CN102107887A

CN102107887A - 氨气回收方法、硫酸铵溶液的浓度测量方法及硫酸铵溶液的浓度控制方法

Info

Publication number: CN102107887A
Application number: CN 201010622614
Authority: CN
Inventors: 李昆池
Original assignee: KUN SHAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY
Current assignee: KUN SHAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY
Priority date: 2010-12-16
Filing date: 2010-12-16
Publication date: 2011-06-29

Abstract

本发明系揭露一种氨气回收方法、硫酸铵溶液的浓度测量方法及硫酸铵溶液的浓度控制方法，本发明之氨气处理方法是提供重量百分浓度介于1％～98％之硫酸溶液作为反应剂，使氨气与反应剂进行批次式反应或连续式反应，产生重量百分浓度介于1％～73％之硫酸铵溶液，藉此提供高浓度的硫酸铵溶液，解决将氨气溶于水无法回收的缺陷及回收需再经浓缩处理的缺陷，本发明的硫酸铵溶液的浓度测量方法藉由硫酸铵溶液的pH值或是pH值与导电度以判断硫酸铵溶液的重量百分浓度是否符合一默认值，本发明的硫酸铵溶液的浓度控制方法藉由控制反应剂之中的硫酸量，以控制硫酸铵溶液之浓度，本发明可用于含氨气工业废气的后续处理并提供化学肥料的原料生产的新方法。

Description

氨气回收方法、硫酸铵溶液的浓度测量方法及硫酸铵溶液的浓度控制方法

技术领域

本发明系有关于一种氨气回收方法、硫酸铵溶液的浓度测量方法及硫酸铵溶液的浓度控制方法，特别是一种将氨气溶于高浓度硫酸产生高浓度硫酸铵的氨气回收方法、硫酸铵溶液的浓度测量方法及利用测量pH值或是pH值与导电度以获知硫酸铵溶液的浓度的方法。

背景技术

氨是许多产业及工业上的基础原料，包括石化业、冷冻业及肥料制造业，氨具有刺激性，且在工业安全卫生及环境保护均具有危险性，因此氨的妥善处理方式是极为重要的。

目前，工业排放的含氨废气常以溶于水的方式处理，这是因为氨具有极高的溶解度，然而含氨的废水对环境有极大的污染性，并未完全解决问题。如需回收含氨废水，仍需繁琐的后续处理，如以高背压及逆渗透膜浓缩，虽达到环保目的，但所需的机台及支出不符成本。

台湾专利申请号274057：含有氨气之废气的无害化处理方法，其揭露一种以氧化触媒将氨气分解成氮氧化物的处理方法，然而其分解出的二氧化氮是光化学烟雾的主反应物，排放出二氧化氮经再次反应可能造成空气的二次污染。

发明内容

有鉴于此，本发明之目的就是在于提供一种氨气回收方法、硫酸铵溶液的浓度测量方法及硫酸铵溶液的浓度控制方法，以提供一种将氨气合成为高浓度硫酸铵的氨气回收方法、硫酸铵溶液的浓度测量方法及硫酸铵溶液的浓度控制方法，以解决习知技艺中产生大量含氨废水或回收处理过程繁琐的问题。

根据本发明的目的，提出一种氨气回收方法，其包含以下步骤：

步骤一：提供重量百分浓度介于1％～98％的第一硫酸溶液作为反应剂；及

步骤二：使氨气与该反应剂反应，产生重量百分浓度介于1％～73％的硫酸铵溶液。

上述步骤二所述使氨气与该反应剂反应，系先使氨气与该反应剂反应产生硫酸铵，直至硫酸铵的pH值达一设定值，然后再持续导入氨气与反应剂，并维持硫酸铵的pH值为该设定值，同时硫酸铵持续导出，以形成一连续式反应。

其中，本发明的氨气回收方法较佳为可包含步骤三：于反应剂中分次添加一第二硫酸溶液。产生的硫酸铵溶液的重量百分浓度较佳为25％。硫酸铵的pH值可作为控制反应终了的判断依据，较佳为在pH值为7时到达反应终点。

