一种含氨尾气防堵塞净化装置及方法与流程

1.本发明属于尾气处理技术领域，涉及一种含氨尾气防堵塞净化装置及方法。


背景技术：

2.传统煤化工中，原料煤大多需经过气化、冷却、净化、变换等过程才能生产出符合比例要求的合成气，进而可以转化为所需的目标产品，如尿素、乙二醇、甲醇等。原料煤中氨含量一般为0.6～1.2wt％，在气化过程中约15％转化为nh3，含氨煤气虽然已经过高温水洗净化处理，但是在后续降温减压过程中不可避免还会有碳铵析出，造成管路堵塞。尿素、脲类等煤基化学品为精细化工领域常用羰化反应料，羰化反应过程高温高压，会有氨气生成，在氨气降温减压过程中会存在碳铵析出堵塞管路的问题。
3.当前含氨废气的处理原则为提升温度和水喷淋，常见的方法包括高温高压水喷淋法和减压后氨气水喷淋法，即前者喷淋装置需要较高的压力，喷淋后的装置内水温较高，导致氨气净化程度低，喷淋后气相管路存在潜在的堵塞现象，管道需定期处理堵塞物；后者为防止减压过程中因节流膨胀温度骤降导致的管路堵塞，要求含氨尾气具有较高的温度。
4.cn 111482059a公开了一种含氨尾气的处理方法和含氨尾气处理系统，所述处理方法包括：将含氨尾气通入一级氨吸收塔采用喷淋氨水进行循环喷淋，以得到一级氨水和一级含氨尾气；将得到的一级含氨尾气通入二级氨吸收塔且在二级氨吸收塔内采用无盐水进行循环喷淋，以得到二级氨水和二级含氨尾气；将得到的二级含氨尾气通入喷淋塔且在喷淋塔中用酸液进行喷淋，以得到相应的铵盐溶液；该方法中需要使用多级吸收塔以及喷淋塔进行含氨尾气的处理，处理工艺及装置较为复杂，且同样存在碳铵析出的问题。
5.cn 201384920y公开了一种含氨尾气吸收装置，该装置包括吸收液箱、吸收塔和喷淋泵，所述吸收塔包括进气口、填料层、多孔分布板和喷淋器，所述进气口设置于所述吸收塔下部塔壁上，所述填料层设置于吸收塔内腔顶端，所述多孔分布板设置于所述填料层下方，所述多孔分布板下方设置有喷淋器，所述喷淋器通过管路与所述喷淋泵出口相连，所述喷淋泵的进口与所述吸收液箱相连，所述吸收液箱位于所述吸收塔的底端，并与所述吸收塔出口相连通，所述吸收液箱下部设置有出料孔；该装置只是简要介绍了吸收塔的内部结构，并未对各组件结构或组装进行明显改进，含氨尾气的吸收同样存在降温后碳铵颗粒堵塞的问题。
6.因此，开发一种含氨尾气防堵塞控制装置及方法，既能实现尾气中氨的高效吸收，又能避免管路中碳铵的堵塞问题，对煤化工及下游应用领域安全生产和环保均有重要意义。


技术实现要素：

7.为解决现有技术中含氨废气的净化效果差及净化后尾气管路潜在的堵塞、投资大和净化效果差的问题，本发明的目的在于提供一种含氨尾气防堵塞净化装置及方法，所述装置通过结构分区设置，并采用含氨尾气温度、压力分级调节的方法，实现废气中氨的高效
脱除，且可避免管路中碳铵的堵塞问题。
8.为达此目的，本发明采用以下技术方案：
9.一方面，本发明提供了一种含氨尾气防堵塞净化装置，所述装置分为上下两部分，上部为喷淋区，下部为吸收区，所述喷淋区中自上而下设有喷淋头和折流挡板，所述吸收区自上而下设有换热器和含氨尾气进料口。
10.以下作为本发明优选的技术方案，但不作为本发明提供的技术方案的限制，通过以下技术方案，可以更好地达到和实现本发明的技术目的和有益效果。
11.本发明中，所述净化装置的整体结构上包括喷淋区和吸收区两部分，含氨尾气进入下部的吸收区后与喷淋液逆流接触进行初步吸收，含氨尾气上升过程中同时进行换热降温，然后进入喷淋区，在折流挡板等组件作用下与喷淋液充分接触并深度吸收，从而实现含氨尾气中氨的高效脱除，同时换热器的设置也能够有效避免碳铵的生成以及可能造成的管路堵塞，增加装置的运行周期；所述净化装置结构简单，组装方便，设备成本较低，可适用范围较广。
12.作为本发明优选的技术方案，所述装置整体呈立式罐体结构。
13.优选地，所述喷淋头整体呈圆形，所述喷淋头上开孔。
14.优选地，所述喷淋头上的开孔由中心向边缘方向孔径逐渐增大。
15.优选地，所述喷淋头上的开孔中，最小孔径不小于1mm，最大孔径不大于5mm，例如1mm、1.5mm、2mm、2.5mm、3mm、3.5mm、4mm、4.5mm或5mm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
