己二酸生产工艺中氮氧化物尾气处理分析

2023-03-21康寿东山东华鲁恒升化工股份有限公司山东德州253000

化工管理 2023年5期

康寿东(山东华鲁恒升化工股份有限公司，山东德州 253000)

0 引言

近年来，随着我国经济社会的快速发展，工业水平得到了长足进步，对于己二酸的需求量也在逐年上升。但受到己二酸生产工艺流程及其理化特性等因素的影响，在其日常生产过程当中可能会出现大量含有氮氧化物的尾气，对周边环境造成严重污染。相关生产技术人员应当认识到氮氧化物尾气的危害性，采取针对性措施和手段减少尾气排放并针对尾气进行处理，使己二酸生产工艺的经济效益以及社会效益实现同步提升。

1 己二酸的主要生产工艺类型及其特点

1.1 环己醇硝酸氧化法

在现阶段的己二酸生产工艺当中，最为常见的就是环己醇硝酸氧化生产模式。这种生产工艺主要指的是基于环己醇作为主要反应原料，在Cu、V等类型金属催化元素的作用下利用硝酸展开氧化反应，最终形成己二酸的一种技术手段。为了进一步确保己二酸生产成品的质量与纯净度，需要针对硝酸浓度以及反应温度进行控制。一些生产项目将硝酸浓度确定为65%，将反应温度控制在70～90 ℃，采用串联方式对硝酸氧化生产过程当中产生的废气进行处理和吸收，并针对反应过程当中的废液进行浓缩再利用。但在长期的生产实践过程当中我们也能够注意到，采用65%浓度硝酸以及70～90 ℃温度条件进行反应，会产生较为严重的氮氧化物废气污染，同时对生产设施的损耗也较为明显，生产成本较高。一些生产企业基于这一问题针对传统的环己醇硝酸氧化工艺进行了进一步优化，将氧化反应温度从原本的70～90 ℃升高至80～110 ℃，并针对设施运作形态进行了有效改进，使反应效率以及反应纯度得到了显著强化与提升[1]。

1.2 KA油空气氧化法

受到生产工艺特性以及反应要求等因素的影响，传统的环己醇硝酸氧化生产工艺所排放的氮氧化物废气较为严重，不仅给生产过程周边环境带来了极大的影响和危害，同时也不利于生产人员的身体健康。因此，很多专家学者开始针对己二酸生产工艺以及生产流程进行更加深入地研究和分析，力求有效降低氮氧化物尾气的排放，KA油空气氧化工艺应运而出。

所谓KA油空气氧化工艺，主要指的是采用空气当中含有的氧气作为主要氧化剂，有效降低了生产反应过程当中对于硝酸氧化剂的依赖，充分减少了氧化反应过程当中氮氧化物废气的排放与污染，使生产线周边环境得到了有效保护，同时还能降低生产与回收成本，有利于实现己二酸生产流程的可持续发展。

但在空气氧化工艺的研发过程当中，尚存一定的难题亟待解决，例如采用氧气作为氧化剂，氧化效果不够显著，反应时间较长、反应过后生成的己二酸当中杂质较多，产物质量较差、对生产反应设施的气密性要求较高，一次性生产投资规模较大等等，因此要将空气氧化工艺应用在实际工业生产当中，也存在着一定的阻碍。

1.3 过氧化氢氧化法

一些研究者在空气氧化法的基础上，转向了过氧化氢氧化制备与生产的研究工作当中。相较于空气氧化制备工艺来说，采用过氧化氢作为氧化剂进行己二酸的制备工作，能够在沿续环境污染较小、氮氧化物废气排放少等优势同时，有效加强反应物生成量，已成为己二酸制备工艺未来的重要发展趋势之一。但在目前的研究状态当中，采用过氧化氢作为氧化剂生产己二酸，其化合物反应生成过程仍待进一步验证和分析。

1.4 葡萄糖生物催化法

采用生物质基葡萄糖作为原料展开催化生成己二酸，也是生产工艺当中的一种。这一生产过程具有反应条件要求不高、反应路径较为清晰、反应产率较高的特点，但受到制备反应原料类别的影响，其生产成本较高，同样需要进行针对性优化。

