一种硝化棉生产过程中硝烟的回收装置及方法技术领域
本发明涉及硝化棉生产废气处理领域，尤其涉及一种硝化棉生产过程中硝烟
的处理方法。
背景技术
纤维素硝酸酯，俗称硝化棉或硝化纤维，是纤维素与硝酸反应的产物，分子
式是C6H7O2(ONO2)a(OH)3-an，其中a为酯化度，n为聚合度。硝化棉最初用于军用
领域，是制造发射药、导弹、火箭推进剂的重要原料；随着科技的发展，硝化棉
的应用范围不再局限于军用产品上，而且体现在日常生活的方方面面，如汽车车
漆、固体酒精以及电子产品粘接剂等。
目前硝化棉的制备过程主要如下：精制棉与混酸发生硝化反应生成酸性硝化
棉，经过离心进行驱酸，再用稀硝酸与水对其洗涤，然后对产品的不安定性进行
处理，之后进行切割，通过精洗进行混批，对混批硝化棉除渣除铁，进而将其浓
缩，最后经过活塞推料离心机脱水后包装。由于硝酸属于易挥发物质，在混酸配
制过程、硝化反应过程、离心驱酸过程以及煮洗过程中都会产生氮氧化物气体，
即硝烟。若直接排放到大气中造成污染和浪费，对人体造成危害，因此必须要回
收处理。
硝烟的处理方法按吸附剂的种类可以分为：水吸收法、酸吸收法、碱吸收法、
氧化物吸收法等。申请号为201210512696.7的中国专利公开了一种氮氧化物废
气的处理方法，该方法包括酸洗单元、水洗单元及碱洗单元，通过逐级吸收以达
到废气排放达标；但在碱洗单元会产生工业废盐，造成二次污染及硝酸回收率低；
因硝化棉生产过程中产生的硝烟量大，因而生成的稀硝酸量大，用该方法得到的
稀硝酸浓度低，硝酸用户单一，外卖困难，影响硝烟回收的正常运行，且降低硝
化棉生产的经济效益。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种硝化棉生产过程中硝烟的回收装置
及方法，可以免用碱吸收剂，同时生产两种浓度的硝酸，确保硝烟回收系统正常
运行。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种硝化棉生产过程中硝烟的
回收装置，所述硝化棉生产过程中硝烟的回收装置包括：第一吸收单元、第二吸
收单元、第三吸收单元、抽风机及第一比重计、第二比重计；所述第一吸收单元
包括吸收剂为水的吸收塔；所述第二吸收单元包括至少两个串联的吸收剂为水的
吸收塔，设置在第一吸收单元后工位并与其串联；所述第三吸收单元包括至少一
个吸收剂为尿素、双氧水混合溶液的吸收塔，设置在第二吸收单元后工位并与其
串联；
所述第一吸收单元、第二吸收单元及第三吸收单元的每个吸收塔底部设有硝
烟进口、第一进液口、第一出液口及第二出液口，每个吸收塔顶部设有硝烟排出
口、第二进液口，所述每个吸收塔顶部硝烟排出口与后一个吸收塔底部硝烟进口
通过管道连接，每一吸收塔底部的第一出液口与前一吸收塔底部的第一进液口通
过管道连接，所述管道上设有阀门；第三吸收单元的吸收塔顶部硝烟排出口为尾
气排放口；每一个吸收塔设置一循环泵，循环泵进口与所述吸收塔底部第二出液
口通过管道连接、出口与所述吸收塔顶部第二进液口通过管道连接；所述第一吸
收单元吸收塔循环泵出口管道上设置水或稀硝酸进口；所述第二吸收单元最后一
个吸收塔的循环泵出口管道上设置水进口；所述第三吸收单元最后一个吸收塔的
循环泵出口管道上设置尿素、双氧水混合溶液进口；所述抽风机进口与来自生产
过程中的硝烟排出口连接，所述抽风机出口与所述第一吸收单元吸收塔底部硝烟
进口连接；
所述第一吸收单元吸收塔底部的第一出液口连接有出酸管道，所述出酸管道
上设置有第一比重计，所述第一比重计后设置有阀门；所述第二吸收单元前两个
吸收塔底部的第一出液口连接有出酸管道，所述出酸管道上设置有第二比重计，
所述第二比重计后设置有阀门。
优选的，所述第二吸收单元的吸收塔为4个。
优选的，所述第三吸收单元的吸收塔为2个。
一种硝化棉生产过程中硝烟的回收方法，包括以下步骤：
(1)关闭第一吸收单元和第二吸收单元吸收塔连接管道上的阀门，向第一
