TWI517894B - Ammonia recovery method, concentration measurement method of monoammonium phosphate solution and concentration control method of monoammonium phosphate solution - Google Patents
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Description
本發明係有關於一種氨氣回收方法、磷酸一銨溶液之濃度量測方法及磷酸一銨溶液之濃度控制方法，特別是一種將氨氣溶於高濃度磷酸產生高濃度磷酸一銨之氨氣回收方法；磷酸一銨溶液之濃度量測方法及利用量測pH值或是pH值與導電度以獲知磷酸一銨溶液之濃度之方法；藉由控制反應劑之中之磷酸量，以控制磷酸一銨溶液之濃度；以及在較佳pH範圍下，藉由控制系統中的導電度，以有效控制磷酸一銨溶液之濃度之方法。
氨是許多產業及工業上的基礎原料，包括石化業、冷凍業及肥料製造業，氨具有刺激性，且在工業安全衛生及環境保護均具有危險性，因此氨的妥善處理方式是極為重要的。
目前，工業排放的含氨廢氣常以溶於水的方式處理，這是因為氨具有極高的溶解度，然而含氨的廢水對環境有極大的污染性，並未完全解決問題。如需回收含氨廢水，仍需繁瑣的後續處理，如以高背壓及逆滲透膜濃縮，雖達到環保目的，但所需的機台及支出不符成本。
中華民國專利申請號274057：含有氨氣之廢氣的無害化處理方法，其揭露一種以氧化觸媒將氨氣分解成氮氧化物的處理方法，然而其分解出的二氧化氮是光化學煙霧的主反應物，排放出二氧化氮經再次反應
可能造成空氣的二次汙染。
有鑑於此，本發明之目的就是在提供一種氨氣回收方法、磷酸一銨溶液之濃度量測方法及磷酸一銨溶液之濃度控制方法，以提供一種將氨氣合成為高濃度磷酸一銨之氨氣回收方法、磷酸一銨溶液之濃度量測方法及磷酸一銨溶液之濃度控制方法，以解決習知技藝中產生大量含氨廢水或回收處理過程繁瑣之問題。
根據本發明之目的，提出一種氨氣回收方法，其包含以下步驟：步驟一：提供重量百分濃度介於1~85%之第一磷酸溶液作為反應劑；及步驟二：使氨氣與該反應劑反應，產生重量百分濃度介於1~36.8%之磷酸一銨溶液。
上述步驟二所述使氨氣與該反應劑反應，係先使氨氣與該反應劑反應產生磷酸一銨，直至磷酸一銨之pH值達一設定值，然後再持續導入氨氣與反應劑，並維持磷酸一銨之pH值為該設定值，同時磷酸一銨持續導出，以形成一連續式反應。上述磷酸一銨之pH設定值可做為控制反應終了之判斷依據，反應終點之磷酸一銨pH值較佳為2~7，更佳為2.5~6.5，最佳為4.2~4.6。
根據本發明之另一目的，提出一種磷酸一銨溶液之濃度量測方法，其藉由量測磷酸一銨溶液之pH值以判斷磷酸一銨溶液之重量百分濃度是否符合一預設
值，磷酸一銨溶液係以氨氣與重量百分濃度介於1~85%之磷酸溶液反應生成。
根據本發明之再一目的，提出一種磷酸一銨溶液之濃度量測方法，係先量測或控制磷酸一銨溶液之pH值，使其符合一設定值，然後藉由量測磷酸一銨溶液之導電度以判斷磷酸一銨溶液之重量百分濃度，其中磷酸一銨溶液係以氨氣與重量百分濃度介於1~85%之磷酸溶液反應生成。
