仲钨酸铵蒸发结晶氨尾气回收利用技术改造

刘恒嵩

（江西铜鼓有色冶金化工有限责任公司，江西 宜春 336299)

含氨废气主要来自工业生产以及农畜牧场的排放。氨气是具有刺激性气味的有毒性气体，是参与形成大气气溶胶的重要污染物之一，易与大气中的酸反应，并以硝酸按或硫酸按及其它钱盐形式沉积下来，进而导致土壤以及地表水的酸化或水体富营养化。因此，含氨废气的排放影响到生物健康以及生态平衡。因此探索一条经济可行的处理废水的方法尤为重要。

1 离子交换法生产APT的含氨废气处理现状

1.1 含氨废气影响及其排放标准

根据环保局发布的含氨废气排放标准（GB14554-93），具体要求如下表所示：

表1 氨气排放标准

1.2 含氨废气处理现状

由于不同工厂所排放的含氨废气量不同，因此就要求有不同的方法与之对应，现工业上常用到的方法有吸收法，生物法以及氧化法等。

1.2.1 吸收法

吸收法处理含氨废气就目前所掌握的资料可分为物理和化学两个方向。首先物理吸收法：采用低浓度氨水或软水来吸收含氨废气，吸收后所得到的含氨废水再经过提浓处理，使得其中的低浓度氨水变成高浓度氨水而得以回收利用。物理法虽然简单易行，但是后期的氨水提浓操作是制约该法发展的瓶颈，由于它存在能量消耗大，废水体积量大等缺点，目前已经被绝大多数企业所淘汰；其次是化学吸收法：相比于物理吸收法而言，化学吸收法则是采用硫酸或者其他酸性液体使废气中的氨转型为硫酸铵等氨肥，但是亦然没有解决废水量大的问题，这是吸收法的一个共同存在的问题。

1.2.2 生物法

改方法处理含氨废气，常以生物反应塔为反应容器，将废气通过装有微生物的反应塔，通过微生物将氨气降解，从而实现降氨的要求。

生物过滤法一次性可治理大量废气，适用于烟气大但氨量少的废气治理，其净化能力高，操作方便，且能反复利用，但反应塔体积较大，故需要占用的土地也较大，不适用与用地紧张的工厂来处理含氨废气。

李顺义等[1]以玉米芯为生物过滤塔的填充材料，得到95%以上净化含氨废气的效果。

1.2.3 氧化法

李宝荣[2]等研究设计了一种一体式催化氧化脱氨设备，不仅可以处理低浓度的含氨废气，而且对于高浓度的含氨废气净化能力也同样理想，但该方法所需的设备投资较大，许多企业只能是望而却步；徐晓华[3]等结合了前人研究的吸收法处理含氨废气的经验，研究开发了一种采用溶液吸收结合电化学氧化法处理废气的新方法，该方法所需主力设备投资较李宝荣等人设计的一体式氨废气处理设备更小，但是同样存在吸收后废水量较大的问题。

2 实验部分

2.1 实验原料

本实验原料来自于江西铜鼓有色冶金化工有限责任公司离子交换法生产仲钨酸铵蒸发结晶过程中产生的大量的氨尾气，主要成份是水蒸汽、氨气，夹带少量硫化铵与硫酸铵等。

2.2 实验方法步骤

①将蒸发结晶氨尾气用不锈钢高压离心风机不断从蒸发结晶锅抽离出来；②抽离出来的氨尾气进入到精馏塔中进行精密过滤；③经精密过滤后得到的尾气再通过不锈钢热交换器，使尾气的温度境地至35摄氏度；④降温后的尾气通入盐酸喷淋塔进行三级盐酸喷淋；⑤最后用碱性废水吸收硫化氢（H2S），废水达标排放。

2.3 离子交换法生产仲钨酸铵蒸发结晶氨尾气回收利用实验原理

钨冶炼离子交换法生产APT过程中，产生的废气主要是来自APT蒸发结晶时产生的大量氨尾气，主要成份是水蒸汽、氨气，夹带少量硫化铵与硫酸铵等。采用单锅蒸发结晶制备APT时，废气的产生具备如下特点：

（1）0小时～3小时内结晶废气的组成绝大部分为氨气，夹杂少量的水蒸气；

（2）3小时～结晶结束时产生的结晶废气的组成绝大部分是水蒸气，夹杂少量氨气。

根据这两个典型特点，本公司开发了第一代离子交换法生产仲钨酸铵蒸发结晶氨尾气处理工艺，即采用先期冷凝，后期用三级盐酸循环喷淋，再通过20米高烟筒外排。

随着实际生产的不断进行，第一代离子交换法生产仲钨酸铵蒸发结晶氨尾气处理工艺不断暴露出新的问题：

（1）先期冷凝回收的氨水无法直接返回离子交换主流程而被重新使用，特别是稀氨水，其氨浓度低且体积量大的缺点制约了整个离子交换工序的循环生产；

（2）回收后的氨水间歇式排放至废水池，没有有效的氨氮废水处理工艺，使得废水中的氨不断挥发扩散到空气当中，导致外排废水氨味极大，且废水呈碱性排放至河流等下水处，严重影响周边居民生活环境；

