氨氣廢氣收集處理應(yīng)用分析

盛明澤

(西安美蘭德新材料有限責(zé)任公司，陜西 西安 710699)

0 引言

隨著國家經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，綠色環(huán)保要求的嚴(yán)格化，按照習(xí)近平總書記提出的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的工作方針及“綠水青山就是金山銀山”的環(huán)保理念，各個(gè)行業(yè)工業(yè)生產(chǎn)對污染物及廢棄物的排放愈加嚴(yán)格，為此公司安排專業(yè)技術(shù)人員攻關(guān)尾氣處理工藝技術(shù)。公司主要生產(chǎn)加氫系列催化劑、脫硫劑、脫氯劑等系列凈化劑。生產(chǎn)加氫系列催化劑主要采用浸漬工藝，以氨水作為溶劑，加入活性組分，以氧化鋁作為載體生產(chǎn)加氫系列催化劑。生產(chǎn)過程中在多個(gè)工序環(huán)節(jié)的氨水揮發(fā)產(chǎn)生大量氨氣廢氣，此類氣體如果無組織排放即造成大氣污染，危害員工健康安全，空氣中過多的氨氣會刺激上呼吸道，損害呼吸系統(tǒng)。為了響應(yīng)國家環(huán)保政策，公司積極尋求解決對策，根據(jù)氨氣物理及化學(xué)特性，尋求合理優(yōu)化的處理方案，對氨氣的排放進(jìn)行回收利用。此工程方案通過集中收集、三級噴淋洗滌有效解決了氨氣廢氣排放的問題，回收的氨氣通過噴淋塔洗滌收集制成氨水，氨水比例達(dá)到使用要求可進(jìn)行二次利用，降低了生產(chǎn)成本。

1 氨氣廢氣產(chǎn)生及排氣現(xiàn)狀

氨氣廢氣主要來自于：浸劑罐物料框(載體) 浸劑、物料(載體)晾干、物料(載體)放料、溶液罐排氣、物料輸送、烘箱、網(wǎng)袋窯焙燒活化排氣等工藝正常生產(chǎn)時(shí)所產(chǎn)生，其主要成分為氨氣，生產(chǎn)工藝產(chǎn)污環(huán)節(jié)如圖1 所示。

圖1 加氫系列催化劑生產(chǎn)工藝產(chǎn)污環(huán)節(jié)圖

具體詳述如下：

(1)首先，氨水作為溶劑溶解加氫系列催化劑的活性組分，配置成浸漬液待使用；將載體放入浸漬框，浸漬框緩慢下放至浸漬罐內(nèi)，在浸漬罐內(nèi)通入浸漬液，浸漬時(shí)間需5～6 h，因浸漬罐頂部為敞口，會產(chǎn)生一定量的氨氣揮發(fā)。

(2)浸漬工序完成，將浸漬好的中間品放入烘干設(shè)施，進(jìn)行一定時(shí)間的晾干，在放料和晾干過程中，載體中飽和吸收的氨氣會揮發(fā)。

(3)烘干工序，將浸漬晾干后的中間品進(jìn)入蒸汽熱循環(huán)烘箱進(jìn)行烘干，烘箱整體密封，有循環(huán)風(fēng)進(jìn)氣口和循環(huán)尾氣排放管道，烘箱工作溫度為120 ℃，在此工況下，中間體內(nèi)殘存的未蒸發(fā)的氨氣隨著溫度的升高揮發(fā)，從排氣管道排出，尾氣成分含大量揮發(fā)的氨氣廢氣。

(4)烘箱溫度自然降至50 ℃以下后，人工取出放至中間料倉，電葫蘆提升并放入網(wǎng)帶窯焙燒爐，焙燒爐采用天然氣燃燒間接加熱，焙燒時(shí)間4 h，焙燒溫度500 ℃，最后得到催化劑成品。焙燒過程燃燒區(qū)域產(chǎn)生的廢氣和物料焙燒產(chǎn)生的廢氣分別從兩處排氣管道排出，天然氣尾氣經(jīng)檢測合格直接排放，焙燒產(chǎn)生的尾氣含氨氣，進(jìn)入尾氣處理設(shè)備。

(5)焙燒后的成品催化劑在爐內(nèi)采用風(fēng)冷冷卻至50 ℃，熱量可回收用于干燥箱烘干。焙燒窯溫度降至50 ℃以下后，經(jīng)網(wǎng)帶窯自帶的篩網(wǎng)過篩后，開啟自動卸料設(shè)施，在出料口處進(jìn)行卸料、包裝，待檢驗(yàn)合格后入庫。

