一种高浓度含氨尾气制取硫酸铵装置的制作方法

本技术涉及化工环保，尤其涉及一种高浓度含氨尾气制取硫酸铵装置。

背景技术：

1、在氨氮废水脱氨、铝灰处理、黄金选矿剂合成等行业生产过程中，会产生高浓度含氨尾气，该尾气恶臭味强、成分复杂且水含量高，一旦排放超标，极易引发恶性环保事故。目前，针对此类尾气的资源化处理（制取硫酸铵）仍是技术难题，现有技术路线普遍存在工艺链长、投资大、运行成本高、水平衡难以实现、腐蚀性大、尾气难以达标等问题，无法满足长周期稳定运行的要求。

2、具体而言，现有主流技术均存在各自难以克服的缺陷：饱和器法虽后处理简单，但生成的硫酸铵结晶颗粒细小、多呈粉状，导致后续分离、干燥、包装困难，设备损耗与能耗高；吸收塔+蒸发结晶法虽能获得大颗粒结晶，但蒸发结晶过程需消耗大量蒸汽或电能，能耗过高；而使用浓硫酸的饱和塔吸收法在处理高浓度氨气（>10%）时，硫酸与氨的剧烈反应会释放大量反应热，导致系统温度过高（>80℃）且不可控，溶液过饱和度大，极易引起设备堵塞，系统运行不稳定，需频繁检修。因此，开发一种能缩短工艺、降低能耗、精准控温并生产大颗粒硫酸铵晶体的一体化装置，已成为本领域的迫切需求。

3、在中国专利文献cn203777925u中，公开了一种处理含氨尾气的系统，该系统包括吸收系统、母液配制系统和蒸发结晶系统；所述吸收系统包括高效吸收器、吸收塔；所述高效吸收器顶部设置有进气口，下部设置有进液口，所述高效吸收器经底部出口与吸收塔下部进口连接；所述吸收塔的下部设置有第一气体分布器，吸收塔中部装有填料层，填料层上方设置有液体分布器，吸收塔的上部设置有第二气体分布器，第二气体分布器上方依次设置有工艺水进口、喷淋设施和除雾器，吸收塔的顶部设置有烟囱；所述母液配制系统包括母液保护高位槽、浓硫酸罐、浓硫酸高位槽、稀释槽、母液酸度调节槽；所述蒸发结晶系统包括二次蒸汽预热器、加热器、蒸发器、结晶槽、硫酸铵分离机、干燥器和二次蒸汽凝液罐。

4、在上述技术方案中，虽能实现含氨尾气的处理和硫酸铵的回收，但仍存在系统能耗较高、生成的硫酸铵结晶颗粒细小导致后续分离干燥困难、以及在高浓度氨气条件下设备易堵塞等问题；因此，有必要研发出一种新的高浓度含氨尾气制取硫酸铵装置，在实现高效吸收与大颗粒硫酸铵结晶生产的同时，能够显著降低能耗并有效控制系统运行稳定性。

技术实现思路

1、本实用新型要解决的技术问题是提供一种高浓度含氨尾气制取硫酸铵装置，能够生产大颗粒硫酸铵结晶，显著降低能耗，并有效控制系统温度和过饱和度，防止设备堵塞，提升运行稳定性和可靠性。

2、为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：该高浓度含氨尾气制取硫酸铵装置包括反应吸收单元、真空反应结晶单元、分离与母液循环单元和真空系统；所述反应吸收单元、真空反应结晶单元和分离与母液循环单元依次连接；所述真空系统与所述真空反应结晶单元相连。

3、采用上述技术方案，该装置通过将反应吸收单元、真空反应结晶单元、分离与母液循环单元依次连接，并与真空系统协同工作，形成一套完整的高浓度含氨尾气处理系统。反应吸收单元负责对含氨尾气进行多级吸收，生成硫酸铵浆液；真空反应结晶单元在真空环境下利用反应热实现浆液的蒸发浓缩和晶体生长；分离与母液循环单元完成晶体与母液的分离，并实现母液循环利用；真空系统为反应结晶单元提供稳定的真空条件。这种集成化设计显著缩短了工艺链，降低了外部能耗，同时提高了系统运行的稳定性和结晶产品的质量。

