氨气吸收塔的设计(氨尾气的回收处理以及装置改进方法)

　　氨尾气的回收处理以及装置改进方法——对于含氨尾气回收，目前多采用水吸收的方法，回收得到的氨水经过提纯净化能够循环使用。本文所述的氨尾气回收处理装置共由Ⅰ～Ⅴ级吸收装置组合而成，其中Ⅰ～Ⅳ级为带有吸收塔和吸收液中转罐的水循环吸收，第Ⅴ级为稀酸处理吸收。对于回收氨水的净化，我们设计采用的是多级组合装置，包括螺旋沉降器、浊液聚集管、管道过滤器组合、精密过滤器、微孔膜过滤器以及阻波板等。该装置不仅适用于回收氨水的净化，对于那些市售的、带有一定量杂质的商品氨水同样适用。

　　本文刊登于PROCESS《流程工业》2022年第06期

　　《氨尾气回收与氨水净化》

　　文/师红亮

　　本文作者供职于河南新天地药业股份有限公司

　　氨气为无色、有毒、易反应和强烈异味的腐蚀性气体。氨气会强烈刺激人畜黏膜如眼睛、呼吸管道，在高浓度条件下能在短时间内对人们造成重大伤害。在制药、石化、食品加工、废水处理、淤泥处理及化肥制造等化工行业中，均会使用或产生氨气。此类行业在加工生产过程中，若排放的氨尾气不严格控制，或回收处理不及时、不彻底，部分氨尾气就会散发出去，对生产区域和周边环境将造成不利的影响。这样不仅会对操作人员造成身体上的损害，还存在一定的起火、闪爆的隐患。而且，向环境中排放氨尾气还会造成水体富营养化、大气污染等一系列问题。因此，在化工生产中及时并彻底地回收氨尾气，控制氨尾气的排放，不仅能消除隐患、减少污染，还能在一定程度上变废为宝、创造一定的经济价值。

　　惯用的氨尾气回收方式

　　化工行业生产中的氨尾气一般有两种来源，一是作为反应原料过量，另一种是反应过程中生成的副产物。

　　对于含氨尾气的回收处理方法，目前大多采用水吸收的方法，回收得到的氨水经过提纯净化能够循环使用。

　　或采用稀酸吸收的方法，根据目标用途还能得到相应氯化铵、硫酸铵、磷酸铵等产品应用到工农业生产中去。

　　相关化学反应式如下

　　NH3+H2O→NH3·H2O

　　NH+HO+HCl→NHCl

　　NH3+H2O+H2SO4→(NH4)2SO4

　　NH3+H2O+H3PO4→(NH4)3PO4

　　也有采用焚烧的方法来处理氨尾气，采用焚烧炉燃烧的方法处理氨尾气是无奈之举，不仅需要有较多设备投资，而且还要消耗大量有限的氧气和燃料，除氨成本过高，它是不利于环境保护和资源循环的。另一方面，燃烧的方法并不能够使多余的氨尾气被彻底除净并且还会产生大量的二氧化碳等废气。

　　目前，采用水吸收的方法是氨尾气回收成本相对较低的技术方案，回收得到的氨水经过浓缩和净化能够作为普通工业品循环使用，或应用到农业生产中去。

　　实践证明，水吸收法回收氨尾气，及时、有效和彻底，它不仅能改善我们的生产、生活环境，同时，还能带来一定的经济回报。

　　改进型氨尾气回收方法及装置

　　在学习化工前辈和同仁设计的基础上，我们设计了一种氨尾气回收处理方法和装置，该技术方案采用了多级水吸收的方法，使氨尾气能够转化成可再利用的氨水，吸收后的尾气再通过稀酸

　　(盐酸、硫酸或磷酸)的中和处理，不仅使氨尾气得到彻底清除，同时还能得到少量供工农业生产应用的氯化铵或硫酸铵或磷酸铵等，进而实现氨尾气的无害化的零排放。

所述的氨尾气回收处理装置共由Ⅰ~Ⅴ级吸收装置组合而成，其中Ⅰ~Ⅳ级为带有吸收塔和吸收液中转罐的水循环吸收，第Ⅴ级为稀酸处理吸收。本设计的氨尾气回收处理装置平面结构示意如图1所示。

