CN101164662A

CN101164662A - 硝酸磷肥尾气中脱氨脱氮除湿工艺及装置

Info

Publication number: CN101164662A
Application number: CNA2007101392912A
Authority: CN
Inventors: 刘有智; 焦伟洲; 祁贵生; 孟晓丽
Original assignee: North University of China
Current assignee: North University of China
Priority date: 2007-08-24
Filing date: 2007-08-24
Publication date: 2008-04-23
Anticipated expiration: 2027-08-24
Also published as: CN100562354C

Abstract

本发明属于化肥尾气净化处理的技术领域，具体涉及硝酸磷肥尾气中脱氨脱氮除湿工艺及装置，解决了现有硝酸磷肥尾气净化处理程序中效果有限等问题。硝酸磷肥尾气中脱氨脱氮除湿工艺，其步骤为：开启旋转填料床，调节填料转子转速，引入硝酸磷肥尾气和吸收液，气液接触后排出。所述的装置，包括旋转填料床，旋转填料床进液口与液体循环泵连接，旋转填料床出液口与吸收液储槽相连，吸收液储槽与吸收液循环槽连接，吸收液循环槽与液体循环泵连接。本发明工艺具有脱氨脱氮率高、除湿效率高、投资少等优点。本发明设备结构简单，易操作，与现有技术相比效率高、能耗小、流程简单、开停车方便等优点。

Description

硝酸磷肥尾气中脱氨脱氮除湿工艺及装置

技术领域

本发明属于化肥尾气净化处理的技术领域，具体涉及硝酸磷肥尾气中脱氨脱氮除湿工艺及装置。

背景技术

硝酸磷肥尾气由于成分复杂，一直是化肥行业治理的难题.以硝酸磷肥为例，不同生产工艺所产生的尾气组分不同，采用间接冷冻技术生产硝酸磷肥，其尾气中含有氨气、水汽、氮氧化物等，这些气体对人体危害极大。这些气体不仅对环境造成了严重的污染，恶化了工人的工作环境，而且还造成一定程度的资源浪费。氨气具有刺激性气味，腐蚀作用强，浓度达到7000mg/m³时，可使人死亡。由于气体中含有大量的水汽，使得气体从烟囱排出后，由于温度降低，形成过饱和水汽，使得冷凝的水中含有氨，这样的液滴掉在人的脸上会造成皮肤损坏；氮氧化物对人体危害极大，破坏臭氧层，改变紫外线到达地面的强度，进而影响到整个生态环境，还是产生酸雨的来源，科学证实人类许多疾病的产生也与空气中氮氧化物有着直接的关系。因此，硝酸磷肥尾气治理尤为重要，必须处理达标后才能排放。

目前为止，国内外没有一种可以将硝酸磷肥尾气中有害气体同时脱除的工艺，大多数化肥厂采用将硝酸磷肥尾气中的有害气体分别治理的方法，对于水汽，主要有干法和湿法两大类。干法按原理来说，可分为化学吸收与物理吸附两种，如采用固体吸收(附)剂进行，效率较高，但成本也高，吸收(附)剂用量大，再生困难；湿法降湿采用低温溶液进行，原理为通过降低气体温度达到除湿的目的。对于氨气，常采用水、酸性溶液吸收，设备一般采用吸收塔，结构简单、操作方便，但吸收效率较低、占地面积大、基建及投资费用高，特别受空间限制。氮氧化物的处理技术主要有干法与湿法两类，干法处理技术仅适用于浓度低的气体净化工艺，且具有处理成本高、工艺复杂、处理量小等缺点；湿法治理烟气中氮氧化物主要采用填料塔、泡罩塔、筛板塔等单级或者多级吸收工艺。在吸收剂选择方面，企业依据自身特点，有利用清水作为吸收剂，或采用稀硝酸作为吸收剂进行物理吸收；还有的采用碳酸钠、氢氧化钠等碱性液体作为吸收剂进行化学吸收处理。有研究人员尝试用多个塔串联多级吸收、使用活性填料等，但效果也十分有限，难以达到处理要求。

发明内容

本发明为了解决上述硝酸磷肥尾气净化处理程序中存在的问题，提供了一种硝酸磷肥尾气中脱氨脱氮除湿工艺及装置。

本发明采用如下的技术方案实现：

硝酸磷肥尾气中脱氨脱氮除湿工艺，包括如下工艺步骤：开启旋转填料床，调节填料转子转速在150～2500r/min，将35～80℃的含氨含氮含湿尾气和5～30℃的吸收液分别由进气口和进液口引入旋转填料床，含氨含氮含湿硝酸磷肥尾气和吸收液气液比为50～3000∶1，气液接触完成脱氨脱氮除湿，然后分别由排气口和排液口排出。所述的气液接触方式为错流或逆流。吸收液为水、稀硝酸或者酸性硝酸铵溶液。稀硝酸浓度为0.1～20％。酸性硝酸铵溶液浓度为1～30％。酸性硝酸铵吸收液的酸性，采用硝酸进行调节酸性，保证pH值为0.2～6。

