CN102989266B - 硫酸铵结晶技术处理氨气的工艺和设备 - Google Patents

Abstract

本发明氨气(硫酸铵结晶)处理技术工艺系统，彻底解决了目前国内外LED行业及氨气生产相关在生产过程中废氨气排放处理产生二次污染的难题，属于环境保护与化工技术领域。氨气(硫酸铵结晶)处理技术工艺系统主要设备包括：氨气处理反应塔、气体净化水洗塔、风机、氨气处理反应塔储液槽、冷却结晶储液槽、溶液回收储液槽、气体净化水洗塔储液槽、脱水干燥设备、循环泵、硫酸储液槽、计量泵、系统控制柜等。发明的特点在于：1.氨气处理：氨气在氨气处理反应塔内可以完全反应，再经过水洗塔对气体进行水洗吸收，保证系统排放气体达标。整个处理流程无其它废气产生。2.溶液处理：硫酸溶液从进入氨气处理反应塔开始，到冷却结晶储液槽、再到脱水设备脱水、再回到溶液回收储液槽、水洗塔储槽换水也排到溶液回收储槽，溶液回收储槽内的溶液最后作为氨气处理反应塔储液槽补充溶液回用。整个处理流程没有废水产生。3.硫酸铵处理：氨气与硫酸溶液在氨气处理反应塔内反应产生高温不饱和硫酸铵溶液，经过冷却结晶设备冷却结晶，再经脱水设备脱水干燥后即得到最终产品硫酸铵。整个处理流程没有其它废物产生。本氨气处理系统实现了氨气零排放和氨氮废水零排放。整个氨气处理过程无三废产生，是国内外LED生产行业氨气处理及相关氨气处理的重大发明与贡献。

Description

硫酸铵结晶技术处理氨气的工艺和设备

技术领域

本发明属于环境保护与化工技术领域，氨气与硫酸溶液反应产出硫酸铵结晶体的硫酸铵结晶技术处理氨气的工艺和设备，将填补国内外LED和太阳能行业氨废气处理达到氨气零排放和氨氮废水零排放的空白。

背景技术

目前国内外LED行业在外延片生产过程中都要用到高纯氨气，氨气是LED外延生长过程主要原料气体之一。氨气在LED外延工艺生产过程中，其中有90％左右的氨气是没有参与工艺反应的而从LED外延工艺设备向外直接排出。如果这些氨气直接排入到空气中，不仅会对人身健康造成伤害，并对大自然造成极大破坏。目前国内外对LED外延生产过程中所产生的氨废气没能彻底有效处理，主要处理方式有以下几种：

1、采用LED外延工艺配套的Scrubber处理。但是Scrubber容易堵塞；氨气处理量比较小，只能处理一台外延设备排出的氨气；主要采用自来水加电子级盐酸方式，这种方式耗水量大，成本高，并排出的废水氨氮超标；氨气处理不完全，有部分氨气直接排入到大气中。

2、其它专业Scrubber设备，可处理4台外延设备排出的氨气。这种处理方式：Scrubber也容易堵塞；耗水量大，排出的氨氮废水超标；氨气处理不完全，有部分氨气直接排入到大气中。

3、专业的废气处理设备，主要是水加稀硫酸溶液吸收氨气，产生硫酸铵废水。这种处理方式：废气处理量大，排出的硫酸铵废水氨氮超标；氨气处理不完全，有部分氨气排入到大气中。

4、空气吹脱法：在碱性条件下，将气体通入水中，使气液相互充分接触，将水中呈离子态的氨氮转换成游离氨被吹出，以达去除水中的氨氮的目的。空气吹脱法的氨氮去除率可达85％以上，吹脱出的氨气易用水、盐酸、硫酸吸收，工艺简单，操作简便，但只能去除废水中的氨氮，对总氮的去除率不高，且能耗大，运行成本高，若投加碳调节pH值还容易结垢。

