氨氣廢氣收集處理應用分析

盛明澤

(西安美蘭德新材料有限責任公司，陜西 西安 710699)

0 引言

隨著國家經濟的快速發(fā)展，綠色環(huán)保要求的嚴格化，按照習近平總書記提出的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的工作方針及“綠水青山就是金山銀山”的環(huán)保理念，各個行業(yè)工業(yè)生產對污染物及廢棄物的排放愈加嚴格，為此公司安排專業(yè)技術人員攻關尾氣處理工藝技術。公司主要生產加氫系列催化劑、脫硫劑、脫氯劑等系列凈化劑。生產加氫系列催化劑主要采用浸漬工藝，以氨水作為溶劑，加入活性組分，以氧化鋁作為載體生產加氫系列催化劑。生產過程中在多個工序環(huán)節(jié)的氨水揮發(fā)產生大量氨氣廢氣，此類氣體如果無組織排放即造成大氣污染，危害員工健康安全，空氣中過多的氨氣會刺激上呼吸道，損害呼吸系統(tǒng)。為了響應國家環(huán)保政策，公司積極尋求解決對策，根據(jù)氨氣物理及化學特性，尋求合理優(yōu)化的處理方案，對氨氣的排放進行回收利用。此工程方案通過集中收集、三級噴淋洗滌有效解決了氨氣廢氣排放的問題，回收的氨氣通過噴淋塔洗滌收集制成氨水，氨水比例達到使用要求可進行二次利用，降低了生產成本。

1 氨氣廢氣產生及排氣現(xiàn)狀

氨氣廢氣主要來自于：浸劑罐物料框(載體) 浸劑、物料(載體)晾干、物料(載體)放料、溶液罐排氣、物料輸送、烘箱、網(wǎng)袋窯焙燒活化排氣等工藝正常生產時所產生，其主要成分為氨氣，生產工藝產污環(huán)節(jié)如圖1 所示。

圖1 加氫系列催化劑生產工藝產污環(huán)節(jié)圖

具體詳述如下：

(1)首先，氨水作為溶劑溶解加氫系列催化劑的活性組分，配置成浸漬液待使用；將載體放入浸漬框，浸漬框緩慢下放至浸漬罐內，在浸漬罐內通入浸漬液，浸漬時間需5～6 h，因浸漬罐頂部為敞口，會產生一定量的氨氣揮發(fā)。

(2)浸漬工序完成，將浸漬好的中間品放入烘干設施，進行一定時間的晾干，在放料和晾干過程中，載體中飽和吸收的氨氣會揮發(fā)。

(3)烘干工序，將浸漬晾干后的中間品進入蒸汽熱循環(huán)烘箱進行烘干，烘箱整體密封，有循環(huán)風進氣口和循環(huán)尾氣排放管道，烘箱工作溫度為120 ℃，在此工況下，中間體內殘存的未蒸發(fā)的氨氣隨著溫度的升高揮發(fā)，從排氣管道排出，尾氣成分含大量揮發(fā)的氨氣廢氣。

(4)烘箱溫度自然降至50 ℃以下后，人工取出放至中間料倉，電葫蘆提升并放入網(wǎng)帶窯焙燒爐，焙燒爐采用天然氣燃燒間接加熱，焙燒時間4 h，焙燒溫度500 ℃，最后得到催化劑成品。焙燒過程燃燒區(qū)域產生的廢氣和物料焙燒產生的廢氣分別從兩處排氣管道排出，天然氣尾氣經檢測合格直接排放，焙燒產生的尾氣含氨氣，進入尾氣處理設備。

(5)焙燒后的成品催化劑在爐內采用風冷冷卻至50 ℃，熱量可回收用于干燥箱烘干。焙燒窯溫度降至50 ℃以下后，經網(wǎng)帶窯自帶的篩網(wǎng)過篩后，開啟自動卸料設施，在出料口處進行卸料、包裝，待檢驗合格后入庫。

2 廢氣處理工藝流程及設備選型分析

2.1 廢氣氨氣處理工藝流程

通過對生產工藝流程分析，考慮廢氣排放點多、位置分散、散排等特點。首先，在浸漬工序設置隔離間，將整個工序空間封閉，在隔離間頂部裝散狀集氣罩，在側墻安裝輔助吸氣口，將整個工序揮發(fā)產生的氨氣收集到廢氣管道。對車間生產工藝研究、隨訪生產一線技術人員及生產工人經分析、闡述及安全性考慮，并結合生產工藝所排放廢氣的性能參數(shù)，對車間生產工藝所產生的氨氣廢氣設計一套廢氣處理工藝，系統(tǒng)進行處理針對上述廢氣，設計時選用以下廢氣處理工藝進行處理，如圖2 所示。

