氨气废气收集处理应用分析

盛明泽

(西安美兰德新材料有限责任公司，陕西 西安 710699)

0 引言

随着国家经济的快速发展，绿色环保要求的严格化，按照习近平总书记提出的可持续发展战略的工作方针及“绿水青山就是金山银山”的环保理念，各个行业工业生产对污染物及废弃物的排放愈加严格，为此公司安排专业技术人员攻关尾气处理工艺技术。公司主要生产加氢系列催化剂、脱硫剂、脱氯剂等系列净化剂。生产加氢系列催化剂主要采用浸渍工艺，以氨水作为溶剂，加入活性组分，以氧化铝作为载体生产加氢系列催化剂。生产过程中在多个工序环节的氨水挥发产生大量氨气废气，此类气体如果无组织排放即造成大气污染，危害员工健康安全，空气中过多的氨气会刺激上呼吸道，损害呼吸系统。为了响应国家环保政策，公司积极寻求解决对策，根据氨气物理及化学特性，寻求合理优化的处理方案，对氨气的排放进行回收利用。此工程方案通过集中收集、三级喷淋洗涤有效解决了氨气废气排放的问题，回收的氨气通过喷淋塔洗涤收集制成氨水，氨水比例达到使用要求可进行二次利用，降低了生产成本。

1 氨气废气产生及排气现状

氨气废气主要来自于：浸剂罐物料框(载体) 浸剂、物料(载体)晾干、物料(载体)放料、溶液罐排气、物料输送、烘箱、网袋窑焙烧活化排气等工艺正常生产时所产生，其主要成分为氨气，生产工艺产污环节如图1 所示。

图1 加氢系列催化剂生产工艺产污环节图

具体详述如下：

(1)首先，氨水作为溶剂溶解加氢系列催化剂的活性组分，配置成浸渍液待使用；将载体放入浸渍框，浸渍框缓慢下放至浸渍罐内，在浸渍罐内通入浸渍液，浸渍时间需5～6 h，因浸渍罐顶部为敞口，会产生一定量的氨气挥发。

(2)浸渍工序完成，将浸渍好的中间品放入烘干设施，进行一定时间的晾干，在放料和晾干过程中，载体中饱和吸收的氨气会挥发。

(3)烘干工序，将浸渍晾干后的中间品进入蒸汽热循环烘箱进行烘干，烘箱整体密封，有循环风进气口和循环尾气排放管道，烘箱工作温度为120 ℃，在此工况下，中间体内残存的未蒸发的氨气随着温度的升高挥发，从排气管道排出，尾气成分含大量挥发的氨气废气。

(4)烘箱温度自然降至50 ℃以下后，人工取出放至中间料仓，电葫芦提升并放入网带窑焙烧炉，焙烧炉采用天然气燃烧间接加热，焙烧时间4 h，焙烧温度500 ℃，最后得到催化剂成品。焙烧过程燃烧区域产生的废气和物料焙烧产生的废气分别从两处排气管道排出，天然气尾气经检测合格直接排放，焙烧产生的尾气含氨气，进入尾气处理设备。

(5)焙烧后的成品催化剂在炉内采用风冷冷却至50 ℃，热量可回收用于干燥箱烘干。焙烧窑温度降至50 ℃以下后，经网带窑自带的筛网过筛后，开启自动卸料设施，在出料口处进行卸料、包装，待检验合格后入库。

2 废气处理工艺流程及设备选型分析

2.1 废气氨气处理工艺流程

通过对生产工艺流程分析，考虑废气排放点多、位置分散、散排等特点。首先，在浸渍工序设置隔离间，将整个工序空间封闭，在隔离间顶部装散状集气罩，在侧墙安装辅助吸气口，将整个工序挥发产生的氨气收集到废气管道。对车间生产工艺研究、随访生产一线技术人员及生产工人经分析、阐述及安全性考虑，并结合生产工艺所排放废气的性能参数，对车间生产工艺所产生的氨气废气设计一套废气处理工艺，系统进行处理针对上述废气，设计时选用以下废气处理工艺进行处理，如图2 所示。

