公布日：2024.12.24
申請(qǐng)日：2024.10.16
分類號(hào)：C02F1/04(2023.01)I;C02F1/20(2023.01)I;B01D53/00(2006.01)I;B01D53/14(2006.01)I;B01D53/18(2006.01)I;B01D5/00(2006.01)I;C01C1/10(2006.01)I;C01C1/
12(2006.01)I;C02F101/16(2006.01)N
摘要
本發(fā)明公開了一種高濃度氨氮廢水的內(nèi)耦合節(jié)能霧化回收氨水工藝，具體涉及廢水處理技術(shù)領(lǐng)域。所述工藝包括先將高濃度氨氮廢水經(jīng)脫氨塔精餾后產(chǎn)生的氨氣和水蒸氣混合氣體經(jīng)管道進(jìn)入所述吸收‑冷凝一體式氨回收器，一體式氨回收器的內(nèi)耦合節(jié)能霧化節(jié)能裝置可產(chǎn)生超細(xì)水霧，含氨蒸汽與此超細(xì)水霧結(jié)合后迅速換熱，使水蒸氣液化成液態(tài)水，同時(shí)由于氨具有極易溶于水的特性，氨氣體分子可與液化的水蒸氣水分子結(jié)合并迅速釋放其溶解熱形成氨水。本發(fā)明工藝流程簡(jiǎn)單，設(shè)備投資及占地少，可節(jié)省多級(jí)吸收塔和大量的吸收劑，一步回收氨水，且氨水純度高、濃度可控、氨水純度高，幾乎無不凝氣產(chǎn)生，同時(shí)可以節(jié)約高濃度氨氮廢水脫氨過程中的蒸汽能耗。
權(quán)利要求書
1.一種高濃度氨氮廢水的內(nèi)耦合節(jié)能霧化回收氨水工藝，其特征在于，包括：步驟一，高濃度氨氮廢水經(jīng)脫氨塔精餾后產(chǎn)生的氨氣和水蒸氣混合氣體經(jīng)管道進(jìn)入吸收-冷凝一體式氨回收器；步驟二，內(nèi)耦合節(jié)能霧化裝置內(nèi)耦合于所述吸收-冷凝一體式氨回收器或入口管道處，所述內(nèi)耦合節(jié)能霧化裝置在吸收-冷凝一體式氨回收器或入口處管道內(nèi)產(chǎn)生持續(xù)的超細(xì)水霧，形成超高比表面積的小液滴，使得氨氣和水蒸氣與水的接觸面積大幅增加；步驟三，含氨蒸汽與此超細(xì)水霧結(jié)合后迅速換熱，使水蒸氣液化成液態(tài)水，同時(shí)由于氨具有極易溶于水的特性，氨氣體分子可與液化的水蒸氣水分子結(jié)合并迅速釋放其溶解熱形成氨水；步驟四，所釋放的溶解熱及部分未冷凝的水蒸氣和氨進(jìn)入吸收-冷凝一體式氨回收器，因氨與水蒸氣的分壓已得到降低，剩余部分熱量通過持續(xù)流動(dòng)的循環(huán)冷卻水間接換熱，進(jìn)一步提高了氨氣的溶解速率和冷卻速率，最終形成高純濃氨水后排出冷凝器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高濃度氨氮廢水的內(nèi)耦合節(jié)能霧化回收氨水工藝，其特征在于，所述工藝是通過高濃度氨氮廢水的內(nèi)耦合節(jié)能霧化回收氨水裝置完成的。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高濃度氨氮廢水的內(nèi)耦合節(jié)能霧化回收氨水工藝，其特征在于，所述裝置包括含氨蒸汽管道、吸收-冷凝一體式氨回收器、內(nèi)耦合節(jié)能霧化裝置、流量自動(dòng)調(diào)節(jié)閥、水源開關(guān)閥、水源增壓泵和水源緩存罐；其中，含氨蒸汽管道一端與脫氨塔或其他產(chǎn)生含氨廢氣的設(shè)備/管道連接，另一端與吸收-冷凝一體式氨回收器直接連接或經(jīng)內(nèi)耦合節(jié)能霧化裝置后與吸收-冷凝一體式氨回收器連接；吸收-冷凝一體式氨回收器為臥式列管式換熱器，與脫氨塔塔頂含氨蒸汽管道相連接，用于接受脫氨塔內(nèi)受熱蒸發(fā)的氨氣及水蒸氣并換熱；水源增壓泵與水源緩存罐相連，用于給內(nèi)耦合節(jié)能霧化裝置輸送水源；流量自動(dòng)調(diào)節(jié)閥能夠根據(jù)塔頂?shù)臏囟燃鞍彼疂舛冗M(jìn)行自動(dòng)連鎖控制，對(duì)水流量進(jìn)行調(diào)節(jié)；水源開關(guān)閥可以根據(jù)水源不同選擇開啟，以使用此水源，或關(guān)閉以使用其他水源。