根據本發明之再一目的，提出磷酸一銨溶液之濃度控制方法，方法之一為磷酸一銨溶液係以氨氣與重量百分濃度介於1~85%之磷酸溶液反應生成，藉由控制磷酸溶液中之磷酸量，以控制該磷酸一銨溶液之濃度；方法之二為在一預設的pH範圍下，藉由控制系統中的導電度，以有效控制磷酸一銨溶液之濃度；該pH值較佳係介於2~7之間，更佳係介於2.5-6.5之間。
承上所述，因依本發明之氨氣回收方法、磷酸一銨溶液之濃度量測方法及磷酸一銨溶液之濃度控制方法，具有以下功效：
(1)本發明之氨氣回收方法，其回收處理所產生之磷酸一銨可做為防火劑、肥料及阻燃劑等之原料，藉此能達到避免含氨污染物排放之目的。
(2)本發明之氨氣回收方法，其可包含分次添加第二磷酸溶液之步驟，藉此可維持磷酸濃度不至於太高而造成磷酸逸散之問題。
(3)本發明之氨氣回收方法，其可包含將反應劑
分散為細小液滴之步驟，藉此可增加反應劑及氨氣之接觸面積，加速反應。
(4)本發明之磷酸一銨溶液之濃度量測方法，藉由量測磷酸一銨溶液之pH值即可判斷磷酸一銨溶液之重量百分濃度，量測簡單快速且準確。
(5)本發明之磷酸一銨溶液之濃度量測方法，藉由先量測或控制磷酸一銨溶液之pH值在一設定值範圍內(例如pH值介於2.5~6.5)，然後再量測磷酸一銨溶液之導電度，利用導電度與重量百分濃度間之對應關係，即可準確判斷磷酸一銨溶液之重量百分濃度，其量測同樣簡單快速且準確。
(6)本發明之磷酸一銨溶液之濃度控制方法之一，藉由控制磷酸溶液中之磷酸量，即可控制該磷酸一銨溶液之濃度，其控制方法簡單方便、容易實施。
(7)本發明之磷酸一銨溶液之濃度控制方法之二，於較佳pH範圍(2.5~6.5)下，藉由控制系統中的導電度，以有效控制磷酸一銨溶液之濃度，其控制方法簡單方便、容易實施。
請參閱第1圖，其係為本發明之氨氣回收方法之流程圖。圖中，氨氣回收方法包含以下步驟：
步驟一：提供重量百分濃度介於1~85%之第一磷酸溶液作為反應劑；選擇高濃度的第一磷酸作為反應劑能提高反應速率及提高產物濃度。
步驟二：使氨氣與反應劑反應，產生重量百分濃
度介於1~36.8%之磷酸一銨溶液；通入氨氣並使之與第一磷酸反應，其反應方程式如下式所示：NH3(g)+H2O(aq) → NH4OH(aq)
NH4OH(aq)+H3PO4(aq) → NH4H2PO4(aq)+H2O(aq)
式中顯示，當完全反應後，反應劑第一磷酸的初始莫耳濃度與產物磷酸一銨的最終莫耳濃度相同，藉此提供高濃度磷酸一銨做為防火劑、肥料及阻燃劑等之原料，同時解決習知技藝中氨氣回收的缺陷。
其中，磷酸一銨溶液之重量百分濃度較佳為25%，本發明之氨氣回收方法之磷酸一銨之pH值可做為控制反應終了之判斷依據，反應終點之磷酸一銨pH值較佳為2~7，更佳為2.5~6.5，最佳為4.2~4.6。
請參閱第2圖，其係為本發明之氨氣回收方法之實施方法流程圖。圖中，氨氣回收方法包含以下步驟：
步驟一：提供重量百分濃度介於1~85%之第一磷酸溶液作為反應劑；選擇高濃度的第一磷酸做為反應劑能提高反應速率及提高產物濃度。
步驟二：將反應劑分散成細小液滴；將反應劑分散成細小液滴能增加反應劑與氨氣的接觸面積，提高反應速率，實際實施上能以循環管路搭配噴灑裝置做實現。