图2 氨气废气处理工艺流程图

2.2 设备选型分析

氨气废气处理工艺流程主要设备有：逆流式喷淋塔、风机、不锈钢管道、烟囱。

(1)喷淋塔：废气处理工艺流程关键设备。

①逆流式喷淋塔本体

型号：SQXLS-300 立式；

处理风量：30 000 m3/h；

本体耐压：10 000 Pa；

设备压损：800～1 000 Pa；

主体尺寸：φ2 450×H6 500 mm；

主体材质：SUS304×4 mm；

填料洗涤层：材质聚丙烯拉西环，可更换式；

除雾层：材质聚丙烯拉西环，去除10 μm 以上水雾效率99%以上，为可更换式；

喷嘴：SUS304 材质，120 度旋转式无堵塞型；

喷淋管路：SUS304 材质；

给排水及喷水管路：PVC 材质，泵入口设滤网等附属配件；

附属配件：填装卸料孔、过滤板等。

②循环水箱

型号：SQXXSS-300 立式；

处理量：1.5 m3/h；

主体尺寸：L1 300×W1 200×H850 mm；

主体材质：SUS304×4 mm；

自动浮球阀补水及配管：PVC 材质；

手动补水及手动排污管配管：PVC 材质；

给排水及喷水管路：PVC 材质，泵入口设滤网等附属配件；

附属配件：人孔、液位计、过滤板、压差计等。

③循环泵浦

型式：自吸式；

流量：800 L/min；

扬程：16 m；

马达：三级能效，7.5 kW/10HP；

泵头材质：FR-PP。

(2) 风机。

型号：皮带式或直接式离心风机；

材质：外壳 FRP 材质、底座支架材质 Q235B；

叶轮材质：FRP 材质；

风量：30 000 m3/h；

静压：3 400 Pa；

标准马达：55 kW/100 HP；

规格：380 V，3∮,50HZ,F 级绝缘，防护等级：IP54；

(3) 废气收集管道

材质：SUS304×1.5～2.0 mm；

尺寸：φ250 mm–φ900 mm ；

管件：弯头、三通、变径、方转圆等；

附件：法兰、焊条、密封垫、螺丝等；

(4) 排气烟囱

烟囱材质：SUS304 焊管×2.0 mm；

烟囱尺寸：φ900×25 M；

烟囱固定：靠墙固定；

固定方式：采用槽钢框架固定到厂房上，排气口设置简易避雷针及接地导线；

检测平台：Q235B 材质，含检测口；

附件：方转圆、大小头、防雨帽、法兰、简易避雷针等。

3 氨气废气处理系统工艺设计分析及原理概述

(1)氨气废气通过收集风罩在末端风机所产生的负压状态下，将氨气废气通过吸风罩经收集风管送至初级喷淋洗涤设备。

(2) 氨气废气处理喷淋塔是一种处理有害废气的环保设施，在行业内也被叫做废气吸收塔，填料塔，洗涤塔，旋流板塔，泡罩塔等，根据喷淋塔的设计形式也可以分为立式喷淋塔和卧式喷淋塔。喷淋塔工作原理是采用微分逆流接触式，即相容性原理。根据处理废气物理特性的不同，选择不同的洗涤吸收液。本环保处理方案即根据氨气易溶于水的物理特性，选择纯水作为吸收洗涤介质，进行废气的处理。氨气废气从洗涤段塔体下方进入洗涤塔底部，底部安装废气导流装置，使气体在底部均匀散开，在末端通风机的动力负压作用下，迅速充满洗涤塔下部空间，通过负压作用均匀上升。在洗涤塔下部装聚丙烯拉西环，增大废气与洗涤介质的接触时间和接触面积。