碳酸氫銨除油、除添加劑和提純的工業技術

王國平，王麗佳，李剛，王瑩，韓國英

（1.浙江大洋生物科技集團股份有限公司，浙江杭州311616；2.浙江大洋科技鉀鹽企業研究院）

碳酸氫銨是中國比較有特色的化肥品種， 其3個組分都是作物的養分， 不含有害的中間產物和最終分解產物，長期使用不影響土質，是最安全的氮肥品種之一。 20 世紀50 年代，侯德榜先生開發的“合成氨與碳酸氫銨聯合生產新工藝”，經過多年的摸索與實踐，之后在全國各地迅速推廣，為中國農業的發展做出了不可磨滅的貢獻。碳酸氫銨除用作化肥外，隨著工業和社會的發展，增加了很多新的用途，如用于生產碳酸鉀、提取碳酸鋰和稀土、食品添加劑（膨松劑和酸度調節劑）以及水處理等行業，用途廣泛，但這些行業對碳酸氫銨的質量要求顯然高于化肥行業。

為改善碳酸氫銨晶型和促進碳酸氫銨晶核形成，在生產過程中需加入適量的磺酸鹽等物質，同時配合加入其他疏水劑如C14～C16 等礦物油，使晶體和母液更易于分離，解決或降低碳酸氫銨結塊難題［1］。 防結塊劑對于碳酸氫銨生產來說有益，但它是一種雜質，對于后續食品和工業應用來說非常不利，國內外許多機構和專家都提出， 磺酸鹽類物質對人體有害［2］，同時上述添加劑也會影響終端產品的澄清度，并污染離子交換樹脂等。

對于碳酸氫銨質量提升方面，郭衛東等［3］對生產工藝進行優化， 通過控制碳化進氣的硫化氫含量和塔溫，生產出低硫低鐵的工業碳酸氫銨；張建孝等［4］通過對造氣工段和碳化工段進行改造，同時新上DCS 控制系統，以提高產能、改進質量和降低生產成本。 工業碳酸氫銨除防結塊問題外，還有亞硝酸鹽、氰化物和重金屬超標等問題，這些都是需要從生產工藝和原料使用處理方面得以改進。 作者針對碳酸氫銨質量方面存在的問題，采用打漿洗滌、離心分離、氣流干燥、母液除油除添加劑以及循環套用等一系列操作，獲得符合食品添加劑要求的碳酸氫銨，多次洗滌后的碳酸氫銨母液用于煙氣脫硝［5］。 該技術可應用于工業化生產，解決高純度碳酸氫銨供應緊張的局面，并提高碳酸氫銨生產企業的經濟效益。年處理1 萬t 的裝置投資金額為300 萬元， 生產成本為1 200 元/t，年直接經濟效益超過500 萬元。

1 工業碳酸氫銨質量分析

工業碳酸氫銨各項指標按照GB 1888—2014《食品安全國家標準 食品添加劑 碳酸氫銨》方法檢測，同時增加亞硝酸根、氰化物和磺酸鹽3 項指標，其中磺酸鹽按照GB 1888—2014 附錄A 食品添加劑碳酸氫銨中磺酸鹽類防結塊劑的定性鑒別方法進行鑒別，參照文獻［6］的方法進行定量檢測。

工程設計處理量為1 萬t/a。

2 工藝流程

針對上述問題，采用打漿洗滌、離心分離、氣流干燥、母液除油除添加劑以及循環套用等一系列操作，并對各項操作參數、除雜劑和添加量等進行調整，最終形成完整的精制處理工藝，獲得符合食品添加劑要求的碳酸氫銨，多次洗滌后的碳酸氫銨母液用于煙氣脫硝，工藝流程示意圖見圖1。

圖1 碳酸氫銨精制提純工藝流程圖

3 主要單元設計參數

1）打漿洗滌釜。 打漿洗滌釜用于碳酸氫銨的打漿洗滌，設打漿洗滌釜3 只，容積為10 m3，材質為食品級304 不銹鋼。 打漿洗滌過程中，原料碳酸氫銨和洗滌水（或循環母液）的質量體積比（kg/L）為5∶3，投料量如下：碳酸氫銨為5 000 kg，洗滌水（或循環母液）為3 000 L。打漿洗滌時間為30 min，攪拌轉速為43 r/min（線速度為2.25 m/s），溫度為常溫。 打漿所得漿料固體質量分數約為55%～60%。

首次生產時，洗滌水為去離子水，之后用循環母液進行代替。

2）自卸式離心機。 自卸式離心機用于漿料的離心分離，除去母液，得提純后的碳酸氫銨濕品。 設自卸式離心機2 臺（一開一備），規格為SGZ-800 型（帶編程自控功能，可實現自動清洗），接觸物料部分的材質為食品級304 不銹鋼。離心除去母液后，用去離子水洗滌3 s，然后控制離心分離后所得濕品水分質量分數小于3.5%，母液和洗滌液均進入母液沉降槽。

