CN105833705A - 饱和器法氨废气处理装置及其工艺 - Google Patents

饱和器法氨废气处理装置及其工艺 Download PDF

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CN105833705A CN201610338218.7A CN201610338218A CN105833705A CN 105833705 A CN105833705 A CN 105833705A CN 201610338218 A CN201610338218 A CN 201610338218A CN 105833705 A CN105833705 A CN 105833705A
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刘志平
潘兵波
张海涛
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Abstract

本发明涉及一种饱和器法氨废气处理装置及处理工艺，所述装置它包括硫铵饱和器（1）、冷却装置（2）、结晶泵（3）、结晶槽（4）；所述冷却装置（2）设置于硫铵饱和器（1）的氨废气进气管线上；所述硫铵饱和器（1）以碳钢作为基体材料，以乙烯基玻璃钢进行防腐衬里，在冲刷处，玻璃钢表面采用金刚砂做表面处理；所述硫铵饱和器（1）内部不设置母液分配室，硫铵饱和器（1）外采用管道分配器，管道分配器内衬PO内衬。采用该工艺处理医药生产中排出的含氨废气、废水，具有工艺合理、技术先进，投资少，见效快的特点，彻底解决了废气、废水的达标排放问题。

Description

饱和器法氨废气处理装置及其工艺
技术领域
本发明涉及一种饱和器法氨废气处理装置及其工艺，属于工业废气处理技术领域。
背景技术
从事阻燃剂、农药、化学中间体生产的中型化工企业，其中生产工艺过程中会产生大量含氨废气，一般产生量在12000 Nm3/h~20000 Nm3/h，且该种含氨废气表现出浓度不稳定状态，如不加以处理排放，势必造成环境污染。为了处理含氨废气，现有技术大多采用了硫酸吸收塔对其进行吸收制备硫酸铵，但由于含氨量大，硫酸铵结晶速度较快，非常容易结块，人工出料难度较大，劳动强度非常大。
中国专利CN102580499A公开了一种含氨废气处理方法，包括含氨废气冷凝工序、含氨废气母液一级吸收工序、含氨废气母液三级喷淋工序，在所述含氨废气冷凝工序中，首先将含氨废气进行冷凝，在随后的含氨废气母液一级吸收工序中，将冷凝后的含氨废气通过浓硫酸与硫酸氨组成的母液进行一级吸收，在接下来的含氨废气母液三级喷淋工序中，经一级吸收后的含氨废气通过浓硫酸与硫酸氨组成的母液进行三级喷淋，最后，含氨废气达到国家规定的排放标准，经过除沫装置上的排风机将气体排入大气。但是该方法主要运用于聚磷酸铵(APP)生产过程中的尾气回收，其含氨量小。而对于含氨量大的尾气，该种工艺很难达到处理要求。
CN105271305A公开了一种剩余氨水蒸氨所得氨水的处理方法，本发明通过将剩余氨水蒸氨得到的氨水送去饱和器生产硫酸铵盐，同时对氨水中氨类物质的加入方式进行了优化改进，将一部分原有氨水中的氨类物质通过化学方法转移到焦炉煤气中，将一部分原有氨水中的氨类物质通过物理方法以实现氨水更加均匀地混入母液中，从而保证了饱和器的正常生产，解决了目前剩余氨水蒸氨所得氨水无地处理、大量积攒的问题，回收了氨水中的氨元素，减少了资源浪费和环境污染。