步驟三：使氨氣與反應劑反應，產生重量百分濃度介於1~36.8%之磷酸一銨溶液；通入氨氣並使之與第一磷酸反應，其反應方程式如下式所示：NH3(g)+H2O(aq) → NH4OH(aq)
NH4OH(aq)+H3PO4(aq) → NH4H2PO4(aq)+H2O(aq)
式中顯示，當完全反應後，反應劑第一磷酸的初始莫耳濃度與產物磷酸一銨的最終莫耳濃度相同，藉此提供高濃度磷酸一銨做為防火劑、肥料及阻燃劑等之原料，同時解決習知技藝中氨氣回收的缺陷。
其中，磷酸一銨溶液之重量百分濃度較佳為25%，本發明之氨氣回收方法之磷酸一銨之pH值可做為控制反應終了之判斷依據，反應終點之磷酸一銨pH值較佳為2~7，更佳為2.5~6.5，最佳為4.2~4.6。
本發明之磷酸一銨溶液之濃度量測方法，是藉由量測磷酸一銨溶液之pH值以判斷磷酸一銨溶液之重量百分濃度是否符合一預設值，磷酸一銨溶液是以氨氣與重量百分濃度介於1~85%之磷酸溶液反應生成，當氨氣與磷酸溶液反應時，溶液中磷酸含量減少，整體pH值上升，反應終點之磷酸一銨pH值較佳為2~7，更佳為2.5~6.5，最佳為4.2~4.6，即可以磷酸一銨溶液之pH值判斷磷酸一銨溶液之重量百分濃度是否符合一預設值，該預設值是為了使反應產生之磷酸一銨溶液能供應做為防火劑、肥料及阻燃劑等之原料，預設值較佳為1%以上，磷酸一銨溶液之重量百分濃度較佳為介於1~36.8%，更佳為25%。
本發明之磷酸一銨溶液之濃度量測方法，是藉由量測磷酸一銨溶液之導電度以判斷磷酸一銨溶液之重量百分濃度，磷酸一銨溶液是以氨氣與重量百分濃度介於1~85%之磷酸溶液反應生成，當氨氣與磷酸溶液反應時，隨著溶液中磷酸含量減少，磷酸一銨逐漸生
成，整體pH值上升，當反應進行至系統溶液的pH值高於2.5時，依據第三圖之磷酸溶液pH值與導電度關係圖及第四圖之磷酸一銨濃度與導電度之關係圖，由於磷酸一銨濃度超過1%時，系統溶液的導電度主要來自磷酸一銨解離出的自由離子，此時只要量測磷酸一銨之導電度，即可獲知磷酸一銨之重量百分濃度。亦即，本發明以導電度進行磷酸一銨之濃度量測，如搭配量測或控制磷酸一銨之pH值，可以增加正確性。上述之量測或控制磷酸一銨之pH值，係指磷酸一銨之pH值介於2-7，或是pH值介於2.5-6.5，較佳為pH值為4.2~4.6。
上述磷酸一銨溶液之濃度量測方法，利用磷酸一銨溶液之導電度與重量百分濃度間之關係，在磷酸一銨之pH值符合一預設值之前提下，以磷酸一銨溶液之導電度判斷磷酸一銨溶液之重量百分濃度，而該磷酸一銨溶液之重量百分濃度，其預設值較佳為1%以上，磷酸一銨溶液之重量百分濃度較佳為介於1~36.8%，更佳為25%。
本發明之磷酸一銨溶液之濃度控制方法之一，其磷酸一銨溶液係以氨氣與重量百分濃度介於1~85%之磷酸溶液反應生成，藉由控制磷酸溶液中之磷酸量，以控制該磷酸一銨溶液之濃度。其中，較佳為磷酸一銨溶液之重量百分濃度介於1~36.8%，更佳為磷酸一銨溶液之重量百分濃度為25%。較佳為磷酸一銨溶液之pH值介於2~7時，氨氣與磷酸溶液之反應接近反應終點，更佳為磷酸一銨溶液之pH值介於2.5~6.5
