如下缺陷：
3.1.氮氧化物采用吸收塔吸收时，当氧化物浓度不稳定而波动至高浓度，或浓度本身较高时采用吸收液吸收存在效率低的缺陷。
4.2.氮氧化物在用水吸收过程中放热，在氮氧化物吸收装置中设有冷却装置，冷却装置用于导出反应热。导热介质常用常温工艺循环水，或者7～10℃冷水。7～10℃冷水需要运行专用冷水机组进行制冷，能源消耗巨大；在冬季，尤其是北方的冬季，气温低，冷却装置易结冰上冻，氮氧化物吸收冷却装置开机困难，限制了冷却装置的使用。以0.65mpa氮氧化物吸收装置为例，一般采用7℃冷水制造机组为装置提供冷却水；存在问题：7℃冷水制造机组及附属冷却水系统耗能量巨大，氮氧化物吸收装置运行成本高；冬季0℃以下气温，7℃冷水制造机开机困难；冬季低气温下，氮氧化物吸收装置启动时，冷却水循环管路易结冰堵塞，装置启动困难；冬季极端气温下,冷却水循环管路易结冰堵塞，冷水塔结冰上冻。
5.因此，有必要提出一种氮氧化物吸收装置，用于至少解决以上现有技术存在的诸多缺陷之一。


技术实现要素：

6.本发明的第一个目的在于解决现有技术吸收氮氧化物时吸收效率低的缺陷。为此，提出一种氮氧化物吸收装置，包括吸收系统及冷却系统；吸收系统包括依次连通的液环压缩机、稀硝酸冷却器、气液分离器及吸收塔；其中：
7.液环压缩机的输入端连通有用于混合氮氧化物及空气的进气管，输出端设压缩混合物管连通稀硝酸冷却器；
8.稀硝酸冷却器设冷却混合物管连通气液分离器的进料端；
9.气液分离器的液相出料端连通液环压缩机，用于提供工作液和输出成品；气液分离器的气相出料端连通吸收塔的进气端；
10.冷却系统连通稀硝酸冷却器及吸收塔，为稀硝酸冷却器及吸收塔提供热交换。
11.进一步地，为了实现柔性换热，降低能耗，上述氮氧化物吸收装置中，所述冷却系统为冷水塔或冷水机组，可根据环境温度阈值或氮氧化物浓度阈值进行选择其一；所述稀硝酸冷却器及吸收塔并联设置。
12.更进一步地，为解决现有技术冰点或以下温度时冷水塔不能工作、冷水机组开机难的缺陷，上述氮氧化物吸收装置中，所述冷却系统为冷水机组；所述冷水机组的输入或输
出端设有第一温度变送器；所述冷水机组还设有加热器，用于对冷却水的加热；加热器的一端连通稀硝酸冷却器的输入端，另一端连通吸收塔的输入端；所述第一温度变送器与加热器联锁，用于控制加热器的加热量或输出量。
13.进一步地，可根据环境温度阈值或氮氧化物浓度阈值选择使用冷水塔或冷水机组，并进行切换：所述稀硝酸冷却器及吸收塔并联设置；所述冷却系统包括并联设置的冷水塔和冷水机组；冷水塔的输入端、输出端分别对应与冷水机组的输入端、输出端共管线，冷水塔的输出端设有阀门一，输入端设有阀门七。
14.优选地，为避免极低温下冷水机组开机难，所述冷却系统还包括加热器，用于对冷却水的加热；加热器的输入端连通至所述吸收塔的输入端，加热器的输出端连通至稀硝酸冷却器的输入端，加热器的输出端设有阀门二；所述吸收塔输出端设有第二变温器，第二变温器与阀门二联锁。
15.更优选地，所述吸收塔输入端设有第三变温器；所述加热器为蒸汽加热，蒸汽进气管设有阀门五，第三变温器与阀门五联锁。
16.为了便于监控吸收塔内部温度温度，所述吸收塔内设有第四温度变送器。
17.进一步地，为了便于冷却系统运行时排出管路中的空气，所述冷却系统设有用于排空的阀门八。
18.本发明的第二个目的在于，提出一种氮氧化物吸收方法，包括：
19.将氮氧化物混合空气后进行液环压缩、冷却产物；
20.将冷却后的产物进行分离，得到稀硝酸和余量的氮氧化物；稀硝酸用于补充液环压缩步骤的工作液；
21.对余量的氮氧化物进行再吸收。