CN104649298A中公开了一种一种硫酸铵的生产方法，操作步骤包括：A、焦炉煤气及氨气在饱和器喷淋区与硫酸溶液反应得到产物a；B、氨水被导入溢流槽与硫酸溶液反应得到产物b，产物b通过小母液循环泵被输送至饱和器内，在饱和器喷淋区与所喷淋的硫酸溶液反应得到产物c；C、产物a与产物c进入饱和器的结晶区，产物a与产物c中的硫酸铵逐渐结晶析出；D、含有硫酸铵的结晶液从结晶液出口通过结晶泵被输送至结晶高位槽内；E、将结晶高位槽中的结晶液输送至离心机进行分离，分离得到的沉淀物输送至干燥器进行干燥即得硫酸铵。本发明以磷酸洗氨工段所生产的氨水为原料生产硫酸铵产品，解决了磷酸洗氨工序所生产氨水的量过剩的问题。
上述根据硫酸铵的生产原理，采用饱和器吸收氨气生成硫酸铵的方法，也限制了氨气浓度不能过高，且废气温度不能超过60℃。另外，现有的饱和器（以尺寸为Φ4800×4000mm为例），由反应室、母液分配室、喷嘴与中央管、结晶室等部分组成。器体外壳由板材（Q235）焊接而成，内壁砌衬耐酸树脂（规格为乙烯基901树脂）。母液分配室采用904L材质焊接而成。但母液分配室不锈钢904L与树脂粘结强度不好，在接口处容易脱壳。酸性液体进入后腐蚀碳钢与不锈钢的接缝处，导致树脂与碳钢整体脱层破裂。另外，内衬磨树脂受冲刷磨损严重，极易腐蚀壳体，安全风险比较大。每次大修进行一些局部修补，内衬整体更换，由于中央管也是由板材（Q235）焊接而成，内外表面均衬乙烯基901树脂玻璃钢，5个月进行一次大修，重新衬玻璃钢。可见其防腐效果并不理想，不但费时，而且维修费用也高。如果整体采用904L的不锈钢板制作，虽然使用寿命延长了，但总体成本要比现在高三倍以上。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种结构合理、成本低、运行平稳、使用寿命长的饱和器法氨废气处理装置。
本发明的目的之二是提供一种饱和器法氨废气处理工艺，该工艺能处理高浓度含氨废气，运行平稳，满足含氨废气处理要求。
本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种饱和器法氨废气处理装置，它包括硫铵饱和器、冷却装置、结晶泵、结晶槽；所述冷却装置设置于硫铵饱和器的氨废气进气管线上；所述硫铵饱和器以碳钢作为基体材料，以乙烯基玻璃钢进行防腐衬里，在冲刷处，玻璃钢表面采用金刚砂做表面处理；
所述硫铵饱和器内部不设置母液分配室，硫铵饱和器外采用管道分配器，管道分配器内衬PO内衬。
进一步的，它还包括硫酸高位槽、母液贮罐和母液喷淋泵，所述母液贮罐、母液喷淋泵、硫酸高位槽依次串联设置，并与硫铵饱和器的母液喷淋口连通；
在硫铵饱和器下段结晶室上部设置母液回流出口，硫铵饱和器上段喷淋室设置母液回流入口，二者之间设置回流管线，回流管线上设置循环泵；
在硫铵饱和器下段结晶室上设置硫铵出口，通过硫铵出料管线与结晶泵、结晶槽和离心机串联设置。
进一步的，在冲刷部分内挂904L板。
一种饱和器法氨废气处理工艺，来自生产工艺中的含氨废气经过冷却装置，将温度控制在45-65℃，然后进入硫铵饱和器上段的喷淋室，在此废气分成两股沿饱和器内壁与内除酸器外壁的环行空间流动，并与循环母液逆向喷洒，与母液充分接触，使其中的氨被母液中的硫酸所吸收，生成硫酸铵结晶；然后废气合并成一股，沿切线方向进入饱和器内的除酸器，分离废气中夹带的酸雾后达标排出。
进一步的，所述的一种饱和器法氨废气处理工艺，在饱和器下段结晶室上部的母液，用母液循环泵连续抽出送至上段喷淋室进行喷洒，吸收废气中的氨，并循环搅动母液以改善硫酸铵的结晶过程。