硝酸磷肥尾气中脱氨脱氮除湿装置，包括旋转填料床，旋转填料床进液口与液体循环泵连接，旋转填料床出液口与吸收液储槽相连，吸收液储槽通过循环泵与吸收液循环槽连接，吸收液循环槽与液体循环泵连接。

旋转填料床中设置两层同轴的填料层，实现脱氨脱氮除湿一体化；下填料层为湿填料，吸收液在其中进行均匀分布，实现脱氨除湿；上填料层为干填料，起到除湿作用。两层填料层之间设置扩散室，可将气速降低，通过高速旋转的填料层，可将尾气中夹带的液膜、液雾在干填料层中进行碰撞、凝并形成液滴，达到除湿的目的。所述的旋转填料床采用耐腐蚀材料，填料层中的填料也采用耐腐蚀材料。旋转填料床装置不仅可以作为吸收设备，同时可作换热器。

本发明所述的工艺将旋转填料床作为吸收的反应装置，结合旋转填料床的特点，对其结构进行改进，采用吸收剂实现脱氨脱氮除湿工艺一体化，且将废气中的氨气、氮氧化物等变废为宝，进入酸性废水中，可实现回收利用，同时净化了空气，改善了环境。该工艺具有脱氨脱氮率高、除湿效率高、装置结构紧凑、体积小、投资少等优点。

本发明所述的设备，结构简单，易操作，与现有技术相比，用旋转填料床去除硝酸磷肥尾气中有害气体具有效率高、能耗小、流程简单、开停车方便等优点。

附图说明

图1是硝酸磷肥尾气中脱氨脱氮除湿工艺的流程图

图2是旋转填料床结构图

图中：1-硝酸磷肥尾气；2-旋转填料床；3-吸收液储槽；4-循环泵；5-气体流量计；6-液体流量计；7-液体循环槽；8-液体循环泵；9-气路阀门；10-液路阀门；11-变频器；

2-1-电机；2-2-密封；2-3-气体出口；2-4-外壳；2-5-下填料层；2-6-液体进口；2-7-液体出口；2-8-气体进口；2-9-液体分布器；2-10-扩散室；2-11-上填料层；2-12-转轴

具体实施方式

本发明所述的硝酸磷肥尾气中脱氨脱氮除湿工艺，包括如下步骤：

开启旋转填料床2，通过调节变频器11将转速调至150～2500r/min，开启硝酸磷肥尾气1入口气路阀门9，通过气体流量计5计量后进入旋转填料床2第一层填料层2-5；吸收液通过液体循环槽7进入液体循环泵8，通过液路阀门10调节液量经液体流量计6计量后按一定的气液比进入旋转填料床2下层填料层2-5；在此过程中气液在高速旋转填料所形成的超重力场中完成氨气和氮氧化物的吸收过程，吸收后的气相通过扩散室2-10进入上填料层2-11完成除湿过程，脱氨脱氮除湿后的气体通过旋转填料床气体出口2-3排出，实现达标排放；吸收液经吸收气体中的氨气、氮氧化物后从旋转填料床液体出口2-7进入吸收液储槽3，在循环泵4的作用下进入液体循环槽7，吸收液进行循环使用，当吸收液中硝酸铵浓度达到40-60％时更换，此硝酸铵溶液在复肥生产工艺可得到利用。氨气、氮氧化物、含湿量的浓度在旋转填料床的进出口进行测定。

所述的硝酸磷肥尾气中脱氨脱氮除湿工艺中要求硝酸磷肥尾气温度为35～80℃，吸收液温度为5～30℃；气液比为50-3000∶1；气液接触方式为错流或逆流；吸收液可为水、稀硝酸或酸性硝酸铵溶液；这主要根据生产工艺及气相中各组分浓度而定。由于管路较长，且尾气中含有大量的氧气，引起可近似认为氮氧化物中的主要成分为二氧化氮。

当吸收液为水时完成的反应方程式包括：

NH₃+H₂O→NH₃·H₂O

3NO₂+H₂O→2HNO₃+NO

当吸收液为稀硝酸或硝酸铵时，稀硝酸的浓度为0.1～20％；采用酸性硝酸铵溶液作为吸收剂主要是基于复肥厂中有过剩的酸性硝酸铵溶液来考虑的，通常硝酸铵溶液浓度为1～30％，采用硝酸进行调节酸性，保证pH值为0.2～6；