2 廢氣處理工藝流程及設(shè)備選型分析

2.1 廢氣氨氣處理工藝流程

通過對生產(chǎn)工藝流程分析，考慮廢氣排放點(diǎn)多、位置分散、散排等特點(diǎn)。首先，在浸漬工序設(shè)置隔離間，將整個(gè)工序空間封閉，在隔離間頂部裝散狀集氣罩，在側(cè)墻安裝輔助吸氣口，將整個(gè)工序揮發(fā)產(chǎn)生的氨氣收集到廢氣管道。對車間生產(chǎn)工藝研究、隨訪生產(chǎn)一線技術(shù)人員及生產(chǎn)工人經(jīng)分析、闡述及安全性考慮，并結(jié)合生產(chǎn)工藝所排放廢氣的性能參數(shù)，對車間生產(chǎn)工藝所產(chǎn)生的氨氣廢氣設(shè)計(jì)一套廢氣處理工藝，系統(tǒng)進(jìn)行處理針對上述廢氣，設(shè)計(jì)時(shí)選用以下廢氣處理工藝進(jìn)行處理，如圖2 所示。

圖2 氨氣廢氣處理工藝流程圖

2.2 設(shè)備選型分析

氨氣廢氣處理工藝流程主要設(shè)備有：逆流式噴淋塔、風(fēng)機(jī)、不銹鋼管道、煙囪。

(1)噴淋塔：廢氣處理工藝流程關(guān)鍵設(shè)備。

①逆流式噴淋塔本體

型號：SQXLS-300 立式；

處理風(fēng)量：30 000 m3/h；

本體耐壓：10 000 Pa；

設(shè)備壓損：800～1 000 Pa；

主體尺寸：φ2 450×H6 500 mm；

主體材質(zhì)：SUS304×4 mm；

填料洗滌層：材質(zhì)聚丙烯拉西環(huán)，可更換式；

除霧層：材質(zhì)聚丙烯拉西環(huán)，去除10 μm 以上水霧效率99%以上，為可更換式；

噴嘴：SUS304 材質(zhì)，120 度旋轉(zhuǎn)式無堵塞型；

噴淋管路：SUS304 材質(zhì)；

給排水及噴水管路：PVC 材質(zhì)，泵入口設(shè)濾網(wǎng)等附屬配件；

附屬配件：填裝卸料孔、過濾板等。

②循環(huán)水箱

型號：SQXXSS-300 立式；

處理量：1.5 m3/h；

主體尺寸：L1 300×W1 200×H850 mm；

主體材質(zhì)：SUS304×4 mm；

自動浮球閥補(bǔ)水及配管：PVC 材質(zhì)；

手動補(bǔ)水及手動排污管配管：PVC 材質(zhì)；

給排水及噴水管路：PVC 材質(zhì)，泵入口設(shè)濾網(wǎng)等附屬配件；

附屬配件：人孔、液位計(jì)、過濾板、壓差計(jì)等。

③循環(huán)泵浦

型式：自吸式；

流量：800 L/min；

揚(yáng)程：16 m；

馬達(dá)：三級能效，7.5 kW/10HP；

泵頭材質(zhì)：FR-PP。

(2) 風(fēng)機(jī)。

型號：皮帶式或直接式離心風(fēng)機(jī)；

材質(zhì)：外殼 FRP 材質(zhì)、底座支架材質(zhì) Q235B；

葉輪材質(zhì)：FRP 材質(zhì)；

風(fēng)量：30 000 m3/h；

靜壓：3 400 Pa；

標(biāo)準(zhǔn)馬達(dá)：55 kW/100 HP；

規(guī)格：380 V，3∮,50HZ,F 級絕緣，防護(hù)等級：IP54；

(3) 廢氣收集管道

材質(zhì)：SUS304×1.5～2.0 mm；

尺寸：φ250 mm–φ900 mm ；

管件：彎頭、三通、變徑、方轉(zhuǎn)圓等；

附件：法蘭、焊條、密封墊、螺絲等；

(4) 排氣煙囪

煙囪材質(zhì)：SUS304 焊管×2.0 mm；

煙囪尺寸：φ900×25 M；

煙囪固定：靠墻固定；

固定方式：采用槽鋼框架固定到廠房上，排氣口設(shè)置簡易避雷針及接地導(dǎo)線；

檢測平臺：Q235B 材質(zhì)，含檢測口；

附件：方轉(zhuǎn)圓、大小頭、防雨帽、法蘭、簡易避雷針等。

3 氨氣廢氣處理系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)分析及原理概述

(1)氨氣廢氣通過收集風(fēng)罩在末端風(fēng)機(jī)所產(chǎn)生的負(fù)壓狀態(tài)下，將氨氣廢氣通過吸風(fēng)罩經(jīng)收集風(fēng)管送至初級噴淋洗滌設(shè)備。