所述的一种饱和器法氨废气处理工艺，饱和器母液中生产的硫酸铵结晶沿饱和器内的中心管进入下段的结晶室，用结晶泵将其连同一部分母液送至结晶槽，在此分离的硫酸铵结晶及少量母液排放到离心机内进行离心分离，滤除母液，并用热水洗涤结晶；离心分离出的母液与结晶槽溢流出来的母液一同自流回饱和器；经从离心机分离出的硫酸铵结晶，由螺旋输送机送至振动流化床干燥器，经热空气干燥后称量包装送入成品库。
所述的一种饱和器法氨废气处理工艺，母液中硫酸酸度由外购来的硫酸和本公司废硫酸调节。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1）、整个饱和器我们仍然采用以碳钢作为基体材料，以乙烯基玻璃钢进行防腐衬里。取消不锈钢部分，将母液分配室取消，设计在外部，采用管道分配器，内衬PO，加厚内衬，这样可以使用3年以上，更换方便。
2）、防止玻璃钢冲刷磨损，采用金刚砂做表面处理，厚度在5mm，另外在冲刷部分内挂904L板，厚度2mm。这样，可以防止磨损，使用年限可以达到3年以上。
采用这种方法在饱和器运转3年后，其玻璃钢防护层只是局部损坏，对其进行适当的修补后仍可继续使用。
采用该工艺处理医药生产中排出的含氨废气、废水，具有工艺合理、技术先进，投资少，见效快的特点，彻底解决了废气、废水的达标排放问题。
附图说明
图1为本发明实施例1中饱和器法氨废气处理装置示意图。
图2为图1中硫铵饱和器结构示意图。
图3为图2中A部放大示意图。
图4为图2中B部放大示意图。
图5为图2中C部放大示意图。
图6为图2中D部放大示意图。
其中：
硫铵饱和器1、冷却装置2、结晶泵3、结晶槽4、循环泵5、硫酸高位槽6、母液贮罐7、母液喷淋泵8。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
如图1所示，本实施例中的饱和器法氨废气处理装置，它包括硫铵饱和器1、冷却装置2、结晶泵3、结晶槽4、循环泵5、硫酸高位槽6、母液贮罐7和母液喷淋泵8；
所述冷却装置2设置于硫铵饱和器1的氨废气进气管线上；所述母液贮罐7、母液喷淋泵8、硫酸高位槽6依次串联设置，并与硫铵饱和器1的母液喷淋口连通；
在硫铵饱和器1下段结晶室上部设置母液回流出口，硫铵饱和器1上段喷淋室设置母液回流入口，二者之间设置回流管线，回流管线上设置循环泵5；
在硫铵饱和器下段结晶室上设置硫铵出口，通过硫铵出料管线与结晶泵3、结晶槽4、离心机串联设置。
所述硫铵饱和器1以碳钢作为基体材料，以乙烯基玻璃钢进行防腐衬里，在冲刷处，玻璃钢表面采用金刚砂做表面处理，厚度在5mm，为了进一步增加耐冲刷腐蚀性能，在冲刷部分内挂904L板，厚度2mm；
所述硫铵饱和器1内部不设置母液分配室，硫铵饱和器1外采用管道分配器，管道分配器内衬PO内衬。
采用这种方法在饱和器运转3年后，其玻璃钢防护层只是局部损坏，对其进行适当的修补后仍可继续使用。
一种饱和器法氨废气处理工艺，来自生产工艺中的含氨废气经过冷却装置，将温度控制在一定的范围之内（45-65℃），然后进入硫铵饱和器上段的喷淋室，在此废气分成两股沿饱和器内壁与内除酸器外壁的环行空间流动，并与循环母液逆向喷洒，与母液充分接触，使其中的氨被母液中的硫酸所吸收，在一定温度下（请提供温度范围）生成硫酸铵结晶，然后废气合并成一股，沿切线方向进入硫铵饱和器内的除酸器，分离废气中夹带的酸雾后达标排出；
在饱和器下段结晶室上部的母液，用母液循环泵连续抽出送至上段喷淋室进行喷洒，吸收废气中的氨，并循环搅动母液以改善硫酸铵的结晶过程；
饱和器母液中不断有硫酸铵结晶生成，且沿饱和器内的中心管进入下段的结晶室，用结晶泵将其连同一部分母液送至结晶槽，在此分离的硫酸铵结晶及少量母液排放到离心机内进行离心分离，滤除母液，并用热水洗涤结晶；离心分离出的母液与结晶槽溢流出来的母液一同自流回饱和器。
