脂肪胺類產(chǎn)品生產(chǎn)過程含胺類惡臭尾氣治理及其工程實(shí)踐

陽科劉德啟

(1蘇州大學(xué)材料與化學(xué)化工學(xué)部，江蘇 蘇州 215006；) (2索爾維（張家港）精細(xì)化工有限公司，江蘇 張家港 215613)

脂肪胺類產(chǎn)品生產(chǎn)過程含胺類惡臭尾氣治理及其工程實(shí)踐

陽科12劉德啟1

(1蘇州大學(xué)材料與化學(xué)化工學(xué)部，江蘇 蘇州 215006；) (2索爾維（張家港）精細(xì)化工有限公司，江蘇 張家港 215613)

本文針對酸法生產(chǎn)脂肪胺惡臭廢氣提出了吸收法處理與資源回收工藝。系統(tǒng)的探討了進(jìn)氣流量、氨濃度、氫氣雜質(zhì)干擾及吸收體系溫度等因素對氨回收、分離效果的影響。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果并結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，優(yōu)化了吸收級數(shù)，并確定了最優(yōu)的處理參數(shù)。采用3級水吸收循環(huán)利用與回收資源，1級酸液吸收，實(shí)現(xiàn)了對尾氣中氨92%以上的回收并可使尾氣穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放。

脂肪胺；惡臭廢氣；吸收法處理；資源回收

脂肪胺的生產(chǎn)大多是以脂肪醇或脂肪酸為基礎(chǔ)原料，排放的尾氣主要包括一甲胺、二甲胺、三甲胺和低碳鏈胺及氨氣、氫氣等[1]。有機(jī)氨及氨的嗅域值低，是一類典型的惡臭污染物，且有機(jī)胺也會抑制生物體內(nèi)大分子物質(zhì)合成，對動物晶胚有致畸作用[2]，因此脂肪胺類生產(chǎn)過程排放的惡臭污染物已成大氣污染控制的研究焦點(diǎn)。惡臭廢氣常見的處理方法有多種，如水吸收，酸吸收，燃燒法，吸附法，生物法[3]，催化氧化還原法等[4-7]，但由于脂肪胺類生產(chǎn)排放的廢氣組分復(fù)雜，尤其是廢氣中常含高濃度的氫氣，致使針對實(shí)際脂肪胺類生產(chǎn)廢氣處理的研究鮮有報(bào)道。

本文針對公司酸法生產(chǎn)脂肪胺排放的惡臭氣體中氨及有機(jī)胺濃度較高的現(xiàn)狀，從資源回收利用及規(guī)避氫氣爆炸風(fēng)險(xiǎn)的角度，嘗試采用噴淋吸收法處理脂肪胺生產(chǎn)廢氣，并探討進(jìn)氣氨含量、氣水比、氨吸收塔級數(shù)及吸收液溫度等主要影響因子對氨及有機(jī)胺分離、回收的影響規(guī)律，取得的研究結(jié)果可為實(shí)際生產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)裝置與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)采用6級串聯(lián)水吸收試驗(yàn)裝置（如下圖1所示），吸收器的有效容積為2L，實(shí)驗(yàn)時每只吸收器內(nèi)裝1L軟水，為克服多級的阻力，一級吸收前設(shè)置鼓氣泵，與末端吸收器的抽氣泵構(gòu)成進(jìn)氣系統(tǒng)，進(jìn)氣流量控制在1-4L/分鐘。

圖1 酸法生產(chǎn)脂肪胺排放廢氣的資源回收及凈化裝置

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

從生產(chǎn)車間采集排放尾氣并監(jiān)測尾氣中氨及總有機(jī)胺的含量。實(shí)際排放廢氣中氨含量變化在30.02%～70.46%之間，平均值56.82%。

實(shí)驗(yàn)時，首先開啟進(jìn)氣系統(tǒng)并控制在某一進(jìn)氣流量下進(jìn)行吸收處理，每隔20分鐘取樣測試一級吸收器中氨的濃度，氨達(dá)到最大濃度（平衡濃度）時停止進(jìn)氣；然后分別測定其余各級吸收液中氨的濃度。將第二級吸收器作為一級吸收器，其余吸收器按次序依次前移一級，將飽和的吸收器更換吸收液后作為第6級吸收器，按照上述方法進(jìn)行吸收液中氨濃度監(jiān)測。然后，改變抽氣泵的流量，重復(fù)上述步驟，以確定最佳汽水比。最后，在最佳氣水比下，改變尾氣中氨和氫氣組分的比例以及吸收液的溫度，按照上述方法，開展對進(jìn)氣中氨分離與回收效果的影響實(shí)驗(yàn)。

1.3 評價(jià)指標(biāo)及其測定方法

1.3.1 尾氣中氨的測定方法。用0.1mol/L硫酸溶液作為吸收液，分別對進(jìn)氣和6級吸收后尾氣中的氨進(jìn)行吸收，用離子色譜法測定氨的含量。

氨去除率按照下式計(jì)算：

氨去除率%=（進(jìn)氣氨濃度×進(jìn)氣量-出氣氨濃度×出氣量）/ (進(jìn)氣氨濃度×進(jìn)氣量)×100%

1.3.2 吸收液中氨的測定方法

吸收一定時間后，對各級吸收液進(jìn)行取樣，用甲基紅-溴甲酚綠指示劑，用0.1mol/L硫酸標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至微紅，記錄終點(diǎn)計(jì)算氨濃度，并計(jì)算每級吸收對氨的去除率。