（3）冷凝器换热板容易被氨水腐蚀穿孔，致使冷凝效果变差甚至失去冷凝效果，而且用碱性生产废水喷淋，使得回收氨气效果差，外排废气氨味仍然较大，是影响周村居民生活环境的另一原因。

作者经过多年来不断努力探索实验，发明了第二代离子交换法生产仲钨酸铵蒸发结晶氨尾气处理工艺，即：离子交换法生产仲钨酸铵蒸发结晶氨尾气经过不锈钢高压离心风机不断从蒸发结晶锅抽离出来进入到精馏塔中进行精密过滤，使离子交换法生产仲钨酸铵蒸发结晶氨尾气中的大部分水蒸气被精滤除去。

同时将氨气进行浓缩处理以便得到浓缩氨尾气，精滤塔主要作用是浓缩、除硫；经过精滤塔精滤之后的氨尾气含水量降至较低水平，但是由于温度仍然较高（大约维持在60摄氏度以上），将不利于后续的盐酸喷淋吸收工序，为此，必须在精馏塔与盐酸喷淋吸收塔之间增设一个不锈钢热交换器，把浓缩氨尾气的温度降低至35摄氏度以下；而后经过不锈钢热交换器交换出去后的浓缩氨尾气还需要经过充氨塔充游离氨（NH3），再经盐酸吸收塔进行酸碱中和至pH约等于7，最后碱性废水吸收硫化氢，最终实现外排出气体的氨浓度≤ 25mg/m3）。

2.4 蒸发结晶氨尾气处理工业实验

2.4.1 精馏过程

本文研究了新的蒸发结晶氨尾气处理回收利用的工艺，改进后的蒸发结晶氨尾气处理工艺当中采用了更为先进的蒸馏工艺达到提浓的目的，同时还具有可以除硫的目的，通过这样的方式所回收的高浓度氯化铵溶液便可直接返回离子交换工艺配解吸剂。

精馏过程主要分为两个部分：精馏段和提馏段。下面分别对这两段部分进行一个简明扼要的说明。

精馏段：汽相中的重组分（难挥发组分）向液相（回流液）进行传递，而液相中的轻组分（易挥发组分）向汽相不断传递，从而完成上升蒸汽的精制，这就是精馏段的过程及作用；

提馏段：下降液体（包括回流液和料液中的液体部分）中的轻组分（易挥发组分）向汽相（回流）传递，而汽相中的重组分（难挥发组分）向液相传递，从而完成下降液体中重组分（难挥发组分）的提浓，这就是提馏段的过程及作用。

这样，就不难看出，精馏操作相比公司之前的简单蒸馏操作，无论是从分离提纯效果上看还是从操作环境上看都要更加先进，高效。它们之间的区别就在于（精馏和简单蒸馏的区别）：精馏操作能够实现汽相和液相之间的部分回流，使得易挥发组分（轻组分）与难挥发组分（重组分）之间的分离更为彻底，此为实现精馏过程的必要条件之一。

2.4.2 蒸发结晶尾气处理工业应用试验结果

从蒸发结晶锅当中出来的氨尾气经泵抽入精馏塔，经过反复的精馏和提馏之后，釜底放出的余液与其余高浓度氨氮废水混合处理；而塔顶放出的氨气首先经过不锈钢热转换器降温处理后，采用三级盐酸喷淋装置将氨气转型为氯化铵（NH4Cl）溶液，同时达到脱硫的目的。本课题对该类氨水进行了一系列的工业实验，控制不同的精馏塔进风口量、电机功率为、氨氮废气体积，获得了一系列的工业实验数据结果，数据表明，采用循环精馏操作对蒸发结晶氨氮废气进行转型处理，经过精馏塔的反复精馏和提馏之后，从精馏塔釜底放出的余液中氨浓度维持在1000～2000 mg/L左右，余液进入高浓度氨氮废水处理工序进行氨氮脱除；塔顶放出的氨气经盐酸喷淋后得到氯化铵（NH4Cl）溶液，其Cl-浓度维持在230～260 g/L，可直接返回离子交换系统配解吸剂使用。

3 结论

采用循环精馏操作对蒸发结晶氨氮废气进行转型处理，经过精馏塔的反复精馏和提馏之后，从精馏塔釜底放出的余液中氨浓度维持在1000～2000mg/L左右，余液进入高浓度氨氮废水处理工序进行氨氮脱除；塔顶放出的氨气经盐酸喷淋后得到氯化铵（NH4Cl）溶液，其Cl-浓度维持在230～260g/L，可直接返回离子交换系统配解吸剂使用。