氨尾氣回收與氨水凈化

文/師紅亮

氨尾氣的回收處理方法以及裝置改進(jìn)方法——對于含氨尾氣回收，目前多采用水吸收的方法，回收得到的氨水經(jīng)過提純凈化能夠循環(huán)使用。本文所述的氨尾氣回收處理裝置共由Ⅰ～Ⅴ級吸收裝置組合而成，其中Ⅰ～Ⅳ級為帶有吸收塔和吸收液中轉(zhuǎn)罐的水循環(huán)吸收，第Ⅴ級為稀酸處理吸收。對于回收氨水的凈化，我們設(shè)計采用的是多級組合裝置，包括螺旋沉降器、濁液聚集管、管道過濾器組合、精密過濾器、微孔膜過濾器以及阻波板等。該裝置不僅適用于回收氨水的凈化，對于那些市售的、帶有一定量雜質(zhì)的商品氨水同樣適用。

氨氣為無色、有毒、易反應(yīng)和強烈異味的腐蝕性氣體。氨氣會強烈刺激人畜黏膜如眼睛、呼吸管道，在高濃度條件下能在短時間內(nèi)對人們造成重大傷害。在制藥、石化、食品加工、廢水處理、淤泥處理及化肥制造等化工行業(yè)中，均會使用或產(chǎn)生氨氣。此類行業(yè)在加工生產(chǎn)過程中，若排放的氨尾氣不嚴(yán)格控制，或回收處理不及時、不徹底，部分氨尾氣就會散發(fā)出去，對生產(chǎn)區(qū)域和周邊環(huán)境將造成不利的影響。這樣不僅會對操作人員造成身體上的損害，還存在一定的起火、閃爆的隱患。而且，向環(huán)境中排放氨尾氣還會造成水體富營養(yǎng)化、大氣污染等一系列問題。因此，在化工生產(chǎn)中及時并徹底地回收氨尾氣，控制氨尾氣的排放，不僅能消除隱患、減少污染，還能在一定程度上變廢為寶、創(chuàng)造一定的經(jīng)濟(jì)價值。

慣用的氨尾氣回收方式

化工行業(yè)生產(chǎn)中的氨尾氣一般有兩種來源，一是作為反應(yīng)原料過量，另一種是反應(yīng)過程中生成的副產(chǎn)物。

對于含氨尾氣的回收處理方法，目前大多采用水吸收的方法，回收得到的氨水經(jīng)過提純凈化能夠循環(huán)使用。

或采用稀酸吸收的方法，根據(jù)目標(biāo)用途還能得到相應(yīng)氯化銨、硫酸銨、磷酸銨等產(chǎn)品應(yīng)用到工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中去。

相關(guān)化學(xué)反應(yīng)式如下

也有采用焚燒的方法來處理氨尾氣，采用焚燒爐燃燒的方法處理氨尾氣是無奈之舉，不僅需要有較多設(shè)備投資，而且還要消耗大量有限的氧氣和燃料，除氨成本過高，它是不利于環(huán)境保護(hù)和資源循環(huán)的。另一方面，燃燒的方法并不能夠使多余的氨尾氣被徹底除凈并且還會產(chǎn)生大量的二氧化碳等廢氣。

目前，采用水吸收的方法是氨尾氣回收成本相對較低的技術(shù)方案，回收得到的氨水經(jīng)過濃縮和凈化能夠作為普通工業(yè)品循環(huán)使用，或應(yīng)用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中去。

實踐證明，水吸收法回收氨尾氣，及時、有效和徹底，它不僅能改善我們的生產(chǎn)、生活環(huán)境，同時，還能帶來一定的經(jīng)濟(jì)回報。

改進(jìn)型氨尾氣回收方法及裝置

在學(xué)習(xí)化工前輩和同仁設(shè)計的基礎(chǔ)上，我們設(shè)計了一種氨尾氣回收處理方法和裝置，該技術(shù)方案采用了多級水吸收的方法，使氨尾氣能夠轉(zhuǎn)化成可再利用的氨水，吸收后的尾氣再通過稀酸（鹽酸、硫酸或磷酸）的中和處理，不僅使氨尾氣得到徹底清除，同時還能得到少量供工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用的氯化銨或硫酸銨或磷酸銨等，進(jìn)而實現(xiàn)氨尾氣的無害化的零排放。

