[发明专利]一种超重力非平衡选择性吸收三聚氰胺尾气中氨的方法和装置

说明书

本发明公开了一种超重力非平衡选择性吸收三聚氰胺尾气中氨的方法和装置，三聚氰胺尾气在超重力旋转填料床中被吸收液选择性吸收，大量氨气在吸收液中富集，从出液口排出；吸收后含有部分氨气和二氧化碳的尾气从出气口排出，尾气中氨气和二氧化碳的摩尔比≤2:1。本发明采用超重力进行非平衡选择性吸收，突破了工艺路线繁琐、产品利用率低的劣势，实现了高效快速与液体混合，提供了一个快速吸收的环境。

技术领域

本发明涉及一种超重力非平衡选择性吸收三聚氰胺尾气中氨的方法和装置，属于尾气处理技术领域。

背景技术

目前我国已建或在建的三聚氰胺工程，基本上是常、低压尿素分解法生产装置，由于尿素利用率仅有30％左右，其余的尿素原料被分解为氨气与二氧化碳，而且在尿素合成三聚氰胺的生产过程中，要求整个系统处于氨的氛围以防止副产物形成，所以工业生产过程中存在大量含有氨和二氧化碳的混合尾气，尾气中氨的含量较高，范围一般为（2.2~2.4）∶1（mol比），依据二者之比可以联产尿素（2.0∶1）或碳酸铵，也可以联产碳酸氢铵（1:1），但实际尾气与联产下游产品的比例不一定相符，一般氨的含量都大于2.0∶1，因而需要将过量氨回收才能满足联产要求。据经济核算可知，三聚氰胺工艺中副产的尾气占其生产成本的10％以上，如果不加以处理回收，不仅对环境造成污染，也浪费了大量资源。

对于尾气的回收利用，主要采用水溶液循环吸收法，吸收原理分为平衡吸收原理和非平衡吸收原理。平衡吸收的过程中，由于吸收时间长，在物理吸收的过程中同时发生化学吸收，生成一系列碳酸铵盐或甲铵，造成管道堵塞，影响生产的正常进行。非平衡吸收的基本原理是通过缩短气液接触时间，在氨碳混合气的分离过程中优先选择吸收氨，少吸收或不吸收二氧化碳。

在常温、常压条件下，CO₂平衡溶解度为0.463m³/m³，NH₃平衡溶解度为303m³/m³，NH₃在水中的溶解度是CO₂的600多倍。并且NH₃在水中的吸收速率很快，属气膜控制过程；CO₂溶于水时，由于其液膜阻力较高，属液膜控制过程。因此，氨和二氧化碳混合气在水中的吸收速率差异很大，在远离吸收平衡的条件下，氨和二氧化碳在水中的吸收速率差值约1 个数量级。即若氨、二氧化碳混合气体在高速喷射等气液接触时间极短的吸收条件下，氨在水中仍易溶解，二氧化碳则来不及溶解，这样气液两相在高速湍动态下形成吸收速率上的时间差，即可实现氨、二氧化碳的非平衡选择性吸收。

目前，采用非平衡吸收原理基本可以实现氨气和二氧化碳的完全分离。中国专利CN104117266 A公开了一种多级非平衡吸收方法分离NH₃和CO₂混合气体的装置及其分离工艺，其采用多个气液喷射吸收器进行多级吸收，吸收率达40%左右，后续通过尾吸塔、分氨塔、CO₂解析塔以及氨精馏塔对吸收液进行进一步分离处理。从经济效益及环保方面考虑，该工艺虽基本实现了吸收液中氨气和二氧化碳的完全分离，但仍有大量氨气和二氧化碳从排气口排出，不符合恶臭气体排放标准；另外该工艺流程存在涉及的装置众多、工艺路线复杂、能耗大、投资成本高等问题。

中国专利CN104142043 A公开了一种氨碳分离装置及其分离工艺，包括一级压缩系统、两级CO₂分离系统以及氨分离系统。该工艺通过选择性吸收CO₂，达到混合气分离效果。虽然该工艺在降低能耗、减少排放方面效果显著，但仍存在工艺流程长、投资成本高、二氧化碳利用率不足造成资源浪费等问题。中国专利CN104383786 A、中国专利CN108543394 A均采用高速喷射器达到气液接触时间短的效果，实现非平衡吸收。但设备多、流程长、投资高的问题仍难以解决。

对于三聚氰胺尾气的非平衡分离，应从经济效益和环保两方面考虑，一方面简化流程，降低成本；另一方面最大化地实现资源利用，分离程度与下游的应用相关联。因此，投资和运行成本低的非平衡尾气分离技术成为近年来企业亟待解决的关键问题。