16.优选地，所述折流挡板为环形挡板，边缘与装置内壁接触固定，中间为空心结构。
17.优选地，所述喷淋头、折流挡板和装置罐体的中心轴重合。
18.优选地，所述喷淋头的外缘直径大于环形挡板内腔的直径。
19.优选地，所述喷淋头与折流挡板的竖直间距不小于200mm，例如200mm、210mm、220mm、230mm、240mm、250mm、270mm或300mm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
20.优选地，所述喷淋头的外缘直径至少比环形挡板内腔直径大100mm，例如100mm、110mm、120mm、130mm、140mm或150mm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
21.本发明中，所述喷淋头和折流挡板位置关系的设置，可以有效控制喷淋液的流向、停留时间以及与待吸收气体的接触面积等，有助于含氨尾气中氨的吸收。
22.作为本发明优选的技术方案，所述换热器包括管式换热器。
23.优选地，所述换热器的上下管板固定于装置内壁上。
24.优选地，所述含氨尾气进料口包括一支总管以及由总管分出的多支分管，所述多支分管的出口分别对应换热器的换热管口。
25.优选地，含氨尾气和喷淋液经过换热器的管程。
26.优选地，所述换热器中换热管的长度至少为0.5m，例如0.5m、0.6m、0.7m、0.8m、0.9m或1m等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
27.优选地，所述含氨尾气进料分管的出口段呈锥形结构，所述进料分管向换热管延伸至少1cm，例如1cm、1.2cm、1.5cm、1.6cm、1.8cm、2cm或2.5cm等，但并不仅限于所列举的数
值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
28.优选地，所述换热管的直径不小于所述含氨尾气进料分管的锥形出口的直径。
29.作为本发明优选的技术方案，所述装置的顶部设有净化尾气出口，底部设有吸收液出口。
30.优选地，所述装置上还设有氮气进口。
31.优选地，所述含氨尾气的进料管路上依次设有温度检测器、第一控制阀、第一压力检测器和防倒吸装置，所述进料管路的末端连接至含氨尾气进料总管。
32.优选地，所述氮气的进料管路上依次设有第二控制阀和第二压力检测器。
33.作为本发明优选的技术方案，所述装置还包括冷却器，所述吸收液出口连接至冷却器的入口，所述冷却器的出口连接至喷淋头的入口。
34.优选地，所述吸收液出口和冷却器入口之间还设有循环泵。
35.另一方面，本发明提供了一种采用上述装置进行含氨尾气净化的方法，所述方法包括以下步骤：
36.(1)控制含氨尾气的温度、压力进入所述装置，喷淋液从喷淋头进入，含氨尾气在换热器中与高温喷淋液初次接触，进行初步吸收；
37.(2)经步骤(1)初步吸收后的含氨尾气在换热器上方与低温喷淋液再次接触，进一步吸收；
38.(3)经步骤(2)进一步吸收后的含氨尾气经折流后与初始喷淋液接触深度吸收，得到净化尾气。
39.作为本发明优选的技术方案，当步骤(1)所述含氨尾气中氨的体积分数不小于60％时，例如60％、65％、70％、75％或80％等，氨分压不小于1.7mpag，例如1.7mpag、1.8mpag、1.9mpag、2mpag、2.1mpag、2.0mpag或2.4mpag等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
40.优选地，所述含氨尾气控制压力后减压至氨分压为1.5～1.6mpag，例如1.5mpag、1.52mpag、1.54mpag、1.56mpag、1.58mpag或1.6mpag等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
41.优选地，当步骤(1)所述含氨尾气中氨的体积分数不大于20％时，例如20％、18％、16％、15％、14％、12％、10％或8％等，氨气分压不大于1.5mpag，例如1.5mpag、1.4mpag、1.2mpag、1.0mpag、0.8mpag、0.5mpag或0.3mpag等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为0.5～1.5mpag。
