水解机尾气处理装置的研究与应用

聚丙烯酰胺水解尾气治理的研究与应用聚丙烯酰胺水解尾气治理的研究与应用 摘要 摘要 本文介绍了大庆炼化公司聚丙烯酰胺水解机尾气处理装置的工艺路线选择 工艺流程及其运行效果 运行结果表明该装置能够很好的处理聚丙烯酰胺水解 机尾气 其中主要污染物氨气去除率达 90 以上 聚丙烯酰胺颗粒去除率接近 100 完全达到了尾气治理的目标 关键词 关键词 聚丙烯酰胺 氨气 硫酸铵 治理 一 聚丙烯酰胺装置尾气概述一 聚丙烯酰胺装置尾气概述 聚丙烯酰胺是全球使用量最大 应用最为广泛的合成类水溶性高分子化合 物 在国内作为三次采油的驱油剂 被大量的应用于石油开采行业 大庆炼化 公司具有年产 15 万吨 年聚丙烯酰胺的能力切实保障了大庆油田的持续稳产并 创造了良好的经济效益 但聚丙烯酰胺生产过程中排放出大量氨气 对周边的 环境造成了一定影响 大庆炼化公司聚合物厂聚丙烯酰胺生产工艺主要包括 反应液配置 聚合 预研磨及造粒 后水解 干燥和筛分包装 尾气中的氨气主要是在后水解和干 燥过程中产生 在后水解工序中 非离子型聚丙烯酰胺通过加入氢氧化钠进行 水解反应 转变成阴离子聚合物 同时产生氨气 水解过程产生的氨气 一部 分溶于胶粒中 在干燥过程中通过排气风机高点放空 干燥器出口风机风量 141170m3 h 压力 2474Pa 温度约为 70 含研磨油 水汽 聚丙烯酰胺细颗 粒和氨气 另一部分在水解机中通过排氨风机向外高点排放 排氨风机出口风 量 35052 m3 h 温度 50 压力 2450Pa 含有大量氨气 少量水蒸汽 研磨 油和聚丙烯酰胺胶粒 这部分氨气占总量的 80 以上 二 治理方案选择二 治理方案选择 如何处理水解反应产生的氨气 消除环境不良影响成为公司急待解决的问 题之一 无论是干燥工序还是水解工序的排放尾气 都含有聚丙烯酰胺粉尘 研磨油和大量的水 治理难度非常大 特别是干燥工序的尾气 风量大 粉尘 和研磨油含量较高 后续处理投资过大 考虑到此部分尾气中氨气含量不高 吸收氨气的价值和意义不大 所以 氨气治理的方向和具体做法是处理水解工 序的尾气 根据国内氨气吸收的经验 氨气吸收大致有两种 水吸收法和酸吸收法 水吸收法是用大量的水吸收尾气中的氨气形成氨水 反应方程式为 NH3 H2O NH3 H2O NH4 OH 由于这个反应是可逆的 生产的氨水也不稳定 况且反应条件受温度 压 力 PH 值 吸收水量等因素影响较大 由于聚丙烯酰胺粉尘也溶于水 含有聚 丙烯酰胺的氨水公司内部无法处理 如果要进行分离 工作难度非常大 酸吸收法是用稀硫酸来吸收尾气中的氨气 反应方程式为 NH3 H2O NH4OH H2SO4 2NH4OH NH4 2SO4 2H2O 这个反应不可逆的 反应完全 吸收快速 同时生产的硫酸铵溶液可以输 送到硫酸铵装置进行加工 通过多次的探讨和研究 结合水解机尾气成分复杂等特点和公司内部的时 实际情况 我们采用了酸吸收法来吸收尾气中的氨气 并设计建造了一套完善 的水解机尾气处理装置 三 尾气治理装置工艺流程三 尾气治理装置工艺流程 通过对聚丙烯酰胺生产工艺和尾气成分及相关参数的研究 我们提出如下 工艺路线 后水解机排出的尾气中含一定研磨油 并混杂有聚丙烯酰胺颗粒 为保证硫酸铵的纯度 必须首先将尾气中的研磨油和聚丙烯酰胺颗粒去除 可 采用一座 CST 废气净化穿流板式塔作为预处理塔 用水洗方式将尾气中混杂的 研磨油和聚丙烯酰胺颗粒去除 经预处理后的水解机尾气通过两级 CST 废气净 化穿流板式塔用稀硫酸溶液吸收 外排尾气中氨气浓度满足 恶臭污染物排放 标准 GB14554 93 生成硫酸铵浓度控制在 20 25 温度在 30 40 之间 设硫酸铵储池 通过硫酸铵输送泵连续将溶液送至硫铵车间 一同加工成成品 污水经处理后 排放到下水井至污水车间 尾气治理装置采用三座 CST 废气净化穿流板式塔作为吸收塔以串联方式对 尾气进行处理 原则工艺流程见图 1 CST 废气净化穿流板式塔具有处理能力 大 净化效率高 阻力小 能耗低等优点 