硝酸工厂尾气监测卓越解决方案

导言

硝酸的生产主要由化肥工业带动，硝酸与氨中和后得到硝酸铵，这一用途消耗了全球近80%的硝酸产量。其他主要用途是生产炸药、尼龙和聚氨酯的前体以及特种有机化合物。

绝大部分硝酸都是通过氨的催化氧化产生的。在这一工业过程中，氨气被氧化生成硝酸。在此过程中还会产生一些氧化压氮，连同残留的氮氧化物，它们将作为尾气离开吸收塔。在吸收塔下游，尾气将在脱硝反应器中进行处理，然后排放到大气中。

今天就跟着我们一起来了解，使用高温热湿红外多组分分析系统MCS200HW对加压尾气进行监测，以确保高效的脱硝和排放控制。

生产中，大部分硝酸都是通过氨的催化氧化产生的。氨气NH3在催化剂作用下与空气燃烧氧化，在第一步中形成一氧化氮NO。在第二步中，一 氧化氮被氧化生成二氧化氮NO₂。然后，NO₂在吸收塔中被水吸收，生成硝酸。不过，也有一些气体（NO、NO₂ 和 N₂O）没有被硝酸溶液吸收，它们将从吸收塔顶部离开。

这些气体混合物通常被称为尾气。吸收塔尾气出口的下游安装了一个脱硝反应器，注入氨气在催化剂的帮助下进行氮氧化物还原。

（吸收塔和脱硝反应器的简化示意图）

由于N₂O是一种温室气体，如今减少N₂O的排放也是必不可少的。有两种常用的路线：

方案1：N₂O被催化分解为氮气和氧气，然后将氨与两层床之间尾气混合，在第二层床中进行氮氧化物还原。

方案2：NH₃在进入反应器之前与尾气混合。氮氧化物在第一层床中从尾气中去除，然后在第二层床中与碳氢化合物（如甲烷或丙烷）反应被还原成N₂O。

无论采用哪种方案来降低氮氧化物的浓度，都需要对脱硝过程以及尾气排放进行控制。通常的测量点位于脱硝反应器的入口和出口以及烟囱。烟囱处的测量除氮氧化物以外，还包括水、一氧化碳、二氧化碳、氧气，有时包括甲烷。由于反应器的工作压力为4 - 10bar，取样点的气体温度为230°C - 430°C，因此对反应器入口和出口测量要求很高。

在设备启动期间工艺条件并不稳定，会发生不必要的副反应。这时脱硝入口处会出现氨、硝酸和氮氧化物。只要气体温度足够高，这些成分就只能存在于气相中。

在低于160°C的温度下，这些成分会发生反应形成盐，如硝酸铵。如果使用冷干抽取分析仪，这种盐的形成会干扰分析仪的运行，导致错误的测量结果和非常频繁的维护需求。

工厂典型的运行周期为1.5至8个月，运行周期的长短取决于氨燃烧过程中催化剂的损耗。在脱硝入口，NO₂ /NO 的浓度比约为 40%/60%。如果使用化学发光法分析仪，则需要使用转换炉将NO₂还原成NO。由于NO₂浓度较高，转换炉需要经常维护，或者必须使用高温转换炉。

需要在脱硝反应器的出口处测量氨的浓度，以保证发生足够的还原反应，同时出口处的氨浓度必须较低，以保持低于排放限值。为确保正确控制脱硝工艺，需要进行快速分析。

（典型测量组分及其测量范围）

解决方案

高温热湿红外多组分分析系统MCS200HW非常适合上述应用。它是一种全流程加热的气体分析系统，以确保烟气进入系统后以气态形式存在。所有加热元件均采用恒温控制，最低温度为 185°C，最高温度可达200°C。即使在硝酸装置的启动条件下，全流程高温也可以有效防止盐分的生成和积累。

该分析仪基于非分光红外的测量原理。它可同时测量 10 种红外活性成分，如NO、NO₂、N₂O、NH₃ 、H₂O，并可配备氧化锆传感器进行O₂监测。 

一台分析仪可配置两个采样探头，在脱硝反应器的入口和出口进行测量，有效计算脱除效率。同时，MCS200HW非常适合烟囱测量，因为它已获得CCEP排放监测认证，MCS200HW还提供 EN15267排放监控的完整TUV认证。

具体应用优势

• MCS200HW 可防止盐分积聚，减少维护，确保脱硝控制和排放监测的高可用性。同一台分析仪可用于脱硝控制和排放监测。备件库存少，易于维护，降低了运行成本。

• 特殊配置可快速测量NH₃。

• 作为多组分分析仪，MCS200HW还可进一步测量CH₄ 、CO、H₂O、O₂等组分。 

• 内部校准气室（QAL3认证）可实现无标气校准氨的目的，节省时间和成本。

MCS200HW是一种多成分分析仪系统，用于连续监测工业燃烧设备烟气中最多10种红外测量成分。MCS200HW采用热湿抽取方式：从气体采样探头到分析单元，所有与介质接触的部件都会被加热到露点以上，从而防止腐蚀。

集成的氧气传感器还可测量氧气。作为可选项，还可通过集成的GMS811 FIDORi 补充TOC测量 。通过内部参考点监测，可使用测试气体快速检查测量值。网络显示屏和集成在软件中的任务助手使操作变得非常简单。

产品优势

• 即使面对水溶性气体组分，仍可获得可靠的测量结果

• 只需一台分析仪即可同时监测多达12种气体组分

• 可随时扩展，灵活组合测量组分

• 经过认证的漂移检查装置 (QAL3)   无需测试气体

• 仅用一个接口完成全部数据传输

• 以任务为导向的便捷操作

• 无需其他软件即可远程访问

• 维护工作少，服务成本低

应用场景

• 垃圾焚烧厂，电厂和协同处置废物焚烧(例如水泥协同处置垃圾)设施中的排放监测

• 测量硝酸厂中的氮氧化物(NO、 NO₂、N₂O)监测