吸收单元吸收塔加水至吸收塔液位的10-30％，启动循环泵，水在吸收塔内由上
至下循环；
(2)由第二吸收单元吸收塔循环泵上水进口向第二吸收单元每个吸收塔内
加水至吸收塔液位的10-30％，启动所述每个吸收塔的循环泵，水在吸收塔内由
上至下循环；
(3)来自生产工序的硝烟经抽风机由第一吸收单元的吸收塔底部硝烟进口
进入第一吸收单元的吸收塔，进行水洗；当第一比重计比重大于等于1.37时，
第一比重计后阀门打开，出浓度为60％的硝酸，通过循环泵管道上的水进口补水，
使所述吸收塔液位为10-30％；
(4)将步骤(3)处理后得到的气体由第二吸收单元的第一个吸收塔底部的
硝烟进口送入吸收塔，进一步进行水洗，当第二比重计比重大于等于1.18时，
第二比重计后阀门打开，出浓度为30％的硝酸，通过循环泵管道上的水或稀硝酸
进口补水，使所述吸收塔液位为10-30％；
(5)向第三吸收单元吸收塔注入尿素和双氧水的混合液至吸收塔液位的
10-30％，启动循环泵，混合液自所述吸收塔顶部的进液口喷洒下落、循环，将步
骤(4)水洗后得到的气体通入第三吸收单元的吸收塔，用尿素和双氧水混合液
进一步吸收处理后，气体中氮氧化物浓度小于等于800ppm，排入大气。
优选的，所述步骤(3)中出酸后所述第一吸收单元吸收塔液位低时，打开
第一吸收单元和第二吸收单元吸收塔连接管道上的阀门，将第二吸收单元的稀硝
酸补充到第一吸收单元的吸收塔。
优选的，在生产过程中所述步骤(4)第二吸收单元的补水量为400-3000L/h。
优选的，步骤(5)中所述尿素和双氧水混合液中尿素的质量浓度为8-12％，
双氧水的质量浓度为3-6％。
优选的，经所述步骤(5)处理后，气体中氮氧化物浓度为500-800ppm。
本发明的有益效果是：本发明提供的硝化棉生产过程中硝烟的回收方法，采
用多级水洗处理及尿素、双氧水处理，整个处理过程中没有工业废盐产生，吸收
了其他吸收剂不容易吸收的一氧化氮，不造成二次污染，废弃达到国家排放标准；
本发明可同时提供两种浓度的硝酸，即30％和60％的硝酸，扩展硝酸用户，满足
硝酸产品的销售需求，确保硝烟回收系统的正常运行，提高硝烟回收的经济效益。
附图说明
图1是本发明提供的21的结构示意图；
图中标记为：1、第一吸收单元，1a、吸收塔，11、硝烟进口，12、第一进
液口，13、第一出液口，14、第二出液口，15、硝烟排出口，16、第二进液口；
2、第二吸收单元，2a、吸收塔，21、硝烟进口，22、第一进液口，23、第一出
液口，24、第二出液口，25、硝烟排出口，26、第二进液口；3、第三吸收单元，
3a、尿素、双氧水混合溶液吸收塔，31、硝烟进口，32、第一进液口，33、第一
出液口，34、第二出液口，35、硝烟排出口，36、第二进液口，4、抽风机，5、
第一比重计，6、第二比重计，7、循环泵，8、水或稀硝酸进口，9、水进口，10、
尿素、双氧水混合溶液进口。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
如图1所示的本发明的硝化棉生产过程中硝烟回收装置结构示意图，硝化棉
生产过程中硝烟的回收装置包括：第一吸收单元1、第二吸收单元2、第三吸收
单元3、抽风机4及第一比重计5、第二比重计6；所述第一吸收单元1包括吸
收剂为水的吸收塔1a；所述第二吸收单元2包括至少两个串联的吸收剂为水的
吸收塔2a，设置在第一吸收单元1后工位并与其串联；所述第三吸收单元3包
括至少一个吸收剂为尿素、双氧水混合溶液的吸收塔3a，设置在第二吸收单元2
后工位并与其串联。
所述第一吸收单元1、第二吸收单元2及第三吸收单元3的每个吸收塔底部
设有硝烟进口、第一进液口、第一出液口及第二出液口，每个吸收塔顶部设有硝
烟排出口、第二进液口，所述每个吸收塔顶部硝烟排出口与后一个吸收塔底部硝
烟进口通过管道连接，每一吸收塔底部的第一出液口与前一吸收塔底部的第一进
液口通过管道连接，所述管道上设有阀门，当前一个吸收塔液位不足时，所述阀
