酸溶液吸收处理氨气装置设计研究

宋晓光 吕绍泽 李健 韩志刚

【摘要】本文公开了一种用酸溶液吸收处理氨气的装置。该装置主要构件部分是泵体、箱体和回收箱，其中泵体是用于将酸溶液抽入到箱体;箱体用于酸溶液与氨气发生中和反应;回收箱用于处理反应后的废弃物。本装置结构简单，易于制造，对氨气的吸收效果好，有效提高了现有氨气处理技术的实用性。

【关键词】氨气;酸溶液;吸收

【DOI 编码】10.3969/j.issn. 1674-4977.2022.02.027

The Acid Solution Absorb and Treat Ammonia Device

SONG Xiao-guang，Lu Shao-ze;LI Jian;HAN Zhi-gang

（Fushun Institute of Technological Innovation，Fushun 113008，China）

Abstract：This paper discloses a device for absorbing and treating ammonia with acid solution. The main components of the device are pump body，box body and recovery box，in which the pump body is used to pump acid solution into the box body. The box is used for neutralization reaction between acid solution and ammonia. The recycling box is used to treat the waste after reaction. The device has the advantages of simple structure，easy manufacture，good absorption effect of ammonia，and effectively improves the practicability ofthe prior art.

Key words：ammonia gas;acid solution;absorb

1概述

氨氣，常温下为气体，无色有刺激性恶臭气味。在许多化工产品生产过程中都会排放大量氨气，不但会对环境造成污染，还会对人的身体健康产生危害，因此，做好氨气吸收处理十分重要。目前氨气吸收处理一般采用水喷淋法、吸附法、化学法、酸吸收法等。利用水喷淋对氨气进行吸收处理的效果有限，一般氨水的浓度只能达到15%～20%，处理少量氨气还好，若要吸收处理大量氨气就要耗费大量的水资源。吸附法是将氨分子浓缩于活性炭等固体吸附剂上，以此达到分离的目的。其设备简单，操作容易，有较好的处理效果，但所采用的活性炭需要定期更换，吸附容量有限。化学法是利用化学物质与氨气发生化学反应而使氨气被去除，该技术较成熟，运行稳定，但工艺需用水洗氨气，还需要分解装置，其投入和生产费用巨大。酸吸收法利用酸溶液对氨气进行吸收处理的效果较好，因为酸溶液吸收氨气后生成了化学性质比较稳定且溶解度比较大的复合物质，如硫酸铵。但是目前一般使用喷淋塔对氨气进行吸收处理成本过高。

2背景技术

目前，酸溶液吸收法去除氨气，并配制合成肥料等复合物质能够减少氨气对大气的二次污染，但现有技术中存在酸溶液与氨气反应不完全的情况，且多数装置忽视对氨气吸收效率及酸溶液补充更换节点的控制。现有一种氨气吸收处理装置（专利授权公告号CN 213725740 U）可以解决上述问题，该装置特点为：氨气在箱体内可以完全反应，保证排放气体达标;酸溶液从进入箱体开始，到氨气发生化学反应然后排放至回收箱，整个过程中进行酸碱度检测，保证氨气吸收率。整个处理流程没有其他废物产生，实现了氨气零排放。

3酸溶液吸收液处理氨气装置技术方案

3.1氨气吸收处理装置构造

本装置泵体的抽管与装有酸溶液的容器连通，另一端与箱体顶端连通;酸溶液与氨气进行混合的箱体，箱体内部的顶侧中端固定安装有隔板，酸碱度传感器固定安装在隔板左右两侧的底端;箱体正面的左上侧安装有显示屏（内置单片机），酸碱度传感器的数据输出端与单片机的数据输入端连接，单片机的信号输出端与显示屏的信号输入端连接。箱体外部的顶侧中端固定安装有转动电机，转动电机的电机轴活动贯穿箱体的顶侧至隔板的底侧，且轴头的两侧均固定安装有搅拌扇叶;箱体底端的左侧连通安装有电磁阀的排液管，排液管伸人到箱体支撑架下的回收箱;回收箱顶部的左侧贯穿连接安装有限位框的围板，围板内部的底端固定安装有滤网，起到过滤作用。处理装置的主要构造见图1。

3.2技术实现要素

该装置将氨气输送至装有酸溶液箱体内，使用箱体内扇叶旋转搅拌加快氨气与酸溶液反应速度，让其发生中和反应;使用酸碱度传感器监测溶液的pH值，按照设定的pH控制点控制电磁阀门开与关，适时进行酸溶液的排放与更换。因此，该装置能完全吸收氨气并合成需要的复合物质，工艺流程简单易操作，采用监控设备和防腐技术，保证装置的使用寿命和减少装置泄露对环境造成污染。

3.3氨气吸收处理工艺流程

本系统的氨气吸收原理是利用酸碱中和反应。使用时，泵体将酸溶液从存储罐中抽入到箱体，再将氨气通过进气管输送到箱体，启动转动电机，让扇叶转动搅拌以促进酸溶液的运动，使酸溶液与氨气充分反应，从而提高酸溶液对氨气的吸收效果。操作中需适当增加酸溶液浓度，因根据酸与氨的化学反应式，提高酸浓度有利于分解反应的进行。利用酸碱度传感器对箱体内的溶液进行酸碱浓度指数监测，时时记录pH 值。考虑到装置对氨气的吸收处理能力以及操作方便，要通过试验方式测定吸收pH值的控制点。当吸收液中酸离子含量降低到一定程度使pH值接近控制点时，需切断输送氨气人口阀门，终止进氨气。但旋转电机不停止，扇叶继续转动搅拌，让氨气完全发生中和反应。操作完成后，即可打开箱体底部电磁阀，将箱体内的混合溶液经过滤网排放到回收箱中，接着利用泵体补充箱体内的酸溶液，继续进行氨气的吸收处理即可。整个处理工艺流程见图2。