對于一級水吸收由于進(jìn)入的尾氣中含有少量的低碳鏈脂肪胺，上述方法測的氨濃度包括有機(jī)胺的濃度（按照N元素折合為NH3），對于第二級和之后的水吸收有機(jī)胺含量很少，本實(shí)驗(yàn)不予考究。

2 結(jié)果與討論

2.1 氣/水比對氨的去除率及吸收液中氨濃度的影響

實(shí)驗(yàn)時，控制進(jìn)氣中氨濃度在實(shí)際廢氣濃度平均值56%左右。氣水比對各級吸收液氨濃度分布的影響參見圖2。在相同的吸收時間內(nèi)，隨著進(jìn)氣流量從1.38增加到4.15L/min時，1級對氨的吸收率從60.27%下降到54.18%。氨氣逃逸到下一級水吸收，大約在90min內(nèi)一級吸收達(dá)到平衡濃度，此時，2級-6級吸收器氨的濃度隨著氣量的增加而增加，1-6級水吸收系統(tǒng)對進(jìn)氣中氨的總吸收率基本維持在95.33%以上。

圖4 吸收液溫度對一級吸收液最大平衡濃度及廢氣凈化效率的影響

圖2 氣水比對一級吸收液最大平衡濃度及凈化效率的影響

圖3 進(jìn)氣氨濃度對一級吸收液最大平衡濃度及廢氣凈化效率的影響

當(dāng)達(dá)到平衡吸收濃度時，將吸收的氨等用氨解析塔進(jìn)行分離，獲得較高含量的氨氣，經(jīng)壓縮機(jī)壓縮獲得液氨，回用于生產(chǎn)，達(dá)到變廢為寶的目的。考慮到生產(chǎn)實(shí)際，吸收液中的氨含量需達(dá)到15%以上才具有實(shí)用價(jià)值。顯然，在平均進(jìn)氣濃度下，進(jìn)氣流量在1～4L/min范圍，一級吸收器的氨的平衡濃度在19.0%～21.5%的范圍，均具有很好的回收利用價(jià)值。

2.2 進(jìn)氣氨濃度對氨吸收的影響

酸法生產(chǎn)脂肪胺排放的尾氣中氨與氫氣是主要組分，氨含量所占比例不同，可直接影響水對氨的最大平衡吸收濃度[8]，進(jìn)而影響尾氣資源化利用的經(jīng)濟(jì)性。由圖圖3可見，隨著進(jìn)氣氨含量的增加，1級水吸收的平衡濃度隨之增加。由于氫氣的存在，降低了吸收液氨的分壓，并會對吸收的氨起到吹脫作用，降低吸收液中氨的平衡濃度，這種效應(yīng)會在后級吸收器中越來越明顯。

2.3 吸收液溫度的影響

由于生產(chǎn)廢氣的溫度較高，且氨吸收過程是放熱的，因此長時間吸收會引起吸收液溫度的升高。根據(jù)亨利定律，溫度的升高對氨的吸收不利，且會增加有機(jī)胺的溶解度，參見圖4。當(dāng)溫度超過25℃，一級氨吸收率及其平衡吸收濃度大幅度的降低。在實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行中，當(dāng)吸收液溫度超過30℃時，可增加循環(huán)水冷卻或者冷凍鹽水進(jìn)行溫度的控制，滿足生產(chǎn)需要；同時在在較低溫度下又能夠冷凝回收低分子脂肪胺。

2.4 吸收級數(shù)對氨去除率的影響

吸收級數(shù)的增加對氨及有機(jī)胺回收率的提高是肯定的，但吸收級數(shù)的增加也必然會增加氣體輸送能耗及操作的困難。隨著進(jìn)氣流量的增加或進(jìn)氣氨氣比例的下降，一級吸收液中氨的最大平衡吸收濃度會隨之下降，1至6級水吸收塔對氨的去除率分別為61.1%，24.9%，6.1%，2.0%，0.7%及0.7%；對應(yīng)的1至6級水吸收器的最大濃度分別為20%，8%，3%，1.5%，1%及0.5%。顯然，吸收級數(shù)越多，對尾氣中氨處理效果越好，但吸收主要集中在第一級和第二級，二者的總吸收率達(dá)到86%?？紤]到資源回收的最大化及對惡臭廢氣的達(dá)標(biāo)排放，可選4級吸收，其中1-3級交換使用，第4級采用酸液進(jìn)行吸收而不參加循環(huán)。這樣既能實(shí)現(xiàn)對尾氣中92%以上氨的回收，又能實(shí)現(xiàn)尾氣的穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放。

3 結(jié)語

結(jié)果表明進(jìn)氣氨含量越高，一級吸收的平衡濃度越高；進(jìn)氣流量越大、吸收液溫度越高、雜質(zhì)組分氫氣等越高，對氨的吸收具有負(fù)效應(yīng)?？紤]到實(shí)際的可操作性，選4級吸收，其中1～3級交換使用，而第4級采用酸液進(jìn)行吸收而不參加循環(huán)。在水吸收前級增加低溫并流噴射水洗罐[9]，冷凝尾氣中的脂肪胺。這樣既能夠除去低分子脂肪胺，又能實(shí)現(xiàn)對氨達(dá)到92%及以上的回收和實(shí)現(xiàn)尾氣的穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放。

[1]龔建華.脂肪胺生產(chǎn)工藝技術(shù)及催化劑研究進(jìn)展.化學(xué)工業(yè)與工程技術(shù).第31卷第1期.2010年2月.44～47.

[2]Guest I,Varma D R.Tera to genic and macromolecular synthesis inhibitory effects of trimethylamine on mouse embryos in culture.J Toxicol Environ Health,1992，36(1):27～41.