在填料的表面上，氨气废气溶于纯水发生物理反应，反应生成物质为氨水，随吸收液流入下部贮液槽。未完全吸收去除的废气继续上升进入第一级喷淋吸收段。在一级喷淋段上部，纯水洗涤液从顶部的雾状喷嘴高速喷出，在上部洗涤空间形成雾状覆盖吸收层，与氨气废气充分混合接触，继续发生物理化学反应(氨气溶于水生成氨水)，然后未吸收的氨气废气从一级喷淋塔顶部排出，进入二级喷淋塔底部。二级喷淋、三级喷淋进行与一级喷淋类似的吸收过程。一级喷淋段洗涤吸收了部分的氨气废气，进入二级喷淋段后，根据二级喷淋段的废气的压力、调整洗涤介质喷液压力和流量，喷液压力不同，吸收气体浓度范围也有所不同。二级喷淋洗涤吸收完成进入三级喷淋段，三级喷淋段主要吸收二级喷淋为完全吸收的氨气废气。通过控制喷淋塔洗涤介质流速，增加洗涤介质在塔体内的滞留时间，使氨气废气同洗涤介质充分接触保证这一过程稳定。三级喷淋塔体的顶端是除雾装置，处理达标的尾气中所夹的吸收液雾滴在这里被清除下来，经过处理后的没有雾滴的尾气从喷淋塔上端经过排气管排出，通过离心风机后经过排气烟囱排入大气。洗涤塔可用于含有少量粉尘的氨气废气，粉尘在填料段随洗涤介质被冲刷至洗涤塔底部，定期清理沉积在底部的凝固物。简单来说喷淋塔的工作原理即氨气废气由风机通过负压收集引入洗涤塔，经过填料层，氨气废气与纯水洗涤介质进行气液两相充分接触吸收，废气经过洗涤净化后，再经三级喷淋塔顶部除雾板脱水除雾后达标排出。

(3) 氨气废气在经过初级喷淋洗涤设备时利用氨气易溶于水的物理化学特性将废气中的部分氨气去除。因考虑到氨气本身的物理化学性质易溶于水后易挥发，随着气流逃逸，结合工艺流程将吸收的废气氨气溶于水后回收利用，为达到更好的回收利用的目的，因此在本废气处理工艺中采用了初级、二级、深度三级喷淋洗涤的设计方案，以保证更高的回收效率。氨气废气在经过初级、中级、深度三级喷淋洗涤工艺后将洗涤液氨水进行回收利用。

(4)简单来说氨气吸收喷淋塔的工作原理即通过风管将多处排放的氨气废气由风管收集引入喷淋塔，氨气废气与吸收液进行气液两相充分接触吸收，经过三级喷淋吸收，废气经过净化后，再经三级喷淋顶端的除雾板脱水除雾后由风机及烟囱排入大气。

(5)粉尘废气处理净化后达到国家排放标准的废气在风机的牵引力作用下经过风机从排气烟囱进行高空排放。

(6)氨气废气在经过初级、二级、深度三级喷淋洗涤工艺后喷淋洗涤塔设备内的洗涤液变成一定浓度的氨水，可根据生产需求及实际情况进行氨水回收利用。

(7)废气氨气中含有一定比例分水气，收集风管管道根据管道长度，现场实际情况设计足够数量的排液口，以防管道积水。

4 运行工况分析

启动：第一步，检查氨气废气处理系统设备情况，循环水箱水位正常；第二步，启动喷淋塔循环水泵，检查喷淋塔运行工况；第三步，启动风机，系统启动。

运行：在运行过程中主要监控循环洗涤液的情况，每一级循环水箱都设有取样口，根据运行时间定期对循环水浓度进行检测，如浓度达到要求，通过手动排液阀将循环水箱内达到使用要求氨水输送至氨水存储罐。输送过程中注意水箱水位，防止喷淋塔缺水。水箱配备自动补水装置，检测水位过低，自动进行补水。喷淋塔风压尽可能保持在恒压值，通过调节循环水流量，达到一个最佳吸收工况。如风压过大，可能导致三级喷淋洗涤塔处理不完全，尾气排放不达标。

