摘 要：通过优化设计及集成分离技术，将高效规整填料及高效收集分布器塔内件应用于氨回收装置，可根据厂方的要求调整回收氨的浓度，排放废水中氨的浓度<50ppm，低于国家环保排放标准。整个项目投资费用半年即可全部回收。
关键词：含碳氨水，节能，三废处理
一．前言：
我国是一个农业大国，中小化肥生产企业遍布全国，经过多年的不断技术改造和创新发展，尽管小氮肥企业已经由70年代的顶峰时期的1600余家减少到目前的800余家，但是化肥产量却占我国化肥总产量的80%左右，中小氮肥企业仍然占据我国化肥企业的“半壁江山”。
中小氮肥厂由于历史的原因和本身条件的限制，虽然中小氮肥厂在我国的农业发展中作出过重大贡献，但同时也是我国企业生产中资源浪费较大，耗水量较大，对环境造成污染较大的行业。
1996年，加拿大国际开发署(CIDA)对中国的清洁生产提供资金支持，经过多方面的考查，最终选择了位于淮河流域的阜阳化工总厂作为中国化肥工业推行清洁生产的示范工厂。清洁生产的目的主要是减少水的消耗，有效地利用原材料和能源，循环利用物料，提高管理水平。
阜阳化工总厂其主要产品为碳铵和尿素，是一个典型的氮肥生产企业。在中加技术人员的帮助下，清洁生产分三步进行：第一步，加强管理，责任到人。第二步，废物的收集，所有的气体排放均至废气洗涤塔回收，循环洗液严格禁止排入下水道。第三步，新增回收装置对收集的废物进行处理，回收可利用的资源，废水达标排放。
阜阳化工总厂的含氨废水的来源主要有以下几个方面，母液槽气体中氨的排放，从包装工序中气体的排放，清洗液的排放，综合塔的排放，精炼排放液等。这5个排放源占了排放到大气及下水道中的氨的排放量的60%左右。经统计计算阜阳化工总厂相当于每年排入环境(大气或水中)的氨约4500吨/年。加上其他方面的氨的流失。如此大量的氨进入水中，造成水生物因缺氧而亡。同时氨的流失也意味着企业的效益损失。因为氨是化肥厂的主要最终产品及尿素的主要原料。根据中加双方技术小组的统计每年约为几百万人民币流失。
二．基本原理：
排放废水中的主要成份为NH3—CO2—H20，NH3—CO2—H20体系为一复杂体系，既存在化学反应，又存在气液平衡问题。
1．体系中的化学反应：
NH3—CO2—H20体系在液相中存在电离平衡反应，反应方程式如下：
NH3+ H20= NH4++ OH------------------------（1）
CO2+ H20=HCO3-+H+-------------------------（2）
HCO3- =CO32-+ H+-------------------------（3）
NH3+ HCO3-=NH2COO-+ H20--------------------（4）
电离平衡常数K与温度的关系由下式表示：
LnK=A1/T+A2LnT+A3T+A4--------------------(5)
方程式(5)中的常数如表(一)所示
表(一)
方程式
A1
A2
A3
A4
温度℃
(1)
-5914.082
-15.06399
-0.01100801
97.97152
0—175
(2)
-7726.010
-14.50613
-0.02798420
102.2755
0—225
(3)
-9137.258
-18.11192
-0.02245619
116.7371
0—225
(4)
604.1164
-4.017263
0.005030950
20.15214
0--160
2．体系中的气液相平衡关系：
活度系数表达式如下：
lgVNH3=(-1.077X2CO2+0.0839X2H2O+A0XCO2XH2O)/(XNH3-3.694 XCO2-2.887 XH2O)-------(6)
lgVH2O=(-0.00349 X2NH3+B0x2CO2+C0 XNH3 XCO2)/( XH2O –0.346XNH3 +1.28XCO2)------(7)
其中AH2OCO2，A0，B0，C0的计算公式如下：
A0=-0.3694 AH2OCO2-0.7382-----------------------------------(8)
B0=1.637 AH2OCO2--------------------------------------------(9)
C0=-0.2708 AH2OCO2+0.10934----------------------------------(10)
70--95℃ AH2OCO2=8.909-3143/T---------------------------------------(11)