经从离心机分离出的硫酸铵结晶，由螺旋输送机送至振动流化床干燥器，经热空气干燥后称量包装送入成品库。
外购来的硫酸先卸至硫酸储槽，本公司废硫酸存放于稀硫酸储槽，由硫酸泵送至硫酸高位槽，经控制自流入饱和器的满流槽和母液循环泵入口，调节送往饱和器内溶液的酸度。
硫铵饱和器的工艺计算
外排废气含氨量0.5g/ Nm3
（一）设计计算参数：
1、废气总量：20000Nm3/h
2、废气含氨量（按照最高浓度计算）：41g/ Nm3 492Kg/h
3、饱和器后废气含氨量：小于0.5g/ Nm3
4、硫酸质量浓度：90%
5、废气温度：45-65℃
（二）氨平衡及硫酸用量：
1、带入饱和器的氨量：
废气的含氨量492Kg/h
2、饱和器出口带走的氨量：
20000 Nm3/h×0.5g/ Nm3=10 Kg/h
3、饱和器中被硫酸吸收的氨量：
492-10=482 Kg/h
4、硫酸铵产量：
482×=1871.29Kg/h
5、硫酸的消耗量：（废硫酸浓度90﹪）
1871.29×70%÷90%=1454.67 Kg/h
6、硫酸铵年生产量：
1871.29×24×330=14820.6t/年（年检修时间35天）
（三）水平衡及母液温度的确定：
1、带入饱和器的总水量：
1）废气带入的水量：
20000×111.8/1000 =2236 Kg/h
式中：111.8——在50℃1 m3废气被水汽饱和后其中水汽的质量，g
2）硫酸带入的水量：
1454.67×（1-90%）=145.467 Kg/h
3）洗涤硫酸铵水量：取硫铵产量的8%，离心机后硫铵含水3%
1871.29 Kg/h×（8%-3%）=93.56Kg/h
4）冲洗饱和器和除酸器带入的水量：按120 Kg/h
总计：带入饱和器的总水量：
2236+145.467+93.56+120=2595.027 Kg/h
2、饱和器出口废气中的水蒸气分压：
带入饱和器中的总水量，均应由废气带走，则出饱和器1 Nm3废气应带走水量为：
2595.027/20000=0.1298 Kg/ Nm3或129.8g / Nm3
相应的1 Nm3废气中水蒸气的体积为：
129.8×22.4/（18×1000）=0.1615 Nm3
混合气体中水气占的体积：
0.1615/（1＋0.1615）=13.9%
取饱和器后出口废气表压为2KPa，则水蒸气分压Pg为：
Pg=（101.33+2）×13.9%=14.36KPa
3、母液最低温度的确定，根据平衡原理：
P1=Pg
式中：
P1--母液液面上的水蒸气分压
若使母液中水份蒸发形成推动力，则P1应大于Pg,则：
P1=KPg
K--平衡偏离系数一般取1.3-1.5，当取1.5时则：
P1=1.5Pg
P1=1.5×14.36=21.544 KPg
当母液酸度为4%时，查图表得，母液温度为70℃，当母液酸度为6%时，母液最低温度为75℃，取75℃。
（四）热平衡及废气温度的确定：
1、输入热量：Q入
1）废气带入的热量Q1
（1）干废气带入的热量：
20000 Nm3/h×2.25t=45000tKJ/h
式中：2.25—废气比热容KJ/Nm3.K
t—废气温度℃
（2）水蒸汽带入的热量：
2236（2491+1.834t）=5569876+4100.82tKJ/h
式中：
1.834—0-80℃间水蒸气的比热容KJ/(Kg.K)
2491--水在0℃时的蒸发热KJ/Kg
（2）氨带入的热量：
492×2.106t=1036.15tKJ/h
式中：
2.106—氨的比热容 KJ/(Kg.K)