根据本发明的另一目的，提出一种硫酸铵溶液的浓度测量方法，其藉由测量硫酸铵溶液的pH值以判断硫酸铵溶液的重量百分浓度是否符合一默认值，硫酸铵溶液系以氨气与重量百分浓度介于1％～98％的硫酸溶液反应生成。

根据本发明的再一目的，提出一种硫酸铵溶液的浓度测量方法，系先测量或控制硫酸铵溶液的pH值，使其符合一设定值，然后藉由测量硫酸铵溶液的导电度以判断硫酸铵溶液的重量百分浓度，其中硫酸铵溶液系以氨气与重量百分浓度介于1％～98％的硫酸溶液反应生成。

根据本发明的再一目的，提出一种硫酸铵溶液的浓度控制方法，其硫酸铵溶液系以氨气与重量百分浓度介于1％～98％的硫酸溶液反应生成，藉由控制硫酸溶液中之硫酸量，以控制该硫酸铵溶液的浓度。

承上所述，因依本发明的氨气回收方法、硫酸铵溶液的浓度测量方法及硫酸铵溶液的浓度控制方法，具有以下功效：

(1)本发明的氨气回收方法，其回收处理所产生的硫酸铵可作为化学肥料的原料，藉此能达到避免含氨污染物排放之目的。

(2)本发明的氨气回收方法，其可包含分次添加第二硫酸溶液的步骤，藉此可维持硫酸浓度不至于太高而造成硫酸逸散之问题。

(3)本发明的氨气回收方法，其可包含将反应剂分散为细小液滴的步骤，藉此可增加反应剂及氨气的接触面积，加速反应。

(4)本发明的硫酸铵溶液的浓度测量方法，藉由测量硫酸铵溶液的pH值即可判断硫酸铵溶液的重量百分浓度，测量简单快速且准确。

(5)本发明的硫酸铵溶液的浓度测量方法，藉由先测量或控制硫酸铵溶液的pH值在一设定值范围内(例如pH值介于3～11)，然后再测量硫酸铵溶液的导电度，利用导电度与重量百分浓度间的线性对应关系，即可准确判断硫酸铵溶液的重量百分浓度，其测量同样简单快速且准确。

(6)本发明的硫酸铵溶液的浓度控制方法，藉由控制硫酸溶液中的硫酸量，即可控制该硫酸铵溶液的浓度，其控制方法简单方便、容易实施。

附图说明

图1为本发明的氨气回收方法的流程图；

图2为本发明的氨气回收方法的实施方法流程图；

图3为本发明的硫酸铵溶液的浓度测量方法的硫酸铵浓度与导电度关系图；

图4为本发明的硫酸铵溶液的浓度测量方法的溶液pH值与导电度关系图；

图5为依本发明的氨气回收方法的第一实施装置示意图；

图6为依本发明的氨气回收方法的第二实施装置示意图；

图7为依本发明的氨气回收方法的氨气回收装置结构图。

附图标记说明：

(31)、(41)：反应槽

(32)、(42)：气体导入口

(33)、(43)：反应剂

(34)：搅拌器

(44)、(77)：循环泵

(35)、(45)：气体导出口

(46)：循环管路

(48)、(78)：填充床

(71)、(81)：废气处理腔体

(72)：废气进入管线

(73)：硫酸铵排放管线

(74)：处理后废气排放管线

(75)：反应剂循环管线

(76)：硫酸添加管线。

具体实施方式

请参阅图1，其系为本发明的氨气回收方法的流程图。图中，氨气回收方法包含以下步骤：

步骤一：提供重量百分浓度介于1％～98％的第一硫酸溶液作为反应剂；选择高浓度的第一硫酸作为反应剂能提高反应速率及提高产物浓度。

步骤二：使氨气与反应剂反应，产生重量百分浓度介于1％～73％的硫酸铵溶液；通入氨气并使之与第一硫酸反应，其反应方程式如下式所示：

NH_3(g)+H₂O_(aq)→NH₄OH_(aq)

2NH₄OH_(aq)+H₂SO_4(aq)→(NH₄)₂SO_4(aq)+2H₂O_(aq)

净反应：2NH_3(g)+H₂SO_4(aq)→(NH₄)₂SO_4(aq)