2 氮氧化物尾气对环境产生的影响

由上文能够得知，现阶段的工业己二酸生产过程当中较为常见的生产工艺包括苯酚法、环己烷法以及环己烯法三种类型。在己二酸生产技术的应用过程当中，由于硝酸催化环己醇以及环己酮这一关键性环节和流程的影响，会出现大量含有氮氧化物的废气，给环境带来极大的压力与危害[2]。具体表现在以下几个方面。

2.1 使大气污染不断加剧

首先是进一步加剧了大气污染现象。大量氮氧化物废气的排放会与空气当中的氧气发生反应，从而转化为一氧化氮以及二氧化氮，从而给人体造成严重的刺激现象，甚至使受污染人群发生肺水肿、器官病变、变性血红蛋白生成以及中枢神经紊乱等现象，使公众的生命健康安全受到极大的威胁和损害。

2.2 出现酸沉降现象

由己二酸制备生成并排放到大气当中的各类含氮污染物受到气相氧化或液相氧化等反应现象的影响，形成硝酸或硝酸盐，并在降水、重力等作用下沉降至地面，被地表的植物、动物所吸收，使硝酸类物质进入到整个生态循环当中，使生物链的稳定性受到显著冲击和影响。另外，跟随大气降水一同沉降的硝酸类物质还会使城市内部各类非金属建筑材料出现溶解、孔洞与裂缝现象，导致城市建筑稳定性与安全性不断下降。

2.3 造成光化学烟雾污染

己二酸生产排放的含有氮氧化物的尾气会与环境光当中的紫外线形成光化学反应，并随着空气流动实现大范围传播，不仅会严重损害人体和动物的健康，还会阻碍植物的正常生长，破坏城市内部非金属建筑材料，进一步降低大气可视度，影响交通运输网络的运行安全。

2.4 对臭氧层产生破坏

臭氧层是地球大气层当中的重要组成部分，不仅能够有效吸收紫外线，还能保障地球大气的正常循环，减少大幅度气候温差的产生。但大量氮氧化物废气的排放会与臭氧发生反应，降低臭氧层当中臭氧浓度，导致臭氧层稳定性不断下降，不仅会使紫外线强度不断提升，还可能会使大气温度出现严重失衡，给生态环境保护工作的开展造成极为显著的影响和冲击。

3 氮氧化物尾气的主要处理措施和手段

为了更加全面有效地减少己二酸生产过程当中含有大量氮氧化物尾气的排放，降低尾气对环境产生的污染，相关研究者纷纷采取针对性措施进行尾气排放的管控与处理工作，具体包括以下几方面措施。

3.1 无氮燃烧技术

无氮燃烧技术是己二酸生产过程当中氮氧化物尾气处理的关键性手段之一。通过将己二酸生产过程当中所排放的含有氮氧化物的废气输送至反应设备当中，并采取针对性手段使其进行交互循环反应完成燃烧过程，能够全面降低己二酸生产尾气与空气当中的氧离子结合的可能性，有效减少了传统燃烧尾气处理方式当中NOx物质的产生概率，从而降低了化工生产尾气排放对于大气环境产生的污染和影响，现阶段常用的燃烧反应物包括Fe、Ni等元素[3]。为全方位提升己二酸生产工艺的清洁度，杜绝氮氧化物尾气的危害作出了相应的贡献和动力。除了上述针对性输送与循环反应完成燃烧过程的尾气处理技术外，采用N2分离技术进行尾气处理同样也是降低氮氧化物环境影响的重要手段。技术人员可针对空气当中存在的N2进行有效分离，使己二酸生产尾气能够在纯氧当中进行燃烧，这种尾气处理方式同样也能够减少NOx产物的诞生，使氮氧化物排放量得到更加充分地控制。

3.2 烟气净化技术

除了在尾气排放过后进行燃烧处理外，基于还原催化或吸收特性对尾气当中的氮氧化物进行净化也是提升尾气洁净度的重要手段。相关技术人员应针对氮氧化物的物化特性进行深入分析和研判，进而采取更具针对性的净化技术对反应废气进行处理，进一步降低反应废气对于环境的危害。常见的氮氧化物烟气净化技术包括以下几种类型。