圖2 氨氣廢氣處理工藝流程圖

2.2 設備選型分析

氨氣廢氣處理工藝流程主要設備有：逆流式噴淋塔、風機、不銹鋼管道、煙囪。

(1)噴淋塔：廢氣處理工藝流程關鍵設備。

①逆流式噴淋塔本體

型號：SQXLS-300 立式；

處理風量：30 000 m3/h；

本體耐壓：10 000 Pa；

設備壓損：800～1 000 Pa；

主體尺寸：φ2 450×H6 500 mm；

主體材質：SUS304×4 mm；

填料洗滌層：材質聚丙烯拉西環(huán)，可更換式；

除霧層：材質聚丙烯拉西環(huán)，去除10 μm 以上水霧效率99%以上，為可更換式；

噴嘴：SUS304 材質，120 度旋轉式無堵塞型；

噴淋管路：SUS304 材質；

給排水及噴水管路：PVC 材質，泵入口設濾網(wǎng)等附屬配件；

附屬配件：填裝卸料孔、過濾板等。

②循環(huán)水箱

型號：SQXXSS-300 立式；

處理量：1.5 m3/h；

主體尺寸：L1 300×W1 200×H850 mm；

主體材質：SUS304×4 mm；

自動浮球閥補水及配管：PVC 材質；

手動補水及手動排污管配管：PVC 材質；

給排水及噴水管路：PVC 材質，泵入口設濾網(wǎng)等附屬配件；

附屬配件：人孔、液位計、過濾板、壓差計等。

③循環(huán)泵浦

型式：自吸式；

流量：800 L/min；

揚程：16 m；

馬達：三級能效，7.5 kW/10HP；

泵頭材質：FR-PP。

(2) 風機。

型號：皮帶式或直接式離心風機；

材質：外殼 FRP 材質、底座支架材質 Q235B；

葉輪材質：FRP 材質；

風量：30 000 m3/h；

靜壓：3 400 Pa；

標準馬達：55 kW/100 HP；

規(guī)格：380 V，3∮,50HZ,F 級絕緣，防護等級：IP54；

(3) 廢氣收集管道

材質：SUS304×1.5～2.0 mm；

尺寸：φ250 mm–φ900 mm ；

管件：彎頭、三通、變徑、方轉圓等；

附件：法蘭、焊條、密封墊、螺絲等；

(4) 排氣煙囪

煙囪材質：SUS304 焊管×2.0 mm；

煙囪尺寸：φ900×25 M；

煙囪固定：靠墻固定；

固定方式：采用槽鋼框架固定到廠房上，排氣口設置簡易避雷針及接地導線；

檢測平臺：Q235B 材質，含檢測口；

附件：方轉圓、大小頭、防雨帽、法蘭、簡易避雷針等。

3 氨氣廢氣處理系統(tǒng)工藝設計分析及原理概述

(1)氨氣廢氣通過收集風罩在末端風機所產生的負壓狀態(tài)下，將氨氣廢氣通過吸風罩經收集風管送至初級噴淋洗滌設備。

(2) 氨氣廢氣處理噴淋塔是一種處理有害廢氣的環(huán)保設施，在行業(yè)內也被叫做廢氣吸收塔，填料塔，洗滌塔，旋流板塔，泡罩塔等，根據(jù)噴淋塔的設計形式也可以分為立式噴淋塔和臥式噴淋塔。噴淋塔工作原理是采用微分逆流接觸式，即相容性原理。根據(jù)處理廢氣物理特性的不同，選擇不同的洗滌吸收液。本環(huán)保處理方案即根據(jù)氨氣易溶于水的物理特性，選擇純水作為吸收洗滌介質，進行廢氣的處理。氨氣廢氣從洗滌段塔體下方進入洗滌塔底部，底部安裝廢氣導流裝置，使氣體在底部均勻散開，在末端通風機的動力負壓作用下，迅速充滿洗滌塔下部空間，通過負壓作用均勻上升。在洗滌塔下部裝聚丙烯拉西環(huán)，增大廢氣與洗滌介質的接觸時間和接觸面積。