特别适用于含有粉尘的废气处理 不会堵塞 装置末端设一台引风机 使装置保持负压状态 避免尾气的泄露 整个工艺流程分为两个单元即 预处理单元和两级吸收单元 图 1 原则工艺流程图 3 13 1 预处理单元预处理单元 预处理塔主要作用是去除尾气中的聚丙烯酰胺颗粒并回收尾气中的研磨油 以利于吸收单元得到更为纯净的硫酸铵 塔下设两座预处理液循环槽 槽内注 有新鲜水 配套相应的循环泵 循环泵将其中一座循环槽中的新鲜水送至预处 理塔顶 以水作为吸收液对尾气进行预处理 循环液持续循环喷淋 同时在预 处理液循环槽内对预处理液进行加热吹脱 目的使溶解的氨气解析回到尾气中 降低预处理液氨氮浓度以达到排放要求 运行一段时间后 关闭该槽对应的循 环泵并停止加热吹脱装置 开启另外一座循环槽对应的循环泵及相应加热吹脱 装置并进行相同操作 停止喷淋的循环槽 在静止一段时间后将预处理液外排 外排完毕后重新注水 加碱待机 此单元设有研磨油回收装置 循环槽每运行 8 周期 在循环泵及加热吹脱 装置停止运行后 向槽内添加新鲜水 当槽内液位达到溢流液位时 处于上部 的研磨油油层自溢流管溢流进入除油罐 从而实现回收目的 3 23 2 两级吸收单元两级吸收单元 两级吸收单元主要作用是去除尾气中的大量氨气 保证尾气排放时的氨含 量符合排放标准 该单元设两座吸收塔即一级吸收塔及二级吸收塔 两塔均以 硫酸作为吸收液对尾气进行喷淋吸收 其中一级塔起主要作用 二级塔起保险 作用 二级塔对一级塔未吸收完全的氨气进行二次吸收 系统初次启动时 一 级吸收塔内的循环槽内注有新鲜水与一定量的 93 浓硫酸配成的稀硫酸溶液 循环泵启动后将槽内稀硫酸溶液送至吸收塔顶喷淋下来 与尾气逆向接触 吸 收并去除尾气中的氨气 为防止生成的硫酸铵浓度过高产生结晶同时又能满足硫铵车间的生产要求 通过计算得出循环槽单周期加酸量 为了避免 pH 值过低 对设备造成腐蚀 一 级塔实行分次加酸的方式 一 二级吸收塔均设有在线 pH 计 当一级塔在线 pH 计检测 pH 值达到 2 5 时 装置自动向正在运行的循环槽内添加定量的浓硫 酸 当最后一次加酸结束后 一级塔在线 pH 计检测 pH 值达到 4 5 时 该循环 槽停止运行 切换至另一循环槽并进行相同操作 循环槽每周期加酸三次 生 成的硫酸铵浓度理论上在 20 25 之间 输送至硫酸铵储池 再由硫酸铵输送 泵转送至硫铵车间生产成成品 一级吸收塔循环槽除初次运行时补充的是新鲜水外 后续周期补充液均为 二级吸收塔吸收液 由于经过一级吸收塔处理后 尾气中的氨气含量较低 所 以二级吸收塔循环槽仅需一次加酸便可满足运行要求 当一级吸收塔循环槽中 的硫酸铵溶液排空后 对应的二级吸收塔循环槽停止运行 并将吸收液转移至 对应一级吸收塔循环槽 装运完毕后 该二级吸收塔循环槽注入新鲜水及一定 量的 93 浓硫酸待机 一 二级吸收塔循环槽分别为两座 配套相应的循环泵 由 PLC 控制交替 运行 二级吸收塔出气经引风机送至风道 由烟囱排放 四 尾气治理装置实际运行考核四 尾气治理装置实际运行考核 4 14 1 运行数据监测结果 运行数据监测结果 经过实际的生产运行 由环保监测中心和质量化验中心全过程 高密度地 监测了实际运行考核指标数据 数据如下 治理前尾气外排数据治理前尾气外排数据 序号项目单位指标 1 气量 m3 h35000 2 温度 35 3 压力 表压 Pa3750 4 氨气 mg m32040 2617 5 聚丙烯酰胺 kg d15 治理后外排尾气数据治理后外排尾气数据 序号项目单位指标 1 气量 m3 h35000 2 温度 30 36 3 压力 表压 Pa1500 2000 4 氨气 mg m3102 9 131 4 5 聚丙烯酰胺 mg m30 预处理外排污水数据预处理外排污水数据 序号项目单位指标 1 水量 m3 d22 2 氨氮 mg L 200 3CODmg L 1500 4 聚丙烯酰胺 0 07 5pH8 10 生成硫酸铵溶液数据生成硫酸铵溶液数据 序号项目单位指标 1 生成量 浓度为 25 m3 