所述的氨尾氣回收處理裝置共由Ⅰ～Ⅴ級吸收裝置組合而成，其中Ⅰ～Ⅳ級為帶有吸收塔和吸收液中轉(zhuǎn)罐的水循環(huán)吸收，第Ⅴ級為稀酸處理吸收。本設(shè)計的氨尾氣回收處理裝置平面結(jié)構(gòu)示意如圖1所示。

圖1 氨尾氣回收處理裝置平面結(jié)構(gòu)示意圖

本設(shè)計的裝置組合是這樣的：含氨尾氣管道通過引風(fēng)機與吸收塔相連，吸收塔下部連接著吸收液中轉(zhuǎn)罐，循環(huán)泵再通過管道把吸收液中轉(zhuǎn)罐與吸收塔上部連接起來，Ⅰ～Ⅳ級帶有吸收塔，吸收塔內(nèi)裝填有波紋或球形填料，吸收塔下方是吸收液中轉(zhuǎn)罐，各級吸收塔之間以串聯(lián)的方式連接在一起，經(jīng)Ⅰ～Ⅳ級吸收后的二次尾氣與酸處理罐相連，Ⅳ級吸收后的氨水由吸收液中轉(zhuǎn)罐經(jīng)循環(huán)泵、氨水切換閥與氨水儲罐相連。純水補充在Ⅰ級吸收中轉(zhuǎn)罐中，稀酸加在進(jìn)行Ⅴ級吸收處理的酸處理罐中。

工作過程為先向Ⅰ級吸收中轉(zhuǎn)罐內(nèi)補充足量的純水或自來水，然后，分別起動Ⅰ～Ⅳ級吸收裝置各自的循環(huán)泵，以Ⅳ級吸收為例，循吸收液中轉(zhuǎn)罐內(nèi)的吸收液被循環(huán)泵送到吸收塔上部，自上而下噴淋，車間產(chǎn)生的含氨尾氣在引風(fēng)機的推動下經(jīng)尾氣進(jìn)塔口進(jìn)入吸收塔下部，自下而上移動，并與自上而下噴淋的吸收液交匯后進(jìn)行吸收反應(yīng)，反應(yīng)后的吸收液再流入吸收液中轉(zhuǎn)罐中，這樣反復(fù)循環(huán)，經(jīng)Ⅳ吸收出來的二次尾氣經(jīng)塔頂管道進(jìn)入Ⅲ吸收，經(jīng)Ⅲ吸收的二次尾氣經(jīng)管道進(jìn)入到Ⅱ吸收，經(jīng)Ⅱ吸收出來的二次尾氣經(jīng)管道進(jìn)入到Ⅰ級吸收，由Ⅰ級吸收出來的二次尾氣經(jīng)管道進(jìn)入到第Ⅴ級酸處理罐；當(dāng)Ⅳ吸收液濃度達(dá)到17%～20%時，即為可用的氨水，通過氨水控制閥和吸收液控制閥的切換，轉(zhuǎn)入氨水儲罐，再把各級吸收液從Ⅰ級到Ⅳ級逐級向前遞進(jìn)，從純水進(jìn)口處補充新的純水到Ⅰ級吸收；經(jīng)反復(fù)吸收的尾氣最后進(jìn)入含有5%～10%稀硫酸（或稀鹽酸或稀磷酸）的酸處理罐中，使微量的氨尾氣與稀酸反應(yīng)成為可用的硫酸銨（或氯化銨或磷酸銨）；像這樣，氨尾氣經(jīng)過本設(shè)計裝置的處理，含氨量≤0.5mg/m3，符合環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，回收得到的硫酸銨純度≥97%，無害化的余氣能夠正常排出系統(tǒng)。

本設(shè)計的氨尾氣回收處理方法及裝置，具有投資不大、安裝容易、工藝簡單和操作方便的優(yōu)點。它不僅對保護(hù)大氣環(huán)境有利，同時還能帶來一定的很實際的 經(jīng)濟(jì)回報。

氨水的凈化方式及裝置

氨水主要成分為NH3·H2O，密度0.91g/cm3，有強烈刺鼻氣味，易揮發(fā)，具弱堿性。工業(yè)氨水是含氨20%～28%的水溶液。 氨水用途廣泛，是重要的精細(xì)化工、制藥化工原料和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料。

由氨尾氣回收而來的回收氨水經(jīng)過凈化，在內(nèi)部還可以閉環(huán)使用，如果要作為商品外賣，必須要進(jìn)行較系統(tǒng)的凈化提純，達(dá)到相關(guān)的國標(biāo)或行標(biāo)。對于制備粗放型的普通化工產(chǎn)品，使用價廉的回收氨水也是很好的選擇，但對其純度也有一定要求；對于作為精細(xì)化工或農(nóng)資使用的氨水，其純度要求會更高，因為個別微量的有機雜質(zhì)的存在對農(nóng)作物來說是致命的。所以，回收氨水一定要經(jīng)過凈化才能作為 商品。

