脂肪胺類產品生產過程含胺類惡臭尾氣治理及其工程實踐

陽科劉德啟

(1蘇州大學材料與化學化工學部，江蘇 蘇州 215006；) (2索爾維（張家港）精細化工有限公司，江蘇 張家港 215613)

脂肪胺類產品生產過程含胺類惡臭尾氣治理及其工程實踐

陽科12劉德啟1

(1蘇州大學材料與化學化工學部，江蘇 蘇州 215006；) (2索爾維（張家港）精細化工有限公司，江蘇 張家港 215613)

本文針對酸法生產脂肪胺惡臭廢氣提出了吸收法處理與資源回收工藝。系統的探討了進氣流量、氨濃度、氫氣雜質干擾及吸收體系溫度等因素對氨回收、分離效果的影響。根據實驗結果并結合生產實際，優化了吸收級數，并確定了最優的處理參數。采用3級水吸收循環利用與回收資源，1級酸液吸收，實現了對尾氣中氨92%以上的回收并可使尾氣穩定達標排放。

脂肪胺；惡臭廢氣；吸收法處理；資源回收

脂肪胺的生產大多是以脂肪醇或脂肪酸為基礎原料，排放的尾氣主要包括一甲胺、二甲胺、三甲胺和低碳鏈胺及氨氣、氫氣等[1]。有機氨及氨的嗅域值低，是一類典型的惡臭污染物，且有機胺也會抑制生物體內大分子物質合成，對動物晶胚有致畸作用[2]，因此脂肪胺類生產過程排放的惡臭污染物已成大氣污染控制的研究焦點。惡臭廢氣常見的處理方法有多種，如水吸收，酸吸收，燃燒法，吸附法，生物法[3]，催化氧化還原法等[4-7]，但由于脂肪胺類生產排放的廢氣組分復雜，尤其是廢氣中常含高濃度的氫氣，致使針對實際脂肪胺類生產廢氣處理的研究鮮有報道。

本文針對公司酸法生產脂肪胺排放的惡臭氣體中氨及有機胺濃度較高的現狀，從資源回收利用及規避氫氣爆炸風險的角度，嘗試采用噴淋吸收法處理脂肪胺生產廢氣，并探討進氣氨含量、氣水比、氨吸收塔級數及吸收液溫度等主要影響因子對氨及有機胺分離、回收的影響規律，取得的研究結果可為實際生產提供科學依據。

1 實驗裝置與方法

1.1 實驗裝置

實驗采用6級串聯水吸收試驗裝置（如下圖1所示），吸收器的有效容積為2L，實驗時每只吸收器內裝1L軟水，為克服多級的阻力，一級吸收前設置鼓氣泵，與末端吸收器的抽氣泵構成進氣系統，進氣流量控制在1-4L/分鐘。

圖1 酸法生產脂肪胺排放廢氣的資源回收及凈化裝置

1.2 實驗方法

從生產車間采集排放尾氣并監測尾氣中氨及總有機胺的含量。實際排放廢氣中氨含量變化在30.02%～70.46%之間，平均值56.82%。

實驗時，首先開啟進氣系統并控制在某一進氣流量下進行吸收處理，每隔20分鐘取樣測試一級吸收器中氨的濃度，氨達到最大濃度（平衡濃度）時停止進氣；然后分別測定其余各級吸收液中氨的濃度。將第二級吸收器作為一級吸收器，其余吸收器按次序依次前移一級，將飽和的吸收器更換吸收液后作為第6級吸收器，按照上述方法進行吸收液中氨濃度監測。然后，改變抽氣泵的流量，重復上述步驟，以確定最佳汽水比。最后，在最佳氣水比下，改變尾氣中氨和氫氣組分的比例以及吸收液的溫度，按照上述方法，開展對進氣中氨分離與回收效果的影響實驗。

1.3 評價指標及其測定方法

1.3.1 尾氣中氨的測定方法。用0.1mol/L硫酸溶液作為吸收液，分別對進氣和6級吸收后尾氣中的氨進行吸收，用離子色譜法測定氨的含量。

氨去除率按照下式計算：

氨去除率%=（進氣氨濃度×進氣量-出氣氨濃度×出氣量）/ (進氣氨濃度×進氣量)×100%

1.3.2 吸收液中氨的測定方法

吸收一定時間后，對各級吸收液進行取樣，用甲基紅-溴甲酚綠指示劑，用0.1mol/L硫酸標準溶液滴定至微紅，記錄終點計算氨濃度，并計算每級吸收對氨的去除率。

對于一級水吸收由于進入的尾氣中含有少量的低碳鏈脂肪胺，上述方法測的氨濃度包括有機胺的濃度（按照N元素折合為NH3），對于第二級和之后的水吸收有機胺含量很少，本實驗不予考究。