4、优选的，所述反应吸收单元包括一级反应器、一级循环泵和硫铵浆液泵；所述一级反应器的上部配置有文丘里结构，5%~95%v的高浓度含氨尾气高浓度含氨尾气经所述文丘里结构进入所述一级反应器内。

5、文丘里结构设置在一级反应器上部，与尾气进口管路和一级循环泵的出口管路同时连接，形成气液混合通道。高浓度含氨尾气经文丘里结构进入反应器内部，与循环吸收液形成激烈混合，增强了气液接触效率，提高了氨气的吸收速率和反应效果。吸收反应在文丘里结构内实现初步的快速混合与吸收，随后在反应器主体空间内完成充分的反应与停留，从而在整体上延长了气液接触时间，提升了处理效率。

6、优选的，所述一级反应器的底部设置有第一出液口和第二出液口；所述一级反应器的第一出液口通过所述一级循环泵与所述文丘里结构相连通；所述一级反应器的第二出液口与所述硫铵浆液泵的进液口相连通。

7、第一出液口位于反应器底部最低处，通过一级循环泵连接至顶部的文丘里结构，形成反应器内部的浆液循环回路，使反应器内浆液保持流动状态，防止固体沉积，维持反应器内浆液的均匀性和较低固体含量（3%~6%）。第二出液口将反应生成的浆液直接、独立地输送至硫铵浆液泵，确保了输送至结晶单元的浆液组成和流量的稳定性，避免了与循环回路相互干扰。这种双出口设计有效降低了设备和管道堵塞的风险。

8、优选的，所述反应吸收单元还包括二级反应器、二级循环泵；所述二级反应器设置有加酸口、进气口、进液口、出气口；所述二级反应器的进气口与所述一级反应器的出气口相连，所述二级反应器的底部出口与所述二级循环泵的进液口相连通；所述二级循环泵的出液口分别与所述一级反应器的进液口、所述二级反应器的进液口相连通。

9、二级反应器接收一级反应器处理后的尾气，并通过加酸口补充硫酸，进行深度吸收，确保尾气中残余氨被彻底去除。二级循环泵将部分循环液送回一级反应器和二级反应器，优化吸收液分布和反应效率，提升尾气处理效果。出气口设置在二级反应器顶部，最终排放的尾气经两级吸收，氨含量显著降低。

10、优选的，所述真空反应结晶单元包括反应结晶器、反应循环泵、酸混合器和晶体排出泵；所述酸混合器设有浆液进口、浓硫酸进口和混合液出口，所述浆液进口与所述硫铵浆液泵的出液口相连通；所述第一出液口通过所述反应循环泵和所述酸混合器与反应结晶器的进液口相连通，形成浆液循环；所述第二出液口与所述晶体排出泵的输入端相连通。

11、来自一级反应器的、已初步吸收氨气的硫酸铵浆液（固体含量3%~6%），通过硫铵浆液泵输送至酸混合器。在酸混合器中，浆液与通入的浓硫酸迅速、剧烈混合，完成了“分步加酸”工艺中的第二步。本实用新型通过由一级反应器、二级反应器以及真空反应结晶单元构成的装置结构，以协同运行的方式实现了“分步加酸”的技术效果。剧烈的中和放热过程转移至真空反应结晶器内，利用反应热驱动蒸发浓缩，浓缩至固体含量8%~15%，并通过真空度精确控制结晶环境，从而在显著降低外部能耗的同时，成功制备出大颗粒硫酸铵晶体，并根本性解决了传统装置因集中放热导致的温度失控与结垢堵塞难题。反应循环泵实现浆液循环，可以均衡系统温度和过饱和度，促进硫酸铵晶体长大；晶体排出泵将浓缩后的浆液输送至分离单元。

12、优选的，所述真空系统与所述反应结晶器的出气口相连通，用于建立并维持所述反应结晶器的真空状态；所述真空系统为可调节的真空系统。

13、真空系统可以降低沸点，实现低温蒸发。真空系统具备调节能力，通过变频真空泵或调节接入系统的进气阀开度来改变不凝气体的抽吸速率，从而将反应结晶器内的压力稳定在预设的目标值，来精确控制反应结晶器内浆液的沸点温度。真空度的灵活控制，是确保系统过饱和度处于晶体生长最适范围、从而生产出大颗粒硫酸铵结晶的关键手段。出气口设置在结晶器顶部，使蒸发产生的水汽自然上升进入真空系统，无需额外气液分离装置。