時，氨氣與磷酸溶液之反應接近反應終點，最佳為磷酸一銨溶液之pH值為4.2~4.6時，氨氣與磷酸溶液之反應到達反應終點。
本發明之磷酸一銨溶液之濃度控制方法之二，較佳方式係使磷酸一銨之pH值介於2~7之間，藉由控制系統中的導電度，以有效控制磷酸一銨溶液之濃度；更佳方式係使磷酸一銨之pH值介於2.5~6.5之間，藉由控制系統中的導電度，以有效控制磷酸一銨溶液之濃度。
請參閱第5圖，其係為依本發明之氨氣回收方法之第一實施裝置示意圖，係一利用「批次反應」以進行氨氣回收之實施方式，亦即持續排入之氨氣與反應劑(33)在反應告一段落後予以清空反應槽(31)，再重新填入新的反應劑(33)以與後續排入的氨氣進行下一批次的反應。圖中，第一實施裝置包含反應槽(31)、氣體導入口(32)、反應劑(33)、攪拌器(34)及氣體導出口(35)。含氨工業廢氣由氣體導入口(32)導入反應槽(31)中，氣體導入口(32)位於反應槽(31)之一側面下方，且高度位於反應劑(33)液面之下，當含氨工業廢氣進入反應槽(31)時接觸到反應劑(33)即開始產生反應，反應槽(31)底部具有一攪拌器(34)，浸於反應劑(33)內，用於攪拌反應劑(33)加速含氨工業廢氣及反應劑(33)的反應，並使其反應完全，所謂反應完全係指以磷酸一銨之pH做為控制反應終了之判斷依據，該反應終點之磷酸一銨pH值較佳為2~7，更佳為2.5~6.5，最佳為4.2~4.6。
無法溶於反應劑(33)之其餘工業廢氣由氣體導出口(35)排出反應槽(31)。
請參閱第6圖，其係為依本發明之氨氣回收方法之第二實施裝置示意圖，亦為一利用「批次反應」以進行氨氣回收之實施方式。圖中，第二實施裝置包含反應槽(41)、氣體導入口(42)、反應劑(43)、循環幫浦(44)、氣體導出口(45)、循環管路(46)、噴灑裝置(47)及填充床(48)。含氨工業廢氣由氣體導入口(42)導入反應槽(41)中，氣體導入口(42)位於反應槽(41)之一側面下方，且高度位於反應劑(43)液面之上，循環管路(46)位於反應槽(41)之另一側面下方，且高度位於反應劑(43)液面之下，使反應劑(43)經循環管路(46)及循環幫浦(44)加壓後，由反應槽(41)頂端的噴灑裝置(47)分散成細小液滴向下灑落，並藉由填充床(48)增加與含氨工業廢氣的接觸面積，當含氨工業廢氣進入反應槽(41)時接觸到由噴灑裝置(47)灑落之反應劑(43)即開始產生反應，設置於反應槽(41)內且位於反應劑(43)液面之上之填充床(48)增加反應劑(43)及含氨工業廢氣接觸面積提升反應速率，在本實施例中，係以磷酸一銨之pH設定值做為控制反應終了之判斷依據，反應終點之磷酸一銨pH值較佳為2~7，更佳為2.5~6.5，最佳為4.2~4.6，而無法溶於反應劑(43)之其餘工業廢氣由氣體導出口(45)排出反應槽(41)。
請參閱第7圖，其係為依本發明之氨氣回收方法之氨氣回收裝置結構圖，其係一利用「連續式反應」以進行氨氣回收之方法，之初，先將磷酸充填於廢氣
