純堿生產(chǎn)中含氨尾氣的綜合回收利用

孔祥明,李瑞峰,黃 旭

(中國成達(dá)工程有限公司，四川 成都 610041)

1 純堿生產(chǎn)含氨尾氣回收現(xiàn)狀

在純堿生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生各種含氨尾氣，如碳化尾氣、濾過尾氣、干銨尾氣、儲槽弛放氣以及無組織排放氣等，上述尾氣中均含有刺激性的氨成分，必須進(jìn)行洗滌凈化達(dá)到環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)后再排放，同時(shí)可以將尾氣中的氨回收利用。

目前含氨尾氣排放指標(biāo)執(zhí)行原惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)，氨排放量根據(jù)排放管高度確定排放量。但是隨著國家和行業(yè)對大氣污染排放的愈加重視，原有污染物排放標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)不適應(yīng)當(dāng)前的環(huán)保要求。各地環(huán)保監(jiān)管部門在執(zhí)行上述標(biāo)準(zhǔn)的前提下，對氨排放總量進(jìn)行限定，同時(shí)對于廢水排放中的氨氮含量進(jìn)行了嚴(yán)格限制和監(jiān)管。為了滿足新形勢下的環(huán)保要求，部分純堿廠開始對含氨尾氣洗滌系統(tǒng)進(jìn)行升級改造，以滿足現(xiàn)在或者將來更嚴(yán)格的環(huán)保要求。

2 影響氨吸收的主要因素分析

影響氨吸收的因素有很多，本文結(jié)合純堿廠的實(shí)際運(yùn)行情況，以濾過尾氣為例，對濾過尾氣的氨洗滌吸收過程進(jìn)行模擬計(jì)算，并對各因素的影響進(jìn)行分析，用于指導(dǎo)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)。假定濾過尾氣的流量為17 000 Nm3/h，溫度為40 ℃，進(jìn)濾過尾氣洗滌塔壓力為0.048 MPa(A)，濾過尾氣的組成如表1。

表1 濾過尾氣的組成

2.1 洗水流量的影響分析

通過模擬計(jì)算得出洗滌濾過尾氣中氨含量與洗水流量的關(guān)系如圖1所示?？梢钥闯?，洗水量對洗滌效果影響比較明顯。

洗水的用量，受全廠水平衡的影響。尤其是聯(lián)堿廠，系統(tǒng)內(nèi)加入的洗水過多，會造成母液的膨脹。為了減少洗水的用量，聯(lián)堿廠可以采用母液Ⅰ吸收氨。但母液Ⅰ中含有氨，因此母液Ⅰ只能用于尾氣的初步洗滌，必須采用廢淡液或者脫鹽水對尾氣進(jìn)一步洗滌。氨堿廠采用精鹽水對含氨尾氣進(jìn)行洗滌，可以有效降低洗水的用量。精鹽水用量受生產(chǎn)規(guī)模的限制，通常也需要采用廢淡液或者脫鹽水對尾氣進(jìn)一步洗滌。

圖1 洗滌濾過尾氣中氨含量與洗水流量的關(guān)系圖

2.2 洗水溫度的影響分析

通過模擬計(jì)算得出，洗滌濾過尾氣中氨含量與洗水溫度的關(guān)系如圖2所示?？梢钥闯?，洗滌尾氣中的氨含量與洗水溫度幾乎呈線性關(guān)系。洗水溫度越低，洗滌效果越好。

濾過尾氣一般采用廢淡液進(jìn)行洗滌，廢淡液的溫度與循環(huán)水的溫度有關(guān)。為了滿足當(dāng)?shù)丨h(huán)保的要求，在條件允許的情況下，可以考慮采用冷凍水來降低循環(huán)洗水的溫度。但是，相比較其他影響因素，溫度對洗滌效果的影響不是特別明顯，且降低溫度難以實(shí)現(xiàn)或者成本太高，因此一般情況下不通過過度調(diào)節(jié)洗水的溫度來改善洗滌狀況。

圖2 洗滌濾過尾氣中氨含量與洗水溫度的關(guān)系圖

2.3 操作壓力的影響分析

重堿過濾操作單元，如果采用帶濾機(jī)工藝流程，濾過尾氣壓力約為-50 kPa左右，如果采用離心轉(zhuǎn)鼓流程，濾過尾氣壓力約為-30 kPa。這里對濾過尾氣設(shè)定-56.5 kPa、-30 kPa和微正壓三種工況，通過模擬計(jì)算分析得出，洗滌濾過尾氣中氨含量與操作壓力的關(guān)系如圖3所示?？梢钥闯?，壓力對洗滌的效果影響非常明顯。

濾過尾氣的操作壓力與重堿過濾工藝和濾過尾氣洗滌流程有關(guān)，濾過尾氣的洗滌流程需要根據(jù)所采用的重堿過濾工藝以及環(huán)保要求進(jìn)行選擇。隨著環(huán)保要求的提高，為了降低洗水的用量，可以在濾過真空泵后增加常壓濾過尾氣凈氨塔，采用兩級洗滌的流程，可以有效降低濾過尾氣中的氨含量。