　　图1氨尾气回收处理装置平面结构示意图

　　本设计的装置组合是这样的：含氨尾气管道通过引风机与吸收塔相连，吸收塔下部连接着吸收液中转罐，循环泵再通过管道把吸收液中转罐与吸收塔上部连接起来，Ⅰ～Ⅳ级带有吸收塔，吸收塔内装填有波纹或球形填料，吸收塔下方是吸收液中转罐，各级吸收塔之间以串联的方式连接在一起，经Ⅰ～Ⅳ级吸收后的二次尾气与酸处理罐相连，Ⅳ级吸收后的氨水由吸收液中转罐经循环泵、氨水切换阀与氨水储罐相连。纯水补充在Ⅰ级吸收中转罐中，稀酸加在进行Ⅴ级吸收处理的酸处理罐中。

　　工作过程为先向Ⅰ级吸收中转罐内补充足量的纯水或自来水，然后，分别起动Ⅰ~Ⅳ级吸收装置各自的循环泵，以Ⅳ级吸收为例，循吸收液中转罐内的吸收液被循环泵送到吸收塔上部，自上而下喷淋，车间产生的含氨尾气在引风机的推动下经尾气进塔口进入吸收塔下部，自下而上移动，并与自上而下喷淋的吸收液交汇后进行吸收反应，

　　反应后的吸收液再流入吸收液中转罐中，这样反复循环，经Ⅳ吸收出来的二次尾气经塔顶管道进入Ⅲ吸收，经Ⅲ吸收的二次尾气经管道进入到Ⅱ吸收，经Ⅱ吸收出来的二次尾气经管道进入到Ⅰ级吸收，由Ⅰ级吸收出来的二次尾气经管道进入到第Ⅴ级酸处理罐;

　　当Ⅳ吸收液浓度达到17%~20%时，即为可用的氨水，通过氨水控制阀和吸收液控制阀的切换，转入氨水储罐，再把各级吸收液从Ⅰ级到Ⅳ级逐级向前递进，从纯水进口处补充新的纯水到Ⅰ级吸收;经反复吸收的尾气最后进入含有5%~10%稀硫酸(或稀盐酸或稀磷酸)的酸处理罐中，使微量的氨尾气与稀酸反应成为可用的硫酸铵(或氯化铵或磷酸铵);像这样，氨尾气经过本设计装置的处理，含氨量≤0.5mg/m3，符合环保标准，回收得到的硫酸铵纯度≥97%，无害化的余气能够正常排出系统。

　　本设计的氨尾气回收处理方法及装置，具有投资不大、安装容易、工艺简单和操作方便的优点。它不仅对保护大气环境有利，同时还能带来一定的很实际的经济回报。

　　氨水的净化方式及装置

　　氨水主要成分为NH3·H2O，密度0.91g/cm³，有强烈刺鼻气味，易挥发，具弱碱性。工业氨水是含氨20%~28%的水溶液。氨水用途广泛，是重要的精细化工、制药化工原料和农业生产资料。

　　由氨尾气回收而来的回收氨水经过净化，在内部还可以闭环使用，如果要作为商品外卖，必须要进行较系统的净化提纯，达到相关的国标或行标。对于制备粗放型的普通化工产品，使用价廉的回收氨水也是很好的选择，但对其纯度也有一定要求;对于作为精细化工或农资使用的氨水，其纯度要求会更高，因为个别微量的有机杂质的存在对农作物来说是致命的。所以，回收氨水一定要经过净化才能作为商品。

　　之前，企业内部大多采用管道过滤器或活性炭脱色吸附的方法对氨水或回收氨水进行净化提纯;对纯度有较高要求的，业内多选用净化效果良好的微孔膜过滤器作为处理工业氨水或回收氨水的设备。但是，由于大颗粒杂质沉积易堵塞柱子，会导致微孔膜过滤器的工作寿命大幅度降低，由于微孔膜过滤器价格较高，这在经济上也是不小的损失。而普通的精密过滤器的净化效果远不能达到制药工艺的卫生及理化指标。