(2) 氨氣廢氣處理噴淋塔是一種處理有害廢氣的環(huán)保設(shè)施，在行業(yè)內(nèi)也被叫做廢氣吸收塔，填料塔，洗滌塔，旋流板塔，泡罩塔等，根據(jù)噴淋塔的設(shè)計(jì)形式也可以分為立式噴淋塔和臥式噴淋塔。噴淋塔工作原理是采用微分逆流接觸式，即相容性原理。根據(jù)處理廢氣物理特性的不同，選擇不同的洗滌吸收液。本環(huán)保處理方案即根據(jù)氨氣易溶于水的物理特性，選擇純水作為吸收洗滌介質(zhì)，進(jìn)行廢氣的處理。氨氣廢氣從洗滌段塔體下方進(jìn)入洗滌塔底部，底部安裝廢氣導(dǎo)流裝置，使氣體在底部均勻散開，在末端通風(fēng)機(jī)的動力負(fù)壓作用下，迅速充滿洗滌塔下部空間，通過負(fù)壓作用均勻上升。在洗滌塔下部裝聚丙烯拉西環(huán)，增大廢氣與洗滌介質(zhì)的接觸時(shí)間和接觸面積。在填料的表面上，氨氣廢氣溶于純水發(fā)生物理反應(yīng)，反應(yīng)生成物質(zhì)為氨水，隨吸收液流入下部貯液槽。未完全吸收去除的廢氣繼續(xù)上升進(jìn)入第一級噴淋吸收段。在一級噴淋段上部，純水洗滌液從頂部的霧狀噴嘴高速噴出，在上部洗滌空間形成霧狀覆蓋吸收層，與氨氣廢氣充分混合接觸，繼續(xù)發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)(氨氣溶于水生成氨水)，然后未吸收的氨氣廢氣從一級噴淋塔頂部排出，進(jìn)入二級噴淋塔底部。二級噴淋、三級噴淋進(jìn)行與一級噴淋類似的吸收過程。一級噴淋段洗滌吸收了部分的氨氣廢氣，進(jìn)入二級噴淋段后，根據(jù)二級噴淋段的廢氣的壓力、調(diào)整洗滌介質(zhì)噴液壓力和流量，噴液壓力不同，吸收氣體濃度范圍也有所不同。二級噴淋洗滌吸收完成進(jìn)入三級噴淋段，三級噴淋段主要吸收二級噴淋為完全吸收的氨氣廢氣。通過控制噴淋塔洗滌介質(zhì)流速，增加洗滌介質(zhì)在塔體內(nèi)的滯留時(shí)間，使氨氣廢氣同洗滌介質(zhì)充分接觸保證這一過程穩(wěn)定。三級噴淋塔體的頂端是除霧裝置，處理達(dá)標(biāo)的尾氣中所夾的吸收液霧滴在這里被清除下來，經(jīng)過處理后的沒有霧滴的尾氣從噴淋塔上端經(jīng)過排氣管排出，通過離心風(fēng)機(jī)后經(jīng)過排氣煙囪排入大氣。洗滌塔可用于含有少量粉塵的氨氣廢氣，粉塵在填料段隨洗滌介質(zhì)被沖刷至洗滌塔底部，定期清理沉積在底部的凝固物。簡單來說噴淋塔的工作原理即氨氣廢氣由風(fēng)機(jī)通過負(fù)壓收集引入洗滌塔，經(jīng)過填料層，氨氣廢氣與純水洗滌介質(zhì)進(jìn)行氣液兩相充分接觸吸收，廢氣經(jīng)過洗滌凈化后，再經(jīng)三級噴淋塔頂部除霧板脫水除霧后達(dá)標(biāo)排出。

(3) 氨氣廢氣在經(jīng)過初級噴淋洗滌設(shè)備時(shí)利用氨氣易溶于水的物理化學(xué)特性將廢氣中的部分氨氣去除。因考慮到氨氣本身的物理化學(xué)性質(zhì)易溶于水后易揮發(fā)，隨著氣流逃逸，結(jié)合工藝流程將吸收的廢氣氨氣溶于水后回收利用，為達(dá)到更好的回收利用的目的，因此在本廢氣處理工藝中采用了初級、二級、深度三級噴淋洗滌的設(shè)計(jì)方案，以保證更高的回收效率。氨氣廢氣在經(jīng)過初級、中級、深度三級噴淋洗滌工藝后將洗滌液氨水進(jìn)行回收利用。