在填料的表面上，氨氣廢氣溶于純水發(fā)生物理反應，反應生成物質為氨水，隨吸收液流入下部貯液槽。未完全吸收去除的廢氣繼續(xù)上升進入第一級噴淋吸收段。在一級噴淋段上部，純水洗滌液從頂部的霧狀噴嘴高速噴出，在上部洗滌空間形成霧狀覆蓋吸收層，與氨氣廢氣充分混合接觸，繼續(xù)發(fā)生物理化學反應(氨氣溶于水生成氨水)，然后未吸收的氨氣廢氣從一級噴淋塔頂部排出，進入二級噴淋塔底部。二級噴淋、三級噴淋進行與一級噴淋類似的吸收過程。一級噴淋段洗滌吸收了部分的氨氣廢氣，進入二級噴淋段后，根據(jù)二級噴淋段的廢氣的壓力、調整洗滌介質噴液壓力和流量，噴液壓力不同，吸收氣體濃度范圍也有所不同。二級噴淋洗滌吸收完成進入三級噴淋段，三級噴淋段主要吸收二級噴淋為完全吸收的氨氣廢氣。通過控制噴淋塔洗滌介質流速，增加洗滌介質在塔體內的滯留時間，使氨氣廢氣同洗滌介質充分接觸保證這一過程穩(wěn)定。三級噴淋塔體的頂端是除霧裝置，處理達標的尾氣中所夾的吸收液霧滴在這里被清除下來，經過處理后的沒有霧滴的尾氣從噴淋塔上端經過排氣管排出，通過離心風機后經過排氣煙囪排入大氣。洗滌塔可用于含有少量粉塵的氨氣廢氣，粉塵在填料段隨洗滌介質被沖刷至洗滌塔底部，定期清理沉積在底部的凝固物。簡單來說噴淋塔的工作原理即氨氣廢氣由風機通過負壓收集引入洗滌塔，經過填料層，氨氣廢氣與純水洗滌介質進行氣液兩相充分接觸吸收，廢氣經過洗滌凈化后，再經三級噴淋塔頂部除霧板脫水除霧后達標排出。

(3) 氨氣廢氣在經過初級噴淋洗滌設備時利用氨氣易溶于水的物理化學特性將廢氣中的部分氨氣去除。因考慮到氨氣本身的物理化學性質易溶于水后易揮發(fā)，隨著氣流逃逸，結合工藝流程將吸收的廢氣氨氣溶于水后回收利用，為達到更好的回收利用的目的，因此在本廢氣處理工藝中采用了初級、二級、深度三級噴淋洗滌的設計方案，以保證更高的回收效率。氨氣廢氣在經過初級、中級、深度三級噴淋洗滌工藝后將洗滌液氨水進行回收利用。

(4)簡單來說氨氣吸收噴淋塔的工作原理即通過風管將多處排放的氨氣廢氣由風管收集引入噴淋塔，氨氣廢氣與吸收液進行氣液兩相充分接觸吸收，經過三級噴淋吸收，廢氣經過凈化后，再經三級噴淋頂端的除霧板脫水除霧后由風機及煙囪排入大氣。

(5)粉塵廢氣處理凈化后達到國家排放標準的廢氣在風機的牽引力作用下經過風機從排氣煙囪進行高空排放。

(6)氨氣廢氣在經過初級、二級、深度三級噴淋洗滌工藝后噴淋洗滌塔設備內的洗滌液變成一定濃度的氨水，可根據(jù)生產需求及實際情況進行氨水回收利用。

(7)廢氣氨氣中含有一定比例分水氣，收集風管管道根據(jù)管道長度，現(xiàn)場實際情況設計足夠數(shù)量的排液口，以防管道積水。

4 運行工況分析

啟動：第一步，檢查氨氣廢氣處理系統(tǒng)設備情況，循環(huán)水箱水位正常；第二步，啟動噴淋塔循環(huán)水泵，檢查噴淋塔運行工況；第三步，啟動風機，系統(tǒng)啟動。

運行：在運行過程中主要監(jiān)控循環(huán)洗滌液的情況，每一級循環(huán)水箱都設有取樣口，根據(jù)運行時間定期對循環(huán)水濃度進行檢測，如濃度達到要求，通過手動排液閥將循環(huán)水箱內達到使用要求氨水輸送至氨水存儲罐。輸送過程中注意水箱水位，防止噴淋塔缺水。水箱配備自動補水裝置，檢測水位過低，自動進行補水。噴淋塔風壓盡可能保持在恒壓值，通過調節(jié)循環(huán)水流量，達到一個最佳吸收工況。如風壓過大，可能導致三級噴淋洗滌塔處理不完全，尾氣排放不達標。