圖3 洗滌濾過尾氣中氨含量與操作壓力的關(guān)系圖

2.4 塔板數(shù)的影響分析

通過模擬得出洗滌濾過尾氣中氨含量與理論塔板數(shù)的關(guān)系如圖4所示?？梢钥闯觯碚撍鍞?shù)由三塊增加到四塊時(shí)，洗滌效果明顯改善。模擬的過程中需要注意塔板數(shù)為理論塔板數(shù)，理論塔板數(shù)需要根據(jù)實(shí)際塔板數(shù)和塔板效率進(jìn)行計(jì)算。塔板數(shù)往往受工藝流程和阻力降等的影響，在工藝流程不變的情況下，塔板數(shù)只能在一定的范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整。同時(shí)，吸收過程是否接近平衡，塔板數(shù)是否需要增加，也需要根據(jù)具體的工況進(jìn)行模擬計(jì)算和判斷。

圖4 洗滌濾過尾氣中氨含量與理論塔板數(shù)的關(guān)系圖

2.5 二氧化碳含量的影響分析

濾過尾氣中的氨屬于堿性氣體，二氧化碳為酸性氣體，如果改變尾氣中二氧化碳的含量，對濾過尾氣的洗滌效果是否會產(chǎn)生影響。通過模擬計(jì)算分析得出，洗滌濾過尾氣中氨含量與尾氣中二氧化碳含量的關(guān)系如圖5所示?？梢钥闯觯矚庵卸趸嫉暮繉V過尾氣的洗滌效果影響是顯著的。通常情況下，濾過尾氣中二氧化碳含量在5.5%左右，因此可以少量或者不加入二氧化碳?xì)怏w。但是，對于其它含氨尾氣，例如干銨尾氣等，不含有二氧化碳?xì)怏w，可以通過在尾氣中通入二氧化碳?xì)怏w的方式來減少尾氣中的氨含量。二氧化碳?xì)怏w在純堿廠容易獲得，且便于回收。

圖5 洗滌濾過尾氣中氨含量與尾氣中二氧化碳的關(guān)系圖

3 應(yīng)用情況

成達(dá)公司利用多年在純堿設(shè)計(jì)方面積累的豐富經(jīng)驗(yàn)，不斷創(chuàng)新，結(jié)合每個(gè)工廠的實(shí)際情況，開發(fā)和設(shè)計(jì)了多條含氨尾氣洗滌工藝流程和一系列含氨尾氣洗滌塔。

對于濃氣聯(lián)堿工藝，碳化尾氣洗滌推薦采用氨母液Ⅰ、濾過尾氣洗水和脫鹽水三級洗滌工藝流程。對于氨堿工藝，碳化尾氣洗滌推薦采用氨鹽水和廢淡液洗滌流程，可以將碳化尾氣中氨含量有效降低。隨著純堿規(guī)模的不斷擴(kuò)大，成達(dá)開發(fā)設(shè)計(jì)了系列大型高效碳化尾氣洗滌塔。

對于聯(lián)堿工藝，濾過尾氣洗滌推薦采用濾過真空泵前真空洗滌，濾過離心真空泵后冷卻，并采用脫鹽水對濾過尾氣進(jìn)行二級常壓洗滌的工藝流程。對于氨堿工藝，濾過尾氣洗滌推薦采用真空泵前氨鹽水和廢淡液兩級真空洗滌流程。成達(dá)開發(fā)設(shè)計(jì)的高效濾過尾氣洗滌塔，通過對塔內(nèi)件和除霧結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，解決了濾過尾氣中帶水的難題。

干銨尾氣、儲槽弛放氣以及無組織排放氣的主要成分為空氣，根據(jù)模擬計(jì)算結(jié)果，在尾氣中通入二氧化碳可以有效降低尾氣中氨含量。但是由于這些氣體量較大，洗水用量也較大，容易造成母液膨脹。成達(dá)為中鹽昆山設(shè)計(jì)的干銨尾氣洗滌工藝，采用水洗與酸洗相結(jié)合的工藝流程。首先采用洗水對含氨尾氣進(jìn)行洗滌凈化，洗水可以回收加入純堿生產(chǎn)系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)使用，并且不會造成母液系統(tǒng)的膨脹。二級洗滌采用煤氣化裝置的硫酸進(jìn)行酸洗，進(jìn)一步降低尾氣中的氨含量，硫銨酸洗液送至鍋爐副產(chǎn)硫酸銨產(chǎn)品。 最后一級采用脫鹽水洗滌凈化塔頂酸霧，洗水返回生產(chǎn)系統(tǒng)回收利用。采用該技術(shù)在控制洗滌酸用量的前提下，通過水洗和酸洗相結(jié)合的綜合凈化處理技術(shù)，將純堿生產(chǎn)含氨尾氣中的氨含量降低至10～20 mg/Nm3以下。

4 展 望

隨著社會的發(fā)展，我國對環(huán)保的要求日益提高，含氨尾氣的洗滌也將面臨更多挑戰(zhàn)。只有堅(jiān)持以正確的理論為指導(dǎo)，不斷創(chuàng)新和發(fā)展，才能解決面臨的這些難題。