本着解决以上问题的目的，我们采用四级除杂工艺联合而设计了一种氨水净化装置。它不仅使氨水的净化效果优于相关指标，而且，还能使微孔膜过滤器的使用寿命延长2~3倍。本装置能够能够连续流水作业，还具有操作便捷、劳动强度低的特点。本设计所述的氨水净化装置，其平面结构示意如图2所示。

　　图2氨水净化装置平面结构示意图

　　本设计较为详细的结构描述如下：螺旋沉降器为锥形体结构，它有3个开口，上侧面开口连接着氨水原液进口，底部开口连接着浊液聚集管，正上方开口是氨水轻液出口，氨水轻液出口通过管道与管道过滤器组合相连，管道过滤器组合通过管道连接着精密过滤器进液口，精密过滤器底部出口通过管道与微孔膜过滤器进液口相连，微孔膜过滤器底部的出液口向下通过管道与纯氨水储罐相连。这样的设计是为了让氨水里边所含的杂质经过多级除杂，进而保护微孔膜过滤器不被损害，同时，多级除杂更有利于氨水净化。

　　本设计不仅适用于回收氨水的净化，对于那些市售的、带有一定量杂质的商品氨水同样适用。

　　更进一步的设计说明如下：

　　(1)所述的浊液聚集管上部靠近螺旋沉降器浊液出口的位置设置有阻波板，阻波板呈V形结构，它表面开有微孔;阻波板的作用是防止螺旋沉降器内的旋流引起浊液聚集管内微小杂质颗粒波。

　　(2)管道过滤器组合是由2~6台管道过滤器并联连接而成，内部设置有孔径400~600目的加密滤布。

　　(3)精密过滤器内部设置有6~12根精密过滤柱，精密过滤柱内部安装着滤纸。

　　(4)微孔膜过滤器内部设置有6~12根微孔膜柱子，有效膜面积120~360m2。

　　本设计的氨水净化装置，它简单的工作过程是这样的：让待净化氨水原液控制一定流量，自氨水原液进口进入螺旋沉降器中，经过螺旋沉降，部分颗粒状物会下沉经浊液出口逐步沉积到浊液聚集管内;主流经氨水轻液出口进入管道过滤器组合，再次滤除部分小颗粒的氨水轻液进入精密过滤器，再经第3次除杂，滤掉更小的颗粒，然后进入微孔膜过滤器，在这里滤除金属离子和微生物;经过4次除杂净化的纯氨水经纯氨水出口控制阀进入纯氨水储罐备用。

　　对于用途和理化指标要求更高的领域，我们还可以增加一套活性炭脱色、吸附装置，与以上氨水净化装置联合应用，会得到纯度更高的氨水。

　　氨法脱硫是利用气氨或氨水做为吸收剂，气液在脱硫塔内逆流接触，脱除烟气中的SO2。

　　氨是一种良好的碱性吸收剂，从吸收化学机理上分析，二氧化硫的吸收是酸碱中和反应，吸收剂碱性越强，越有利于吸收，氨的碱性强于钙基吸收剂;而且从吸收物理机理分析，钙基吸收剂吸收二氧化硫是一种气固反应，反应速率慢，反应不完全，吸收剂利用率低，需要大量的设备和能耗进行磨细、雾化、循环等以提高吸收剂利用率，设备庞大、系统复杂、能耗高;氨吸收烟气中的二氧化硫是气液反应，反应速率快，反应完全、吸收剂利用效率高，可以做到很高的脱硫效率。同时相对于钙基脱硫工艺来说系统简单、设备体积小、能耗低。

　　脱硫副产品硫酸铵是一种农用废料，销售收入能降低一部分成本。就吸收SO2而言，氨是一种比任何钙基吸收剂都理想的脱硫吸收剂，就技术流程可知，整个脱硫系统的脱硫原料是氨和水，脱硫产品是固体硫铵，过程不产生新的废气、废水和废渣，既回收了硫资源，又不产生二次污染。