22.本发明的第三个目的在于，提出一种氮氧化物吸收柔性换热方法，包括对以上所述吸收方法进行氮氧化物吸收时进行换热步骤；所述换热步骤包括对压缩产物的冷却及余量氮氧化物吸收时的冷却；所述换热步骤根据环境温度阈值和氮氧化物浓度阈值选择使用冷水机组或冷水塔。
23.相比现有技术，本发明的有益效果包括但不限于：
24.1.本发明提出的氮氧化物吸收装置，通过氮氧化物与空气混合压缩后与水反应生成稀硝酸，可降低后续吸收塔的吸收负担，提高吸收效率；另一方面生成的稀硝酸可作为液环压缩机工作液并实现循环利用，降低成本。
25.2.本发明提出的氮氧化物吸收装置，采用冷水机组或冷水塔，可根据季节气温的不同，采用常温工艺循环水与低温冷水作为氮氧化物吸收的冷却水；根据氮氧化物吸收装置热负荷的大小不同，采用常温工艺循环水与低温冷水作为氮氧化物吸收的冷却水；极端低气温的条件下，自动回收氮氧化物吸收反应热及压缩热调节冷却水的温度，以防冻；极端低气温的条件下，氮氧化物换热装置防冻采用蒸汽加热系统升温，以防冻。以上过程实现柔性换热。
附图说明
26.图1为本发明所述氮氧化物吸收柔性换热装置示意图。
27.1、冷水塔；2、冷水机组；3、液环压缩机；4、稀硝酸冷却器；5、气液分离器；6、吸收
塔；7、加热器；8、上水管一；9、回水管一；10、回水管二；11、循环泵一；12、循环泵二；13、进气管；14、稀硝酸循环管；15、冷却混合物管；16、压缩混合物管；17、上水管二；18、回水管三；19、阀门一；20、阀门二；21、阀门三；22、阀门四；23、阀门五；24、阀门六；25、阀门七；26、阀门八；27、温度变送器一；28、温度变送器二；29、温度变送器三；30温度变送器四；31、温度变送器五；
28.以及及相关连接管线、阀门。
具体实施方式
29.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
30.需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作。术语“一”、“二”、“三”等指示仅为了便于描述类似或相同元件的区分，而不是暗示特定的顺序或编号。以上术语不能理解为对本发明的限制。
31.还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，“连通”、“相连”、“连接”、“设置”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个部件内部的连通或两个部件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况上述术语在本发明中的具体含义。
32.如图1所示，在一个实施例中，提出一种氮氧化物吸收装置，包括冷却系统及吸收系统；冷却系统包括冷水塔1及冷水机组2；吸收系统包括依次连通的液环压缩机3、稀硝酸冷却器4、气液分离器5及吸收塔6；具体地：
33.冷水塔1上方连通回水管二10，下方连通循环泵一11；循环泵一11输出端另设管线分别连通阀门一19、阀门二20；循环泵一11输出端设阀门四22；阀门一19进一步连通上水管一8；阀门二20连通上水管二17；阀门四22右侧连通加热器7，加热器7上方蒸汽管线上设有阀门五23，下方回水管线设有阀门六24，加热器7右侧连通上水管一8；上水管一8左侧连通冷水机组2，右侧连通吸收塔6。冷水机组2上方连通循环泵二12，循环泵二12上方连接回水管一9；回水管一9上设有温度变送器五31，与阀门二20联锁；回水管一9右侧连通吸收塔6，上方设管线连通阀门七25，阀门七25上方连通阀门八26，阀门七25与阀门八26之间管线连通回水管二10。