目前所采用处理氨气方法大都会产生二次污染(氨气或氨氮废水)，国内外还没有一种能彻底解决氨气一次处理达标的方案。

发明内容

为了解决上述氨气处理存在二次污染问题，本人对LED行业氨气处理研究多年，对氨废气处理及各种处理工艺设备有深入研究。根据氨气与硫酸化学反应特性(NH3+H2SO4＝＝＝NH4HSO4)，经过对多次试验及理论研究。最终设计出一套将氨气与硫酸完全反应处理后产出硫酸铵结晶体的氨气处理工艺和设备。本发明硫酸铵结晶技术处理氨气工艺和设备，保证了氨气零排放和氨氮废水零排放，彻底解决氨气处理的二次污染，并且处理的副产品为硫酸铵结晶体(硫酸铵可以出售)，可以为企业带来经济效益。本发明氨气处理量大，可根据用户要求定制。填补国内外LED、太阳能及氨气处理相关行业工艺废氨气一次处理达标的空白。

本发明的目的在于一次将氨气与硫酸溶液完全反应处理后，产出硫酸铵结晶体的氨气处理系统工艺。保证了氨气零排放和氨氮废水零排放。有效把氨气一次性处理成硫酸铵结晶体无二次污染的经济可靠氨气处理系统工艺，实现无氨氮废水及氨气零排放的绿色环保技术工艺系统设备。

硫酸铵结晶技术处理氨气的工艺和设备主要设备工作流程及原理：

氨气气体经管道进入氨气处理反应塔，气体从下向上运行，氨气在反应塔内与硫酸溶液充分接触发生反应，产生高温的不饱和硫酸铵溶液。氨气与硫酸溶液反应生成硫酸铵溶液(NH3+H2SO4＝＝＝NH4HSO4)，硫酸铵溶液达到一定饱和浓度后会产生硫酸铵结晶颗粒(NH1HSO4+NH3＝＝＝(NH4)2SO4)。可根据硫酸铵溶液在不同温度下饱和度的特性，本发明利用硫酸铵溶液在不同温度下饱和度的特性，对高温硫酸铵溶液进行冷却后析出硫酸铵晶体。

表一、不同温度下饱和硫酸铵溶液的数据

温度(℃)	0	10	20	25	30
						重量百分数	41.42	42.22	43.09	43.47	43.85
摩尔浓度	3.9	3.97	4.06	4.1	4.13
						每1000g水中含硫酸铵摩尔数	5.35	5.53	5.73	5.82	5.91
1000ml水中用硫酸铵克数	706.8	730.5	755.8	766.8	777.5
						每1000ml溶液中含硫酸铵克数	514.8	525.2	536.5	541.2	545.9

系统控制柜会根据氨气处理反应塔储液槽内硫酸铵溶液的浓度，将反应塔储液槽内硫酸铵溶液排放到冷却结晶储液槽中冷却结晶。

控制根据冷却结晶储液槽中设定的温度，再确定将冷却结晶储液槽中的硫酸铵溶液和硫酸铵结晶物排放到脱水设备中。

脱水设备在脱水过程中会自动将硫酸铵溶液和硫酸铵结晶物分开，不饱和硫酸铵溶液经管道回收到储液槽，作为氨气处理反应结晶储液槽的补充溶液。脱水干燥后硫酸铵结晶体进行封装储存。

氨气进入氨气处理反应塔与硫酸溶液进行化学反应后，气体从氨气处理反应塔出来时温度比较高，气体再进入气体净化水洗塔进行水洗处理时吸收其带来的热量和其它杂质，保证排出的气体完全符合要求，系统控制部分根据水洗塔储液槽的温度与溶液量确定气体净化水洗塔储液槽的补充与排放。

控制系统会根据反应塔储液槽的PH值，控制计量泵向氨气处理反应塔储液槽内加硫酸溶液，保持反应塔储液槽内PH在设定值，以保证氨气处理效果。

本发明的优点在于：1、解决了LED行业、太阳能及氨气处理等相关行业工艺废氨气一次性处理完全达标。2、氨气进入氨气处理反应塔设备后，气体从下向上运行，氨气与硫酸溶液充分接触发生反应，气体再经气体净化水洗塔清洗净化处理；经过水洗塔洗净的洁净气体由排风机直接排放至大气中，解决了氨气处理技术与设备一次不能完全处理问题。3、系统氨气处理能力大，系统设备可以根据用户需要定制，可同时处理20台左右外延炉排出来的氨气。4、氨气结晶处理技术的溶液重复循环使用，解决了氨气处理产生氨氮废水，引起的二次污染及二次污水处理。5、本发明一次将氨气与硫酸溶液完全反应处理后，产出硫酸铵结晶体，实现了氨气再利用，给企业创造经济效益。还保证了氨气零排放和氨氮废水零排放。