式中显示，当完全反应后，反应剂第一硫酸的初始摩尔浓度与产物硫酸铵的最终摩尔浓度相同，藉此提供高浓度硫酸铵作为化学肥料的原料，同时解决习知技艺中氨气回收的缺陷。

其中，硫酸铵溶液的重量百分浓度较佳为25％，本发明的氨气回收方法的硫酸铵的pH值可作为控制反应终了的判断依据，反应终点的硫酸铵pH值较佳为1～13，更佳为3～11，最佳为7。

请参阅图2，其系为本发明的氨气回收方法的实施方法流程图。图中，氨气回收方法包含以下步骤：

步骤二：将反应剂分散成细小液滴；将反应剂分散成细小液滴能增加反应剂与氨气的接触面积，提高反应速率，实际实施上能以循环管路搭配喷洒装置来实现。

步骤三：使氨气与反应剂反应，产生重量百分浓度介于1％～73％的硫酸铵溶液；通入氨气并使之与第一硫酸反应，其反应方程式如下式所示：

NH_3(g)+H₂O_(aq)→NH₄OH_(aq)

2NH₄OH_(aq)+H₂SO_4(aq)→(NH₄)₂SO_4(aq)+2H₂O_(aq)

净反应：2NH_3(g)+H₂SO_4(aq)→(NH₄)₂SO_4(aq)

步骤四：分次添加第二硫酸溶液于反应剂中，且第二硫酸溶液的重量百分浓度高于第一硫酸溶液；浓硫酸具有高蒸气压，易挥发，因此在本实施例中选择较低浓度的硫酸作为第一硫酸，随着反应进行，再分次逐渐添加浓度较高的第二硫酸，藉此可维持硫酸浓度不至于太高而造成硫酸逸散之问题，如使用重量百分浓度低于第一硫酸溶液的第二硫酸溶液，亦可驱使反应加速进行。

其中，硫酸铵溶液的重量百分浓度较佳为25％，本发明的氨气回收方法的硫酸铵之pH值可作为控制反应终了的判断依据，反应终点的硫酸铵pH值较佳为1～13，更佳为3～11，最佳为7。

本发明的硫酸铵溶液的浓度测量方法，是藉由测量硫酸铵溶液的pH值以判断硫酸铵溶液的重量百分浓度是否符合一默认值，硫酸铵溶液是以氨气与重量百分浓度介于1％～98％的硫酸溶液反应生成，当氨气与硫酸溶液反应时，溶液中硫酸含量减少，整体pH值上升，利用硫酸铵溶液的pH值与重量百分浓度建立一校正曲线后，即可以硫酸铵溶液的pH值判断硫酸铵溶液的重量百分浓度是否符合一默认值，该默认值是为了使反应产生的硫酸铵溶液能直接供应作为化学肥料的原料而无需另外浓缩处理步骤，默认值较佳为1％以上，硫酸铵溶液的重量百分浓度较佳为介于1％～73％，更佳为25％。

其中，较佳为硫酸铵溶液的pH值介于1～13时，氨气与硫酸溶液的反应接近反应终点，更佳为硫酸铵溶液的pH值介于3～11时，氨气与硫酸溶液的反应接近反应终点，最佳为硫酸铵溶液的pH值为7时，氨气与硫酸溶液的反应到达反应终点。

本发明的硫酸铵溶液的浓度测量方法，是藉由测量硫酸铵溶液的导电度以判断硫酸铵溶液的重量百分浓度，硫酸铵溶液是以氨气与重量百分浓度介于1％～98％的硫酸溶液反应生成，当氨气与硫酸溶液反应时，随着溶液中硫酸含量减少，硫酸铵逐渐生成，整体pH值上升，当反应进行至***溶液的pH值高于3时，***溶液的导电度主要来自硫酸铵解离出的自由离子，此时只要测量硫酸铵的导电度，即可获知硫酸铵的重量百分浓度。亦即，本发明以导电度进行硫酸铵的浓度测量，如搭配测量或控制硫酸铵的pH值，可以增加正确性。上述的测量或控制硫酸铵的pH值，系指硫酸铵的pH值介于1～13，或是pH值介于3～11，较佳为pH值为7。