14、优选的，所述真空系统为真空冷凝系统，其包含冷凝器、真空缓冲罐、真空泵、冷凝水槽和冷凝水泵；所述反应结晶器的出气口通过所述冷凝器与所述真空缓冲罐相连通，所述真空泵与所述真空缓冲罐相连通；所述真空缓冲罐的出液口与所述冷凝水槽的进液口相连通，所述冷凝水槽的出液口与所述冷凝水泵的进液口相连通，所述冷凝水泵的出口与系统各用水点相连。

15、真空缓冲罐设置在冷凝器与真空泵之间，起到气液分离和稳定真空度的作用，防止真空泵抽吸时压力波动。冷凝水收集于冷凝水槽并经由冷凝水泵回用于系统补水或冲洗，实现了能源和水的循环利用，进一步降低运行成本。

16、优选的，所述分离与母液循环单元包括缓冲槽、离心机、母液槽和母液泵；所述缓冲槽的进液口与所述晶体排出泵的出液口相连通，所述缓冲槽的出液口通过第一管路与所述离心机的进液口相连通，并通过第二管路与所述母液槽的进液口相连通；所述离心机的出液口与所述母液槽的进液口相连通，且所述离心机设有用于排出硫酸铵晶体湿料的出料口。

17、缓冲槽接收来自结晶单元的浆液进行初步增稠，随后进入离心机进行固液分离，得到大颗粒硫酸铵晶体湿料；分离出的母液进入母液槽，实现母液的集中管理和循环利用，提高资源利用率。

18、优选的，所述母液槽的出液口与所述母液泵的进液口相连通，所述母液泵的出液口与所述文丘里结构相连通。

19、母液泵将母液槽中的母液送回一级反应器的文丘里结构，参与循环吸收反应，形成母液闭路循环系统，减少了废水排放和外加吸收剂的用量，降低了运行成本，同时维持了系统水平衡。

20、与现有技术相比，本实用新型具有的有益效果是：

21、（1）能耗显著降低：本实用新型通过将真空反应结晶单元与反应吸收单元集成，创造性地利用氨与硫酸中和反应释放的热量作为蒸发浓缩的驱动能源，替代或大幅减少了对外部蒸汽或电加热的依赖。同时，通过真空系统降低反应结晶器内浆液的沸点，实现了低温蒸发，进一步降低了系统的整体能耗。

22、（2）结晶品质大幅提升：本实用新型通过“分步加酸”的设计，将主要的酸化与放热反应置于专用的真空反应结晶单元中进行，并结合可调节的真空系统精确控制结晶器内的操作温度，从而能够将结晶过程的过饱和度稳定在最佳范围。这有效促进了硫酸铵晶体的长大，抑制了过多细小晶核的生成，最终获得了粒度更大、分布更均匀的大颗粒硫酸铵晶体产品，极大改善了后续分离、干燥和包装的操作性。

23、（3）运行稳定性高，有效防止设备堵塞：本实用新型采用两级反应吸收与真空结晶分离的协同设计。一级反应器内通过浆液循环维持较低的固体含量（3%~6%），从根本上降低了前段设备和管道堵塞的风险。同时，将剧烈放热和易结垢的结晶过程移至独立的反应结晶器中，并通过母液闭路循环系统实现水平衡与物料平衡，避免了在吸收塔内因局部过饱和度过高而导致的结垢和堵塞问题，显著提升了装置长周期运行的稳定性和可靠性。

24、（4）温度控制精准有效：针对高浓度含氨尾气处理过程中放热量大、温升剧烈的行业难题，本实用新型通过“分步加酸”分散反应点，并利用真空蒸发高效移热，实现了对系统温度，尤其是反应结晶器内温度精确、灵活的控制，彻底解决了传统装置因集中放热导致的温度失控（>80℃）痛点。

25、（5）系统集成度高，资源利用率提升：本实用新型通过各功能单元的高效衔接与耦合，缩短了工艺流程。母液的闭路循环减少了废水排放和新鲜吸收剂的用量；真空系统产生的冷凝水被回用于系统补水和冲洗，实现了资源的最大化利用，进一步降低了运行成本与环境负荷。