门打开，由后一个吸收塔向前一个吸收塔补充液位；第三吸收单元3的吸收塔顶
部硝烟排出口35为尾气排放口；每一个吸收塔设置一循环泵7，循环泵7进口
与所述吸收塔底部第二出液口通过管道连接、出口与所述吸收塔顶部第二进液口
通过管道连接；所述第一吸收单1元吸收塔循环泵7出口管道上设置水或稀硝酸
进口8；所述第二吸收单元2最后一个吸收塔的循环泵7出口管道上设置水进口
9；所述第三吸收单元3最后一个吸收塔的循环泵7出口管道上设置尿素、双氧
水混合溶液进口10；所述抽风机4进口与来自生产过程中的硝烟排出口连接，
所述抽风机4出口与所述第一吸收单元1的水洗吸收塔1a底部硝烟进口连接。
所述第一吸收单元1吸收塔底部的第一出液口连接有出酸管道，所述出酸管
道上设置有第一比重计5，所述第一比重计5后设置有阀门；所述第二吸收单元
2前两个吸收塔底部的第一出液口连接有出酸管道，所述出酸管道上设置有第二
比重计6，所述第二比重计6后设置有阀门。
图中箭头方向为气体、液体的流向。
实施例1：
如图1所示，如图1所示的本发明的硝化棉生产过程中硝烟回收装置结构示
意图，硝化棉生产过程中硝烟的回收装置包括：第一吸收单元1、第二吸收单元
2、第三吸收单元3、抽风机4及第一比重计5、第二比重计6；所述第一吸收单
元1包括吸收剂为水的吸收塔1a；所述第二吸收单元2包括4个串联的吸收剂
为水的吸收塔2a，设置在第一吸收单元1后工位并与其串联；所述第三吸收单
元3包括至两个吸收剂为尿素、双氧水混合溶液的吸收塔3a，设置在第二吸收
单元2后工位并与其串联。
第一吸收单元1的水洗吸收塔1a底部设有硝烟进口11、第一进液口12、第
一出液口13及第二出液口14，顶部设有硝烟排出口15、第二进液口16；第二
吸收单元2水洗吸收塔2a底部设有硝烟进口21、第一进液口22、第一出液口
23及第二出液口24，顶部设有硝烟排出口25、第二进液口26；第三吸收单元3
水洗吸收塔3a底部设有硝烟进口31、第一进液口32、第一出液口33及第二出
液口34，顶部设有硝烟排出口35、第二进液口36。
每个吸收塔顶部硝烟排出口与后一个吸收塔底部硝烟进口通过管道连接，每
一吸收塔底部的第一出液口与前一吸收塔底部的第一进液口通过管道连接，所述
管道上设有阀门；第三吸收单元3的吸收塔顶部硝烟排出口35为尾气排放口；
每一个吸收塔设置一循环泵7，循环泵7进口与所述吸收塔底部第二出液口通过
管道连接、出口与所述吸收塔顶部第二进液口通过管道连接；所述第一吸收单1
元吸收塔循环泵7出口管道上设置水或稀硝酸进口8；所述第二吸收单元2最后
一个吸收塔的循环泵7出口管道上设置水进口9；所述第三吸收单元3最后一个
吸收塔的循环泵7出口管道上设置尿素、双氧水混合溶液进口10；所述抽风机4
进口与来自生产过程中的硝烟排出口连接，所述抽风机4出口与所述第一吸收单
元1的吸收塔1a底部硝烟进口连接，抽风机4是处理气体流动的动力源，使来
自生产系统中的硝烟进入第一吸收单元1的吸收塔1a进行处理。
所述第一吸收单元1吸收塔底部的第一出液口13连接有出酸管道，所述出
酸管道上设置有第一比重计5，所述第一比重计5后设置有阀门；所述第二吸收
单元2前两个水洗吸收塔2a底部的第一出液口23连接有出酸管道，所述出酸管
道上设置有第二比重计6，所述第二比重计6后设置有阀门。
本发明提供的硝化棉生产过程中硝烟回收方法包括如下步骤：
(1)关闭第一吸收单元1和第二吸收单元2吸收塔连接管道上的阀门，向
第一吸收单元1吸收塔加水至吸收塔液位的10-30％，启动循环泵7，水在吸收塔
内由上至下循环；
(2)由第二吸收单元2最后一个吸收塔循环泵7上水进口9向第二吸收单
元2每个吸收塔内加水至吸收塔液位的10-30％，启动所述每个吸收塔的循环泵7，
水在吸收塔内由上至下循环；
(3)来自生产工序的硝烟经抽风机4由第一吸收单元1的吸收塔1a底部硝
烟进口11进入第一吸收单元1的吸收塔1a，进行水洗；当第一比重计5比重大
于等于1.37时，第一比重计5后阀门打开，出浓度为60％的硝酸，通过循环泵