完成的反应方程式为：

NH₃+HNO₃→NH₄NO₃

3NO₂+H₂O→2HNO₃+NO

本发明的硝酸磷肥尾气中脱氨脱氮除湿工艺的主体设备旋转填料床2，电机2-1与转轴2-12进行连接，转轴与旋转填料床外壳2-4有密封2-2；气体通过气体进口2-8进入旋转填料床2底部，沿轴向通过下填料层2-5；吸收液通过旋转填料床液体进口2-6，进入液体分布器2-9，吸收液沿径向由填料内缘甩向填料外缘。在此过程中利用旋转填料床旋转所产生的离心力场(达到几十至百倍重力加速度)下，液膜变薄、液滴变小，产生巨大的相界面；液膜的更新速率也得到极大的提高；含氨尾气通过填料层由气相进入液相界面，与吸收液的氢离子进行反应，达到回收氨气的目的；尾气中氮氧化物与吸收液在超重力场条件下进行强化吸收，实现净化氮氧化物的目的；脱氨脱氮的含湿尾气从下填料层2-5进入扩散室2-10，气速得到大幅度下降，然后含湿尾气通过高速旋转的未通入液相的上填料层2-11，从而达到除湿的目的；在此过程中，气相中的雾膜、液膜、液丝在高速旋转的填料层中实现凝并形成大的液滴，在离心力作用下，沿填料层径向甩向旋转床壳体内壁，在重力作用下从液体出口2-7排出。

实施例1

处理某化肥厂的硝酸磷肥尾气：工艺待处理量50000m³/h，气体进口温度70℃，其中水汽含量20％(湿度0.1545kg 水/kg干气)，氨气浓度2800mg/m³，氮氧化物浓度740mg/m³；以硝酸铵酸性废水为吸收液，浓度为30％，pH值为0.6，进口温度25℃，液量100m³/h，即气液比500m³/m³，旋转填料床填料直径2.5m，高3.5m，其主体设备旋转填料床和填料为耐腐蚀材料1Cr18Ni9Ti，气液接触方式为错流。

首先开启旋转填料床，通过变频仪调节转速为150r/min，待旋转填料床运行稳定后，硝酸磷肥尾气通过引风机引入旋转填料床，在填料层中与吸收液逆流接触，完成吸收过程。硝酸磷肥尾气经处理后温度与废水大致相同，为48℃，水汽湿度0.078156kg 水/kg干气，除湿效率达63％；氨气出口浓度为276mg/m³，吸收效率90.14％；氮氧化物出口浓度357mg/m³，吸收效率51.76％。

实施例2

硝酸磷肥尾气处理：工艺尾气待处理量300m³/h，温度60℃，水汽含量19.95％，氨气浓度7000mg/m³，氮氧化物浓度550mg/m³；吸收液为稀硝酸，浓度为20％，温度30℃，气液比3000m³/m³，其主体设备旋转填料床和填料为耐腐蚀材料00Cr19Ni11，气液接触方式为错流。

开启旋转填料床，转速调节至2500r/min。运转稳定后，硝酸磷肥尾气经风机引入旋转填料床与吸收液进行接触，液量逐渐调至0.1m³/h，完成吸收过程。硝酸磷肥尾气由出气口排空，吸收液循环利用。经过处理后硝酸磷肥尾气温度54℃，吸收液52℃。尾气湿度0.1098kg水/kg干气，氨气浓度214mg/m³，氮氧化物195.3mg/m³；效率分别为29.03％、96.94％、64.5％。

实施例3

硝酸磷肥尾气处理：待处理量150m³/h，温度60℃，水汽含量15％，氨气浓度700mg/m³，氮氧化物650mg/m³；采用水为吸收液，温度5℃，气液比600m³/m³，其主体设备旋转填料床和填料为耐腐蚀材料1Cr18Ni9Ti，气液接触方式为错流。

本工艺同时解决磷肥尾气中水汽、氨气、氮氧化物问题。旋转填料床开启后，经变频器调节转速至1500r/min，待运转稳定后，磷肥尾气经由风机引入填料床中，水经由液泵打入旋转填料床，气液在床层中接触后，磷肥尾气直接排空，吸收液回收利用。

液量调至0.25m³/h，尾气达标排放，其中水汽不会出现“白烟”现象，尾气温度42℃，水39℃，水汽湿度0.0545kg水/kg干气，氨气浓度278mg/m³，氮氧化物285mg/m³。

