己二酸生產(chǎn)工藝中氮氧化物尾氣處理分析

康壽東(山東華魯恒升化工股份有限公司，山東 德州 253000)

0 引言

近年來，隨著我國經(jīng)濟社會的快速發(fā)展，工業(yè)水平得到了長足進步，對于己二酸的需求量也在逐年上升。但受到己二酸生產(chǎn)工藝流程及其理化特性等因素的影響，在其日常生產(chǎn)過程當中可能會出現(xiàn)大量含有氮氧化物的尾氣，對周邊環(huán)境造成嚴重污染。相關生產(chǎn)技術人員應當認識到氮氧化物尾氣的危害性，采取針對性措施和手段減少尾氣排放并針對尾氣進行處理，使己二酸生產(chǎn)工藝的經(jīng)濟效益以及社會效益實現(xiàn)同步提升。

1 己二酸的主要生產(chǎn)工藝類型及其特點

1.1 環(huán)己醇硝酸氧化法

在現(xiàn)階段的己二酸生產(chǎn)工藝當中，最為常見的就是環(huán)己醇硝酸氧化生產(chǎn)模式。這種生產(chǎn)工藝主要指的是基于環(huán)己醇作為主要反應原料，在Cu、V等類型金屬催化元素的作用下利用硝酸展開氧化反應，最終形成己二酸的一種技術手段。為了進一步確保己二酸生產(chǎn)成品的質(zhì)量與純凈度，需要針對硝酸濃度以及反應溫度進行控制。一些生產(chǎn)項目將硝酸濃度確定為65%，將反應溫度控制在70～90 ℃，采用串聯(lián)方式對硝酸氧化生產(chǎn)過程當中產(chǎn)生的廢氣進行處理和吸收，并針對反應過程當中的廢液進行濃縮再利用。但在長期的生產(chǎn)實踐過程當中我們也能夠注意到，采用65%濃度硝酸以及70～90 ℃溫度條件進行反應，會產(chǎn)生較為嚴重的氮氧化物廢氣污染，同時對生產(chǎn)設施的損耗也較為明顯，生產(chǎn)成本較高。一些生產(chǎn)企業(yè)基于這一問題針對傳統(tǒng)的環(huán)己醇硝酸氧化工藝進行了進一步優(yōu)化，將氧化反應溫度從原本的70～90 ℃升高至80～110 ℃，并針對設施運作形態(tài)進行了有效改進，使反應效率以及反應純度得到了顯著強化與提升[1]。

1.2 KA油空氣氧化法

受到生產(chǎn)工藝特性以及反應要求等因素的影響，傳統(tǒng)的環(huán)己醇硝酸氧化生產(chǎn)工藝所排放的氮氧化物廢氣較為嚴重，不僅給生產(chǎn)過程周邊環(huán)境帶來了極大的影響和危害，同時也不利于生產(chǎn)人員的身體健康。因此，很多專家學者開始針對己二酸生產(chǎn)工藝以及生產(chǎn)流程進行更加深入地研究和分析，力求有效降低氮氧化物尾氣的排放，KA油空氣氧化工藝應運而出。

所謂KA油空氣氧化工藝，主要指的是采用空氣當中含有的氧氣作為主要氧化劑，有效降低了生產(chǎn)反應過程當中對于硝酸氧化劑的依賴，充分減少了氧化反應過程當中氮氧化物廢氣的排放與污染，使生產(chǎn)線周邊環(huán)境得到了有效保護，同時還能降低生產(chǎn)與回收成本，有利于實現(xiàn)己二酸生產(chǎn)流程的可持續(xù)發(fā)展。

但在空氣氧化工藝的研發(fā)過程當中，尚存一定的難題亟待解決，例如采用氧氣作為氧化劑，氧化效果不夠顯著，反應時間較長、反應過后生成的己二酸當中雜質(zhì)較多，產(chǎn)物質(zhì)量較差、對生產(chǎn)反應設施的氣密性要求較高，一次性生產(chǎn)投資規(guī)模較大等等，因此要將空氣氧化工藝應用在實際工業(yè)生產(chǎn)當中，也存在著一定的阻礙。