附图说明

附图1是硫酸铵结晶技术处理氨气的工艺和设备主要工艺流程与系统设备的连接图及气体和液体流向图，即氨气与硫酸溶液反应到最终产出硫酸铵结晶体的氨气系统处理技术工艺、氨气处理流程走向、系统液体流向及主要设备连接图。

1、硫酸铵结晶技术处理氨气工艺和设备，包括以下步骤：氨气处理方法：氨气进入氨气处理反应塔，在反应塔内与硫酸溶液充分接触完全反应后；气体再经气体净化水洗塔清洗净化处理；经过水洗塔洗净的洁净气体由排风机直接排放至大气中；此氨气处理工艺保证了排放的气体达标，氨气处理过程无污染废气产生。2、溶液处理方法：硫酸溶液经计量泵准确向氨气处理反应储液槽注入硫酸溶液；氨气与硫酸溶液发生反应产生的高温不饱和硫酸铵溶液，根据控制柜系统设定值，再把高温不饱和硫酸铵溶液送到冷却结晶储液槽内；经冷却结晶储液槽冷却饱和结晶后硫酸铵溶液再送到脱水设备脱水分离；脱水后的溶液送到溶液回收储槽；水洗塔换水也排到溶液回收储槽；溶液回收储槽内的溶液根据控制柜系统设定值定量向氨气处理反应塔储液槽补充溶液。3、硫酸铵处理方法：氨气与硫酸溶液在氨气处理反应塔内反应产生高温不饱和硫酸铵溶液，经过冷却结晶设备冷却析出硫酸铵晶体；含有结晶体的硫酸铵溶液送到脱水设备，再经脱水设备脱水干燥后即得到最终产品硫酸铵晶体，整个硫酸铵结晶处理过程无污染废物产生。硫酸铵结晶技术处理氨气工艺和设备的主要设备包括：氨气处理反应塔(001)、氨气处理反应结晶储液槽(004)、气体净化水洗塔(002)、气体净化水洗塔储槽(007)、排风机(003)、冷却结晶储液槽(005)和硫酸铵溶液回收储液槽(006)、脱水设备(008)、反应塔循环泵(009)、硫酸铵水循环泵(010)、水洗塔循环泵(011)、硫酸储液槽(012)、计量泵(013)、系统控制柜(014)等。

具体实施方式

如附图1，硫酸铵结晶技术处理氨气工艺图所示，系统工艺简洁实用，操作方便简单，系统处理效果好；相比其它处理工艺设备投资少，氨气处理干净且无二次污染。所述系统中包含硫酸储液槽、硫酸加液计量泵、氨气处理反应塔与反应结晶储液槽、气体净化水洗塔与水洗塔储液槽、风机、冷却结晶储液槽和硫酸铵溶液回收储液槽、脱水设备、循环泵与系统控制柜等。硫酸铵结晶技术处理氨气工艺的设备与主要功能(结合工艺图)如下：

硫酸铵结晶技术系统处理氨气的工艺设备，附图1中主要设备(编号)与主要功能：

附图1中(001)氨气处理反应塔：功能是氨气与硫酸溶液充分接触发生化学和放热反应区。氨气经气体入口管道进入氨气处理反应塔设备，气体从下向上运行，氨气在反应塔内与硫酸溶液充分接触发生反应后，发生化学和放热反应产生高温不饱和硫酸铵溶液，气体经管道再进入气体净化水洗塔入口。氨气管道与氨气处理反应塔进气口连接，氨气处理反应塔出气口经管道与水洗塔(002)进气口连接，氨气处理反应完全在本氨气处理反应塔处理完成，也是硫酸铵结晶工艺处理氨气工艺的方法工艺系统核心设备之一。

附图1中(002)气体净化水洗塔：主要功能是对前级氨气处理反应塔反应处理后的气体再进行喷淋水洗清洁处理。氨气处理反应塔处理反应完成后的气体再进入气体净化水洗塔入口，气体在气体净化水洗塔内与清洗水溶液充分接触，将气体中之污染物吸收于水洗溶液，达到去除气体污染物质目的，同时也给气体降温。经过水洗塔处理后的洁净气体经管道连接由排风机直接排放至大所中，水洗塔出气口经管道与风机(003)进气口连接。

