一种用于尿素尾气脱氨的工艺

技术领域

本发明属于尾气处理技术领域，具体涉及一种用于尿素尾气脱氨的工艺。

背景技术

尿素是由碳、氮、氧、氢组成的有机化合物，是一种农业上常用的中性肥料，也是含氮量最高的氮肥，适用于各种土壤和植物。工业上尿素作为高聚物的合成原料，用来制成甲醛树脂，可用于生产塑料、涂料和压合剂等。生产尿素的原料主要是液氨和二氧化碳气体，在生产过程中，原料在尿素合成塔中经过高温高压反应生成尿素和水，尿素粗产物经过蒸馏、结晶等步骤纯化得到高纯度的尿素。但是合成过程中会产生尾气，包括未反应的氨气和二氧化碳。

现已技术中一般用吸收塔吸收氨气和二氧化碳尾气，但是氨气在水中形成氨水，二氧化碳在术中和氨水会发生反应，导致吸收塔中溶质成分变得复杂，需要经过后续多步处理分离出几种副产物，造成成本增加。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于尿素尾气脱氨的工艺，通过尾气中的氨气和浓硫酸制备出较为纯净的硫酸铵副产品，解决副产物需要纯化造成的成本增加的问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种用于尿素尾气脱氨的工艺，包括如下步骤：

步骤一：将尿素合成塔中的尿素尾气通过第一压缩器压缩，然后经过第一烧碱过滤器过滤，去除尿素尾气中的二氧化碳气体，得到预处理尾气；

步骤二：将预处理尾气通入碱式分离器的碱液中，在压缩氮气的吹扫下，通过隔膜管分离出氨气得到稀释气体，将稀释气体通入酸式吸收塔中，反应得到硫酸铵副产物；

步骤三：将酸式吸收塔中排出的含氮尾气通入第二烧碱过滤器，去除其中的硫酸蒸汽，再通过第二压缩器压缩，和压缩氮气一同作为吹扫气体循环使用，完成尿素尾气脱氨的工艺。

进一步地，碱式分离器包括腔体，腔体中央设置有隔膜管，将腔体内分隔成第一腔室和第二腔室；第一腔室的两端分别设置有进液管和出液管，进液管上设置有通入预处理尾气用的第二进气管；第二腔室的一端设置有通入压缩氮气用的第一进气管，另一端设置有出气管。

进一步地，碱式分离器第一腔室中通入的碱液为饱和氢氧化钠溶液，出液管排出的碱液通过循环泵重新泵入进液管中。

进一步地，隔膜管可以隔绝碱液，仅让小分子的氨气通过；隔膜管通过如下步骤制备：

步骤1：将硝酸铈、硝酸镧和去离子水搅拌混合，然后加入乙二胺四乙酸和柠檬酸，在200-500r/min的条件下搅拌15-20min，然后用氨水调节pH值至中性，得到混合溶液；向混合溶液中加入微米氧化铬粉末，在90±5℃的条件下不断搅拌，蒸干水分后转移至马弗炉中，在300-350℃的条件下保温1.5-2h，自然冷却，球磨粉碎，再次转移至马弗炉中，在1000-1100℃的条件下保温8-9h，自然冷却，得到复合粉末；

步骤2：将复合粉末、羟甲基纤维素和聚乙烯醇按照100：1-1.2：1.8-2.2的质量比球磨混合，然后装入模具中，在22-25MPa压力下压制25-30min，脱模后得到生坯；

步骤3：将聚醚砜用N-甲基吡咯烷酮搅拌溶解后，再加入纳米氧化铬粉末搅拌混合，得到铸膜液，以去离子水为芯液，将铸膜液和芯液通过喷丝头挤出喷丝，控制接收距离为10cm，制备出预制纤维膜；

步骤四：将预制纤维膜裁切后压合在生坯表面，然后转移至马弗炉中，按照2℃/min的速率升温至600-650℃并保温40-60min，然后按照5℃/min的速率升温至1450-1500℃并保温10-12h，再按照5℃/min的速率降温至400℃，保温20-30min后自然冷却，得到隔膜管。