1.3 過氧化氫氧化法

一些研究者在空氣氧化法的基礎上，轉(zhuǎn)向了過氧化氫氧化制備與生產(chǎn)的研究工作當中。相較于空氣氧化制備工藝來說，采用過氧化氫作為氧化劑進行己二酸的制備工作，能夠在沿續(xù)環(huán)境污染較小、氮氧化物廢氣排放少等優(yōu)勢同時，有效加強反應物生成量，已成為己二酸制備工藝未來的重要發(fā)展趨勢之一。但在目前的研究狀態(tài)當中，采用過氧化氫作為氧化劑生產(chǎn)己二酸，其化合物反應生成過程仍待進一步驗證和分析。

1.4 葡萄糖生物催化法

采用生物質(zhì)基葡萄糖作為原料展開催化生成己二酸，也是生產(chǎn)工藝當中的一種。這一生產(chǎn)過程具有反應條件要求不高、反應路徑較為清晰、反應產(chǎn)率較高的特點，但受到制備反應原料類別的影響，其生產(chǎn)成本較高，同樣需要進行針對性優(yōu)化。

2 氮氧化物尾氣對環(huán)境產(chǎn)生的影響

由上文能夠得知，現(xiàn)階段的工業(yè)己二酸生產(chǎn)過程當中較為常見的生產(chǎn)工藝包括苯酚法、環(huán)己烷法以及環(huán)己烯法三種類型。在己二酸生產(chǎn)技術的應用過程當中，由于硝酸催化環(huán)己醇以及環(huán)己酮這一關鍵性環(huán)節(jié)和流程的影響，會出現(xiàn)大量含有氮氧化物的廢氣，給環(huán)境帶來極大的壓力與危害[2]。具體表現(xiàn)在以下幾個方面。

2.1 使大氣污染不斷加劇

首先是進一步加劇了大氣污染現(xiàn)象。大量氮氧化物廢氣的排放會與空氣當中的氧氣發(fā)生反應，從而轉(zhuǎn)化為一氧化氮以及二氧化氮，從而給人體造成嚴重的刺激現(xiàn)象，甚至使受污染人群發(fā)生肺水腫、器官病變、變性血紅蛋白生成以及中樞神經(jīng)紊亂等現(xiàn)象，使公眾的生命健康安全受到極大的威脅和損害。

2.2 出現(xiàn)酸沉降現(xiàn)象

由己二酸制備生成并排放到大氣當中的各類含氮污染物受到氣相氧化或液相氧化等反應現(xiàn)象的影響，形成硝酸或硝酸鹽，并在降水、重力等作用下沉降至地面，被地表的植物、動物所吸收，使硝酸類物質(zhì)進入到整個生態(tài)循環(huán)當中，使生物鏈的穩(wěn)定性受到顯著沖擊和影響。另外，跟隨大氣降水一同沉降的硝酸類物質(zhì)還會使城市內(nèi)部各類非金屬建筑材料出現(xiàn)溶解、孔洞與裂縫現(xiàn)象，導致城市建筑穩(wěn)定性與安全性不斷下降。

2.3 造成光化學煙霧污染

己二酸生產(chǎn)排放的含有氮氧化物的尾氣會與環(huán)境光當中的紫外線形成光化學反應，并隨著空氣流動實現(xiàn)大范圍傳播，不僅會嚴重損害人體和動物的健康，還會阻礙植物的正常生長，破壞城市內(nèi)部非金屬建筑材料，進一步降低大氣可視度，影響交通運輸網(wǎng)絡的運行安全。

2.4 對臭氧層產(chǎn)生破壞

臭氧層是地球大氣層當中的重要組成部分，不僅能夠有效吸收紫外線，還能保障地球大氣的正常循環(huán)，減少大幅度氣候溫差的產(chǎn)生。但大量氮氧化物廢氣的排放會與臭氧發(fā)生反應，降低臭氧層當中臭氧濃度，導致臭氧層穩(wěn)定性不斷下降，不僅會使紫外線強度不斷提升，還可能會使大氣溫度出現(xiàn)嚴重失衡，給生態(tài)環(huán)境保護工作的開展造成極為顯著的影響和沖擊。