废气带入的总热量Q1为：
Q1=45000t+5569876+4100.82t+1036.15t=5569876+50136.97tKJ/h
2)硫酸带入的热量Q2
Q2=1454.67Kg/h×1.882×20℃=54753.7788KJ/h
3)洗涤水带入的热量Q3
Q3=(120+93.56)×4.177×60℃=53522.4072 KJ/h
式中：4.177—60℃时水的比热容，KJ/Kg.k
4）结晶回流母液带入的热量Q4
取回流母液温度45℃，母液量为硫铵产品的10倍，则
Q4=1871.29×10×2.676×45=2253407.418KJ/h
式中：
2.676—母液比热容KJ/(Kg.K)
5）循环母液带入的热量Q5
取母液循环温度为70℃，母液为硫铵产量的60倍，则：
Q5=1871.29×60×2.67×70=20984646.06KJ/h
式中：
2.67—母液的比热容KJ/(Kg.K)
6）化学反应热Q6
（1）硫酸铵生成热q1
q1=(1871.29/132)×195524=2771834.13605KJ/h
式中：
195524--硫酸铵生成热,J/mol
（2）硫酸铵结晶热q2
q2=(1871.29/132)×10886=154324.719241KJ/(Kg.K)
式中：
10886—硫酸铵结晶热，J/mol
（3）硫酸稀释热（由90%稀释到6%）
q3=74776(-) J/mol
式中：n1、n2_分别为稀释后和稀释前水的摩尔数与酸的摩尔数之比。
n1=（94÷18）÷（6÷98）=5.222÷0.06122=85.2962
n2=（10÷18）÷（90÷98）=0.5556÷0.918=0.6049
q3=74776×【85.2962÷（1.7983+85.2962）－0.6049÷（1.7983+0.6049）】
=74776×(0.979-0.2517)
=74776×0.7273
=53484.58KJ/h
Q6=2771834.13605+154324.719241+53484.58
=2980543.44KJ/h
总输入热量：
Q入=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6
=5569876+50136.97tKJ/h+54753.7788KJ/h+53522.4072 KJ/h
+2253407.418KJ/h+20984646.06KJ/h+2980543.44KJ/h
=31896749.104+50136.97tKJ/h
2、输出热量Q出
1）废气带出的热量：Q11
（1）干废气带出的热量：
20000×2.25×70=3150000KJ/h
式中：
2.25—废气的比热容KJ/Nm3.K
（2）水蒸气带出的热量
1998.96（2491+1.834×70）
=4979409+256626.5
=5236035.5KJ/h
Q11=3150000+5236035.5=8386035.5 KJ/h
2)结晶母液带出的热量Q12
Q12=1871.29（1+10）×2.676×70
=3855830.4708 KJ/h
3）循环母液带出的热量Q13
Q13=1871.29×70×2.676×70=24537102.996 KJ/h
4）饱和器散失的热量Q14
Q14=aF(t1-t2)
式中：
a--给热系数，取20.9KJ/(m2.h.k)
F--饱和器的面积（φ4000 F≈150 m2）
t1--饱和器壁温度65℃
t2--大气温度35℃
Q14=20.9×150（65-35）=94050KJ/h