　　氨法脱硫分为以下几个系统1、氨蒸发系统

　　液氨由储罐出来经蒸发变为气氨，气氨进入储罐，供中和吸收系统使用。

　　2、吸收系统

　　烟气进入吸收塔，经过下部喷淋的含氨母液和浮化层含氨母液充分吸收，反应后，达标排放，母液循环使用，氨气通过控制加入，母液循环到一定浓度，部分移入高倍中和槽，循环槽补充低浓度母液或清水继续吸收。

　　3、中和系统

　　母液打入中和槽后，根据比重、母液温度情况决定何时通氨母液温度适合时通氨，通入氨后定时测PH值和中和温度。根据中和温度控制通氨量，达到终点后，待溶液温度降下后通知包装工离料出产品，并取样，交化验进行质量检定。

　　4、循环水系统

　　因为母液吸收和中和过程均有热量，为了移走热量，在循环槽内和中和槽内均加装冷却管束，用循环水移走多余热量，热水经冷却塔降温后循环使用。

　　氨法脱硫工艺流程氨法脱硫工艺主要由脱硫洗涤系统、浓缩系统、烟气系统、氨贮存系统、硫酸铵生产系统(若非氨-硫铵法则是于其工艺相对应的副产物制造系统)、电气自动控制系统等组成。

　　锅炉排出的烟气通过引风机增压后进入FGD系统，引风机用来克服整个FGD系统的压降。烟道上设有挡板系统，以便于FGD系统正常运行或旁路运行，不考虑增设脱硫增压风机。烟气通过引风机后，进入脱硫塔。

　　吸收塔分为三个区域：分别为吸收区、浆池区和除雾区，烟气向上通过脱硫塔，从脱硫塔内喷淋管组喷出的悬浮液滴向下降落，烟气与氨/硫酸铵浆液液滴逆流接触，发生传质与吸收反应，以脱除烟气中的SO2、SO3。脱硫后的烟气经除雾器去除烟气中夹带的液滴后，从顶部离开脱硫塔，通过原烟道进入烟囱排放。脱硫塔下部浆池中的氨/硫酸铵浆液由循环泵循环送至浆液喷雾系统的喷嘴，产生细小的液滴沿脱硫塔横截面均匀向下喷淋。SO2和SO3与浆液中的氨反应，生成亚硫酸铵和硫酸铵。

　　在脱硫塔浆池中鼓入空气，将生成的亚硫酸铵氧化成硫酸铵，由于充分利用了烟气中的热量，使得脱硫塔中的水蒸气过饱和而析出硫酸铵结晶，硫酸铵浆液经过旋流器的脱水提浓厚再进入离心机进一步脱水，最后经干燥后得到硫酸铵产品。

　　整个脱硫系统的脱硫原料是氨和水，脱硫产品是固体硫铵，过程不产生新的废气、废水和废渣。既回收了硫资源，又不产生二次污染。其主要技术特点如下：

　　1)单塔设计，有效降低成本，节约空间;

　　2)空塔喷淋，降低系统压降，节约电能;

　　3)大循环量，增大液气比来弥补因浓度上升，脱硫效率下降的缺点，保证脱硫效率;

　　4)烟气喷淋降温技术，使烟气温度尽快达到氨法脱硫的最佳温度，增加脱硫效率，从而尽量降低塔本身的高度;

　　5)烟气直排工艺，彻底解决了原烟囱腐蚀的问题，降低了烟气加热的设备投资，运行成本和维修成本;

　　6)改进搅拌方式，降低成本，增强氨法脱硫技术的市场竞争力;

　　7)硫酸铵回收系统采用新工艺，根本上解决了传统硫酸铵回收;

　　8)整个过程中不产生废水、废气、废渣，无二次污染;

