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摘要：我国涉氨工厂对于氨气泄漏事故的初期反应处理体系技术尚不成熟，导致 多起由于氨气泄漏引发的重大事故。我们提出了一种基于磷酸铵镁制备法的氨气 吸收方案，通过搭建的装置可以提升单位体积吸收液的氨气吸收效率，可以一定 程度上解决氨气泄漏初期处理的安全隐患及事故风险，保护处置人员生命安全、 减轻事故造成的环境污染、降低经济损失。

关键词：氨气泄漏；磷酸铵镁；氨气吸收 中图分类号： X701.7    文献标志码：A

Abstract：    Our country's initial response and handling system for ammonia leakage  accidents in ammonia plants is not yet mature， leading to several major accidents  caused by ammonia leaks. We have proposed an ammonia absorption scheme based  on  the  preparation  applications， as well as in the manufacturing of coatings， aminomethanesulfonic esters， and soft foam flame retardants）. Ammonium magnesium phosphate has been listed as  a fertilizer abroad， serving as a long-acting inorganic nitrogen fertilizer， mainly used  for fruit trees， lawns， flowers， and more. It represents a greener and more efficient  ammonia  absorption  solution，  with  excellent  application  prospects.  Our  ammonia  absorption solution can to some extent address the safety hazards and accident risks in  the initial treatment of ammonia leaks， protecting the safety of personnel involved，reducing  environmental  pollution  caused  by  accidents，  and  minimizing  economic losses.

Keywords ：ammonia leakage; ammonium phosphate magnesium; ammonia absorption

1引言

近年来，随着我国工业、食品领域对液氨的使用日益广泛，随之而来的是各类由于设备管理、维护不善与涉氨岗位人员及处置人员培训不到位引发的各类生产事故，大多导致了严重的人员伤亡与经济财产损失。事故案例包括但不限于2011年7月11日武汉市某食品公司液氨泄漏事故，导致周边1万多平米农作物受到污染，造成严重经济损失[1]；2013年6月3日吉林宝源丰禽业有限公司液氨泄漏事故，引发爆炸及严重火灾，导致180余人伤亡[2]；2013年8月31日上海翁牌冷藏实业有限公司液氨泄漏事故，造成41人死伤[3]等。且随着我国产业对液氨的使用愈发广泛，在未建成成熟有效的行业规范与应急处置系统前，此类事故的发生率将可能继续呈上升趋势，造成更加严重的人员、经济、生态损失。因此，若能做到对液氨泄漏后第一时间、第一现场处置的自动化与去人工化，将能一定程度上减轻由液氨泄漏引发的损失，减少乃至杜绝二次事故的发生，实现降低人员伤亡风险，减轻经济损失与生态污染的目的。

目前对于氨气泄漏的主流处理办法包括两大方面：一是对发生氨气泄露的设备与模块进行隔离管控，包括对氨气源的切断隔离、对泄漏点的物料隔离与堵漏；二是对泄漏物的处理管控，主要方法有稀释覆盖、隔离拦截、中和收容、废弃四种[4]。我国先行的主流处理办法在设备处置上多依靠处置人员进入泄漏现场进行堵漏、隔离作业，面临人员危险性大、处置效率低、处置效果差等问题；在泄漏物处理上，我国多采用水吸收法，但限于水对氨气的吸收比例低、吸收速率慢等特点，需要额外添加喷淋装置以提高吸收率[5-7]，且由于产物氨水仍会挥发产生氨气[8]，水吸收法面临吸收成本较高、吸收效果不理想、可能产生二次污染等。因此，我们希望开发一种能够解决上述吸收法缺点，既提高氨气吸收比例与吸收效率，又只产生常温稳定不分解产物的吸收装置，以改进现行处理办法，达到降低处置危险性、提高处置效率效果的目的。