34.此外，上水管一8中部外接有阀门三21并与上水管二17连通，上水管一8靠近吸收塔6的位置还设有温度变送器四30，温度变送器四30与阀门五23联锁，用于控制加热的蒸汽量。上水管一8右上方连接吸收塔6；阀门三21上方连接上水管二17，上水管二17右上方连接稀硝酸冷却器4；稀硝酸冷却器4右侧连接回水管三18，回水管三18上方连接回水管一9，稀硝酸冷却器4左侧连接压缩混合物管16，右上侧设冷却混合物管15连通气液分离器5。压缩混合物管16左侧连接液环压缩机3；液环压缩机3左上方连接进气管13，上方连接稀硝酸循
环管14，稀硝酸循环管14右下方连接气液分离器5；气液分离器5右上方连接吸收塔6。
35.上述实施例中，冷水塔1为常见的风冷型水塔，利用吹进来的风与由上洒下来的水形成对流，把热源排走；冷水机组2为强制制冷设备，将热交换后的水制冷至一定的温度范围；液环压缩机3为采用稀硝酸液体作为工作介质的压缩机，采用耐腐蚀性材料。气液分离器5为常见的实现气体与液体分离的设备，吸收塔6为常见的喷淋式吸收塔或泡罩塔，通过吸收液实现氮氧化物的逆向吸收，尾气从上方进入处理工序。
36.上述实施例中，所述吸收塔6内部从上至下分别设有温度变送器一27、温度变送器二28、及温度变送器三29，用于检测吸收塔6内的温度，便于调整并控制温度提高吸收效率。
37.上述实施例中，所述冷水机组2输出冷水温度为7℃～10℃。
38.上述实施例中，氮氧化物和空气从进气管13吸入液环压缩机3，液环压缩机3运行时将氮氧化物与空气混合后压缩，压缩后的气体与水反应生成硝酸，产物由经压缩混合物管16进入稀硝酸冷却器4实现热交换，再经由冷却混合物管15进入气液分离器5实现稀硝酸和余量氮氧化物的分离，分离后的稀硝酸由稀硝酸循环管14进入液环压缩机3补充工作液和输出成品，余量的氮氧化物输送至吸收塔6吸收。压缩过程中可通过调整空气含水量、或调整二者比例来提高氮氧化物与水反应的转化率，可将高达50％的氮氧化物转化成硝酸，剩余50％进入吸收塔6，大大降低吸收负荷，提高吸收效率。以上吸收过程中，可根据环境温度及氮氧化物的负荷选择冷水机组2或使用冷水塔1，通过操作阀门一19、阀门七25、循环泵一11及循环泵二12实现，或操作上述部件进行二者切换。
39.在另一个实施例中，基于以上吸收装置，提供一种氮氧化物吸收柔性换热方法，步骤为：
40.1.管路填充：阀门二20，阀门四22，阀门五23关闭，阀门七25，阀门八26开启，上水管二17、回水管三18、循环泵二12管路的阀门全部开启；工艺循环水从阀门一19进入，填充上水管一8；回水管一9；上水管二17；回水管三18；冷水机组2、稀硝酸冷却器4、吸收塔6、循环泵二12的水管路，管路内的空气从阀门八26排出；水填充完成后，关闭阀门一19；
41.2.冷水冷却运行模式：较高气温及氮氧化物吸收高热负荷时，运行冷水机组：启动循环泵二12、冷水机组2，7℃～10℃冷水在稀硝酸冷却器4、吸收塔6、冷水机组2、循环泵二12及上水管一8；回水管一9；上水管二17；回水管三18内循环；
42.3.启动液环压缩机3，氮氧化物及空气从进气管13吸入液环压缩机3，压缩气液经压缩混合物管16进入气液分离器5分离，分离后热稀硝酸液体经冷却混合物管15进入稀硝酸冷却器4换热，热量被循环冷水间接换热导出，冷却后稀硝酸液经压缩混合物管16回液环压缩机3作为工作液；分离后氮氧化物气体进入吸收塔6吸收后排放，吸收过程产生的热量被循环冷水间接换热导出；
43.4.切换至工艺循环水冷却模式：当冬季气温降低或氮氧化物吸收低热负荷，温度变送器一27、温度变送器二28检测到温度值低于15℃，打开阀门七25；启动循环泵一11，打开阀门一19，阀门二20，停冷水机组2，停循环泵二12及泵前阀门；关闭上水管二17上的阀门三21。