　　9)工艺与石灰石-石膏类似，但副产品是以硫酸铵的形式出现的，而硫酸铵是重要的化肥产品，它的工艺符合循环经济的原则。

　　氨法脱硫工艺存在问题1、氨逃逸

　　这里所述的氨逃逸专指气态氨随烟气排出脱硫装置的现象。在氨法脱硫工程中，通常造成氨逃逸的主要原因是脱硫循环液中游离氨含量高。氨是极易挥发的物质，常温常压下氨是气体。所以在氨法脱硫的工程中需要将氨的浓度和温度降到尽量低。脱硫所需要的氨是由脱除烟气中的二氧化硫的量所决定的，所以为了使吸收液中氨的浓度降低，只能加大吸收液的循环量，同时，吸收液温度降低。

　　另外，亚硫酸铵氧化率低也是造成氨逃逸严重的另一个原因。脱硫生成的亚硫酸铵是不稳定的化合物，如果不及时氧化成稳定的硫酸铵，容易分解成二氧化硫和氨，造成排放烟气中二氧化硫升高同时氨逃逸加剧。

　　2、气溶胶

　　在氨法脱硫方法中，所谓气溶胶是指气态酸性氧化物在一定条件下与气态氨反应，生成相应的极细的铵盐固体微粒，如同烟尘漂浮在气体中。根据生成气溶胶氧化物的酸性程度，可以分为弱酸性气溶胶和强酸性气溶胶，主要是亚硫酸铵和硫酸铵。

　　氨法脱硫的工程越来越多，规模越来越大，人们注意到所谓的“白烟”问题，主要是气溶胶的原因。在气态氨和水存在的条件下与烟气中的二氧化硫和三氧化硫反应生成了硫酸铵和亚硫酸铵固体微粒，不容易除去。

　　石灰石-石膏法脱硫工程中也出现了气溶胶问题，尤其是安装了脱硝装置的工程，会出现“蓝烟”、“黄烟”现象。不过这种气溶胶是硫酸酸雾，与硫酸铵气溶胶有区别。

　　氨法脱硫工艺解决办法1、选择合理的液气比

　　氨逃逸和气溶胶的形成与液气比关系密切，从抑制气溶胶的角度考虑，选择较大的液气比可以将液相游离氨含量控制的很低，也使气相氨的含量很低，这样就抑制了气溶胶的生成。美国Marsulex公司主张液气比在10以上，这是经过长期研究的结论，应该具有很高的参考价值。目前国内氨法脱硫液气比取5—10。

　　2、氨水浓度

　　避免脱硫过程中生成气溶胶的措施是将脱硫区域气态氨含量降低，由气液平衡得知，氨水的浓度降低可以有效的降低气态氨的浓度。一般工业上氨浓度控制在10%—20%。

　　3、设置氨回收段

　　在脱硫塔吸收段上方设置一个氨回收段，对于减少氨逃逸有一定效果。喷淋水会与上升的脱硫后烟气逆向接触，烟气中的氨被喷淋水吸收。脱硫塔吸收段与氨回收段之间由横断塔体的隔板隔开，隔板上装有升气帽。喷淋水清洗后下落到隔板上方，经管道流回喷淋罐。冲洗后的水可以作为脱硫塔补充水落入塔循环浆液，而喷淋水用新鲜水补充，以此降低氨浓度。

　　4、脱硫塔进口喷水

　　脱硫塔烟气进口区域或者进口烟道布置水喷淋设施，三氧化硫等强酸性氧化物都是极易溶于水的，喷水可以使这些氧化物迅速溶于水，从而避免气溶胶的产生。

　　5、脱硫塔出口高效除尘除雾装置

　　经过脱硫的烟气含有大量雾滴，雾滴由浆液液滴、凝结液滴和尘颗粒组成，当这部分烟气进入高效除尘除雾器，高效除尘除雾器筒内加设的气旋板使脱硫气旋转起来，在气旋器上方形成气液两相的剧烈旋转及扰动，从而使得烟气中的小液滴、粉尘颗粒、气溶胶等微小颗粒物相互碰撞团聚凝聚成大液滴，其与气旋筒壁碰撞，并被气旋筒壁捕获吸收，捕获的液滴进入多级气旋设置的一个桶内，脱硫后的烟气可以达到国家标准直排。