进一步地，硝酸铈、硝酸镧、乙二胺四乙酸、柠檬酸、去离子水和纳米氧化铬粉末的用量比为10g：1g：6.4-6.8g：14.5-15g：500-600mL：100-120g。

进一步地，聚醚砜、N-甲基吡咯烷酮和纳米氧化铬粉末的用量比为1g：5-6g：12-14g。

本发明的有益效果：

本发明用于尿素尾气脱氨的工艺能够有效除去尿素尾气中的二氧化碳气体等杂质气体，第一腔体中的氨气在饱和氢氧化钠溶液中的溶解度小，逸出并经过通过隔膜管，在氮气的吹扫下，碱式分离器的第二腔体形成负压，有助于带走氨气；经过氮气稀释后的氨气与浓硫酸充分反应，并且氨气过量，生成的硫酸铵中杂质少，纯度高。

隔膜管的坯体中主要为微米级粒径的微米氧化铬，在硝酸铈和硝酸镧溶解后，加入乙二胺四乙酸和柠檬酸进行络合，有助于使稀土元素与微米氧化铬混合均匀；烧结过程中，羟甲基纤维素和聚乙烯醇分解形成气孔，稀土元素有助于增加其耐热稳定性和耐腐蚀性；纳米氧化铬制备的铸膜液纺丝成预制纤维膜，压合在坯体表面后烧结，其中的聚醚砜等有机物加热分解，隔膜管表面形成稳固的多孔结构，其孔径仅允许氨气等小分子气体通过，并且氧化铬耐酸碱性好，有助于隔绝饱和氢氧化钠溶液，便于氨气的分离。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1是本发明用于尿素尾气脱氨的工艺的流程图；

图2是本发明碱式分离器的内部结构示意图。

图中：1、尿素合成塔；2、第一压缩器；3、第一烧碱过滤器；4、碱式分离器；5、酸式吸收塔；6、第二烧碱过滤器；7、循环泵；8、第二压缩器；41、腔体；42、隔膜管；43、进液管；44、出液管；45、第一进气管；46、出气管；47、第二进气管；48、第一腔室；49、第二腔室。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本实施例提供一种隔膜管42，包括如下实施步骤：

步骤一：将10kg硝酸铈、1kg硝酸镧和600L去离子水搅拌混合，然后加入6.8kg乙二胺四乙酸和15kg柠檬酸，在500r/min的条件下搅拌20min，然后用氨水调节pH值至中性，得到混合溶液；向混合溶液中加入120kg微米氧化铬粉末，在90±5℃的条件下不断搅拌，蒸干水分后转移至马弗炉中，在350℃的条件下保温2h，自然冷却，球磨粉碎，再次转移至马弗炉中，在1100℃的条件下保温9h，自然冷却，得到复合粉末；将复合粉末、羟甲基纤维素和聚乙烯醇按照100：1.2：2.2的质量比球磨混合，然后装入模具中，在25MPa压力下压制30min，脱模后得到生坯。

步骤二：将10kg聚醚砜用60kg N-甲基吡咯烷酮搅拌溶解后，再加入140kg纳米氧化铬粉末搅拌混合，得到铸膜液，以去离子水为芯液，将铸膜液和芯液通过喷丝头挤出喷丝，控制接收距离为10cm，制备出预制纤维膜。

步骤三：将预制纤维膜裁切后压合在生坯表面，然后转移至马弗炉中，按照2℃/min的速率升温至650℃并保温60min，然后按照5℃/min的速率升温至1500℃并保温12h，再按照5℃/min的速率降温至400℃，保温30min后自然冷却，得到管壁厚度为10mm的隔膜管42。

将隔膜管42在80℃的干燥箱中干燥3h，然后称重并记作g1，然后将分离管在饱和氢氧化钠溶液中浸泡24h，取出后再次称重并记作g2，计算分离管重量的变化，从而评价其吸水量；吸水量＝(g2-g1)/g1×100％。经过检测其吸水率为0。