2 結果與討論

2.1 氣/水比對氨的去除率及吸收液中氨濃度的影響

實驗時，控制進氣中氨濃度在實際廢氣濃度平均值56%左右。氣水比對各級吸收液氨濃度分布的影響參見圖2。在相同的吸收時間內，隨著進氣流量從1.38增加到4.15L/min時，1級對氨的吸收率從60.27%下降到54.18%。氨氣逃逸到下一級水吸收，大約在90min內一級吸收達到平衡濃度，此時，2級-6級吸收器氨的濃度隨著氣量的增加而增加，1-6級水吸收系統對進氣中氨的總吸收率基本維持在95.33%以上。

圖4 吸收液溫度對一級吸收液最大平衡濃度及廢氣凈化效率的影響

圖2 氣水比對一級吸收液最大平衡濃度及凈化效率的影響

圖3 進氣氨濃度對一級吸收液最大平衡濃度及廢氣凈化效率的影響

當達到平衡吸收濃度時，將吸收的氨等用氨解析塔進行分離，獲得較高含量的氨氣，經壓縮機壓縮獲得液氨，回用于生產，達到變廢為寶的目的。考慮到生產實際，吸收液中的氨含量需達到15%以上才具有實用價值。顯然，在平均進氣濃度下，進氣流量在1～4L/min范圍，一級吸收器的氨的平衡濃度在19.0%～21.5%的范圍，均具有很好的回收利用價值。

2.2 進氣氨濃度對氨吸收的影響

酸法生產脂肪胺排放的尾氣中氨與氫氣是主要組分，氨含量所占比例不同，可直接影響水對氨的最大平衡吸收濃度[8]，進而影響尾氣資源化利用的經濟性。由圖圖3可見，隨著進氣氨含量的增加，1級水吸收的平衡濃度隨之增加。由于氫氣的存在，降低了吸收液氨的分壓，并會對吸收的氨起到吹脫作用，降低吸收液中氨的平衡濃度，這種效應會在后級吸收器中越來越明顯。

2.3 吸收液溫度的影響

由于生產廢氣的溫度較高，且氨吸收過程是放熱的，因此長時間吸收會引起吸收液溫度的升高。根據亨利定律，溫度的升高對氨的吸收不利，且會增加有機胺的溶解度，參見圖4。當溫度超過25℃，一級氨吸收率及其平衡吸收濃度大幅度的降低。在實際生產運行中，當吸收液溫度超過30℃時，可增加循環水冷卻或者冷凍鹽水進行溫度的控制，滿足生產需要；同時在在較低溫度下又能夠冷凝回收低分子脂肪胺。

2.4 吸收級數對氨去除率的影響

吸收級數的增加對氨及有機胺回收率的提高是肯定的，但吸收級數的增加也必然會增加氣體輸送能耗及操作的困難。隨著進氣流量的增加或進氣氨氣比例的下降，一級吸收液中氨的最大平衡吸收濃度會隨之下降，1至6級水吸收塔對氨的去除率分別為61.1%，24.9%，6.1%，2.0%，0.7%及0.7%；對應的1至6級水吸收器的最大濃度分別為20%，8%，3%，1.5%，1%及0.5%。顯然，吸收級數越多，對尾氣中氨處理效果越好，但吸收主要集中在第一級和第二級，二者的總吸收率達到86%。考慮到資源回收的最大化及對惡臭廢氣的達標排放，可選4級吸收，其中1-3級交換使用，第4級采用酸液進行吸收而不參加循環。這樣既能實現對尾氣中92%以上氨的回收，又能實現尾氣的穩定達標排放。

3 結語

結果表明進氣氨含量越高，一級吸收的平衡濃度越高；進氣流量越大、吸收液溫度越高、雜質組分氫氣等越高，對氨的吸收具有負效應。考慮到實際的可操作性，選4級吸收，其中1～3級交換使用，而第4級采用酸液進行吸收而不參加循環。在水吸收前級增加低溫并流噴射水洗罐[9]，冷凝尾氣中的脂肪胺。這樣既能夠除去低分子脂肪胺，又能實現對氨達到92%及以上的回收和實現尾氣的穩定達標排放。

[1]龔建華.脂肪胺生產工藝技術及催化劑研究進展.化學工業與工程技術.第31卷第1期.2010年2月.44～47.

[2]Guest I,Varma D R.Tera to genic and macromolecular synthesis inhibitory effects of trimethylamine on mouse embryos in culture.J Toxicol Environ Health,1992，36(1):27～41.