(4)簡單來說氨氣吸收噴淋塔的工作原理即通過風(fēng)管將多處排放的氨氣廢氣由風(fēng)管收集引入噴淋塔，氨氣廢氣與吸收液進(jìn)行氣液兩相充分接觸吸收，經(jīng)過三級噴淋吸收，廢氣經(jīng)過凈化后，再經(jīng)三級噴淋頂端的除霧板脫水除霧后由風(fēng)機(jī)及煙囪排入大氣。

(5)粉塵廢氣處理凈化后達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)的廢氣在風(fēng)機(jī)的牽引力作用下經(jīng)過風(fēng)機(jī)從排氣煙囪進(jìn)行高空排放。

(6)氨氣廢氣在經(jīng)過初級、二級、深度三級噴淋洗滌工藝后噴淋洗滌塔設(shè)備內(nèi)的洗滌液變成一定濃度的氨水，可根據(jù)生產(chǎn)需求及實(shí)際情況進(jìn)行氨水回收利用。

(7)廢氣氨氣中含有一定比例分水氣，收集風(fēng)管管道根據(jù)管道長度，現(xiàn)場實(shí)際情況設(shè)計(jì)足夠數(shù)量的排液口，以防管道積水。

4 運(yùn)行工況分析

啟動：第一步，檢查氨氣廢氣處理系統(tǒng)設(shè)備情況，循環(huán)水箱水位正常；第二步，啟動噴淋塔循環(huán)水泵，檢查噴淋塔運(yùn)行工況；第三步，啟動風(fēng)機(jī)，系統(tǒng)啟動。

運(yùn)行：在運(yùn)行過程中主要監(jiān)控循環(huán)洗滌液的情況，每一級循環(huán)水箱都設(shè)有取樣口，根據(jù)運(yùn)行時(shí)間定期對循環(huán)水濃度進(jìn)行檢測，如濃度達(dá)到要求，通過手動排液閥將循環(huán)水箱內(nèi)達(dá)到使用要求氨水輸送至氨水存儲罐。輸送過程中注意水箱水位，防止噴淋塔缺水。水箱配備自動補(bǔ)水裝置，檢測水位過低，自動進(jìn)行補(bǔ)水。噴淋塔風(fēng)壓盡可能保持在恒壓值，通過調(diào)節(jié)循環(huán)水流量，達(dá)到一個(gè)最佳吸收工況。如風(fēng)壓過大，可能導(dǎo)致三級噴淋洗滌塔處理不完全，尾氣排放不達(dá)標(biāo)。

停機(jī)：第一步，檢查各排污環(huán)節(jié)是否還有廢氣產(chǎn)生；第二步，關(guān)閉風(fēng)機(jī)；第三步，待系統(tǒng)殘余廢氣吸收后，關(guān)閉噴淋塔循環(huán)泵。

5 廢氣處理系統(tǒng)設(shè)施運(yùn)行管理措施

(1)使用部門應(yīng)正確使用廢氣處理設(shè)備，在廢氣處理設(shè)備的使用維修過程中，及時(shí)向廢氣處理設(shè)備的設(shè)計(jì)、制造單位反饋信息。實(shí)行廢氣處理設(shè)備全過程管理的重點(diǎn)和難點(diǎn)也正是廢氣處理設(shè)備制造單位與使用單位相結(jié)合的問題。當(dāng)前，必須加強(qiáng)廢氣處理設(shè)備的宏觀管理，培育和完善廢氣處理設(shè)備要素市場，為實(shí)現(xiàn)廢氣處理設(shè)備全過程管理創(chuàng)造良好的外部條件。

(2)維護(hù)與檢修相結(jié)合是貫徹“預(yù)防為主”方針，保證氨氣廢氣處理設(shè)備持續(xù)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要措施。氨氣廢氣處理系統(tǒng)設(shè)備維護(hù)關(guān)鍵設(shè)施是三級噴淋的日常維護(hù)及保養(yǎng)，加強(qiáng)對循環(huán)水泵的維護(hù)、檢查監(jiān)測、潤滑可減少水泵的故障率，增加設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)間，減小維修周期。在氨氣廢氣處理設(shè)備檢查和狀態(tài)監(jiān)測的基礎(chǔ)上實(shí)施預(yù)防性檢修，可及時(shí)恢復(fù)廢氣處理設(shè)備功能，同時(shí)又為廢氣處理設(shè)備的維護(hù)創(chuàng)造了良好條件，減少工作量，降低維修費(fèi)用，延長廢氣處理設(shè)備使用壽命。