实施例2

本实施例提供一种隔膜管42，包括如下实施步骤：

步骤一：将10kg硝酸铈、1kg硝酸镧和500L去离子水搅拌混合，然后加入6.4kg乙二胺四乙酸和14.5kg柠檬酸，在200r/min的条件下搅拌15min，然后用氨水调节pH值至中性，得到混合溶液；向混合溶液中加入100kg微米氧化铬粉末，在90±5℃的条件下不断搅拌，蒸干水分后转移至马弗炉中，在300℃的条件下保温1.5h，自然冷却，球磨粉碎，再次转移至马弗炉中，在1000℃的条件下保温8h，自然冷却，得到复合粉末；将复合粉末、羟甲基纤维素和聚乙烯醇按照100：1：1.8的质量比球磨混合，然后装入模具中，在22MPa压力下压制25min，脱模后得到生坯。

步骤二：将10kg聚醚砜用50kg N-甲基吡咯烷酮搅拌溶解后，再加入120kg纳米氧化铬粉末搅拌混合，得到铸膜液，以去离子水为芯液，将铸膜液和芯液通过喷丝头挤出喷丝，控制接收距离为10cm，制备出预制纤维膜。

步骤三：将预制纤维膜裁切后压合在生坯表面，然后转移至马弗炉中，按照2℃/min的速率升温至600℃并保温40min，然后按照5℃/min的速率升温至1450℃并保温10h，再按照5℃/min的速率降温至400℃，保温20-30min后自然冷却，得到管壁厚度为10mm的隔膜管42。

将隔膜管42在60℃的干燥箱中干燥2h，然后称重并记作g1，然后将分离管在饱和氢氧化钠溶液中浸泡24h，取出后再次称重并记作g2，计算分离管重量的变化，从而评价其吸水量；吸水量＝(g2-g1)/g1×100％。经过检测其吸水率为0。

实施例3

本实施例提供一种隔膜管42，包括如下实施步骤：

步骤一：将10kg硝酸铈、1kg硝酸镧和550L去离子水搅拌混合，然后加入6.6kg乙二胺四乙酸和14.8kg柠檬酸，在350r/min的条件下搅拌18min，然后用氨水调节pH值至中性，得到混合溶液；向混合溶液中加入110kg微米氧化铬粉末，在90±5℃的条件下不断搅拌，蒸干水分后转移至马弗炉中，在325℃的条件下保温1.8h，自然冷却，球磨粉碎，再次转移至马弗炉中，在1050℃的条件下保温8.5h，自然冷却，得到复合粉末；将复合粉末、羟甲基纤维素和聚乙烯醇按照100：.1：2的质量比球磨混合，然后装入模具中，在23MPa压力下压制28min，脱模后得到生坯。

步骤二：将10kg聚醚砜用55kg N-甲基吡咯烷酮搅拌溶解后，再加入130kg纳米氧化铬粉末搅拌混合，得到铸膜液，以去离子水为芯液，将铸膜液和芯液通过喷丝头挤出喷丝，控制接收距离为10cm，制备出预制纤维膜。

步骤三：将预制纤维膜裁切后压合在生坯表面，然后转移至马弗炉中，按照2℃/min的速率升温至625℃并保温50min，然后按照5℃/min的速率升温至1480℃并保温11h，再按照5℃/min的速率降温至400℃，保温25min后自然冷却，得到管壁厚度为10mm的隔膜管42。

将隔膜管42在70℃的干燥箱中干燥2.5h，然后称重并记作g1，然后将分离管在饱和氢氧化钠溶液中浸泡24h，取出后再次称重并记作g2，计算分离管重量的变化，从而评价其吸水量；吸水量＝(g2-g1)/g1×100％。经过检测其吸水率为0。

实施例4

本实施例提供一种尿素尾气脱氨的工艺，包括如下实施步骤：

步骤一：将尿素合成塔1中的尿素尾气通过第一压缩器2压缩，然后经过第一烧碱过滤器3过滤，去除尿素尾气中的二氧化碳气体，得到预处理尾气。

步骤二：将预处理尾气通入碱式分离器4的碱液中，在压缩氮气的吹扫下，通过隔膜管42分离出氨气得到稀释气体，将稀释气体通入含有浓硫酸的酸式吸收塔5中，使氨气过量，反应得到硫酸铵副产物，检测硫酸铵的纯度＞98％。

