仲鎢酸銨蒸發結晶氨尾氣回收利用技術改造

劉恒嵩

（江西銅鼓有色冶金化工有限責任公司，江西 宜春 336299)

含氨廢氣主要來自工業生產以及農畜牧場的排放。氨氣是具有刺激性氣味的有毒性氣體，是參與形成大氣氣溶膠的重要污染物之一，易與大氣中的酸反應，并以硝酸按或硫酸按及其它錢鹽形式沉積下來，進而導致土壤以及地表水的酸化或水體富營養化。因此，含氨廢氣的排放影響到生物健康以及生態平衡。因此探索一條經濟可行的處理廢水的方法尤為重要。

1 離子交換法生產APT的含氨廢氣處理現狀

1.1 含氨廢氣影響及其排放標準

根據環保局發布的含氨廢氣排放標準（GB14554-93），具體要求如下表所示：

表1 氨氣排放標準

1.2 含氨廢氣處理現狀

由于不同工廠所排放的含氨廢氣量不同，因此就要求有不同的方法與之對應，現工業上常用到的方法有吸收法，生物法以及氧化法等。

1.2.1 吸收法

吸收法處理含氨廢氣就目前所掌握的資料可分為物理和化學兩個方向。首先物理吸收法：采用低濃度氨水或軟水來吸收含氨廢氣，吸收后所得到的含氨廢水再經過提濃處理，使得其中的低濃度氨水變成高濃度氨水而得以回收利用。物理法雖然簡單易行，但是后期的氨水提濃操作是制約該法發展的瓶頸，由于它存在能量消耗大，廢水體積量大等缺點，目前已經被絕大多數企業所淘汰；其次是化學吸收法：相比于物理吸收法而言，化學吸收法則是采用硫酸或者其他酸性液體使廢氣中的氨轉型為硫酸銨等氨肥，但是亦然沒有解決廢水量大的問題，這是吸收法的一個共同存在的問題。

1.2.2 生物法

改方法處理含氨廢氣，常以生物反應塔為反應容器，將廢氣通過裝有微生物的反應塔，通過微生物將氨氣降解，從而實現降氨的要求。

生物過濾法一次性可治理大量廢氣，適用于煙氣大但氨量少的廢氣治理，其凈化能力高，操作方便，且能反復利用，但反應塔體積較大，故需要占用的土地也較大，不適用與用地緊張的工廠來處理含氨廢氣。

李順義等[1]以玉米芯為生物過濾塔的填充材料，得到95%以上凈化含氨廢氣的效果。

1.2.3 氧化法

李寶榮[2]等研究設計了一種一體式催化氧化脫氨設備，不僅可以處理低濃度的含氨廢氣，而且對于高濃度的含氨廢氣凈化能力也同樣理想，但該方法所需的設備投資較大，許多企業只能是望而卻步；徐曉華[3]等結合了前人研究的吸收法處理含氨廢氣的經驗，研究開發了一種采用溶液吸收結合電化學氧化法處理廢氣的新方法，該方法所需主力設備投資較李寶榮等人設計的一體式氨廢氣處理設備更小，但是同樣存在吸收后廢水量較大的問題。

2 實驗部分

2.1 實驗原料

本實驗原料來自于江西銅鼓有色冶金化工有限責任公司離子交換法生產仲鎢酸銨蒸發結晶過程中產生的大量的氨尾氣，主要成份是水蒸汽、氨氣，夾帶少量硫化銨與硫酸銨等。

2.2 實驗方法步驟

①將蒸發結晶氨尾氣用不銹鋼高壓離心風機不斷從蒸發結晶鍋抽離出來；②抽離出來的氨尾氣進入到精餾塔中進行精密過濾；③經精密過濾后得到的尾氣再通過不銹鋼熱交換器，使尾氣的溫度境地至35攝氏度；④降溫后的尾氣通入鹽酸噴淋塔進行三級鹽酸噴淋；⑤最后用堿性廢水吸收硫化氫（H2S），廢水達標排放。

2.3 離子交換法生產仲鎢酸銨蒸發結晶氨尾氣回收利用實驗原理

鎢冶煉離子交換法生產APT過程中，產生的廢氣主要是來自APT蒸發結晶時產生的大量氨尾氣，主要成份是水蒸汽、氨氣，夾帶少量硫化銨與硫酸銨等。采用單鍋蒸發結晶制備APT時，廢氣的產生具備如下特點：

（1）0小時～3小時內結晶廢氣的組成絕大部分為氨氣，夾雜少量的水蒸氣；

（2）3小時～結晶結束時產生的結晶廢氣的組成絕大部分是水蒸氣，夾雜少量氨氣。

根據這兩個典型特點，本公司開發了第一代離子交換法生產仲鎢酸銨蒸發結晶氨尾氣處理工藝，即采用先期冷凝，后期用三級鹽酸循環噴淋，再通過20米高煙筒外排。

隨著實際生產的不斷進行，第一代離子交換法生產仲鎢酸銨蒸發結晶氨尾氣處理工藝不斷暴露出新的問題：

（1）先期冷凝回收的氨水無法直接返回離子交換主流程而被重新使用，特別是稀氨水，其氨濃度低且體積量大的缺點制約了整個離子交換工序的循環生產；

（2）回收后的氨水間歇式排放至廢水池，沒有有效的氨氮廢水處理工藝，使得廢水中的氨不斷揮發擴散到空氣當中，導致外排廢水氨味極大，且廢水呈堿性排放至河流等下水處，嚴重影響周邊居民生活環境；

