碳酸氢铵除油、除添加剂和提纯的工业技术

王国平，王丽佳，李刚，王莹，韩国英

（1.浙江大洋生物科技集团股份有限公司，浙江杭州311616；2.浙江大洋科技钾盐企业研究院）

碳酸氢铵是中国比较有特色的化肥品种， 其3个组分都是作物的养分， 不含有害的中间产物和最终分解产物，长期使用不影响土质，是最安全的氮肥品种之一。 20 世纪50 年代，侯德榜先生开发的“合成氨与碳酸氢铵联合生产新工艺”，经过多年的摸索与实践，之后在全国各地迅速推广，为中国农业的发展做出了不可磨灭的贡献。碳酸氢铵除用作化肥外，随着工业和社会的发展，增加了很多新的用途，如用于生产碳酸钾、提取碳酸锂和稀土、食品添加剂（膨松剂和酸度调节剂）以及水处理等行业，用途广泛，但这些行业对碳酸氢铵的质量要求显然高于化肥行业。

为改善碳酸氢铵晶型和促进碳酸氢铵晶核形成，在生产过程中需加入适量的磺酸盐等物质，同时配合加入其他疏水剂如C14～C16 等矿物油，使晶体和母液更易于分离，解决或降低碳酸氢铵结块难题［1］。 防结块剂对于碳酸氢铵生产来说有益，但它是一种杂质，对于后续食品和工业应用来说非常不利，国内外许多机构和专家都提出， 磺酸盐类物质对人体有害［2］，同时上述添加剂也会影响终端产品的澄清度，并污染离子交换树脂等。

对于碳酸氢铵质量提升方面，郭卫东等［3］对生产工艺进行优化， 通过控制碳化进气的硫化氢含量和塔温，生产出低硫低铁的工业碳酸氢铵；张建孝等［4］通过对造气工段和碳化工段进行改造，同时新上DCS 控制系统，以提高产能、改进质量和降低生产成本。 工业碳酸氢铵除防结块问题外，还有亚硝酸盐、氰化物和重金属超标等问题，这些都是需要从生产工艺和原料使用处理方面得以改进。 作者针对碳酸氢铵质量方面存在的问题，采用打浆洗涤、离心分离、气流干燥、母液除油除添加剂以及循环套用等一系列操作，获得符合食品添加剂要求的碳酸氢铵，多次洗涤后的碳酸氢铵母液用于烟气脱硝［5］。 该技术可应用于工业化生产，解决高纯度碳酸氢铵供应紧张的局面，并提高碳酸氢铵生产企业的经济效益。年处理1 万t 的装置投资金额为300 万元， 生产成本为1 200 元/t，年直接经济效益超过500 万元。

1 工业碳酸氢铵质量分析

工业碳酸氢铵各项指标按照GB 1888—2014《食品安全国家标准 食品添加剂 碳酸氢铵》方法检测，同时增加亚硝酸根、氰化物和磺酸盐3 项指标，其中磺酸盐按照GB 1888—2014 附录A 食品添加剂碳酸氢铵中磺酸盐类防结块剂的定性鉴别方法进行鉴别，参照文献［6］的方法进行定量检测。

工程设计处理量为1 万t/a。

2 工艺流程

针对上述问题，采用打浆洗涤、离心分离、气流干燥、母液除油除添加剂以及循环套用等一系列操作，并对各项操作参数、除杂剂和添加量等进行调整，最终形成完整的精制处理工艺，获得符合食品添加剂要求的碳酸氢铵，多次洗涤后的碳酸氢铵母液用于烟气脱硝，工艺流程示意图见图1。

图1 碳酸氢铵精制提纯工艺流程图

3 主要单元设计参数

1）打浆洗涤釜。 打浆洗涤釜用于碳酸氢铵的打浆洗涤，设打浆洗涤釜3 只，容积为10 m3，材质为食品级304 不锈钢。 打浆洗涤过程中，原料碳酸氢铵和洗涤水（或循环母液）的质量体积比（kg/L）为5∶3，投料量如下：碳酸氢铵为5 000 kg，洗涤水（或循环母液）为3 000 L。打浆洗涤时间为30 min，搅拌转速为43 r/min（线速度为2.25 m/s），温度为常温。 打浆所得浆料固体质量分数约为55%～60%。

首次生产时，洗涤水为去离子水，之后用循环母液进行代替。

2）自卸式离心机。 自卸式离心机用于浆料的离心分离，除去母液，得提纯后的碳酸氢铵湿品。 设自卸式离心机2 台（一开一备），规格为SGZ-800 型（带编程自控功能，可实现自动清洗），接触物料部分的材质为食品级304 不锈钢。离心除去母液后，用去离子水洗涤3 s，然后控制离心分离后所得湿品水分质量分数小于3.5%，母液和洗涤液均进入母液沉降槽。