上述硫酸铵溶液的浓度测量方法，利用硫酸铵溶液的导电度与重量百分浓度间的线性关系，在硫酸铵的pH值符合一默认值的前提下，以硫酸铵溶液的导电度判断硫酸铵溶液的重量百分浓度，硫酸铵浓度与导电度的关系图系如图3所示，硫酸溶液pH值与导电度关系图系如图4所示，而该硫酸铵溶液的重量百分浓度，其默认值较佳为1％以上，硫酸铵溶液的重量百分浓度较佳为介于1％～73％，更佳为25％。

本发明的硫酸铵溶液的浓度控制方法，其硫酸铵溶液系以氨气与重量百分浓度介于1％～98％的硫酸溶液反应生成，藉由控制硫酸溶液中的硫酸量，以控制该硫酸铵溶液的浓度。

其中，较佳为硫酸铵溶液的重量百分浓度介于1％～73％，更佳为硫酸铵溶液的重量百分浓度为25％。较佳为硫酸铵溶液的pH值介于1～13时，氨气与硫酸溶液的反应接近反应终点，更佳为硫酸铵溶液的pH值介于3～11时，氨气与硫酸溶液的反应接近反应终点，最佳为硫酸铵溶液的pH值为7时，氨气与硫酸溶液的反应到达反应终点。

请参阅图5，其系为依本发明的氨气回收方法的第一实施装置示意图，系一利用「批次反应」以进行氨气回收的实施方式，意即持续排入的氨气与反应剂33在反应告一段落后予以清空反应槽31，再重新填入新的反应剂33以与后续排入的氨气进行下一批次的反应。图中，第一实施装置包含反应槽31、气体导入口32、反应剂33、搅拌器34及气体导出口35。含氨工业废气由气体导入口32导入反应槽31中，气体导入口32位于反应槽31之一侧面下方，且高度位于反应剂33液面之下，当含氨工业废气进入反应槽31时接触到反应剂33即开始产生反应，反应槽31底部具有一搅拌器34，浸于反应剂33内，用于搅拌反应剂33加速含氨工业废气及反应剂33的反应，并使其反应完全，无法溶于反应剂33的其余工业废气由气体导出口35排出反应槽31。

请参阅图6，其系为依本发明的氨气回收方法的第二实施装置示意图，亦为一利用「批次反应」以进行氨气回收的实施方式。图中，第二实施装置包含反应槽41、气体导入口42、反应剂43、循环泵44、气体导出口45、循环管路46、喷洒装置47及填充床48。含氨工业废气由气体导入口42导入反应槽41中，气体导入口42位于反应槽41的一侧面下方，且高度位于反应剂43液面之上，循环管路46位于反应槽41的另一侧面下方，且高度位于反应剂43液面之下，使反应剂43经循环管路46及循环泵44加压后，由反应槽41顶端的喷洒装置47分散成细小液滴向下洒落，并藉由填充床48增加与含氨工业废气的接触面积，当含氨工业废气进入反应槽41时接触到由喷洒装置47洒落的反应剂43即开始产生反应，设置于反应槽41内且位于反应剂43液面之上的填充床48增加反应剂43及含氨工业废气接触面积提升反应速率，而无法溶于反应剂43之其余工业废气由气体导出口45排出反应槽41。

请参阅图7，其系为依本发明的氨气回收方法的氨气回收装置结构图，其系一利用「连续式反应」以进行氨气回收之方法，意即在反应之初，先将硫酸充填于废气处理腔体71，然后持续导入含氨工业废气已进行第一阶段的反应，直至硫酸铵的pH值达一设定值，例如pH值为3，此后，含氨工业废气持续导入废气处理腔体71，而反应剂(即硫酸)亦持续导入废气处理腔体71，以维持硫酸铵的pH值为3，此时，硫酸铵即可持续排放而形成「连续式反应」。图中，氨气回收装置包含废气处理腔体71、废气进入管线72、硫酸铵排放管线73、处理后废气排放管线74、反应剂循环管线75、硫酸添加管线76、循环泵77及填充床78。含氨工业废气由废气进入管线72导入废气处理腔体71中，废气进入管线72位于废气处理腔体71的一侧面下方，反应剂循环管线75位于废气处理腔体71的另一侧面下方，使反应剂经反应剂循环管线75由废气处理腔体71上方向下洒落，并藉由填充床78增加与含氨工业废气的接触面积，当含氨工业废气进入废气处理腔体71时接触到洒落的反应剂即开始产生反应，设置于废气处理腔体71内的填充床78更进一步增加反应剂及含氨工业废气接触面积以提升反应速率，反应经过一段时间后可由硫酸添加管线76加入硫酸，使反应加速进行，当硫酸铵浓度到达默认值，可让硫酸铵从硫酸铵排放管线73排出，其余工业废气由处理后废气排放管线74排出。