3 氮氧化物尾氣的主要處理措施和手段

為了更加全面有效地減少己二酸生產(chǎn)過程當中含有大量氮氧化物尾氣的排放，降低尾氣對環(huán)境產(chǎn)生的污染，相關研究者紛紛采取針對性措施進行尾氣排放的管控與處理工作，具體包括以下幾方面措施。

3.1 無氮燃燒技術

無氮燃燒技術是己二酸生產(chǎn)過程當中氮氧化物尾氣處理的關鍵性手段之一。通過將己二酸生產(chǎn)過程當中所排放的含有氮氧化物的廢氣輸送至反應設備當中，并采取針對性手段使其進行交互循環(huán)反應完成燃燒過程，能夠全面降低己二酸生產(chǎn)尾氣與空氣當中的氧離子結合的可能性，有效減少了傳統(tǒng)燃燒尾氣處理方式當中NOx物質(zhì)的產(chǎn)生概率，從而降低了化工生產(chǎn)尾氣排放對于大氣環(huán)境產(chǎn)生的污染和影響，現(xiàn)階段常用的燃燒反應物包括Fe、Ni等元素[3]。為全方位提升己二酸生產(chǎn)工藝的清潔度，杜絕氮氧化物尾氣的危害作出了相應的貢獻和動力。除了上述針對性輸送與循環(huán)反應完成燃燒過程的尾氣處理技術外，采用N2分離技術進行尾氣處理同樣也是降低氮氧化物環(huán)境影響的重要手段。技術人員可針對空氣當中存在的N2進行有效分離，使己二酸生產(chǎn)尾氣能夠在純氧當中進行燃燒，這種尾氣處理方式同樣也能夠減少NOx產(chǎn)物的誕生，使氮氧化物排放量得到更加充分地控制。

3.2 煙氣凈化技術

除了在尾氣排放過后進行燃燒處理外，基于還原催化或吸收特性對尾氣當中的氮氧化物進行凈化也是提升尾氣潔凈度的重要手段。相關技術人員應針對氮氧化物的物化特性進行深入分析和研判，進而采取更具針對性的凈化技術對反應廢氣進行處理，進一步降低反應廢氣對于環(huán)境的危害。常見的氮氧化物煙氣凈化技術包括以下幾種類型。

首先是液體吸收技術。某些液體能夠與NOx物質(zhì)產(chǎn)生一定的反應，使其得到有效地吸納與回收，技術人員應基于水、酸、堿等液態(tài)物質(zhì)與NOx之間的吸收反應效果進行全方位測試和研判，并得出更加良好的氮氧化物液態(tài)吸收載體，使己二酸制備生產(chǎn)過程當中的反應廢氣得到更加可靠地處置和吸收。

其次是電子束脫硝技術。技術人員可采用電子束針對己二酸生產(chǎn)廢氣進行反應，其高能電子能夠針對氮氧化物進行充分氧化，并與處理設備當中的吸收劑進行生成，形成對環(huán)境危害較小的固態(tài)顆粒產(chǎn)物，從而有效降低了對氮氧化物污染的處理與整合難度，使廢氣污染治理工作得以進一步落到實處。

再次是微波還原技術，采用微波對己二酸生產(chǎn)過程當中產(chǎn)生的廢氣進行處理，能夠使其中含有的氮氧化物以及硫氧化物得到充分有效地還原，最終得到更加純凈的硫元素、氮氣與氧氣，采用反應物能夠?qū)⒓儍袅蛟剡M行回收，并將氧氣、氮氣進行進一步排放。

最后是脈沖處理技術。采用超高壓電流脈沖對己二酸制備生產(chǎn)尾氣進行處理，能夠使廢氣在極短時間內(nèi)被激活，其內(nèi)部元素化學鍵受瞬時脈沖影響會產(chǎn)生斷裂現(xiàn)象，并生成更加純凈的氣體或元素微粒，有效降低了其對大氣環(huán)境產(chǎn)生的危害和破壞，將成為未來氮氧化物廢氣污染處理的關鍵性手段之一[4]。