95--130℃ AH2OCO2=14.705-5276/T--------------------------------------(12)
活度系数：
vi=(Zi/pi)(yi/xi)-----------------------------------------(13)
lg(ZH2OP/pH2O)=(1995/T)-4.140-------------------------------(14)
lg(ZNH3P/pNH3)=(923.8/T)-2.88-------------------------------(15)
yCO2=1-(yNH3+yH2O)-------------------------------------------(16)
符号说明：
v-------活度系数
Z-------逸度系数
P-------操作压力
Pi------组分分压
T-------操作温度
AH2OCO2，A0，B0，C0---------常数
将以上相平衡公式计算出的数据例于表（二）
表（二）NH3—CO2—H20的相平衡数据
将以上液相电离平衡关系式与气液相平衡关系式结合起来，对NH3—CO2—H20体系进行解吸计算，即可得出解吸塔的理论板数。
三．实施方案：
厂方根据实际废水收集情况，厂家生产情况，及环保要求，提出废水处理量为25m3/h，其中氨含量为3—5%，二氧化碳含量为1—2%，经过处理后，要求回收氨的浓度为>18%，排放废水中氨的浓度低于50ppm。
根据厂方提出的要求，我们应用化工流程模拟软件，进行详细的优化计算。为节省投资，权衡了处理量，产品质量，能耗三方关系。确定采用如下流程。
图(一) 工艺流程简图
流程说明：收集来的废水集中到原料槽，由泵送入预热器与塔釜排放的废水进行热交换，回收一部分排放废水中的余热，这是一个节能措施。预热后的物料进入解吸塔的中部，经过液体分布器均匀地经过填料流向塔釜，在填料表面与塔釜通入的蒸气进行气液传质，把液相中的氨和二氧化碳从塔顶赶出，达到回收氨的目的，同时塔釜废水中排放氨的浓度降到50ppm以下。塔顶气相氨，二氧化碳和一部分水在冷凝器中被冷却水冷凝为液体，流到中间槽，中间槽的液体一部分回流回解吸塔，以便控制塔顶产品的浓度，一部分作为氨水产品收集。
根据计算结果，选用高效的规整MSA填料，另外配置了一套液体收集分部器和气体分部器，并改进了液体的初始分部情况。
在操作控制工艺方面，选择恰当的操作条件，控制一定的压力和温度，冷凝器增加冷却水与水温双重控制，以防氨和二氧化碳形成碳胺结晶，堵塞设备和管道。
使用情况一览表见表（三）
序号
类别
使用结果
1
解吸塔数量（台）
1
2
塔规格（mm）
Φ1000x18000
3
塔型
MSA规整填料
4
塔内件
液体分布器，气体分布器
5
处理量（m3/h）
25
6
进料氨浓度（%）
3--5
7
回收氨水浓度（%）
>18
8
排放氨浓度ppm
<50
9
蒸汽压力（MPa）
0.6
10
蒸汽耗量（t/t氨）
8--9
11
全塔压降（mmH2O）
<1000
四．经济分析：
1．该塔处理能力25 m3/h，含氨4%的稀氨水，则每年可回收氨量：
25×(4%-0.0005%)×8000=8000t氨
以每吨氨1800元计算，则8000×1800=1440（万元）
2．蒸汽消耗：
每吨氨消耗蒸汽9吨，则：8000×9=72000吨蒸汽
每吨蒸汽费用为70元，则：72000×70=504（万元）
3．总经济效益：
1440-504=936万元
项目投资总额为150万元人民币。投资偿还期2—3个月。
五．环保效益：
由于该装置投入使用后，塔釜一次排放即可达到国家环保规定的排放标准，无需进行二次处理，每年可少交排污费，其节省费用是相当可观的，同时减少对淮河流域的污染，保护生态环境，具有显著的经济与社会效益。
六．结论：
含碳氨水集成分离技术通过在安徽阜阳化工总厂的应用，说明我院通过化工模拟软件进行的优化设计方案对比和大量物化数据及现场数据的调研后，采用精馏，解吸，防结晶集成分离技术的应用开发是成功的。
本技术已通过原化工部科技司组织的专家组的鉴定。并获得化工部1997年科技进步二等奖，1998年国家科技进步三等奖，被评为国家“九五”重点推广应用项目，国家环保局评为“一九九八年国家环境保护最佳实用技术推广计划”的A类技术依托单位。
到目前为止，我们已经在十几家企业得到应用，应用范围也在不断的扩大，尿素生产中的吸收液的回收，联碱生产中的淡液回收，化工生产中的含氨废水的回收等。回收产生的直接效益每年可达上千万元。间接的环保效益更加显著。来源：资源与环境