以上所述仅为举例性，而非为限制性者。任何未脱离本发明之精神与范畴，而对其进行之等效修改或变更，均应包含于后附之申请专利范围中。

Claims

1.一种氨气回收方法，其包含以下步骤：

步骤一：提供重量百分浓度介于1％～98％之一第一硫酸溶液作为一反应剂；

步骤二：使氨气与该反应剂反应，产生重量百分浓度介于1％～73％之硫酸铵溶液。

2.如权利要求1所述的氨气回收方法，其还包含步骤三：于该反应剂中，分次添加一第二硫酸溶液。

3.如权利要求1所述的氨气回收方法，其系以硫酸铵的pH值作为控制反应终了之判断依据。

4.如权利要求3所述的氨气回收方法，其中硫酸铵的pH值为1～13。

5.如权利要求4所述的氨气回收方法，其中硫酸铵的pH值为3～11。

6.如权利要求1所述的氨气回收方法，其中步骤二所述使氨气与该反应剂反应，系先使氨气与该反应剂反应产生硫酸铵，直至硫酸铵之pH值达一设定值，然后再持续导入氨气与反应剂，并维持硫酸铵之pH值为该设定值，同时硫酸铵持续导出。

7.一种硫酸铵溶液的浓度测量方法，其系根据权利要求1所述方法产生一硫酸铵溶液，藉由该硫酸铵溶液的pH值判断该硫酸铵溶液的重量百分浓度是否符合一默认值。

8.如权利要求7所述的硫酸铵溶液的浓度测量方法，其中该硫酸铵溶液的重量百分浓度系为1％～73％。

9.如权利要求7所述的硫酸铵溶液的浓度测量方法，其中该硫酸铵溶液的pH值介于1％～13时，该氨气与该反应剂的反应接近反应终点。

10.如权利要求9项所述的硫酸铵溶液的浓度测量方法，其中该硫酸铵溶液的pH值介于3～11时，该氨气与该反应剂的反应接近反应终点。

11.一种硫酸铵溶液的浓度测量方法，其系根据权利要求1所述方法产生一硫酸铵溶液，使该硫酸铵溶液的pH值先符合一默认值，再藉由测量该硫酸铵溶液的导电度判断该硫酸铵溶液的重量百分浓度。

12.如权利要求11所述的硫酸铵溶液的浓度测量方法，其中该硫酸铵溶液的重量百分浓度系为1％～73％。

13.如权利要求11所述的硫酸铵溶液的浓度测量方法，其中该硫酸铵溶液的pH值系介于1～13。

14.如权利要求11项所述的硫酸铵溶液的浓度测量方法，其中该硫酸铵溶液的pH值系介于3～11。

15.一种硫酸铵溶液的浓度控制方法，其系根据权利要求1所述的方法产生一硫酸铵溶液，藉由控制该反应剂之中的硫酸量，以控制该硫酸铵溶液的浓度。

16.如权利要求15所述的硫酸铵溶液的浓度控制方法，其中该硫酸铵溶液的重量百分浓度系为1％～73％。

17.如权利要求15所述的硫酸铵溶液的浓度控制方法，其中当该硫酸铵溶液的pH值介于1～13时，该氨气与该反应剂之反应接近反应终点。

18.如权利要求17所述的硫酸铵溶液的浓度控制方法，其中当该硫酸铵溶液的pH值介于3～11时，该氨气与该反应剂之反应接近反应终点。