3.3 微生物凈化技術

由于大氣環(huán)境當中的氮氧化物會造成較為嚴重的危害和影響，因此一些研究者開始針對微生物凈化處理技術展開相應的研究，一方面能夠有效降低廢氣處理成本，另一方面還能確保氮氧化物得到有效分解和凈化，使其對大氣環(huán)境的影響得到更加充分地控制。受到氮氧化物氣體特點的影響，其內(nèi)部結構當中并不含有碳元素，因此在基于微生物開展相應的處理和凈化工作時，應采用外加碳源的形式，針對氮氧化物進行充分還原，從而實現(xiàn)對氮氧化物的無害化處理。在試驗與處理實踐過程當中，能夠發(fā)現(xiàn)，無色桿菌屬、產(chǎn)堿桿菌屬、色桿菌屬、棒桿菌屬、生絲桿菌屬等類型的微生物都能夠?qū)Φ趸锂斨泻械牡剡M行有效分離與還原，盡可能降低了氮氧化物對于環(huán)境造成的不利影響，使廢氣處理與凈化技術得到了更加持續(xù)化地發(fā)展與進步。由于這些微生物所適宜的生長環(huán)境各有不同，對氮氧化物產(chǎn)生的還原能力以及凈化能力也存在著較為顯著的差異，因此技術人員應當結合己二酸生產(chǎn)與制備工序的相關特征以及氮氧化物廢氣處理的相關要求針對微生物凈化技術進行合理化運用，使不同類型的脫氮微生物得到有效培育和馴化，為進一步強化氮氧化物廢氣處理效果與處理質(zhì)量奠定更加堅實的物質(zhì)基礎。在針對微生物凈化技術進行應用的過程當中，相關技術人員應當遵循以下幾方面原則和要求。

首先是關注微生物的形態(tài)和生長要求。在大部分脫氮微生物類型當中，常見的微生物形態(tài)包括懸浮形態(tài)以及附著形態(tài)兩種類型，技術人員應結合己二酸制備廢氣的物化特征對微生物形態(tài)進行合理化選擇。

其次應針對廢氣當中的氮氧化物類型進行分析，受脫氮微生物特點的影響，大部分脫氮微生物對NO的凈化與處理效果較為低下，因此技術人員應分析廢氣當中一氧化氮的含量，結合實際構建微生物廢氣凈化與處理方案。

3.4 低溫等離子技術

在氮氧化物廢氣處理工作中，低溫等離子技術也是一項關鍵性技術類型。作為一種特性較為活躍，易于其他物質(zhì)發(fā)生反應的物質(zhì)類型，等離子體在廢氣凈化與處理當中發(fā)揮著重要作用。技術人員可采用電場放電或介質(zhì)阻滯放電等兩種技術手段獲取常壓下的低溫等離子體，并將其與己二酸生產(chǎn)過程當中產(chǎn)生的廢氣進行相互反應與作用，一方面能夠有效抑制并減少廢氣當中氮氧化物對于大氣環(huán)境產(chǎn)生的影響，另一方面還具備成本低廉、凈化徹底、對反應條件依賴性較低等優(yōu)勢，在未來的己二酸氮氧化物廢氣處理工作當中扮演著關鍵性角色。相關技術人員應進行更加深入地研究和關注[5]。在采用低溫等離子技術對己二酸生產(chǎn)廢氣當中的氮氧化物污染進行處理的過程當中，技術人員還應當針對放電過程當中高能電子的指標參數(shù)進行分析和研判，確保廢氣處理反應得以高質(zhì)量實現(xiàn)。

4 結語

綜上所述，己二酸作為工業(yè)生產(chǎn)當中的重要原料類型，做好其制備過程當中的氮氧化物廢氣處理工作具有關鍵性作用。相關技術人員應當結合國家相關排放法規(guī)針對傳統(tǒng)的廢氣處理技術手段進行優(yōu)化和調(diào)整，確保廢氣處理工作的安全有效，進一步減少氮氧化物廢氣對周邊環(huán)境產(chǎn)生的影響和威脅，實現(xiàn)了生產(chǎn)流程的進一步優(yōu)化。