尿素造粒尾气氨含量分析及回收处理工艺探讨

2019-01-06

化肥设计 2019年6期

(中国五环工程有限公司，湖北武汉 430223)

随着国家环保要求越来越高，对尿素造粒尾气粉尘及氨含量排放指标也将更为严苛，据了解，新的化肥行业大气排放标准即将发布，严格的尿素造粒尾气排放指标可能定为：颗粒物和氨均为不超过30mg/Nm3。目前，尿素造粒尾气颗粒物，即尿素粉尘，采用水洗涤回收或袋式干法捕集等方法，可以满足不超过30mg/Nm3的要求，但对于尾气中的游离氨基本没有针对性的回收措施。

1 尿素造粒尾气氨含量分析

造粒尾气中的氨来源于一段蒸发分离器(流化床造粒)或二段蒸发分离器(造粒塔造粒)熔融尿素中的游离氨，以及去造粒塔(机)管道中因生成缩二脲而产生的游离氨，下面初略估算一下造粒尾气中的氨含量。

1.1 造粒塔造粒

二段蒸发分离器出口熔融尿素中的游离氨约为450mg/kg；去造粒塔管道中增加的缩二脲约0.2%(w)；每吨尿素需要的冷却空气量约10 000Nm3；成品中游离氨含量为100mg/kg；每吨尿素产品带入造粒塔尾气中的总游离氨量为：

1 000×(450-100)+1000×0.002

×17/103×1 000 000

=680 000mg

由于尾气中氨分压非常低，如果尾气采用水洗法回收，几乎不能吸收尾气中的游离氨，据某装置实际分析的数据，吸收液中氨含量为0.02%(w)，尿素粉尘洗涤后尿素浓度按10%(w)考虑，洗涤前尾气尿素粉尘含量200mg/Nm3，则造粒塔造粒尾气中的游离氨含量为：

(680 000-200×10 000/0.1×0.000 2)/10 000

=67.6mg/Nm3

1.2大颗粒造粒

一段蒸发分离器出口熔融尿素中的游离氨约为450mg/kg；去造粒机管道中增加的缩二脲约0.1%；一段蒸发尿液浓度96%(w)，大颗粒返料比约4%(w)；每吨尿素需要的干燥及冷却空气量约7 500Nm3；成品中游离氨含量为50mg/kg；每吨尿素产品带入大颗粒造粒机尾气中的总游离氨量为：

1 000/0.96×1.04×450-1 000×50+1 000

×0.001×17/103×1 000 000

=602 548mg

由于尾气中氨分压非常低，如果采用水洗法回收，几乎不能吸收尾气中的游离氨，据某装置实际分析数据，吸收液中氨含量为0.02%(w)，尿素粉尘洗涤回收后尿素浓度按45%(w)考虑，大颗粒返料比约4%，则大颗粒造粒尾气中的游离氨含量如下：

(602 548-1 000×0.04/0.45×0.000 2×1 000 000)

/7 500=78mg/Nm3

综上所述，造粒尾气采用水洗法回收工艺是难以将尾气中的氨含量降至50mg/Nm3以下的，如果环保指标要求达到30mg/Nm3以下，则需要增加酸洗工序才能满足要求。

目前，很多造粒尾气采用水洗法回收工艺的装置，都声称尾气氨含量可达到30mg/Nm3以下，有的甚至说10mg/Nm3以下，这可能与其取样及分析方法有关，数据分析不真实。

2 回收处理工艺探讨

要将造粒尾气中氨含量降至30mg/Nm3以下，增加酸洗工序是较为可行的措施，可以用硫酸、硝酸或其他有机酸(如甲酸)等，酸的选择应该是对尿素装置的设备及管道等腐蚀或影响最低为优先考虑原则。尾气酸洗氨回收有如下几种方式：①与粉尘洗涤一起混合洗涤回收；②独立的酸洗系统；③直接酸中和法；④间接酸吸收法。

2.1 与粉尘洗涤一起混合洗涤

在现有的尿素粉尘洗涤液中加入适量的硝酸或其他腐蚀性较低的酸进行洗涤，含有少量硝酸铵的稀尿素溶液返回尿素蒸发系统，尿素成品中将含有少量硝酸铵。根据计算，尿素产品氮含量能满足农用优等品的要求。对于含有少量稀硝酸或硝酸铵溶液，尿素蒸发系统采用的304L材料也是适宜的。

由于现有装置尿素蒸发系统设备及管道中有部分采用304L材料，若加入硫酸，将导致尿素设备腐蚀，因此，硫酸不适宜于此回收方法。

2.2独立的酸洗系统

在现有的尿素粉尘洗涤后，增加一段独立的酸洗系统，此系统与尿素系统是分离的，可以用硫酸或硝酸进行洗涤，副产品为硫酸铵或硝酸铵。此法投资较高，同时还需要考虑副产品的处理及销售问题。

2.3直接酸中和法

直接将适量硫酸、硝酸或其他有机酸(如甲酸)等加入造粒塔(机)前管道的熔融尿素中，中和其中的游离氨，此方法副产品可能返回尿素系统中，因此，硫酸也不推荐用于此方法。同时应注意，此方法有可能导致产品水含量超标。

2.4间接酸吸收法

在造粒塔(机)前的熔融尿素管道上设置一分离罐，分离罐顶部气相管与一酸吸收塔相连，酸吸收塔将熔融尿素中的游离氨吸收，从而减少造粒尾气中的氨含量。酸吸收塔的吸收液可以用稀硫酸或硝酸溶液进行循环洗涤，副产品为硫酸铵或硝酸铵，此法也需要考虑副产品的处理及销售问题。若将副产品返回尿素系统中，则硫酸不适宜于此回收方法，应采用稀硝酸进行循环洗涤回收。