Q出=8386035.5+3855830.4708+24537102.996+112860
=36873018.9668 KJ/h
根据热平衡关系：
Q入=Q出
31896749.104+50136.97t=36891828.9668
废气进口温度：t=61.97℃。
实践证明：
1.采用该工艺处理医药生产中排出的含氨废气、废水，具有工艺合理、技术先进，投资少，见效快的特点，彻底解决了废气、废水的达标排放问题。
2.该项目取得了很好的社会效益和明显的经济效益。项目投入产出比较高，硫酸铵回收量按20000吨/年计算，两年即收回全部投资。
3.通过改进后的饱和器，制作成本低，使用年限长。
4.经试运行和各项工艺指标的测试证明，该工艺、设备完全适合同行业处理生产中的废气、废水问题。我们认为具有很好的推广价值。
除上述实施例外，本发明还包括有其他实施方式，凡采用等同变换或者等效替换方式形成的技术方案，均应落入本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种饱和器法氨废气处理装置，其特征在于：它包括硫铵饱和器（1）、冷却装置（2）、结晶泵（3）、结晶槽（4）；
所述冷却装置（2）设置于硫铵饱和器（1）的氨废气进气管线上；
所述硫铵饱和器（1）以碳钢作为基体材料，以乙烯基玻璃钢进行防腐衬里，在冲刷处，玻璃钢表面采用金刚砂做表面处理；
所述硫铵饱和器（1）内部不设置母液分配室，硫铵饱和器（1）外采用管道分配器，管道分配器内衬PO内衬。
2.根据权利要求1所述的饱和器法氨废气处理装置，其特征在于：它还包括硫酸高位槽（6）、母液贮罐（7）和母液喷淋泵（8），所述母液贮罐（7）、母液喷淋泵（8）、硫酸高位槽（6）依次串联设置，并与硫铵饱和器（1）的母液喷淋口连通；
在硫铵饱和器（1）下段结晶室上部设置母液回流出口，硫铵饱和器（1）上段喷淋室设置母液回流入口，二者之间设置回流管线，回流管线上设置循环泵（5）；
在硫铵饱和器下段结晶室上设置硫铵出口，通过硫铵出料管线与结晶泵（3）、结晶槽（4）和离心机串联设置。
3.根据权利要求1所述的饱和器法氨废气处理装置，其特征在于：在冲刷部分内挂904L板。
4.一种饱和器法氨废气处理工艺，其特征在于：来自生产工艺中的含氨废气经过冷却装置，将温度控制在45-65℃，然后进入硫铵饱和器上段的喷淋室，在此废气分成两股沿饱和器内壁与内除酸器外壁的环行空间流动，并与循环母液逆向喷洒，与母液充分接触，使其中的氨被母液中的硫酸所吸收，生成硫酸铵结晶；然后废气合并成一股，沿切线方向进入饱和器内的除酸器，分离废气中夹带的酸雾后达标排出。
5.根据权利要求4所述的一种饱和器法氨废气处理工艺，其特征在于：在饱和器下段结晶室上部的母液，用母液循环泵连续抽出送至上段喷淋室进行喷洒，吸收废气中的氨，并循环搅动母液以改善硫酸铵的结晶过程。
6.根据权利要求4所述的一种饱和器法氨废气处理工艺，其特征在于：饱和器母液中生产的硫酸铵结晶沿饱和器内的中心管进入下段的结晶室，用结晶泵将其连同一部分母液送至结晶槽，在此分离的硫酸铵结晶及少量母液排放到离心机内进行离心分离，滤除母液，并用热水洗涤结晶；离心分离出的母液与结晶槽溢流出来的母液一同自流回饱和器；经从离心机分离出的硫酸铵结晶，由螺旋输送机送至振动流化床干燥器，经热空气干燥后称量包装送入成品库。
7.根据权利要求4所述的一种饱和器法氨废气处理工艺，其特征在于：母液中硫酸酸度由外购来的硫酸和本公司废硫酸调节。
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