目前城市生活污水以及工业废水中氨氮的含量飞速上升，呈现氨氮排放量大、污染源多，以及排放浓度增大的特点。针对高氨氮废水的处理技术，目前主要使用化学沉淀法等方法[9]。化学沉淀法的原理，是向氨氮污水中投加含PO43-和Mg2+的药剂，三者反应生成MgNH4PO4·6H2O（简称MAP）沉淀，从而使污水中的氨氮及磷以磷酸铵镁的形式沉淀出来，达到回收污水中的氮和磷的目的。其中使用的是较为经济的氯化镁和磷酸二氢钠，因此可以将其做为主要实验探索方向。化学沉淀法具有多种优点，主要表现在：反应稳定，抗冲击能力强；工艺设计和操作相对简，受外界环境影响小；脱氮率高，效果明显，并且生成的磷酸铵镁还能作为无机复合肥使用，解决了氮的回收和二次污染的问题，具有良好的经济和环境效益。综上所述，磷酸铵镁沉淀法（化学沉淀法）适用于处理氨氮浓度较高的工业废水[10-11]。

鉴于磷酸铵镁沉淀法适用于处理氨氮浓度较高的工业废水，该方法同样有潜力应用于吸收氨气。目前暂未查到将磷酸铵镁沉淀法（化学沉淀法）用于氨气吸收的专利，本文提供了一种基于磷酸铵镁制备法的氨气吸收方案，可以一定程度上解决氨气泄漏初期处理的安全隐患及事故风险，保护处置人员生命安全、减轻事故造成的环境污染、降低经济损失。

2实验设计

2.1方案规划

为了应对氨气泄漏的情况，我们按照以下方式搭建了实验装置（图1），尽可能模拟氨气泄漏的场景，分为以下几个部分：1.氨气收集容器（氨气收集室）；2.导气管道；3.三通阀门；4.氨气吸收容器，5.吸收液；6.搅拌装置；7.尾气管道。当氨气收集室内部的氨气存储罐泄漏时，泄漏至存储室的氨气会沿着导气管道至三通阀门进行气体分流，其中一部分继续顺着沿着导气管道鼓气至吸收液中，而另一部分的氨气会经三通阀另一出口，暂时储存在气压袋中，为保证安全，在吸收装置末端连接了一个尾气管道，防止装置内部持续高压。待装置内氨气不断被氨气吸收容器中的吸收液吸收后，装置整体气压下降，此时在大气压的作用下，气压袋中储存的氨气会逐渐释放至导气管道中，继续被吸收液吸收，最终完成氨气泄漏的初期应对，减少事故危害。

1.氨气收集容器；2.导气管道；3.三通阀门；4.氨气吸收容器，5.吸收液；6.搅拌装置；7.尾气管道；

8.气压袋。

2.2原料和试剂

无水氯化镁（MagnesiumChlorideAnhydrous）：RG级，Adamas;

磷酸二氢钠（SodiumDihydrogenorthophosphate）：AR级，Greagent;氨水（Ammoniumhydroxidesolution）：GR级，Greagent。

2.3测试与表征

电子天平（中国，上海菁海仪器有限公司，YP602N）：温度10℃-30℃，湿度<70%;

2.4实验步骤

通过搭建的装置，具体装置如图1所示：通过升温40℃加热装置1中的浓氨水（100ml氨水），模拟氨气泄漏的过程，氨气通过管道2，经三通阀3分气后，一部分氨气转移至三口瓶4中（瓶中装有配置好的吸收液5，导气管道2出口没入吸收液面以下，并带有磁力搅拌6），中间装有一个气压袋8，用于短暂存储过量的氨气。分别选用氯化镁和磷酸二氢钠

提供镁离子和磷酸根离子，与溶于水的氨气进行反应，根据反应方程式Mg2++PO-+NH+4=

MgNH4PO4可知，反应前后无气体生成，依据质量守恒定律，吸收液整体的质量变化即为吸收的氨气质量。数小时后停止加热，待气压袋存储的气体基本释放完后，通过减重法，分别确认装置1中失去氨气重量以及吸收装置4吸收氨气的重量，即可计算出吸收率。为了证明此方法的优越性，我们也做了几组对比实验，并对吸收液的配比进行了优化。