3）母液沉降槽。 母液沉降槽用于去除母液中的固体碳酸氢铵， 使进入后续吸附过滤塔中的母液不含碳酸氢铵固体。 母液沉降槽1 只， 材质为食品级304 不锈钢，尺寸为φ1 800 mm×4 000 mm（容积约为11 m3）， 上部设母液溢流口， 沉降槽锥体下部设底阀， 并定期通过泵从底阀将固体碳酸氢铵打入离心机进行再次分离。

4）气流干燥系统。 气流干燥系统用于碳酸氢铵湿品的干燥， 设气流干燥系统1 套， 型号为QGQ-200 型，接触物料部分的材质为食品304 不锈钢（气流干燥系统包括换热器、鼓风机、主体干燥设备、旋风分离器、布袋式除尘器和引风机）。 干燥过程中控制进风口温度为130～140 ℃，中段温度为80～90 ℃，出风口温度为60～70 ℃， 干燥后碳酸氢铵成品水分质量分数小于0.1%。

5）母液吸附过滤塔Ⅰ。 母液吸附过滤塔Ⅰ用于除去碳酸氢铵母液中的添加剂（防结块剂和油脂类）和机械杂质，提高母液的澄清度。 设母液吸附过滤塔Ⅰ1 台，材质为食品级304 不锈钢，尺寸为φ1 200 mm×1 800 mm（容积约为2 m3），内部填料为脱脂棉。 工作流速小于5 m3/h，通过母液吸附过滤塔Ⅰ后的碳酸氢铵母液，透光率大于99.8%（420 nm）。

6）母液吸附过滤塔Ⅱ。 母液吸附过滤塔Ⅱ用于除去碳酸氢铵母液中的重金属等杂质。 设母液吸附过滤塔Ⅱ1 台， 材质为食品级304 不锈钢， 尺寸为φ1 200 mm×1 800 mm（容积约为2 m3），内部填料为活性炭和螯合树脂。 工作流速小于5 m3/h，通过母液吸附过滤塔Ⅱ后的碳酸氢铵母液， 高价金属离子含量小于0.1×10-6。

母液随着循环次数的增加， 亚硝酸根和氰化物含量也会上升。 控制循环母液中亚硝酸盐质量浓度小于30 mg/L，氰化物质量浓度小于2 mg/L，因此需要定期定量将该母液作为烟气脱硝剂。

7）母液贮槽。 母液贮槽用于碳酸氢铵母液的中转贮存。 设母液贮槽1 只， 材质为食品级304 不锈钢，尺寸为φ3 200 mm×6 000 mm（容积约为48 m3）。

8）尾气吸收系统。 尾气吸收系统用于吸收处理生产过程中产生的氨气，减少氨气对环境的影响。设尾气吸收系统1 套（含二级喷淋吸收塔、引风机、酸循环泵、旋风分离器、硫酸贮槽和尾气收集管道），引风机规格为10 000 m3/h，功率为7.5 kW；喷淋吸收塔规格为φ2 000 mm×8 000 mm（直筒部分）；酸循环泵2 台，流量为30 m3/h，功率为5.5 kW。尾气通过二级酸喷淋吸收， 控制二级喷淋液酸度不小于0.01%（pH 不呈碱性），二级喷淋塔排空气体氨含量小于5 mg/m3。

4 调试运行结果

该工程经调试连续运行。 2017 年1 月至2017年12 月监测结果表明，该系统运行正常，运行结果见表1。

表1 碳酸氢铵提纯前后检测结果及食品添加剂碳酸氢铵国家标准

从2017 年全年的试运行监测结果可以看出，采用打浆洗涤、离心分离、气流干燥、母液除油除添加剂以及循环套用等一系列操作， 获得的碳酸氢铵各项指标优于食品添加剂国家标准要求。 同时根据实际情况，增加亚硝酸盐和氰化物两项指标，要求严于国标参考值。

5 经济性分析

工程总投资约为300 万元，其中设备投资220 万元、安装调试费80 万元。 运行费用及效益分析以生产1 t 碳酸氢铵来计算，具体对比见表2。

表2 经济效益分析

采用本工艺技术生产食品添加剂级碳酸氢铵，经济效益显著，按照年产1 万t 计，毛利润达613.9 万元。

6 结论

1）工业级碳酸氢铵通过打浆洗涤+离心分离+气流干燥的工艺， 可生产出符合食品添加剂质量要求的碳酸氢铵，产品收率可达92.5%，质量远优于国家标准；2）打浆洗涤母液通过脱脂棉过滤吸附和活性炭螯合树脂除杂，除去磺酸盐类防结块剂、氰化物及高价金属离子，然后再进行循环使用，这样可显著减少碳酸氢铵损耗、降低处理成本、减轻由于母液排放给环境造成的影响；3）该技术可扩大工业碳酸氢铵的使用范围， 提高工业碳酸氢铵生产和使用企业的经济效益；4）该技术具有工艺简单、投资小、质量优、成本低和无三废污染等优点，循环套用多次后的碳酸氢铵母液可作为锅炉烟气脱硝剂进行综合利用，解决了母液的处置难题。