之前，企業(yè)內(nèi)部大多采用管道過濾器或活性炭脫色吸附的方法對氨水或回收氨水進(jìn)行凈化提純；對純度有較高要求的，業(yè)內(nèi)多選用凈化效果良好的微孔膜過濾器作為處理工業(yè)氨水或回收氨水的設(shè)備。但是，由于大顆粒雜質(zhì)沉積易堵塞柱子，會導(dǎo)致微孔膜過濾器的工作壽命大幅度降低，由于微孔膜過濾器價格較高，這在經(jīng)濟(jì)上也是不小的損失。而普通的精密過濾器的凈化效果遠(yuǎn)不能達(dá)到制藥工藝的衛(wèi)生及理化指標(biāo)。

本著解決以上問題的目的，我們采用四級除雜工藝聯(lián)合而設(shè)計了一種氨水凈化裝置。它不僅使氨水的凈化效果優(yōu)于相關(guān)指標(biāo)，而且，還能使微孔膜過濾器的使用壽命延長2～3倍。本裝置能夠能夠連續(xù)流水作業(yè)，還具有操作便捷、勞動強度低的特點。本設(shè)計所述的氨水凈化裝置，其平面結(jié)構(gòu)示意如圖2所示。

圖2 氨水凈化裝置平面結(jié)構(gòu)示意圖

本設(shè)計較為詳細(xì)的結(jié)構(gòu)描述如下：螺旋沉降器為錐形體結(jié)構(gòu)，它有3個開口，上側(cè)面開口連接著氨水原液進(jìn)口，底部開口連接著濁液聚集管，正上方開口是氨水輕液出口，氨水輕液出口通過管道與管道過濾器組合相連，管道過濾器組合通過管道連接著精密過濾器進(jìn)液口，精密過濾器底部出口通過管道與微孔膜過濾器進(jìn)液口相連，微孔膜過濾器底部的出液口向下通過管道與純氨水儲罐相連。這樣的設(shè)計是為了讓氨水里邊所含的雜質(zhì)經(jīng)過多級除雜，進(jìn)而保護(hù)微孔膜過濾器不被損害，同時，多級除雜更有利于氨水凈化。

本設(shè)計不僅適用于回收氨水的凈化，對于那些市售的、帶有一定量雜質(zhì)的商品氨水同樣 適用。

更進(jìn)一步的設(shè)計說明如下：（1）所述的濁液聚集管上部靠近螺旋沉降器濁液出口的位置設(shè)置有阻波板，阻波板呈V形結(jié)構(gòu)，它表面開有微孔；阻波板的作用是防止螺旋沉降器內(nèi)的旋流引起濁液聚集管內(nèi)微小雜質(zhì)顆粒波。（2）管道過濾器組合是由2～6臺管道過濾器并聯(lián)連接而成，內(nèi)部設(shè)置有孔徑400～600目的加密濾布。（3）精密過濾器內(nèi)部設(shè)置有6～12根精密過濾柱，精密過濾柱內(nèi)部安裝著濾紙。（4）微孔膜過濾器內(nèi)部設(shè)置有6～12根微孔膜柱子，有效膜面積120～360 m2。

本設(shè)計的氨水凈化裝置，它簡單的工作過程是這樣的：讓待凈化氨水原液控制一定流量，自氨水原液進(jìn)口進(jìn)入螺旋沉降器中，經(jīng)過螺旋沉降，部分顆粒狀物會下沉經(jīng)濁液出口逐步沉積到濁液聚集管內(nèi)；主流經(jīng)氨水輕液出口進(jìn)入管道過濾器組合，再次濾除部分小顆粒的氨水輕液進(jìn)入精密過濾器，再經(jīng)第3次除雜，濾掉更小的顆粒，然后進(jìn)入微孔膜過濾器，在這里濾除金屬離子和微生物；經(jīng)過4次除雜凈化的純氨水經(jīng)純氨水出口控制閥進(jìn)入純氨水儲罐備用。

對于用途和理化指標(biāo)要求更高的領(lǐng)域，我們還可以增加一套活性炭脫色、吸附裝置，與以上氨水凈化裝置聯(lián)合應(yīng)用，會得到純度更高的氨水。