实施例4

某复合肥厂硝酸磷肥尾气处理：工艺处理量300m³/h，气体温度80℃，氨气浓度4000mg/m³，氮氧化物600mg/m³。吸收液为稀硝酸，浓度为30％，温度为30℃，气液比50m³/m³，液量增至6m³/h，其主体设备旋转填料床和填料为耐腐蚀材料1Cr18Ni9Ti，气液接触方式为错流。

本工艺中水汽、氨气、氮氧化物的问题可以同时得到解决。旋转填料床开启后，转速逐渐调至1000r/min，运转稳定后，磷肥尾气经引风机进入旋转填料床，吸收液由液泵进入填料床，气液在床层中接触，磷肥尾气排空，吸收液回收利用，系统运行稳定。

液量逐渐调至6m³/h，排放磷肥尾气温度52℃，水48℃，水汽湿度0.098kg水/kg干气，含量11％，除湿效率52.6％，氨气吸收效率93.75％，出口浓度251mg/m³，氮氧化物出口浓度265mg/m³，效率达到55.83％。

实施例5

某硝酸磷肥尾气处理：工艺处理量1500m³/h，气体温度35℃，氨气浓度800mg/m³，氮氧化物300mg/m³。吸收液为稀硝酸，浓度为1％，温度为5℃，气液比200m³/m³，其主体设备旋转填料床和填料为耐腐蚀材料0Cr18Ni9Ti，气液接触方式为逆流，所用旋转填料床的直径600mm，扩散室填料层直径1000mm。

旋转填料床开启后，转速逐渐调至1200r/min，运转稳定后，硝酸磷肥尾气经引风机进入旋转填料床，吸收液由液泵进入填料床，气液在床层中接触，磷肥尾气达标排放，吸收液回收利用，系统运行稳定。排放尾气中氨气吸收效率达90％，氮氧化物去除效率可达58％以上。

实施例6

某尾气处理：工艺处理量200m³/h，气体温度55℃，氨气浓度1700mg/m³，氮氧化物420mg/m³。吸收液为酸性硝酸铵溶液，浓度为1％，pH值为6，温度为10℃，气液比100m³/m³，其主体设备旋转填料床和填料为耐腐蚀材料0Cr18Ni9Ti，气液接触方式为逆流。

旋转填料床开启后，转速逐渐调至2000r/min，运转稳定后，硝酸磷肥尾气经引风机进入旋转填料床，吸收液由液泵进入填料床，气液在床层中接触，磷肥尾气达标排放，吸收液回收利用，系统运行稳定。排放尾气中氨气吸收效率达92％，氮氧化物去除效率可达60％以上。

Claims

1.一种硝酸磷肥尾气中脱氨脱氮除湿工艺，包括如下工艺步骤：开启旋转填料床，调节填料转子转速在150～2500r/min，将35～80℃的含氨含氮含湿硝酸磷肥尾气和5～30℃的吸收液分别由进气口和进液口引入旋转填料床，含氨含氮含湿尾气和吸收液气液比为50～3000∶1，气液接触完成脱氨脱氮除湿，然后分别由排气口和排液口排出。

2.根据权利要求1所述的硝酸磷肥尾气中脱氨脱氮除湿工艺，其特征在于所述的气液接触方式为错流或逆流。

3.根据权利要求1或2所述的硝酸磷肥尾气中脱氨脱氮除湿工艺，其特征在于吸收液为水、稀硝酸或者酸性硝酸铵溶液。

4.根据权利要求3所述的硝酸磷肥尾气中脱氨脱氮除湿工艺，其特征在于稀硝酸浓度为0.1～20％。

5.根据权利要求3所述的硝酸磷肥尾气中脱氨脱氮除湿工艺，其特征在于酸性硝酸铵溶液浓度为1～30％。

6.一种实现如权利要求1或2或4或5所述硝酸磷肥尾气中脱氨脱氮除湿工艺的装置，其特征在于包括旋转填料床(2)，旋转填料床(2)进液口与液体循环泵(8)连接，旋转填料床(2)出液口与吸收液储槽(3)相连，吸收液储槽(3)通过循环泵(4)与吸收液循环槽(7)连接，吸收液循环槽(7)与液体循环泵(8)连接。

7.根据权利要求6所述的硝酸磷肥尾气中脱氨脱氮除湿装置，其特征在于所述的旋转填料床(2)中设置两层同轴的填料层，下填料层(2-5)为湿填料，上填料层(2-11)为干填料，两层填料层之间设置扩散室(2-10)。

8.根据权利要求6所述的硝酸磷肥尾气中脱氨脱氮除湿装置，其特征在于所述的旋转填料床(2)采用耐腐蚀材料，填料层中的填料也采用耐腐蚀材料。