氧化亚氮热分解过程模拟分析

丁 晟

(广东省节能监察中心，广州 510030)

氧化亚氮热分解过程模拟分析

丁 晟

(广东省节能监察中心，广州 510030)

运用化工流程模拟软件ASPENPLUS，对氧化亚氮气体热分解过程进行了模拟计算，重点对燃料气与焦炉煤气的热力性能计算结果进行了比较分析，最后对氧化亚氮焚烧工艺进行了分析研究。

氧化亚氮；热分解；SNCR

0 引 言

氧化亚氮(N2O)，俗称笑气，作为一种麻醉剂广泛用于牙科、外科以及妇产科[1]。此外，N2O也是一种强大的温室气体，它的增温潜势是CO2的150倍，能够破坏臭氧层并影响生态环境。

在自然条件下，N2O可以从土壤和海洋中排出，农业耕作、生产、使用氮肥是自然条件下排放N2O的主要途径[2]。在工业生产诸如己二酸的生产过程中，会副产大量N2O气体，传统的处理方式是利用活性炭或其它吸收介质洗涤吸附，但是去除效率相对较低，目前常用的主要有接触催化反应和热分解2种处理方法[3]。而采用接触催化的方法需要定期更换催化剂，其成本高、寿命短、运行费用也高。

文中采用热分解的方法处理己二酸尾气，对N2O的分解效率达99%。采用选择性非催化还原方法(SNCR)[3-4]脱硝并回收烟气余热后，烟气中的NOx浓度降低至95mg/m3达标排放。

1 系统工艺流程

焚烧装置主要分3个系统：焚烧系统、余热回收系统与脱硝系统。

首先，己二酸尾气经过废气管路后分级式进入焚烧炉内高温热分解；燃料气经过燃料气管路后进入燃烧器内高温燃烧。

2N2O→2N2+O2

(1)

然后，在焚烧炉的二燃室内，喷入10%浓度的尿素溶液进行脱硝，通过SNCR方法将烟气中的NOx还原成N2与O2。

CO(NH2)2+H2O→2NH3+CO2

(2)

4NH3+4NO+O2→4N2+6H2O

(3)

4NH3+2NO2+O2→3N2+6H2O

(4)

最后，脱硝后的烟气通过余热锅炉回收热量，再送至烟囱，烟气达标排放。

工艺系统流程图如图1所示。

图1 工艺系统流程图

2 热分解模拟分析

2.1 模拟工况

文中以某工程项目为基础，己二酸尾气的流量为7 600Nm3/h，组分见表1。

表1 己二酸尾气规格

燃料气采用环己醇装置副产的燃料气，空气助燃。

为了简化模拟过程，有如下的假定：

(1)不考虑沿程管道压力损失；

(2)模拟过程为稳态运行。

热分解模拟流程图如图2所示。

图2 热分解模拟流程图

2.2 模拟计算结果分析

当燃料气不足时，用焦炉煤气代替燃料气补充燃烧，以燃料气和焦炉煤气分别模拟计算，焚烧到相同温度，燃料气与焦炉煤气的燃料量消耗(1)、焚烧温度(2)、烟气量(3)、产1.0MPa.G饱和蒸汽(4)的趋势如图3所示。从图中可以看出，当用焦炉煤气代替燃料气时，负荷会降低。

图3 燃料气与焦炉煤气结果对比趋势图

3 结束语

(1)N2O在高温条件下会发生热分解，反应为放热反应，在1 000～1 100 ℃能够完全分解，焚烧温度控制在1 100 ℃左右。

(2)己二酸尾气焚烧过程中，使用焦炉煤气代替燃料气时，焚烧炉负荷会相应降低。

(3)N2O热分解产生N2与O2，在热分解过程中，应不断消耗生成的O2形成还原性气氛，保证热分解持续不断进行。

[1] 田川克志，三浦功慈，儿玉庄平,等.防止地球温室化用的方法及其装置[J].旭化成工业株式会社，1999．

[2] 董长青.高浓度N2O气体一步法净化研究[S].华北电力大学能源与动力工程学院先进能量研究所，2007．

[3] 秦 岭.水泥分解炉内SNCR脱硝过程的模拟与优化[M].武汉理工大学，2011．

[4] 蒋定中，王荣贵.关于氨气的可燃烧性[S].无锡压缩机厂，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，工程师，主要从事节能环保技术研究工作。

10.3969/j.issn.1009-3230.2015.08.008

X783.2

B

1009-3230(2015)08-0030-02