處理腔體(71)，然後持續導入含氨工業廢氣以進行第一階段之反應，直至磷酸一銨之pH值達一設定值，例如pH值為4.4，此後，含氨工業廢氣持續導入廢氣處理腔體(71)，而反應劑(即磷酸)亦持續導入廢氣處理腔體(71)，以維持磷酸一銨之pH值為4.4，此時，磷酸一銨即可持續排放而形成「連續式反應」。圖中，氨氣回收裝置包含廢氣處理腔體(71)、廢氣進入管線(72)、磷酸一銨排放管線(73)、處理後廢氣排放管線(74)、反應劑循環管線(75)、磷酸添加管線(76)、循環幫浦(77)及填充床(78)。含氨工業廢氣由廢氣進入管線(72)導入廢氣處理腔體(71)中，廢氣進入管線(72)位於廢氣處理腔體(71)之一側面下方，反應劑循環管線(75)位於廢氣處理腔體(71)之另一側面下方，使反應劑經反應劑循環管線(75)由廢氣處理腔體(71)上方向下灑落，並藉由填充床(78)增加與含氨工業廢氣的接觸面積，當含氨工業廢氣進入廢氣處理腔體(71)時接觸到灑落之反應劑即開始產生反應，設置於廢氣處理腔體(71)內之填充床(78)更進一步增加反應劑及含氨工業廢氣接觸面積以提升反應速率，反應經過一段時間後可由磷酸添加管線(76)加入磷酸，使反應加速進行，當磷酸一銨濃度到達預設值，可讓磷酸一銨從磷酸一銨排放管線(73)排出，其餘工業廢氣由處理後廢氣排放管線(74)排出。
以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於本案之範圍中。
(31)、(41)‧‧‧反應槽
(32)、(42)‧‧‧氣體導入口
(33)、(43)‧‧‧反應劑
(34)‧‧‧攪拌器
(44)、(77)‧‧‧循環幫浦
(35)、(45)‧‧‧氣體導出口
(46)‧‧‧循環管路
(48)、(78)‧‧‧填充床
(71)、(81)‧‧‧廢氣處理腔體
(72)‧‧‧廢氣進入管線
(73)‧‧‧磷酸一銨排放管線
(74)‧‧‧處理後廢氣排放管線
(75)‧‧‧反應劑循環管線
(76)‧‧‧磷酸添加管線
第1圖係為本發明之氨氣回收方法之流程圖；第2圖係為本發明之氨氣回收方法之實施方法流程圖；第3圖係為本發明之磷酸一銨溶液之濃度量測方法之溶液pH值與導電度關係圖；第4圖係為本發明之磷酸一銨溶液之濃度量測方法之磷酸一銨濃度與導電度關係圖；第5圖係為依本發明之氨氣回收方法之第一實施裝置示意圖；第6圖係為依本發明之氨氣回收方法之第二實施裝置示意圖；第7圖係為依本發明之氨氣回收方法之氨氣回收裝置結構圖；
Claims (2)
- 一種磷酸一銨溶液之濃度量測方法，其係用於氨氣回收，包含下列步驟：步驟一：提供重量百分濃度介於1~85%之一第一磷酸溶液作為一反應劑；步驟二：將該反應劑分散成細小液滴；步驟三：使氨氣與該反應劑反應，產生重量百分濃度介於1~36.8%之磷酸一銨溶液；及使該磷酸一銨溶液之pH值先介於2-7，再藉由量測該磷酸一銨溶液之導電度判斷該磷酸一銨溶液之重量百分濃度是否符合1~36.8%。
- 一種磷酸一銨溶液之濃度控制方法，其係用於氨氣回收，包含下列步驟：步驟一：提供重量百分濃度介於1~85%之一第一磷酸溶液作為一反應劑；步驟二：將該反應劑分散成細小液滴；步驟三：使氨氣與該反應劑反應，產生重量百分濃度介於1~36.8%之磷酸一銨溶液；及使該磷酸一銨溶液之pH值介於2-7之間，藉由控制系統中的導電度，以控制磷酸一銨溶液之濃度。
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