3结果与讨论

3.1实验结果

3.1.1首次尝试

通过搭建的装置，40℃加热浓氨水（100ml氨水），氨气通过管道转移至吸收装置中（吸收液：4.9g无水氯化镁、6g磷酸二氢钠溶于170ml纯水），随时间延长后，发现吸收装置中出现较多白色固体，1小时后停止加热，通过减重法，确认失去0.59g氨气，体系共吸收0.24g氨气，吸收率41%。

3.1.2空白对照1

通过同样搭建的装置，40℃加热浓氨水（100ml氨水），氨气通过管道转移至吸收装置中（吸收液：4.9g无水氯化镁、溶于170ml纯水），随时间延长后，发现吸收装置中溶液变浑，1小时后停止加热，通过减重法，确认失去0.59g氨气，体系共吸收0.08g氨气，吸收率仅为14%。

3.1.3空白对照2

通过同样搭建的装置，40℃加热浓氨水（100ml氨水），氨气通过管道转移至吸收装置中（吸收液：170ml纯水），随时间延长后，发现吸收装置中溶液依然澄清，1小时后停止加热，通过减重法，确认失去0.58g氨气，体系共吸收0.18g氨气，吸收率为31%。

3.1.4条件优化1

通过搭建的装置，40℃加热浓氨水（100ml氨水），氨气通过管道转移至吸收装置中（吸收液：4.9g无水氯化镁、6g磷酸二氢钠溶于170ml纯水），随时间延长后，发现吸收装置中溶液变浑，3～4小时后停止加热，通过减重法，确认失去氨气1.44g，体系共吸收氨气0.82g，吸收率57%。继续延长3小时，吸收率降为50%，未再进一步延长吸收时间。

3.1.5条件优化2

通过搭建的装置，40℃加热浓氨水（100ml氨水），氨气通过管道转移至吸收装置中（吸收液：9.8g无水氯化镁、12g磷酸二氢钠溶于170ml纯水），随时间延长后，发现吸收装置中溶液变浑，3～4小时后停止加热，通过减重法，确认失去氨气2.14g，体系共吸收氨气1.56g，吸收率73%。未再进一步延长吸收时间。

3.1.6条件优化3

通过搭建的装置，40℃加热浓氨水（100ml氨水），氨气通过管道转移至吸收装置中（吸收液：14.7g无水氯化镁、18g磷酸二氢钠溶于170ml纯水），反应开始后，观察到固体在排气口富集，随时间延长后，发现吸收装置中溶液略微变浑，3～4小时后停止加热，通过减重法，确认失去氨气1.46g，体系共吸收氨气0.71g，吸收率49%，此时排气管已被固体堵住一大半，推测此为影响吸收率的主要原因。未再进一步延长吸收时间。

3.2结果讨论

实验过程中，当氨气开始随管道进行泄漏时，可明显观察到气压袋膨胀，同时装置4中的导气管道可以观察到不断地有气泡产生，代表氨气随着搭建地装置传导至吸收液中和气压袋中（暂时储存过量的氨气）。一段时间后，吸收液中开始出现白色固体，意味着产物磷酸铵镁开始生成（磷酸铵镁在水中微溶），吸收液中的氨气被转化吸收，停止加热后，观察到气压袋逐渐变小，同时在装置4中仍然可观察到气泡产生，表明先前装置中过量的氨气也正在被缓缓吸收，以上几点这证明方案是可行的。