3）母液沉降槽。 母液沉降槽用于去除母液中的固體碳酸氫銨， 使進入后續吸附過濾塔中的母液不含碳酸氫銨固體。 母液沉降槽1 只， 材質為食品級304 不銹鋼，尺寸為φ1 800 mm×4 000 mm（容積約為11 m3）， 上部設母液溢流口， 沉降槽錐體下部設底閥， 并定期通過泵從底閥將固體碳酸氫銨打入離心機進行再次分離。

4）氣流干燥系統。 氣流干燥系統用于碳酸氫銨濕品的干燥， 設氣流干燥系統1 套， 型號為QGQ-200 型，接觸物料部分的材質為食品304 不銹鋼（氣流干燥系統包括換熱器、鼓風機、主體干燥設備、旋風分離器、布袋式除塵器和引風機）。 干燥過程中控制進風口溫度為130～140 ℃，中段溫度為80～90 ℃，出風口溫度為60～70 ℃， 干燥后碳酸氫銨成品水分質量分數小于0.1%。

5）母液吸附過濾塔Ⅰ。 母液吸附過濾塔Ⅰ用于除去碳酸氫銨母液中的添加劑（防結塊劑和油脂類）和機械雜質，提高母液的澄清度。 設母液吸附過濾塔Ⅰ1 臺，材質為食品級304 不銹鋼，尺寸為φ1 200 mm×1 800 mm（容積約為2 m3），內部填料為脫脂棉。 工作流速小于5 m3/h，通過母液吸附過濾塔Ⅰ后的碳酸氫銨母液，透光率大于99.8%（420 nm）。

6）母液吸附過濾塔Ⅱ。 母液吸附過濾塔Ⅱ用于除去碳酸氫銨母液中的重金屬等雜質。 設母液吸附過濾塔Ⅱ1 臺， 材質為食品級304 不銹鋼， 尺寸為φ1 200 mm×1 800 mm（容積約為2 m3），內部填料為活性炭和螯合樹脂。 工作流速小于5 m3/h，通過母液吸附過濾塔Ⅱ后的碳酸氫銨母液， 高價金屬離子含量小于0.1×10-6。

母液隨著循環次數的增加， 亞硝酸根和氰化物含量也會上升。 控制循環母液中亞硝酸鹽質量濃度小于30 mg/L，氰化物質量濃度小于2 mg/L，因此需要定期定量將該母液作為煙氣脫硝劑。

7）母液貯槽。 母液貯槽用于碳酸氫銨母液的中轉貯存。 設母液貯槽1 只， 材質為食品級304 不銹鋼，尺寸為φ3 200 mm×6 000 mm（容積約為48 m3）。

8）尾氣吸收系統。 尾氣吸收系統用于吸收處理生產過程中產生的氨氣，減少氨氣對環境的影響。設尾氣吸收系統1 套（含二級噴淋吸收塔、引風機、酸循環泵、旋風分離器、硫酸貯槽和尾氣收集管道），引風機規格為10 000 m3/h，功率為7.5 kW；噴淋吸收塔規格為φ2 000 mm×8 000 mm（直筒部分）；酸循環泵2 臺，流量為30 m3/h，功率為5.5 kW。尾氣通過二級酸噴淋吸收， 控制二級噴淋液酸度不小于0.01%（pH 不呈堿性），二級噴淋塔排空氣體氨含量小于5 mg/m3。

4 調試運行結果

該工程經調試連續運行。 2017 年1 月至2017年12 月監測結果表明，該系統運行正常，運行結果見表1。

表1 碳酸氫銨提純前后檢測結果及食品添加劑碳酸氫銨國家標準

從2017 年全年的試運行監測結果可以看出，采用打漿洗滌、離心分離、氣流干燥、母液除油除添加劑以及循環套用等一系列操作， 獲得的碳酸氫銨各項指標優于食品添加劑國家標準要求。 同時根據實際情況，增加亞硝酸鹽和氰化物兩項指標，要求嚴于國標參考值。

5 經濟性分析

工程總投資約為300 萬元，其中設備投資220 萬元、安裝調試費80 萬元。 運行費用及效益分析以生產1 t 碳酸氫銨來計算，具體對比見表2。

表2 經濟效益分析

采用本工藝技術生產食品添加劑級碳酸氫銨，經濟效益顯著，按照年產1 萬t 計，毛利潤達613.9 萬元。

6 結論

1）工業級碳酸氫銨通過打漿洗滌+離心分離+氣流干燥的工藝， 可生產出符合食品添加劑質量要求的碳酸氫銨，產品收率可達92.5%，質量遠優于國家標準；2）打漿洗滌母液通過脫脂棉過濾吸附和活性炭螯合樹脂除雜，除去磺酸鹽類防結塊劑、氰化物及高價金屬離子，然后再進行循環使用，這樣可顯著減少碳酸氫銨損耗、降低處理成本、減輕由于母液排放給環境造成的影響；3）該技術可擴大工業碳酸氫銨的使用范圍， 提高工業碳酸氫銨生產和使用企業的經濟效益；4）該技術具有工藝簡單、投資小、質量優、成本低和無三廢污染等優點，循環套用多次后的碳酸氫銨母液可作為鍋爐煙氣脫硝劑進行綜合利用，解決了母液的處置難題。