（3）冷凝器換熱板容易被氨水腐蝕穿孔，致使冷凝效果變差甚至失去冷凝效果，而且用堿性生產廢水噴淋，使得回收氨氣效果差，外排廢氣氨味仍然較大，是影響周村居民生活環境的另一原因。

作者經過多年來不斷努力探索實驗，發明了第二代離子交換法生產仲鎢酸銨蒸發結晶氨尾氣處理工藝，即：離子交換法生產仲鎢酸銨蒸發結晶氨尾氣經過不銹鋼高壓離心風機不斷從蒸發結晶鍋抽離出來進入到精餾塔中進行精密過濾，使離子交換法生產仲鎢酸銨蒸發結晶氨尾氣中的大部分水蒸氣被精濾除去。

同時將氨氣進行濃縮處理以便得到濃縮氨尾氣，精濾塔主要作用是濃縮、除硫；經過精濾塔精濾之后的氨尾氣含水量降至較低水平，但是由于溫度仍然較高（大約維持在60攝氏度以上），將不利于后續的鹽酸噴淋吸收工序，為此，必須在精餾塔與鹽酸噴淋吸收塔之間增設一個不銹鋼熱交換器，把濃縮氨尾氣的溫度降低至35攝氏度以下；而后經過不銹鋼熱交換器交換出去后的濃縮氨尾氣還需要經過充氨塔充游離氨（NH3），再經鹽酸吸收塔進行酸堿中和至pH約等于7，最后堿性廢水吸收硫化氫，最終實現外排出氣體的氨濃度≤ 25mg/m3）。

2.4 蒸發結晶氨尾氣處理工業實驗

2.4.1 精餾過程

本文研究了新的蒸發結晶氨尾氣處理回收利用的工藝，改進后的蒸發結晶氨尾氣處理工藝當中采用了更為先進的蒸餾工藝達到提濃的目的，同時還具有可以除硫的目的，通過這樣的方式所回收的高濃度氯化銨溶液便可直接返回離子交換工藝配解吸劑。

精餾過程主要分為兩個部分：精餾段和提餾段。下面分別對這兩段部分進行一個簡明扼要的說明。

精餾段：汽相中的重組分（難揮發組分）向液相（回流液）進行傳遞，而液相中的輕組分（易揮發組分）向汽相不斷傳遞，從而完成上升蒸汽的精制，這就是精餾段的過程及作用；

提餾段：下降液體（包括回流液和料液中的液體部分）中的輕組分（易揮發組分）向汽相（回流）傳遞，而汽相中的重組分（難揮發組分）向液相傳遞，從而完成下降液體中重組分（難揮發組分）的提濃，這就是提餾段的過程及作用。

這樣，就不難看出，精餾操作相比公司之前的簡單蒸餾操作，無論是從分離提純效果上看還是從操作環境上看都要更加先進，高效。它們之間的區別就在于（精餾和簡單蒸餾的區別）：精餾操作能夠實現汽相和液相之間的部分回流，使得易揮發組分（輕組分）與難揮發組分（重組分）之間的分離更為徹底，此為實現精餾過程的必要條件之一。

2.4.2 蒸發結晶尾氣處理工業應用試驗結果

從蒸發結晶鍋當中出來的氨尾氣經泵抽入精餾塔，經過反復的精餾和提餾之后，釜底放出的余液與其余高濃度氨氮廢水混合處理；而塔頂放出的氨氣首先經過不銹鋼熱轉換器降溫處理后，采用三級鹽酸噴淋裝置將氨氣轉型為氯化銨（NH4Cl）溶液，同時達到脫硫的目的。本課題對該類氨水進行了一系列的工業實驗，控制不同的精餾塔進風口量、電機功率為、氨氮廢氣體積，獲得了一系列的工業實驗數據結果，數據表明，采用循環精餾操作對蒸發結晶氨氮廢氣進行轉型處理，經過精餾塔的反復精餾和提餾之后，從精餾塔釜底放出的余液中氨濃度維持在1000～2000 mg/L左右，余液進入高濃度氨氮廢水處理工序進行氨氮脫除；塔頂放出的氨氣經鹽酸噴淋后得到氯化銨（NH4Cl）溶液，其Cl-濃度維持在230～260 g/L，可直接返回離子交換系統配解吸劑使用。

3 結論

采用循環精餾操作對蒸發結晶氨氮廢氣進行轉型處理，經過精餾塔的反復精餾和提餾之后，從精餾塔釜底放出的余液中氨濃度維持在1000～2000mg/L左右，余液進入高濃度氨氮廢水處理工序進行氨氮脫除；塔頂放出的氨氣經鹽酸噴淋后得到氯化銨（NH4Cl）溶液，其Cl-濃度維持在230～260g/L，可直接返回離子交換系統配解吸劑使用。