含氨废气治理与回收方法研究

2022-09-10

氨是一种无色气体, 有强烈的刺激气味, 对人体的眼、鼻、喉等有刺激作用, 是一种对人体有害的气体。化工企业生产过程中常用到氨或产生含氨废气, 该废气如果不经过治理直接排放, 会对人体及环境造成危害。含氨废气的治理方法通常有吸附法、吸收法和燃烧法。吸附法是用活性炭等吸附剂对废气中的氨进行吸附处理, 该方法缺点是需要对失效的吸附剂进行处理, 造成二次污染;燃烧法是将含氨废气直接燃烧转化为无害的氮氧化物和水, 该方法缺点是需要进行助燃, 成本较高;而吸收法是利用液体对含氨废气进行吸收治理, 同时可对氨进行回收, 产生一定的经济效益。目前吸收法采用较多的吸收液为硫酸和水。

一、吸收液的选择

某化工企业主要产品为三乙烯二胺, 该产品主要生产原料为乙二胺和甲醇, 产品合成过程中产生含氨废气, 该企业选择吸收法对含氨废气进行回收治理。在企业最初设计中, 选择的吸收液为硫酸, 采用三级吸收塔吸收的治理措施, 吸收液再经浓缩结晶副产硫酸铵外售。

该企业在运行一段时间后, 发现该方法虽然可以使废气达标排放, 但同时存在弊端, 主要表现为回收的硫酸铵浓度较低, 浓缩结晶耗费的能源较大, 且该产品市场销售情况欠佳。因此企业经过调研和考察后, 决定将硫酸吸收改为水吸收, 吸收后成为氨水。

二、含氨废气吸收工艺流程

该企业氨气采用二级填料塔+二级吸收罐水吸收的治理措施, 治理装置流程图见下图。

三、水吸收工艺原理及吸收效果

氨在水中的溶解度很大, 1体积的水可溶解700倍体积的氨气。根据查阅资料, 氨在水中的溶解度随水温升高而降低, 每100份0℃冷水溶解89.9份氨气, 每100份96℃热水溶解7.4份氨气。氨在水中的溶解程度可以通过亨利系数值来表明, 用亨利定律来描述稀氨水溶液面上氨的气相蒸气压与水溶液中氨的分子浓度之间的关系为:p=E·x, 其中p为氨在溶液面上的分压;x为氨在溶液中的分子浓度;E为亨利系数。由此可见亨利系数越小, 溶解度越大。几种气体的亨利系数值对比情况见下表。

单位:10-3mm Hg

由氨的物理性质及上表可知, 用水吸收法治理含氨废气效果良好。该企业在吸收装置改造运行后, 经过检测, 含氨废气能够达标排放。

四、水吸收工艺的优点

1.该企业含氨废气采用水吸收的方法进行治理和回收, 具有以下优点:

(1) 采用二级填料塔+二级吸收罐水吸收完全能使氨气达标排放。

(2) 用硫酸吸收需要使用危险化学品硫酸, 采用水吸收后, 减少了危险化学品的使用种类, 防止了硫酸在使用过程中挥发对环境造成的污染, 也降低了运输、储存风险。

(3) 用水代替硫酸吸收后产生的氨水是多家化工厂不可缺少的原料, 目前市场销售供不应求。

(4) 经济方面:目前20%氨水350元/吨, 用水吸收后产生氨水9180吨/年, 创造价值321.3万元;如用硫酸吸收产生硫酸铵7140吨/年, 使用硫酸5290吨/年, 目前硫酸450元/吨、硫酸铵900元/吨, 综合计算毛经济效益642.6万-238.1万=404.5万;此外硫酸吸收氨装置的造价较高、设备较多, 相应电耗、折旧费、人工等消耗就较高, 综合计算较水吸收多投入消耗费用80万元/年以上;毛利润减去增加的消耗, 实际效益约324.5万;较水吸收创造价值相当。

(5) 销售方面:硫酸铵属于化肥行业, 被化肥厂等所垄断, 销售困难;另一方面农户使用农肥都选用正规化肥厂的产品, 用户知道是化工厂副产的硫酸铵, 用户从心里上不认可, 害怕含有对农作物有害物质, 因此该公司如生产硫酸铵会造成销售困难, 在经济危机的大环境下, 化肥厂产品尚难销出去, 该公司生产的副产品更难销售, 将造成直接经济损失, 同时废物如处理不当还会造成环境污染。