3.4试验确定pH控制点

试验仪器和检测仪器包括试管、玻璃容器、酒精灯、铁架台（带铁夹）、电子天平、pH计和氨气检测仪。氨气来源是采取实验室加热固体氯化铵与熟石灰的混合物，向下排空气法收集。验满方法是用湿润的红色石蕊试纸置于试管口，试纸变蓝色，或将蘸有浓盐酸的玻璃棒置于试管口有白烟产生。净化装置用碱石灰干燥。注意的是要在管口塞一团棉花球，减少NH₃与空气的对流速度，确保收集到纯净的NH₃。加热固体铵盐和碱的混合物反应方程式为：

2NH₄Cl+Ca（OH）₂=CaCl₂+2NH₃↑+2H₂O

将一定浓度的硫酸溶液置于玻璃容器内，在搅拌状态下从玻璃容器底部通入氨气，在加入氨气的同时用pH计对溶液进行pH值测定。将氨气检测器置于玻璃容器口，对混合溶液的氨气进行检测。根据试验结果，确定硫酸与氨气的饱和吸收容量和pH值控制点。硫酸作为吸收原料对氨气进行中和反应，吸收氨气效果高。硫酸和氨气反应方程式为：

2NH₃+H₂SO₄=（NH₄）₂SO₄

根据试验表明，酸性溶液可用于该装置，其他操作条件不变。

4酸溶液的选择

根据吸收理论，溶质吸收率越高，对返混量越敏感，返混所造成的危害越大。系统相平衡常数越大，返混引起的不良后果越严重;相反，当系统相平衡常数很小时，返混所产生的不良影响可以忽略。对于本工艺溶质氨吸收率要求在95%以上，吸收率较高，不适宜采用再循环吸收。同时由于氨的相平衡常数较大，采用再循环吸收不利于氨气的吸收，所以确定采用纯吸收剂吸收氨，以保证好的吸收效果。

尽量不要采用盐酸作为酸溶液，因为盐酸腐蚀性太大，而且生成的盐也不稳定，且混合后产生的氯化铵废液的处理是一个棘手的问题，处理不慎可能会导致氯化铵分解而带来二次污染。磷酸是一个比较不错的选择，混合后产生的磷酸铵废液稳定，而且也可以用来生产磷酸铵复合肥料，其后续处理不是大问题。选用硫酸吸收氨气也是一个很好的选择，混合后生成的硫酸铵是一种重要的肥料，在去除氨气的同时副产品可以重新投入使用。

5装置的特点

该设备工艺设计独特，根据工况合理输送酸溶液装填量，使酸溶液与氨气接触充分，处理彻底。防爆设计和安全节点监控，可以确保设备安全，满足化工生产场所的苛刻要求。采用电磁阀、酸碱度传感器、气动元件执行动作，系统自动化程度高，性能可靠。设备结构紧凑，占地面积小，操作方便，便于维护，配套工程投资少，最大的特点是节能环保，氨气吸收效率高，便于合成物质回收利用。

6装置的优化改造

结合该装置使用情况和投入经济分析，改进该装置所采用的技术既要先进也要可靠，要能够保证氨气进入箱体时稳定，实现对酸溶液与氨气反应吸收效率的有效控制，确保装置安全稳定运行。因此，改进的主要目标：一是在氨气存储和本系统连接处设置一台缓存罐。缓冲罐的作用是稳定氨气的供应，还可在泵出口处增设阀门，这样可以在前端管路调节流量，预防在小流量时喘振的发生。二是在现有工艺基础上集成PLC控制，根据酸碱传感器对pH值实时获取数据，监控酸溶液与氨气反应的效率，并设计有运行参数优化程序，实现加酸溶液、开闭氨氣源、增排混合溶液的检测与控制，提高自动化程度，降低装置消耗。三是为防止混合后的氨水挥发，还可以在回收箱末端接入一个酸洗塔，吸收挥发的氨气，从而达到环保要求。

【参考文献】

[1]秦福和.氨气吸收液[J].数字与缩微影像，2003（4）：31.

[2]薛俊红.浅谈环境空气中氨的来源及污染现状[J].山西科技，2017，32（1）：139-141.

[3]王柱祥，商恩霞，郭秀玲，等.化肥企业氨回收装置系统分析和解决方案[J].小氮肥，2006（5）：5-7.

[4]《空气和废气监测分析方法》编委会.空气和废气监测分析方法[M].北京：中国环境科学出版社，2003.

[5]张均村.浅析利用自动喷水系统控制氨气泄漏事故的设计及应用[J].泸天化科技，2013（2）：119-121.

[6]王益帆，郭海林，周帅鹏，等.喷雾粒度对氨气泄漏应急喷淋吸收效率的实验研究[J].科学技术与工程，2018，18（33）：230-236.

[7]王建伟.PLC技术在机电工程自动化中的运用分析[J].设备管理与维修，2019（19）：132-133.

[8]闫金鑫，白龙，付东辉，等.基于PLC和物联网的现代农业温室监控系统设计[J].科学技术创新，2021（20）：54-55.