附图1中(003)风机：主要作用是将气体从氨气处理反应塔和气体净化水洗塔抽出，保证系统与管道内是负压，确保系统不会有气体未经处理而排出。排风机通过管道与气体净化水洗塔(002)出风口连接。

附图1中(004)氨气处理反应塔储液槽：功能是存储氨气与硫酸溶液发生反应后的溶液区。氨气处理反应结晶储液槽内的溶液PH值由控制系统柜自动调节，使氨气处理反应塔储液槽内PH值在设定范围，以保证氨气的处理效果。

附图1中(005)冷却结晶储液槽：功能是存储和让高温不饱和硫酸铵溶液快速冷却。冷却结晶槽与氨气处理反应储液槽及脱水干燥设备经管道连接，高温不饱和硫酸铵溶液进入冷却结晶槽后，经过冷却使其饱和析出硫酸铵结晶体，冷却结晶储液槽进液口经管道与氨气处理反应塔储液槽(004)出液口连接，冷却结晶储液槽出液口经管道与脱水干燥设备(008)进液口相连接。

附图1中(006)硫酸铵溶液回收储液槽：功能是存储回收硫酸铵溶液和水洗塔储液槽排出的溶液区，溶液回收储液槽内的溶液作为氨气处理反应储液槽的补充溶液循环使用，是硫酸铵溶液的存储与系统补液调节；溶液回收储液槽进液口经管道与脱水干燥设备(008)和水洗塔储液槽(007)出液口连接，溶液回收储液槽出口经管道与硫酸铵水循环泵(010)进液口相连接。

水洗塔储液槽(007)，功能是存储气体净化水洗塔清洗水溶液区。气体净化水洗塔储液槽具有存储和补充水功能，经管道与硫酸铵溶液回收储液槽相连接。

附图1中(008)脱水干燥设备：功能是去除冷却析出硫酸铵结晶体中的水份，脱水干燥设备主要将硫酸铵结晶体和硫酸铵溶液分离干燥。不饱和硫酸铵溶液经管道回收到硫酸铵溶液回收储液槽，作为氨气处理反应储液槽的补充溶液。脱水设备进液口经管道与冷却结晶储液槽(005)出液口连接，脱水设备出液口经管道与硫酸铵溶液回收储液槽(006)进液口相连接。

附图1中(009)反应塔循环泵：功能是让硫酸溶液在氨气处理反应塔内循环，循环泵入口通过管道与氨气处理反应塔储液槽相连，出口通过管道与氨气处理反应塔溶液入口连接。

附图1中(010)硫酸铵水循环泵：功能是把硫酸铵回收储液槽内溶液向氨气处理反应塔储液槽内补液；循环泵入口通过管道与硫酸铵溶液回收储液槽连接，出口通过管道与氨气处理反应塔储液槽连接，及时向氨气处理反应塔储液槽补充溶液。

附图1中(011)水洗塔循环泵：功能是让气体净化水洗塔储液槽水溶液在气体净化水洗塔内循环，循环泵入口通过管道与气体净化水洗塔储液槽连接，出口通过管道与气体净化水洗塔溶液入口连接。

附图1中(012)硫酸储液槽：功能是硫酸溶液存储区，硫酸储液槽出液口经管道与计量泵(013)进液口相连接。

附图1中(013)计量泵：功能是根据氨气处理反应塔储液槽内PH值，系统控制自动向氨气处理反应塔储液槽内注入硫酸溶液，使氨气处理反应塔储液槽内PH值在设定范围。计量泵入口与硫酸储液槽连接，计量泵出口与氨气处理反应塔储液槽连接。

附图1中(014)系统控制柜：主要功能根据系统各功能设备反馈信号，及时启动相应的控制模块，是本系统控制的大脑。

Claims (2)

1.硫酸铵结晶技术处理氨气工艺，其特征在于，包括以下步骤：

1)气体处理方法：

氨气进入氨气处理反应塔，在反应塔内与硫酸溶液充分接触完全反应后；气体再经气体净化水洗塔清洗净化处理；经过水洗塔洗净的洁净气体由排风机直接排放至大气中；此氨气处理工艺保证了排放的气体达标，氨气处理过程无污染废气产生；