42.优选地，步骤(1)所述含氨尾气控制压力后减压至原来的1/5～1/2，例如1/5、1/4、3/10、1/3、2/5、9/20或1/2等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
43.本发明中，当含氨尾气中的氨呈现出液态，一般废气中氨浓度较高或废气中氨分压较高，减压后压力应≥液氨相应温度饱和蒸气压，其中当废气中氨浓度较高时，优选≥60％，而废气中氨分压较高时，优选≥1.7mpag，废气减压后氨分压≥1.5mpag，优选1.5～1.6mpag。
44.当含氨尾气中氨呈现气态，一般废气中氨浓度较低，则要求装置尾气温度≥60℃，当废气中氨浓度较低，优选≤20％；当废气中氨分压较低，优选≥0.5mpag，含氨废气进口氨
分压减压至1/2或更低，尾气出口减压至常压排放。
45.作为本发明优选的技术方案，步骤(1)所述装置中还通入氮气。
46.优选地，所述氮气气源的压力比含氨尾气减压后的压力至少大0.2mpa，例如0.2mpa、0.25mpa、0.3mpa、0.35mpa或0.4mpa等，氮气减压后比含氨尾气减压后的压力低0～0.2mpa，例如0、0.05mpa、0.1mpa、0.15mpa或0.2mpa等，其中取0时即表示两者的压力相同。
47.本发明中，氮气气源压力≥含氨尾气调节阀节后压力+0.2mpa，可防止初始开车时或不稳定工况下碳铵堵塞现象，减压后的氮气同时起到稳定净化装置的压力，使装置连续稳定运行的作用。
48.作为本发明优选的技术方案，步骤(1)所述喷淋液包括水和/或酸液，优选为水。
49.优选地，步骤(1)所述换热器壳程流体包括循环水、冷冻水或盐水中任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：循环水和冷冻水的组合，冷冻水和盐水的组合，循环水、冷冻水和盐水的组合等。
50.本发明中，含氨尾气被喷淋液吸收时放热，需要换热器壳程的冷却介质冷却。
51.作为本发明优选的技术方案，步骤(1)含氨尾气吸收过程中同时进行换热，喷淋液进入换热器前温度不大于40℃，例如40℃、35℃、30℃、25℃、20℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为20～30℃。
52.优选地，所述喷淋液进入换热器，经过换热器后成为高温喷淋液，温度不小于40℃，例如40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、65℃或70℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为50～70℃。
53.优选地，所述喷淋液吸收氨气后得到吸收液，所述吸收液返回作为喷淋液循环使用。
54.本发明中，所述换热器的管程中上部为冷端，为保证吸收效率，应控制温度≤40℃，下部为热端，热量主要来自氨气吸收放热维持，控制温度≥40℃，可以有效防止碳铵析出堵塞管路或者附着在管路内壁。
55.优选地，步骤(3)所述净化尾气调节压力至常压后排出。
56.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
57.(1)本发明所述装置通过喷淋区和吸收区的结构划区，并采用含氨尾气温度、压力分级调节的方法，实现废气中氨的高效脱除，脱除率高达99.9％，且可避免管路中碳铵的堵塞问题，连续运转无堵塞时间达到3000h以上；
58.(2)本发明所述装置结构及净化方法简单，易于操作，投资低，运行稳定。
附图说明
59.图1是本发明实施例1提供的含氨尾气防堵塞净化装置的结构示意图；
60.其中，1-防倒吸装置，2-换热器，3-含氨尾气进料分管，4-循环泵，5-冷却器，6-折流挡板，7-喷淋头。
具体实施方式
61.为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，下面对本发明进一步详细说明。但下述的实施例仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发
明保护范围以权利要求书为准。
