尿素造粒尾氣氨含量分析及回收處理工藝探討

(中國(guó)五環(huán)工程有限公司，湖北 武漢 430223)

隨著國(guó)家環(huán)保要求越來越高，對(duì)尿素造粒尾氣粉塵及氨含量排放指標(biāo)也將更為嚴(yán)苛，據(jù)了解，新的化肥行業(yè)大氣排放標(biāo)準(zhǔn)即將發(fā)布，嚴(yán)格的尿素造粒尾氣排放指標(biāo)可能定為：顆粒物和氨均為不超過30mg/Nm3。目前，尿素造粒尾氣顆粒物，即尿素粉塵，采用水洗滌回收或袋式干法捕集等方法，可以滿足不超過30mg/Nm3的要求，但對(duì)于尾氣中的游離氨基本沒有針對(duì)性的回收措施。

1 尿素造粒尾氣氨含量分析

造粒尾氣中的氨來源于一段蒸發(fā)分離器(流化床造粒)或二段蒸發(fā)分離器(造粒塔造粒)熔融尿素中的游離氨，以及去造粒塔(機(jī))管道中因生成縮二脲而產(chǎn)生的游離氨，下面初略估算一下造粒尾氣中的氨含量。

1.1 造粒塔造粒

二段蒸發(fā)分離器出口熔融尿素中的游離氨約為450mg/kg；去造粒塔管道中增加的縮二脲約0.2%(w)；每噸尿素需要的冷卻空氣量約10 000Nm3；成品中游離氨含量為100mg/kg；每噸尿素產(chǎn)品帶入造粒塔尾氣中的總游離氨量為：

1 000×(450-100)+1000×0.002

×17/103×1 000 000

=680 000mg

由于尾氣中氨分壓非常低，如果尾氣采用水洗法回收，幾乎不能吸收尾氣中的游離氨，據(jù)某裝置實(shí)際分析的數(shù)據(jù)，吸收液中氨含量為0.02%(w)，尿素粉塵洗滌后尿素濃度按10%(w)考慮，洗滌前尾氣尿素粉塵含量200mg/Nm3，則造粒塔造粒尾氣中的游離氨含量為：

(680 000-200×10 000/0.1×0.000 2)/10 000

=67.6mg/Nm3

1.2大顆粒造粒

一段蒸發(fā)分離器出口熔融尿素中的游離氨約為450mg/kg；去造粒機(jī)管道中增加的縮二脲約0.1%；一段蒸發(fā)尿液濃度96%(w)，大顆粒返料比約4%(w)；每噸尿素需要的干燥及冷卻空氣量約7 500Nm3；成品中游離氨含量為50mg/kg；每噸尿素產(chǎn)品帶入大顆粒造粒機(jī)尾氣中的總游離氨量為：

1 000/0.96×1.04×450-1 000×50+1 000

×0.001×17/103×1 000 000

=602 548mg

由于尾氣中氨分壓非常低，如果采用水洗法回收，幾乎不能吸收尾氣中的游離氨，據(jù)某裝置實(shí)際分析數(shù)據(jù)，吸收液中氨含量為0.02%(w)，尿素粉塵洗滌回收后尿素濃度按45%(w)考慮，大顆粒返料比約4%，則大顆粒造粒尾氣中的游離氨含量如下：

(602 548-1 000×0.04/0.45×0.000 2×1 000 000)

/7 500=78mg/Nm3

綜上所述，造粒尾氣采用水洗法回收工藝是難以將尾氣中的氨含量降至50mg/Nm3以下的，如果環(huán)保指標(biāo)要求達(dá)到30mg/Nm3以下，則需要增加酸洗工序才能滿足要求。

目前，很多造粒尾氣采用水洗法回收工藝的裝置，都聲稱尾氣氨含量可達(dá)到30mg/Nm3以下，有的甚至說10mg/Nm3以下，這可能與其取樣及分析方法有關(guān)，數(shù)據(jù)分析不真實(shí)。

2 回收處理工藝探討

要將造粒尾氣中氨含量降至30mg/Nm3以下，增加酸洗工序是較為可行的措施，可以用硫酸、硝酸或其他有機(jī)酸(如甲酸)等，酸的選擇應(yīng)該是對(duì)尿素裝置的設(shè)備及管道等腐蝕或影響最低為優(yōu)先考慮原則。尾氣酸洗氨回收有如下幾種方式：①與粉塵洗滌一起混合洗滌回收；②獨(dú)立的酸洗系統(tǒng)；③直接酸中和法；④間接酸吸收法。

2.1 與粉塵洗滌一起混合洗滌

在現(xiàn)有的尿素粉塵洗滌液中加入適量的硝酸或其他腐蝕性較低的酸進(jìn)行洗滌，含有少量硝酸銨的稀尿素溶液返回尿素蒸發(fā)系統(tǒng)，尿素成品中將含有少量硝酸銨。根據(jù)計(jì)算，尿素產(chǎn)品氮含量能滿足農(nóng)用優(yōu)等品的要求。對(duì)于含有少量稀硝酸或硝酸銨溶液，尿素蒸發(fā)系統(tǒng)采用的304L材料也是適宜的。

由于現(xiàn)有裝置尿素蒸發(fā)系統(tǒng)設(shè)備及管道中有部分采用304L材料，若加入硫酸，將導(dǎo)致尿素設(shè)備腐蝕，因此，硫酸不適宜于此回收方法。

2.2獨(dú)立的酸洗系統(tǒng)

在現(xiàn)有的尿素粉塵洗滌后，增加一段獨(dú)立的酸洗系統(tǒng)，此系統(tǒng)與尿素系統(tǒng)是分離的，可以用硫酸或硝酸進(jìn)行洗滌，副產(chǎn)品為硫酸銨或硝酸銨。此法投資較高，同時(shí)還需要考慮副產(chǎn)品的處理及銷售問題。

2.3直接酸中和法

直接將適量硫酸、硝酸或其他有機(jī)酸(如甲酸)等加入造粒塔(機(jī))前管道的熔融尿素中，中和其中的游離氨，此方法副產(chǎn)品可能返回尿素系統(tǒng)中，因此，硫酸也不推薦用于此方法。同時(shí)應(yīng)注意，此方法有可能導(dǎo)致產(chǎn)品水含量超標(biāo)。

2.4間接酸吸收法

在造粒塔(機(jī))前的熔融尿素管道上設(shè)置一分離罐，分離罐頂部氣相管與一酸吸收塔相連，酸吸收塔將熔融尿素中的游離氨吸收，從而減少造粒尾氣中的氨含量。酸吸收塔的吸收液可以用稀硫酸或硝酸溶液進(jìn)行循環(huán)洗滌，副產(chǎn)品為硫酸銨或硝酸銨，此法也需要考慮副產(chǎn)品的處理及銷售問題。若將副產(chǎn)品返回尿素系統(tǒng)中，則硫酸不適宜于此回收方法，應(yīng)采用稀硝酸進(jìn)行循環(huán)洗滌回收。

3 結(jié)語

新的化肥行業(yè)大氣排放標(biāo)準(zhǔn)即將發(fā)布，現(xiàn)有的水洗滌回收或袋式干法捕集等方法難以滿足新標(biāo)準(zhǔn)針對(duì)尾氣中氨濃度的要求，需引起行業(yè)的高度重視，未雨綢繆，尋找切實(shí)可行的解決方案。酸洗回收是較為合理的措施，國(guó)外類似裝置也都采用此法回收造粒尾氣的氨。