停机：第一步，检查各排污环节是否还有废气产生；第二步，关闭风机；第三步，待系统残余废气吸收后，关闭喷淋塔循环泵。

5 废气处理系统设施运行管理措施

(1)使用部门应正确使用废气处理设备，在废气处理设备的使用维修过程中，及时向废气处理设备的设计、制造单位反馈信息。实行废气处理设备全过程管理的重点和难点也正是废气处理设备制造单位与使用单位相结合的问题。当前，必须加强废气处理设备的宏观管理，培育和完善废气处理设备要素市场，为实现废气处理设备全过程管理创造良好的外部条件。

(2)维护与检修相结合是贯彻“预防为主”方针，保证氨气废气处理设备持续安全经济运行的重要措施。氨气废气处理系统设备维护关键设施是三级喷淋的日常维护及保养，加强对循环水泵的维护、检查监测、润滑可减少水泵的故障率，增加设备稳定运行时间，减小维修周期。在氨气废气处理设备检查和状态监测的基础上实施预防性检修，可及时恢复废气处理设备功能，同时又为废气处理设备的维护创造了良好条件，减少工作量，降低维修费用，延长废气处理设备使用寿命。

(3)修理、技术改造与设备更新相结合，提高企业技术装备素质，建立改造、废气处理设备更新改造的运行机制，及时改造更换损坏部件。

(4)施行专人管理制度。

(5)针对损坏和故障部分进行及时维修，以确保废气处理设备系统正常运行。

(6)严格遵守氨气尾气处理工艺技术规程、安全规程和岗位操作规程。

(7)在废气处理装置的日常运行管理中，除应严格遵守上述规程、制度外，还应注意以下7 个具体问题：

①氨气废气处理装置开始试运转后，首先根据风量大小、循环水大小调节各排污点的风阀阀门，将调节阀门根据风量固定并制定风量与风阀对比表。当某一工序环节排气点的工艺设备停止运转，无废气产生时，该排气罩也不应关闭，以避免风管内风压发生变化，扰动喷淋塔洗涤工况。

②按照尾气处理系统制定的操作规程，进行设备开车、运行、停车顺序，启闭设备，严禁违规操作。

③氨气尾气处理系统应在工艺运行前启动，在工艺设备停止运行，检测各排污点无污染物排除后再关闭，以防废气未处理扩散到大气中。

④运行过程中，记录好运行日志。运行日志内容包括设备运行情况与接班情况，设备的运行情况，主要包括运行状态、洗涤水循环情况、循环水含氨浓度、循环水更换情况，设备的异常停车时间和原因等，系统各设备发生故障时，应详细记录发生故障的原因，给检修人员提供参考性意见。

⑤加强设备的日常运维。日常维护的主要内容有：一级喷淋塔循环水底部粉尘的清理；集气管道内积液及粉尘清理；风机壳体维护；排气烟囱底部清扫口的清理。清扫孔、观察孔等处的漏风、调节好系统的供液量、风量和风压，排除一切可能产生故障的隐患。

⑥排气管道的清理维护。由于尾气含有粉尘及水气，在过长的水平段管道及管道弯头处容易粘附沉积粉尘，长时间的堆积会影响尾气输送及风压。必须定期安排专人清理管道，以保证尾气处理效果。

⑦加强设备的检修。设备维护检修人员应每月全面检查一次氨气处理设备设施，根据情况制定检修方案。

6 结语

本方案的氨气废气回收利用技术，采用负压管道收集，将浸渍工序、烘干工序、焙烧工序等产污环节产生的废气集中到废气收集管道，使用纯水作为洗涤介质，采用三级逆流式喷淋塔吸收处理，解决了在生产过程中废气排放问题，回收的氨气经洗涤塔吸收处理后，作为辅助原料氨水再次使用，经方案运行测算，回收利用产生的氨水所节约的费用远大于环保设备运行维护的费用。此应用方案解决了废气无组织排放，并对氨气进行二次回收利用，如运行效果良好，可实现氨水的多次循环利用。