62.本发明具体实施方式部分提供了一种含氨尾气防堵塞净化装置及方法，所述装置分为上下两部分，上部为喷淋区，下部为吸收区，所述喷淋区中自上而下设有喷淋头7和折流挡板6，所述吸收区自上而下设有换热器2和含氨尾气进料口。
63.以下为本发明典型但非限制性实施例：
64.实施例1：
65.本实施例提供了一种含氨尾气防堵塞净化装置，所述装置的结构示意图如图1所示，分为上下两部分，上部为喷淋区，下部为吸收区，所述喷淋区中自上而下设有喷淋头7和折流挡板6，所述吸收区自上而下设有换热器2和含氨尾气进料口。
66.所述装置整体呈立式罐体结构。
67.所述喷淋头7整体呈圆形，所述喷淋头7上开孔；所述喷淋头7上的开孔由中心向边缘方向孔径逐渐增大；所述喷淋头7上的开孔中，最小孔径为1mm，最大孔径为5mm。
68.所述折流挡板6为环形挡板，边缘与装置内壁接触固定，中间为空心结构。
69.所述喷淋头7、折流挡板6和装置罐体的中心轴重合。
70.所述喷淋头7的外缘直径比环形挡板6内腔的直径大100mm。
71.所述喷淋头7与折流挡板6的竖直间距为200mm。
72.所述换热器2包括管式换热器；所述换热器2的上下管板固定于装置内壁上。
73.所述含氨尾气进料口包括一支含氨尾气进料总管以及由总管分出的多支含氨尾气进料分管3，所述多支分管的出口分别对应换热器2的换热管口。
74.含氨尾气和喷淋液经过换热器2的管程。
75.所述换热器2中换热管的长度为0.5m。
76.所述含氨尾气进料分管3的出口段呈锥形结构，所述进料分管向换热管延伸1cm。
77.所述装置的顶部设有净化尾气出口，底部设有吸收液出口。
78.所述装置上还设有氮气进口。
79.所述含氨尾气的进料管路上依次设有温度检测器、第一控制阀、第一压力检测器和防倒吸装置1，所述进料管路的末端连接至含氨尾气进料总管。
80.所述氮气的进料管路上依次设有第二控制阀和第二压力检测器。
81.所述装置还包括冷却器5，所述吸收液出口连接至冷却器5的入口，所述冷却器5的出口连接至喷淋头7的入口。
82.所述吸收液出口和冷却器5入口之间还设有循环泵4。
83.实施例2：
84.本实施例提供了一种含氨尾气防堵塞净化装置，所述装置分为上下两部分，上部为喷淋区，下部为吸收区，所述喷淋区中自上而下设有喷淋头7和折流挡板6，所述吸收区自上而下设有换热器2和含氨尾气进料口。
85.所述装置整体呈立式罐体结构。
86.所述喷淋头7整体呈圆形，所述喷淋头7上开孔；所述喷淋头7上的开孔由中心向边缘方向孔径逐渐增大；所述喷淋头7上的开孔中，最小孔径为1.5mm，最大孔径为4.5mm。
87.所述折流挡板6为环形挡板，边缘与装置内壁接触固定，中间为空心结构。
88.所述喷淋头7、折流挡板6和装置罐体的中心轴重合。
89.所述喷淋头7的外缘直径比环形挡板6内腔的直径大150mm。
90.所述喷淋头7与折流挡板6的竖直间距为250mm。
91.所述换热器2包括管式换热器；所述换热器2的上下管板固定于装置内壁上。
92.所述含氨尾气进料口包括一支含氨尾气进料总管以及由总管分出的多支含氨尾气进料分管3，所述多支分管的出口分别对应换热器2的换热管口。
93.含氨尾气和喷淋液经过换热器2的管程。
94.所述换热器2中换热管的长度为0.75m。
95.所述含氨尾气进料分管3的出口段呈锥形结构，所述进料分管向换热管延伸1.5cm。
96.所述装置的顶部设有净化尾气出口，底部设有吸收液出口。
97.所述装置上还设有氮气进口。
98.所述含氨尾气的进料管路上依次设有温度检测器、第一控制阀、第一压力检测器和防倒吸装置1，所述进料管路的末端连接至含氨尾气进料总管。
99.所述氮气的进料管路上依次设有第二控制阀和第二压力检测器。
100.所述装置还包括冷却器5，所述吸收液出口连接至冷却器5的入口，所述冷却器5的出口连接至喷淋头7的入口。
101.所述吸收液出口和冷却器5入口之间还设有循环泵4。
102.实施例3：
103.本实施例提供了一种含氨尾气防堵塞净化方法，所述方法采用实施例1中的装置进行，包括以下步骤：
104.(1)将温度为60℃、压力为5mpag的含氨尾气减压至1.5mpag，所述含氨尾气的流量为100nm3/h，其中氨含量为90％，经含氨尾气进料分管3喷入换热器2管内，喷淋液从喷淋头7进入，含氨尾气在换热器2中与高温喷淋液初次接触，进行初步吸收并换热，换热器2下部吸收温度为55℃，上部吸收温度为40℃；