碱式分离器4包括腔体41，腔体41中央设置有实施例1中制备的隔膜管42，隔膜管42可以隔绝碱液，仅让小分子的氨气通过，将腔体41内分隔成第一腔室48和第二腔室49；第一腔室48的两端分别设置有进液管43和出液管44，进液管43上设置有通入预处理尾气用的第二进气管47；第二腔室49的一端设置有通入压缩氮气用的第一进气管45，另一端设置有出气管46；碱式分离器4第一腔室48中通入的碱液为饱和氢氧化钠溶液，出液管44排出的碱液通过循环泵7重新泵入进液管43中。

步骤三：将酸式吸收塔5中排出的含氮尾气通入第二烧碱过滤器6，去除其中的硫酸蒸汽，再通过第二压缩器8压缩，和压缩氮气一同作为吹扫气体循环使用，完成尿素尾气脱氨的工艺。

实施例5

本实施例提供一种尿素尾气脱氨的工艺，包括如下实施步骤：

步骤一：将尿素合成塔1中的尿素尾气通过第一压缩器2压缩，然后经过第一烧碱过滤器3过滤，去除尿素尾气中的二氧化碳气体，得到预处理尾气。

步骤二：将预处理尾气通入碱式分离器4的碱液中，在压缩氮气的吹扫下，通过隔膜管42分离出氨气得到稀释气体，将稀释气体通入含有浓硫酸的酸式吸收塔5中，使氨气过量，反应得到硫酸铵副产物，检测硫酸铵的纯度＞98％。

碱式分离器4包括腔体41，腔体41中央设置有实施例2中制备的隔膜管42，隔膜管42可以隔绝碱液，仅让小分子的氨气通过，将腔体41内分隔成第一腔室48和第二腔室49；第一腔室48的两端分别设置有进液管43和出液管44，进液管43上设置有通入预处理尾气用的第二进气管47；第二腔室49的一端设置有通入压缩氮气用的第一进气管45，另一端设置有出气管46；碱式分离器4第一腔室48中通入的碱液为饱和氢氧化钠溶液，出液管44排出的碱液通过循环泵7重新泵入进液管43中。

步骤三：将酸式吸收塔5中排出的含氮尾气通入第二烧碱过滤器6，去除其中的硫酸蒸汽，再通过第二压缩器8压缩，和压缩氮气一同作为吹扫气体循环使用，完成尿素尾气脱氨的工艺。

实施例6

本实施例提供一种尿素尾气脱氨的工艺，包括如下实施步骤：

步骤一：将尿素合成塔1中的尿素尾气通过第一压缩器2压缩，然后经过第一烧碱过滤器3过滤，去除尿素尾气中的二氧化碳气体，得到预处理尾气。

步骤二：将预处理尾气通入碱式分离器4的碱液中，在压缩氮气的吹扫下，通过隔膜管42分离出氨气得到稀释气体，将稀释气体通入含有浓硫酸的酸式吸收塔5中，使氨气过量，反应得到硫酸铵副产物，检测硫酸铵的纯度＞98％。

碱式分离器4包括腔体41，腔体41中央设置有实施例3中制备的隔膜管42，隔膜管42可以隔绝碱液，仅让小分子的氨气通过，将腔体41内分隔成第一腔室48和第二腔室49；第一腔室48的两端分别设置有进液管43和出液管44，进液管43上设置有通入预处理尾气用的第二进气管47；第二腔室49的一端设置有通入压缩氮气用的第一进气管45，另一端设置有出气管46；碱式分离器4第一腔室48中通入的碱液为饱和氢氧化钠溶液，出液管44排出的碱液通过循环泵7重新泵入进液管43中。

步骤三：将酸式吸收塔5中排出的含氮尾气通入第二烧碱过滤器6，去除其中的硫酸蒸汽，再通过第二压缩器8压缩，和压缩氮气一同作为吹扫气体循环使用，完成尿素尾气脱氨的工艺。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。