为了证明我们方案的优越性，我们通过一些对比实验来作比较（表1）。当仅用水吸收氨气时，吸收率为31%，这由于氨气溶于水后形成一水合氨，根据可逆公式NH3+H2O↔NH3.H2O↔NH+4+OH-可知，氨水会不断地生成氨气释放出来，当一水合氨浓度过高后，就不易再吸收大量的氨气，使得后续吸收效率低下。而吸收液中加入氯化镁和水后，氨气的吸收效率进一步降低，仅为14%，这可能是溶液中盐使得水对于氨气的溶解度下降。而当吸收液中氯化镁、磷酸二氢钠和水同时存在时，通过公式Mg2++PO-+NH+4=MgNH4PO4，溶液中的铵根离子不断被消耗，从而推动公式NH3+H2O↔NH3.H2O↔NH+4+OH-向右转化，氨气被更好的吸收，而提高氯化镁和磷酸二氢钠浓度后，吸收效率会进一步提高，达到73%，继续提高氯化镁和磷酸二氢钠浓度后，发现氨气吸收率反而下降了，经观察发现装置4中的导气口被固体堵住，影响了吸收效率，表明导气管粗细需要根据吸收液浓度做适当调整。综上，与常规的水吸收方案相比，我们的方案具有明显的吸收效率提升，表明我们的方案更优异。

4结论

目前传统的氨气吸收的主要方式为水吸收，吸收率低，消耗量大，存储空间需求大，形成的氨水存在二次释放氨气的危害；我们提供一种新方案，可以提升单位体积吸收液的吸收效率（从31%提升至73%），存放后处理溶液所需的空间减小，并且生成的磷酸铵镁不可逆，二次危害小，用水量大大降低，沉降的固体可用于多方面（用作饲料添加剂、肥料添加剂，在医药上也有应用，也可用于涂料、氨基甲酸酯、软泡阻燃剂的制造。磷酸镁铵在国外已被列入肥料之列[12]，用作长效无机氮肥，主要用于果树、草坪、花卉等），是更为绿色和高效的氨气吸收方案，具有很好的应用前景。另外，调控氨气的流速、增加吸收装置数量很可能进一步提高装置对氨气的吸收率，存在进一步的优化可能性。

参考文献：

[1]中国新闻网.武汉一食品厂突发氨气泄露农田大面积受损[EB/OL].https：//news.cntv.cn/china/20110717/104769.shtml，2011-07-17.

[2]南平市人民政府.吉林省长春市宝源丰禽业有限公司“6·3”特别重大火灾爆炸事故[EB/OL].https：//www.np.gov.cn/cms/html/npszf/2016-07-11/590574883.html，2016-07-11.

[3]中国政府网.安委会批复上海8.31重大氨泄漏事故调查处理结果[EB/OL].https：//www.gov.cn/gzdt/2013-09/23/content_2492991.htm，2013-09-23.

[4]第一范文网.氨泄漏应急处置措施（精选16篇）[EB/OL].https：//www.diyifanwen.com/fanwen/zhenggaicuoshi/7185010.html，2022-07-29.

[5]张丽珍，李子彬，孙辉，等.液氨储罐泄漏应急处理装置[P].申请公布号：CN115468117A.

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[7]田洪耀，周传旴，王永强，等.一种储氨罐泄漏保护装置[P].授权公告号：CN217961969U.

[8]吴丹.氨水挥发规律及其有机抑制剂的研制[D].四川：西南科技大学，2022-05-01.

[9]何岩，赵由才，周恭明.高浓度氨氮废水脱氮技术研究进展[D].上海：同济大学污染控

制和资源化研究国家重点实验室，2008-01-20.

[10]方莎.磷酸铵镁化学沉淀法循环处理高氨氮废水研究[D].北京：北京交通大学，2007-12-01.

[11]黄平丹，曹钰嵘.基于化学沉淀法的稀土氨氮废水处理研究[D].山西化工，2023-03-31.

[12]YingHaoLiu，SanjayKumar，Jung-HoonKwag，ChangSixRa.Magnesiumammoniumphosphateformation，recoveryanditsapplicationasvaluableresources：areview[J].JChemTechnolBiotechnol，2013，88：181–189.

作者简介：王睿旸（2007），男，汉族，上海，高中（在读）。胡建文，男，汉族，安徽滁州，博士，助理研究员。

王骏畅（通讯作者），男，汉族，浙江杭州，博士，助理研究员。