44.5.切换至极端低气温运行模式：温度变送器四30；温度变送器五31任一点监测到温度值低于5℃，启动循环泵二12，阀门二20调整到自动模式，并与温度变送器五31关联，温度变送器五31的温度值设置为12℃～15℃的数值；关闭阀门一19。
45.6.极端低气温新开启氮氧化物吸收装置模式：换热装置的启动方法为：阀门一19、阀门二20，阀门四22，阀门五23关闭，阀门三21、阀门七25，阀门八26开启，冷水机组2及循环泵二12附属阀门开启，工艺循环水从阀门四22进入管路系统，打开阀门五23，阀门五23设置为自动模式，并与温度变送器四30关联，温度变送器四30的温度设置值为12℃～15℃的数值；
46.7.水填充完成后，启动循环泵二12，启动液环压缩机3，氮氧化物及空气从进气管13吸入液环压缩机3，压缩气液经压缩混合物管16进入稀硝酸冷却器4换热，热量被循环冷水间接换热导出，经冷却后的物料经由冷却混合物管15进入气液分离器5分离，分离后稀硝酸液体经稀硝酸循环管14进入液环压缩机3作为工作液；分离后氮氧化物气体进入吸收塔6吸收后排放，吸收过程产生的热量被循环冷水间接换热导出；关闭阀门四22、阀门五23，阀门二20调整到自动模式，并与温度变送器五31关联，温度变送器五31的温度值设置为12℃～15℃的数值；
47.8.重启工艺循环水冷却模式：当气温回升或氮氧化物吸收热负荷升高，关闭冷水机组2、循环泵二12及所属阀门，打开阀门一19、阀门二20、阀门三21，循环泵一11运行；
48.9.重启冷水冷却模式：打开冷水机组2、循环泵二12所属阀门，启动循环泵二12、冷水机组2；关闭阀门一19、阀门二20、阀门七25、阀门八26；
49.上述方法中，运行前将管路填充是使冷水机组2与吸收塔6/稀硝酸冷却器4及连接的闭路循环管路充满水，排出空气，使循环泵二12不被汽蚀，正常运行；换热效率最高。
50.上述方法中，较高气温及氮氧化物吸收高热负荷时，采用冷水冷却运行模式，是满足液环压缩机3及吸收塔6运行温度符合工艺要求。液环压缩机3运行时将氮氧化物与空气混合后压缩，压缩后的气体与水反应生成硝酸，余量的氮氧化物输送至吸收塔6吸收，同时液环压缩机3产生的热量由稀硝酸冷却器4交换。压缩过程中可通过调整空气含水量、或调整二者比例来提高氮氧化物与水反应的转化率，可将高达50％的氮氧化物转化成硝酸，剩余50％进入吸收塔6，大大降低吸收负荷，提高吸收效率。
51.上述方法中，当冬季气温降低或氮氧化物吸收低热负荷，采用工艺循环水冷却模式，即运行冷水塔1和循环泵一11，停运冷水机组2及循环泵二12，降低运行成本。
52.上述方法中，当极端低气温时，采用加热器7给进入管路的水预热，防止水在低于0℃的空管路中结冰堵塞管路，使氮氧化物吸收装置顺利开启。
53.上述方法中，重启工艺循环水冷却模式，当气温由极端条件下回升或氮氧化物吸收热负荷升高，在不中断生产条件下，实现从极端低气温运行模式反向无间断切换；重启冷水冷却模式，是在高温天气时，不中断生产条件下，实现工艺循环水冷却模式反向向冷水冷却模式切换。
54.上述方法中，极端低气温运行模式时，充分利用氮氧化物吸收反应热及压缩热，利用低温工艺循环水作为补充水，既满足氮氧化物吸收工艺温度为20℃～40℃，冷却水管路温度为12℃～15℃，又能实现防止冷却水管路防冻的目的。
55.工艺循环水的制造成本约0.3元/吨，7℃～10℃冷水的制造成本约1.5元/吨，工艺循环水的使用成本为冷水的20％；采用柔性换热方法，能够根据环境温度和氮氧化物浓度选择和切换冷水和工艺循环水，降低能耗和生产成本。
56.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以