(3)修理、技術(shù)改造與設(shè)備更新相結(jié)合，提高企業(yè)技術(shù)裝備素質(zhì)，建立改造、廢氣處理設(shè)備更新改造的運(yùn)行機(jī)制，及時(shí)改造更換損壞部件。

(4)施行專人管理制度。

(5)針對損壞和故障部分進(jìn)行及時(shí)維修，以確保廢氣處理設(shè)備系統(tǒng)正常運(yùn)行。

(6)嚴(yán)格遵守氨氣尾氣處理工藝技術(shù)規(guī)程、安全規(guī)程和崗位操作規(guī)程。

(7)在廢氣處理裝置的日常運(yùn)行管理中，除應(yīng)嚴(yán)格遵守上述規(guī)程、制度外，還應(yīng)注意以下7 個(gè)具體問題：

①氨氣廢氣處理裝置開始試運(yùn)轉(zhuǎn)后，首先根據(jù)風(fēng)量大小、循環(huán)水大小調(diào)節(jié)各排污點(diǎn)的風(fēng)閥閥門，將調(diào)節(jié)閥門根據(jù)風(fēng)量固定并制定風(fēng)量與風(fēng)閥對比表。當(dāng)某一工序環(huán)節(jié)排氣點(diǎn)的工藝設(shè)備停止運(yùn)轉(zhuǎn)，無廢氣產(chǎn)生時(shí)，該排氣罩也不應(yīng)關(guān)閉，以避免風(fēng)管內(nèi)風(fēng)壓發(fā)生變化，擾動噴淋塔洗滌工況。

②按照尾氣處理系統(tǒng)制定的操作規(guī)程，進(jìn)行設(shè)備開車、運(yùn)行、停車順序，啟閉設(shè)備，嚴(yán)禁違規(guī)操作。

③氨氣尾氣處理系統(tǒng)應(yīng)在工藝運(yùn)行前啟動，在工藝設(shè)備停止運(yùn)行，檢測各排污點(diǎn)無污染物排除后再關(guān)閉，以防廢氣未處理擴(kuò)散到大氣中。

④運(yùn)行過程中，記錄好運(yùn)行日志。運(yùn)行日志內(nèi)容包括設(shè)備運(yùn)行情況與接班情況，設(shè)備的運(yùn)行情況，主要包括運(yùn)行狀態(tài)、洗滌水循環(huán)情況、循環(huán)水含氨濃度、循環(huán)水更換情況，設(shè)備的異常停車時(shí)間和原因等，系統(tǒng)各設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，應(yīng)詳細(xì)記錄發(fā)生故障的原因，給檢修人員提供參考性意見。

⑤加強(qiáng)設(shè)備的日常運(yùn)維。日常維護(hù)的主要內(nèi)容有：一級噴淋塔循環(huán)水底部粉塵的清理；集氣管道內(nèi)積液及粉塵清理；風(fēng)機(jī)殼體維護(hù)；排氣煙囪底部清掃口的清理。清掃孔、觀察孔等處的漏風(fēng)、調(diào)節(jié)好系統(tǒng)的供液量、風(fēng)量和風(fēng)壓，排除一切可能產(chǎn)生故障的隱患。

⑥排氣管道的清理維護(hù)。由于尾氣含有粉塵及水氣，在過長的水平段管道及管道彎頭處容易粘附沉積粉塵，長時(shí)間的堆積會影響尾氣輸送及風(fēng)壓。必須定期安排專人清理管道，以保證尾氣處理效果。

⑦加強(qiáng)設(shè)備的檢修。設(shè)備維護(hù)檢修人員應(yīng)每月全面檢查一次氨氣處理設(shè)備設(shè)施，根據(jù)情況制定檢修方案。

6 結(jié)語

本方案的氨氣廢氣回收利用技術(shù)，采用負(fù)壓管道收集，將浸漬工序、烘干工序、焙燒工序等產(chǎn)污環(huán)節(jié)產(chǎn)生的廢氣集中到廢氣收集管道，使用純水作為洗滌介質(zhì)，采用三級逆流式噴淋塔吸收處理，解決了在生產(chǎn)過程中廢氣排放問題，回收的氨氣經(jīng)洗滌塔吸收處理后，作為輔助原料氨水再次使用，經(jīng)方案運(yùn)行測算，回收利用產(chǎn)生的氨水所節(jié)約的費(fèi)用遠(yuǎn)大于環(huán)保設(shè)備運(yùn)行維護(hù)的費(fèi)用。此應(yīng)用方案解決了廢氣無組織排放，并對氨氣進(jìn)行二次回收利用，如運(yùn)行效果良好，可實(shí)現(xiàn)氨水的多次循環(huán)利用。