停機：第一步，檢查各排污環(huán)節(jié)是否還有廢氣產生；第二步，關閉風機；第三步，待系統(tǒng)殘余廢氣吸收后，關閉噴淋塔循環(huán)泵。

5 廢氣處理系統(tǒng)設施運行管理措施

(1)使用部門應正確使用廢氣處理設備，在廢氣處理設備的使用維修過程中，及時向廢氣處理設備的設計、制造單位反饋信息。實行廢氣處理設備全過程管理的重點和難點也正是廢氣處理設備制造單位與使用單位相結合的問題。當前，必須加強廢氣處理設備的宏觀管理，培育和完善廢氣處理設備要素市場，為實現(xiàn)廢氣處理設備全過程管理創(chuàng)造良好的外部條件。

(2)維護與檢修相結合是貫徹“預防為主”方針，保證氨氣廢氣處理設備持續(xù)安全經濟運行的重要措施。氨氣廢氣處理系統(tǒng)設備維護關鍵設施是三級噴淋的日常維護及保養(yǎng)，加強對循環(huán)水泵的維護、檢查監(jiān)測、潤滑可減少水泵的故障率，增加設備穩(wěn)定運行時間，減小維修周期。在氨氣廢氣處理設備檢查和狀態(tài)監(jiān)測的基礎上實施預防性檢修，可及時恢復廢氣處理設備功能，同時又為廢氣處理設備的維護創(chuàng)造了良好條件，減少工作量，降低維修費用，延長廢氣處理設備使用壽命。

(3)修理、技術改造與設備更新相結合，提高企業(yè)技術裝備素質，建立改造、廢氣處理設備更新改造的運行機制，及時改造更換損壞部件。

(4)施行專人管理制度。

(5)針對損壞和故障部分進行及時維修，以確保廢氣處理設備系統(tǒng)正常運行。

(6)嚴格遵守氨氣尾氣處理工藝技術規(guī)程、安全規(guī)程和崗位操作規(guī)程。

(7)在廢氣處理裝置的日常運行管理中，除應嚴格遵守上述規(guī)程、制度外，還應注意以下7 個具體問題：

①氨氣廢氣處理裝置開始試運轉后，首先根據(jù)風量大小、循環(huán)水大小調節(jié)各排污點的風閥閥門，將調節(jié)閥門根據(jù)風量固定并制定風量與風閥對比表。當某一工序環(huán)節(jié)排氣點的工藝設備停止運轉，無廢氣產生時，該排氣罩也不應關閉，以避免風管內風壓發(fā)生變化，擾動噴淋塔洗滌工況。

②按照尾氣處理系統(tǒng)制定的操作規(guī)程，進行設備開車、運行、停車順序，啟閉設備，嚴禁違規(guī)操作。

③氨氣尾氣處理系統(tǒng)應在工藝運行前啟動，在工藝設備停止運行，檢測各排污點無污染物排除后再關閉，以防廢氣未處理擴散到大氣中。

④運行過程中，記錄好運行日志。運行日志內容包括設備運行情況與接班情況，設備的運行情況，主要包括運行狀態(tài)、洗滌水循環(huán)情況、循環(huán)水含氨濃度、循環(huán)水更換情況，設備的異常停車時間和原因等，系統(tǒng)各設備發(fā)生故障時，應詳細記錄發(fā)生故障的原因，給檢修人員提供參考性意見。

⑤加強設備的日常運維。日常維護的主要內容有：一級噴淋塔循環(huán)水底部粉塵的清理；集氣管道內積液及粉塵清理；風機殼體維護；排氣煙囪底部清掃口的清理。清掃孔、觀察孔等處的漏風、調節(jié)好系統(tǒng)的供液量、風量和風壓，排除一切可能產生故障的隱患。

⑥排氣管道的清理維護。由于尾氣含有粉塵及水氣，在過長的水平段管道及管道彎頭處容易粘附沉積粉塵，長時間的堆積會影響尾氣輸送及風壓。必須定期安排專人清理管道，以保證尾氣處理效果。

⑦加強設備的檢修。設備維護檢修人員應每月全面檢查一次氨氣處理設備設施，根據(jù)情況制定檢修方案。

6 結語

本方案的氨氣廢氣回收利用技術，采用負壓管道收集，將浸漬工序、烘干工序、焙燒工序等產污環(huán)節(jié)產生的廢氣集中到廢氣收集管道，使用純水作為洗滌介質，采用三級逆流式噴淋塔吸收處理，解決了在生產過程中廢氣排放問題，回收的氨氣經洗滌塔吸收處理后，作為輔助原料氨水再次使用，經方案運行測算，回收利用產生的氨水所節(jié)約的費用遠大于環(huán)保設備運行維護的費用。此應用方案解決了廢氣無組織排放，并對氨氣進行二次回收利用，如運行效果良好，可實現(xiàn)氨水的多次循環(huán)利用。