d25 2 温度 30 40 3pH4 5 6 5 生成硫酸铵成品数据生成硫酸铵成品数据 序号项目单位指标 1 含氮量 20 5 2 含水量 1 0 3 含游离酸 0 2 同时 计算出去除率率后 利用生产出的硫酸铵数量 进行反推总氨气量 经与用氢氧化钠水解反应理论计算值比较 进一步确认了水解部分是聚丙烯酰 胺反应主要的氨来源 在试运行前 72 小时内 生产线水解加碱量为 17850kg 理论上 1mol 氢氧化钠可产生 1mol 氨气 按氢氧化钠完全反应计算 实际生产 中不会完全反应 理论计算出总产生氨气量为 7586kg 扣除干燥部分排出的 448kg 此值为最小值 通过水解机排氨风机排出的氨气量为 7138kg 占总氨 气量的 94 1 此值为最大值 根据硫酸铵的实际产生量为 19976kg 折算成 氨气的实际吸收量为 5145kg 则水解尾气中的氨气量占总氨气量的 72 1 此 值为最小值 所以从实验数据中可以得出 水解部分进入尾气治理装置的氨气 量占总氨气量的 72 1 94 1 这个数据有力地验证了当初的判断 也为后续 的治理提供了有力的数据支持和方向指导 4 24 2 运行效果考核 运行效果考核 4 2 14 2 1 氨气去除效果氨气去除效果 氨气作为水解机尾气的主要污染物 其去除效果是考察本装置效果的关键 参数 运行前期的 192 小时 我们单独对氨气去除率进行了严格的考核 由环 保监测部门和化验部门每 4 小时取样 在进出口分别检测尾气中的氨气浓度 计算氨气去除率 去除率变化如图 2 所示 运行前 192 小时的数据 50 0 55 0 60 0 65 0 70 0 75 0 80 0 85 0 90 0 95 0 100 0 020406080100120140160180200 运行时间 去除率 图 2 水解机尾气氨去除率图 通过上图可以看出 第一次运行氨气去除效果大体可分为三个阶段 前 20 小时 探索阶段 氨气去除率不高 波动较大 中间 28 小时 稳定阶段 氨气去除率基本稳定在 80 以上 后 24 小时 提高阶段 氨气去除率有了进 一步的提高 平均去除率接近 90 在前 20 个小时 氨气去除率均不很理想 经过数据分析发现 二级吸收塔 循环槽中的硫酸铵浓度对氨气的去除率有很大的影响 当二级吸收塔循环槽中 的硫酸铵浓度大于 10 时 氨气去除率均在 80 以下 当二级吸收塔循环槽中 的硫酸铵浓度控制在 10 以内时 氨气去除率可以稳定在 80 以上 在后续的时间内 为防止飞沫带出硫酸铵导致吸收率偏低 优化了二级塔 操作参数 严格控制二级吸收塔循环液的硫酸铵浓度 二级吸收液循环槽每周 期加酸量不超过 14min 生成的硫酸铵控制浓度在 5 以下 由飞沫带出的氨浓 度大幅度降低 因此 第二次运行氨气去除率均稳定在 95 以上 4 2 24 2 2 生成硫酸铵情况生成硫酸铵情况 运行期间 平均每天产生 25 吨硫酸铵溶液 浓度稳定在 25 左右 pH 在 4 5 6 5 之间 完全满足硫铵车间生产需要 生成的硫酸铵溶液清澈透明 杂 质很少 采取连续方式输送至硫铵车间 未发生结晶现象 硫酸铵溶液经硫铵 车间加工后变成淡黄色固体硫酸铵产品 产品指标达到公司硫酸铵产品质量标 准 销售出厂 4 2 34 2 3 预处理外排污水情况预处理外排污水情况 预处理液在预处理单元产生 每天产生 22m3预处理液 其主要控制指标为 氨氮 COD 和 pH 值 其中氨氮经加热吹脱后浓度小于 200mg L COD 通过运行 时间来控制 当预处理液循环槽运行时间为 12 小时 预处理液 COD 小于 1500mg L pH 在 8 10 之间 经过调整后达标的废水统一排放 4 2 44 2 4 操作控制方面操作控制方面 此装置为自动控制系统 在终端计算机上可对所有设备进行自动或手动控 制 在调试完毕后 能全自动运行 系统运行平稳 界面简单 故障少 参数 正常 操作非常方便 五五 结论结论 水解机尾气处理装置工艺简单 操作方便 吸收效果好 装置采用先进的 自动控制