管道上的水或稀硝酸进口8补水或稀硝酸，使所述吸收塔液位为10-30％；
在该步骤中，来自硝化棉生产系统的硝烟中绝大部分的氮氧化物被水吸收,
生成硝酸溶液，当反应液浓度达到60％时，抽走硝酸溶液外卖，给吸收塔1a补
充水或稀硝酸，循环工作，反应式如下：
2NO+O2＝2NO2、2NO2+H2O＝2HNO3
因生产系统不稳定，送来的硝烟量不稳定，若连续生产60％硝酸，会影响硝酸浓
度的均匀性，因此当生产系统中硝烟量较小时，可暂时关闭60％硝酸出口，生产
30％的硝酸；当硝烟量大且稳定时，生产60％的硝酸；
(4)将步骤(3)处理后得到的气体由第二吸收单元2的第一个吸收塔底部
的硝烟进口21送入吸收塔，进一步进行水洗，当第二比重计6比重大于等于1.18
时，第二比重计6后阀门打开，出浓度为30％的硝酸，通过循环泵7管道上的水
进口9补水，使所述吸收塔液位为10-30％；
(5)向第三吸收单元3吸收塔注入尿素和双氧水的混合液至吸收塔液位的
10-30％，所述尿素和双氧水混合液中尿素的质量浓度为8-12％，双氧水的质量浓
度为3-6％，启动循环泵7，混合液自所述吸收塔顶部的进液口喷洒下落、循环，
将步骤(4)水洗后得到的气体通入第三吸收单元3的吸收塔，用尿素和双氧水
混合液进一步吸收处理后，气体中氮氧化物浓度小于等于800ppm，排入大气；
尿素和双氧水混合液的浓度降低、排入大气的气体中氮氧化物浓度升高时，将第
三单元3的吸收液由第一出液口排出，送到第二吸收单元2的最后一个吸收塔，
对第三吸收单元3重新补充尿素和双氧水的混合液；
在该步骤中，尿素溶液吸收氮氧化物的反应式如下：
6NO2+4(NH2)2CO＝7N2+4CO2+8H2O
6NO+2(NH2)2CO＝5N2+2CO2+4H2O
双氧水作为氧化剂，将一氧化氮氧化成容易被水吸收的二氧化氮；尿素、双
氧水溶液作为吸收剂处理尾气中残余的氮氧化物，吸收了其他吸收剂不容易吸收
的一氧化氮；反应生成物为N2、CO2、H2O，且无副反应，对环境不造成二次污染。
实施例2：
本发明提供的硝化棉生产过程中硝烟回收装置如实施例1、回收方法包括如
下步骤：
(1)关闭打开第一吸收单元1和第二吸收单元2吸收塔连接管道上的阀门，
由第二吸收单元2最后一个吸收塔循环泵7上水进口9向第二吸收单元2吸收塔
内加水，水逆流至第一吸收单元1，待水洗吸收塔1a液位达到10-30％后，关闭
第一吸收单元1和第二吸收单元2吸收塔连接管道上的阀门，启动循环泵7，水
在吸收塔内由上至下循环；
(2)待第二吸收单元2每个吸收塔液位达到10-30％，启动所述每个吸收塔
的循环泵7，水在吸收塔内由上至下循环；
(3)来自生产工序的硝烟经抽风机4由第一吸收单元1的吸收塔1a底部硝
烟进口11进入第一吸收单元1的吸收塔1a，进行水洗；当第一比重计5比重大
于等于1.37时，第一比重计后5阀门打开，出浓度为60％的硝酸，出酸后所述
水洗吸收塔1a液位低时，打开第一吸收单元1和第二吸收单元2吸收塔连接管
道上的阀门，将第二吸收单元2的稀硝酸补充到第一吸收单元的吸收塔，使所第
一吸收单元1吸收塔1a液位保持为10-30％；
(4)将步骤(3)处理后得到的气体由第二吸收单元2的第一个吸收塔底部
的硝烟进口21送入吸收塔，进一步进行水洗，当第二比重计6比重大于等于1.18
时，第二比重计6后阀门打开，出浓度为30％的硝酸，通过循环泵7管道上的水
进口9补水，使所述吸收塔液位为10-30％，第二吸收单元2的补水量为
400-3000L/h；
(5)由尿素、双氧水混合溶液进口10向第三吸收单元3吸收塔注入尿素和
双氧水的混合液至吸收塔液位的10-30％，所述尿素和双氧水混合液中尿素的质
量浓度为8-12％，双氧水的质量浓度为3-6％，启动循环泵7，混合液自所述吸收
塔顶部的进液口喷洒下落、循环，将步骤(4)水洗后得到的气体通入第三吸收
单元3的吸收塔，用尿素和双氧水混合液进一步吸收处理后，气体中氮氧化物浓
度为500-800ppm，排入大气。