2)溶液处理方法：

硫酸溶液经计量泵进入氨气处理反应塔储液槽；氨气与硫酸溶液在氨气处理反应塔发生反应产生的高温硫酸铵溶液，经冷却结晶储液槽冷却后含结晶体硫酸铵溶液，再送到脱水干燥设备脱水分离，脱水分离后的溶液送到溶液回收储液槽；气体净化水洗塔储液槽溶液也送到溶液回收储液槽；溶液回收储液槽内的溶液最后作为氨气处理反应塔储液槽补充溶液回用，整个溶液处理工艺无污染废水产生；

3)硫酸铵处理方法：

氨气与硫酸溶液在氨气处理反应塔内反应产生高温不饱和硫酸铵溶液，经过冷却结晶设备冷却析出硫酸铵晶体；含有结晶体的硫酸铵溶液送到脱水设备，再经脱水设备脱水干燥后即得到最终产品硫酸铵晶体，整个硫酸铵结晶处理过程无污染废物产生。

2.用于权利要求1所述的硫酸铵结晶技术处理氨气工艺的设备，其特征在于，所述设备包括：

1)氨气处理反应塔(001)：主要功能是氨气与硫酸溶液充分接触发生化学和放热反应区，与此相连的氨气处理反应塔储液槽(004)：功能是调节硫酸溶液pH与溶液循环存储区，氨气管道与氨气处理反应塔进气口连接，氨气处理反应塔出气口经管道与水洗塔(002)进气口连接；

2)水洗塔(002)：主要功能是对经过氨气处理反应塔处理后气体再进行水洗净化处理，与此相连接的水洗塔储液槽(007)：功能是存储水洗塔清洗溶液循环存储区；水洗塔出气口经管道与风机(003)进气口连接；

3)冷却结晶储液槽(005)：是让高温不饱和硫酸铵溶液冷却饱和析出硫酸铵结晶体；冷却结晶储液槽进液口经管道与氨气处理反应塔储液槽(004)出液口连接，冷却结晶储液槽出液口经管道与脱水设备(008)进口连接；

4)溶液回收储液槽(006)：功能是存储回收硫酸铵溶液和水洗塔储液槽排出的溶液区，溶液回收储液槽进口经管道与脱水设备(008)和水洗塔储液槽(007)出口连接，溶液回收储液槽出口经管道与硫酸铵水循环泵(010)进口连接；

5)脱水设备(008)：功能是将硫酸铵溶液和硫酸铵结晶体分开及干燥，脱水设备进口经管道与冷却结晶储液槽(005)出口连接，脱水设备出液口经管道与溶液回收储液槽(006)进口连接；

6)反应塔循环泵(009)：功能是让氨气处理反应塔储液槽内溶液在氨气处理反应塔内循环，反应塔循环泵进口经管道与氨气反应塔储液槽(004)连接，反应塔循环泵出口经管道与氨气处理反应塔(001)进液口连接；硫酸铵水循环泵(010)：功能是把溶液回收储液槽内溶液自动向氨气处理反应塔储液槽内补液，硫酸铵水循环泵入口通过管道与溶液回收储液槽(006)连接，出口通过管道与氨气处理反应塔储液槽(004)连接；水洗塔循环泵(011)：功能是让水洗塔储液槽内的溶液在水洗塔内循环；水洗塔循环泵入口通过管道与水洗塔储液槽(007)连接，出口通过管道与水洗塔(002)溶液入口连接；

7)硫酸储液槽(012)：是硫酸溶液存储区；计量泵(013)：是向氨气处理反应塔储液槽内注入硫酸溶液，计量泵进液口经管道与硫酸储液槽(012)连接，计量泵出液口经管道与氨气处理反应塔储液槽(004)连接；

8)风机(003)：主要功能是将气体从氨气处理反应塔和气体净化水洗塔抽出来，使整个系统处于负压状态，确保整个系统内不会有气体未经水洗处理而排出，风机进气口经管道与水洗塔(002)出气口连接；

9)系统控制柜(014)：主要功能是硫酸铵结晶技术处理氨气系统设备信号反馈与控制，及时启动相应的控制模块，是本系统控制的大脑。