[发明专利]一种超重力除氨装置及除氨方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种超重力除氨装置及使用方法，是一种氨气净化处理装置，属于工业处理氨设备的技术领域。

背景技术

氨气是一种氮氢化合物，是一种无色但有强烈刺激性气味的有毒气体，其极易溶于水，1体积水可以溶解700体积氨气，而且氨气溶于水时易与水发生化学反应生成一水合氨。氨气的沸点为-33.5摄氏度，易液化，工业上常常运用这一特性，以氨作为制冷工质。氨气中由于含有氮元素，广泛运用于制纯碱、硝酸、铵盐以及化肥等。

氨气爆炸极限为15.7～27.4％，其火灾危险性属于乙类2项物品。因此，氨气与空气或氧气混合会形成爆炸性混合物。氨气能侵袭湿皮肤、粘膜和眼睛，可引起严重咳嗽、支气管痉挛、急性肺水肿，甚至会造成失明和窒息死亡。目前国内外的氨气净化技术主要有：化学吸收，催化分解，催化有氧分解，生物降解，物理吸收，但都有其局限性。

氨化学吸收是利用氨的碱性使氨与酸性物质发生反应进而产生低附加值的氮肥，此方法回收的溶剂挥发性大，腐蚀性强，不易处理，而且不能回收利用气态氨，造成了资源浪费。

氨催化分解技术是在催化剂的作用下将氨气彻底分解为氮气和氢气，但目前存在的缺点在于，氨气的分解需在高温下进行。当温度低于900℃时，易发生催化剂的硫中毒或产生铵盐堵塞催化剂等现象，但当温度超过1200℃时，则会使催化剂蒸汽压过高而加快催化剂的流失，直接影响催化剂的使用寿命。氨分解反应放热量大，不易回收利用，造成氨催化分解耗能高，运行成本高，不适宜用于工业生产中。

氨催化有氧分解技术是在有氧的条件下将氨催化转化为氮气和水，分解反应在300℃就可以进行，完全消除了氨的危害，同时也不产生二次污染。但是该法处理的氨气浓度较低，不适宜较高浓度氨气的处理，否则需要提高温度，不但增加了能耗，而且会促使其他氮氨化合物的生成。目前氨催化有氧分解中催化活性组分的研究主要集中在贵金属和过渡金属氧化物上，贵金属催化剂一般对氨催化有氧分解具有较高的催化活性，反应温度在250℃到400℃，但贵金属催化剂对氮气的选择性较差，且催化有氧分解往往存在副反应，生成一氧化氮，造成二次污染，同时贵金属催化剂一般比较昂贵，限制其应用。过渡金属氧化物催化剂相对贵金属催化剂具有较高的氮气选择性，且价格便宜，但金属氧化物催化活性不高，反应温度偏高。因此，无论是单负载贵金属催化剂还是单负载过渡金属氧化物催化剂，都不能同时满足工业生产中对催化剂的诸多要求。

生物降解法是利用微生物的好氧厌氧过程，将氨气转化为微生物的营养源从而达到净化空气的目的，但工业生产中，所需净化的氨气气量大，而且氨气具有毒害性，而生物降解处理技术在生物菌种的耐毒性和降解效率上还不能满足工业生产中的需求。

氨的物理吸收是净化氨气最常见的技术，利用氨气极易溶于水的特性，以软水或稀氨水为吸收剂吸收氨气，得到低浓度氨水然后进一步蒸馏得到浓氨水，精馏为浓氨水，再经加压，冷凝制成液氨使用。在传统化学工艺中，吸收操作是一种重要的分离方法，影响其吸收的因素主要为氨气在水中的溶解度，其吸收效率主要决定于气相或液相与界面上氨气的浓度差，以及氨气从气相向液相传递的扩散效率。这种工艺的不足之处在于氨气与水反应过程中放出大量的热，导致温度急剧升高，阻止了氨气溶于水，使得液相水易于趋于饱和状态，因此，需要消耗大量的水。而且氨的回收利用率不高，吸收过程中产生大量稀氨水必须通过加热浓缩成20％的氨水才能应用，回收成本高，消耗大量能量。

《河南化工》中的《喷淋塔尾气除氨的实验研究》的论文介绍了通过喷淋吸收塔，以氨气、空气、稀硝酸溶液为实验物系，分别考察了喷淋密度、空塔气速、入口氨浓度、吸收液pH值及气液相温度对氨吸收率的影响。实验流程中吸收剂经循环泵以一定流量输送至吸收塔塔顶，并通过液体分布板均匀分布成小液滴后对气体进行喷淋，气液两相逆流接触传热传质，气相经塔顶旋风除雾后排空。此装置的喷淋由液体分布板均匀分布成小液滴，相较于广泛的填料塔，结构简单，能耗低。但其气液接触面积小，吸收氨气后的液相不能及时更新，传质效率低。