105.(2)经步骤(1)初步吸收后的含氨尾气在换热器2上方与折流挡板6和换热器2之间的喷淋液再次接触，进一步吸收，然后经折流后与初始喷淋液接触深度吸收，得到净化尾气；
106.其中，上述步骤中所述净化装置内还通入氮气，罐内压力维持在1.4mpag；所述换热器2为管式换热器，其壳程流体为循环水，喷淋液形成的氨水经净化装置底部的循环泵4，部分作为产品氨水采出，氨水产量为375kg/h，部分循环与新鲜水汇聚进入喷淋头7，新鲜水补充量375kg/h。
107.本实施例中，根据净化尾气的检测，计算可知氨脱除率达到99.9％，该装置连续运行3500h而不造成堵塞。
108.实施例4：
109.本实施例提供了一种含氨尾气防堵塞净化方法，所述方法采用实施例1中的装置进行，包括以下步骤：
110.(1)将温度为80℃、压力为0.5mpag的含氨尾气减压至0.25mpag，所述含氨尾气的流量为50nm3/h，其中氨含量为5％，经含氨尾气进料分管3喷入换热器2管内，喷淋液从喷淋头7进入，含氨尾气在换热器2中与高温喷淋液初次接触，进行初步吸收并换热，换热器2下
部吸收温度为45℃，上部吸收温度为35℃；
111.(2)经步骤(1)初步吸收后的含氨尾气在换热器2上方与折流挡板6和换热器2之间的喷淋液再次接触，进一步吸收，然后经折流后与初始喷淋液接触深度吸收，得到净化尾气；
112.其中，上述步骤中所述净化装置内还通入氮气，罐内压力维持在0.25mpag；所述换热器2为管式换热器，其壳程流体为循环水，喷淋液形成的氨水经净化装置底部的循环泵4，部分作为产品氨水采出，氨水产量为223kg/h，部分循环与新鲜水汇聚进入喷淋头7，新鲜水补充量185kg/h。
113.本实施例中，根据净化尾气的检测，计算可知氨脱除率达到99.9％，该装置连续运行3000h而不造成堵塞。
114.实施例5：
115.本实施例提供了一种含氨尾气防堵塞净化方法，所述方法采用实施例2中的装置进行，包括以下步骤：
116.(1)将温度为50℃、压力为6mpag的含氨尾气减压至1.6mpag，所述含氨尾气的流量为80nm3/h，其中氨含量为80％，经含氨尾气进料分管3喷入换热器2管内，喷淋液从喷淋头7进入，含氨尾气在换热器2中与高温喷淋液初次接触，进行初步吸收并换热，换热器2下部吸收温度为50℃，上部吸收温度为38℃；
117.(2)经步骤(1)初步吸收后的含氨尾气在换热器2上方与折流挡板6和换热器2之间的喷淋液再次接触，进一步吸收，然后经折流后与初始喷淋液接触深度吸收，得到净化尾气；
118.其中，上述步骤中所述净化装置内还通入氮气，罐内压力维持在1.4mpag；所述换热器2为管式换热器，其壳程流体为盐水，喷淋液形成的氨水经净化装置底部的循环泵4，部分作为产品氨水采出，氨水产量为360kg/h，部分循环与新鲜水汇聚进入喷淋头7，新鲜水补充量300kg/h。
119.本实施例中，根据净化尾气的检测，计算可知氨脱除率达到99.9％，该装置连续运行3300h而不造成堵塞。
120.对比例1：
121.本对比例采用工业上减压后氨气水喷淋法来处理含氨废气，含氨尾气组成、进料量、压力、温度与实施例5相同，减压后进入喷淋水洗塔，可得到净化气，其中洗涤温度控制在≤40℃。
122.本对比例中，根据净化尾气的检测，计算可知氨脱除率仅为95％，该装置只能连续运行500h。
123.综合上述实施例和对比例可以看出，本发明所述装置通过喷淋区和吸收区的结构划区，并采用含氨尾气温度、压力分级调节的方法，实现废气中氨的高效脱除，脱除率高达99.9％，且可避免管路中碳铵的堵塞问题，连续运转无堵塞时间达到3000h以上；所述装置结构及净化方法简单，易于操作，投资低，运行稳定。
124.申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细装置与方法，但本发明并不局限于上述详细装置与方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细装置与方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明装置的等效替换及
辅助装置的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。