理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

技术特征：
1.一种氮氧化物吸收装置，包括吸收系统及冷却系统；其特征在于，吸收系统包括依次连通的液环压缩机(3)、稀硝酸冷却器(4)、气液分离器(5)及吸收塔(6)；其中：液环压缩机(3)的输入端连通有用于混合氮氧化物及空气的进气管(13)，输出端设压缩混合物管(16)连通稀硝酸冷却器(4)；稀硝酸冷却器(4)设冷却混合物管(15)连通气液分离器(5)的进料端；气液分离器(5)的液相出料端连通液环压缩机(3)，用于提供工作液；气液分离器(5)的气相出料端连通吸收塔(6)的进气端；冷却系统连通稀硝酸冷却器(4)及吸收塔(6)，为稀硝酸冷却器(4)及吸收塔(6)提供热交换。2.根据权利要求1所述的吸收装置，其特征在于，所述冷却系统为冷水塔(1)或冷水机组(2)，所述稀硝酸冷却器(4)及吸收塔(6)并联设置。3.根据权利要求2所述的吸收装置，其特征在于，所述冷却系统为冷水机组(2)；所述冷水机组(2)的输入或输出端设有第一温度变送器；所述冷水机组(2)还设有加热器(7)，用于对冷却水的加热；加热器(7)的一端连通稀硝酸冷却器(4)的输入端，另一端连通吸收塔(6)的输入端；所述第一温度变送器与加热器(7)联锁，用于控制加热器(7)的加热量或输出量。4.根据权利要求1所述的吸收装置，其特征在于，所述稀硝酸冷却器(4)及吸收塔(6)并联设置；所述冷却系统包括并联设置的冷水塔(1)和冷水机组(2)；冷水塔(1)的输入端、输出端分别对应与冷水机组(2)的输入端、输出端共管线，冷水塔(1)的输出端设有阀门一(19)，输入端设有阀门七(25)。5.根据权利要求4所述的吸收装置，其特征在于，所述冷却系统还包括加热器(7)，用于对冷却水的加热；加热器(7)的输入端连通至所述吸收塔(6)的输入端，加热器(7)的输出端连通至稀硝酸冷却器(4)的输入端，加热器(7)的输出端设有阀门二(20)；所述吸收塔(6)输出端设有第二变温器，第二变温器与阀门二(20)联锁。6.根据权利要求5所述的吸收装置，其特征在于，所述所述吸收塔(6)输入端设有第三变温器；所述加热器(7)为蒸汽加热，蒸汽进气管设有阀门五(23)，第三变温器与阀门五(23)联锁。7.根据权利要求4所述的吸收装置，其特征在于，所述吸收塔(6)内设有第四温度变送器。8.根据权利要求1所述的吸收装置，其特征在于，所述冷却系统设有用于排空的阀门八(26)。9.一种氮氧化物吸收方法，其特征在于，包括：将氮氧化物混合空气后进行液环压缩、冷却产物；将冷却后的产物进行分离，得到稀硝酸和余量的氮氧化物；稀硝酸用于补充液环压缩步骤的工作液；对余量的氮氧化物进行再吸收。10.一种氮氧化物吸收柔性换热方法，其特征在于，包括对权利要求9所述方法进行氮氧化物吸收时进行换热步骤；所述换热步骤包括对压缩产物的冷却及余量氮氧化物吸收时的冷却；所述换热步骤根据环境温度阈值和氮氧化物浓度阈值选择使用冷水机组或冷水塔。

技术总结
本发明公开了一种氮氧化物吸收装置及柔性换热方法，所述吸收装置通过前置液环压缩机，将氮氧化物与空气混合后压缩并与水反应生成稀硝酸，经由稀硝酸冷却器、气液分离器分离得到稀硝酸作为液环压缩机工作液和成品，压缩后余量的氮氧化物通过吸收塔吸收，降低吸收负荷，提高吸收效率；另外可环境温度阈值和氮氧化物浓度阈值选择使用冷水机组或冷水塔，或二者切换实述柔性换热，降低换热成本，提高低温下装置运行换热的可靠性。下装置运行换热的可靠性。下装置运行换热的可靠性。


技术研发人员：刘光启 朱艳丽 朱学明 常艳 郭红燕 漆明忠 张雪飞 向雷
受保护的技术使用者：湖北东方化工有限公司
技术研发日：2023.05.31
技术公布日：2023/8/5