首先是液体吸收技术。某些液体能够与NOx物质产生一定的反应，使其得到有效地吸纳与回收，技术人员应基于水、酸、碱等液态物质与NOx之间的吸收反应效果进行全方位测试和研判，并得出更加良好的氮氧化物液态吸收载体，使己二酸制备生产过程当中的反应废气得到更加可靠地处置和吸收。

其次是电子束脱硝技术。技术人员可采用电子束针对己二酸生产废气进行反应，其高能电子能够针对氮氧化物进行充分氧化，并与处理设备当中的吸收剂进行生成，形成对环境危害较小的固态颗粒产物，从而有效降低了对氮氧化物污染的处理与整合难度，使废气污染治理工作得以进一步落到实处。

再次是微波还原技术，采用微波对己二酸生产过程当中产生的废气进行处理，能够使其中含有的氮氧化物以及硫氧化物得到充分有效地还原，最终得到更加纯净的硫元素、氮气与氧气，采用反应物能够将纯净硫元素进行回收，并将氧气、氮气进行进一步排放。

最后是脉冲处理技术。采用超高压电流脉冲对己二酸制备生产尾气进行处理，能够使废气在极短时间内被激活，其内部元素化学键受瞬时脉冲影响会产生断裂现象，并生成更加纯净的气体或元素微粒，有效降低了其对大气环境产生的危害和破坏，将成为未来氮氧化物废气污染处理的关键性手段之一[4]。

3.3 微生物净化技术

由于大气环境当中的氮氧化物会造成较为严重的危害和影响，因此一些研究者开始针对微生物净化处理技术展开相应的研究，一方面能够有效降低废气处理成本，另一方面还能确保氮氧化物得到有效分解和净化，使其对大气环境的影响得到更加充分地控制。受到氮氧化物气体特点的影响，其内部结构当中并不含有碳元素，因此在基于微生物开展相应的处理和净化工作时，应采用外加碳源的形式，针对氮氧化物进行充分还原，从而实现对氮氧化物的无害化处理。在试验与处理实践过程当中，能够发现，无色杆菌属、产碱杆菌属、色杆菌属、棒杆菌属、生丝杆菌属等类型的微生物都能够对氮氧化物当中含有的氮元素进行有效分离与还原，尽可能降低了氮氧化物对于环境造成的不利影响，使废气处理与净化技术得到了更加持续化地发展与进步。由于这些微生物所适宜的生长环境各有不同，对氮氧化物产生的还原能力以及净化能力也存在着较为显著的差异，因此技术人员应当结合己二酸生产与制备工序的相关特征以及氮氧化物废气处理的相关要求针对微生物净化技术进行合理化运用，使不同类型的脱氮微生物得到有效培育和驯化，为进一步强化氮氧化物废气处理效果与处理质量奠定更加坚实的物质基础。在针对微生物净化技术进行应用的过程当中，相关技术人员应当遵循以下几方面原则和要求。

首先是关注微生物的形态和生长要求。在大部分脱氮微生物类型当中，常见的微生物形态包括悬浮形态以及附着形态两种类型，技术人员应结合己二酸制备废气的物化特征对微生物形态进行合理化选择。

其次应针对废气当中的氮氧化物类型进行分析，受脱氮微生物特点的影响，大部分脱氮微生物对NO的净化与处理效果较为低下，因此技术人员应分析废气当中一氧化氮的含量，结合实际构建微生物废气净化与处理方案。

3.4 低温等离子技术

在氮氧化物废气处理工作中，低温等离子技术也是一项关键性技术类型。作为一种特性较为活跃，易于其他物质发生反应的物质类型，等离子体在废气净化与处理当中发挥着重要作用。技术人员可采用电场放电或介质阻滞放电等两种技术手段获取常压下的低温等离子体，并将其与己二酸生产过程当中产生的废气进行相互反应与作用，一方面能够有效抑制并减少废气当中氮氧化物对于大气环境产生的影响，另一方面还具备成本低廉、净化彻底、对反应条件依赖性较低等优势，在未来的己二酸氮氧化物废气处理工作当中扮演着关键性角色。相关技术人员应进行更加深入地研究和关注[5]。在采用低温等离子技术对己二酸生产废气当中的氮氧化物污染进行处理的过程当中，技术人员还应当针对放电过程当中高能电子的指标参数进行分析和研判，确保废气处理反应得以高质量实现。