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高濃度氨氮廢水的內(nèi)耦合節(jié)能霧化回收氨水工藝，其特征在于，所述內(nèi)耦合節(jié)能霧化裝置包括螺旋噴嘴和霧化控制部分；其中，螺旋噴嘴包含吸收劑入口、吸收劑出口、導(dǎo)流螺旋。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高濃度氨氮廢水的內(nèi)耦合節(jié)能霧化回收氨水工藝，其特征在于，所述霧化控制部分含有水源進(jìn)口，其中，水源進(jìn)口用于接受待霧化的吸收劑；霧化控制包含霧化器分布布置、霧化噴水流量與氨水濃度自控連鎖、霧化噴嘴開啟數(shù)量與氨水濃度自控連鎖。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高濃度氨氮廢水的內(nèi)耦合節(jié)能霧化回收氨水工藝，其特征在于，所述內(nèi)耦合節(jié)能霧化裝置用于將霧化裝置內(nèi)通入的吸收劑在不消耗任何電能及其他動(dòng)力的情況下形成霧化液滴。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高濃度氨氮廢水的內(nèi)耦合節(jié)能霧化回收氨水工藝，其特征在于，所述霧化裝置有多種流量和角度可選擇，霧化液滴的導(dǎo)流螺旋為空心/實(shí)心圓錐形，吸收劑噴出的角度為60°～170°，根據(jù)不同工況將霧化液滴從霧化裝置中，均勻高效地分散到管道或氨回收器殼體中；保證進(jìn)入氨回收器的氣體與霧化液滴充分接觸后轉(zhuǎn)變?yōu)榘彼旱巍?/span>
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的高濃度氨氮廢水的內(nèi)耦合節(jié)能霧化回收氨水工藝，其特征在于，所述吸收劑選自純水或稀氨水、再沸器冷凝水、塔釜水、酸溶液中的一種或幾種。
發(fā)明內(nèi)容
為此，本發(fā)明提供一種高濃度氨氮廢水的內(nèi)耦合節(jié)能霧化回收氨水工藝，以解決上述問題。
本發(fā)明通過針對(duì)高濃度氨氮廢水在對(duì)氨氮回收過程能耗過高進(jìn)行從源頭分析得知高濃度氨氮廢水脫氨蒸汽消耗量大且塔頂氨外逸嚴(yán)重的原因在于塔頂氨量大，如果不過量通入蒸汽，則塔頂?shù)陌迸c吸收劑水的比例不匹配，就會(huì)有大量氨氣不能被水溶解吸收，而塔頂氨氣及水蒸氣量過大，循環(huán)水間接換熱不能及時(shí)充分將高溫氣體冷凝，因此未被冷凝的氨氣容易逸出造成空氣污染。本發(fā)明根據(jù)此分析過程，提出了一種簡(jiǎn)單易實(shí)施的節(jié)能環(huán)保高效工藝，可大幅減少氨氮廢水精餾脫氨過程中的蒸汽及循環(huán)水消耗，減少碳排放，降低氨氣尾氣排放，能一步到位高效回收高純濃氨水，具有節(jié)能環(huán)保高效的特點(diǎn)。且因其工藝流程簡(jiǎn)潔，設(shè)備投資費(fèi)用低，運(yùn)行穩(wěn)定，也便于企業(yè)推廣應(yīng)用，盡快對(duì)現(xiàn)有的裝置實(shí)施節(jié)能改造。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：
根據(jù)本發(fā)明提供的一種高濃度氨氮廢水的內(nèi)耦合節(jié)能霧化回收氨水工藝，包括：
步驟一，高濃度氨氮廢水經(jīng)脫氨塔精餾后產(chǎn)生的氨氣和水蒸氣混合氣體經(jīng)管道進(jìn)入所述吸收-冷凝一體式氨回收器，優(yōu)選殼程和/或管程；
步驟二，節(jié)能霧化裝置內(nèi)耦合于所述吸收-冷凝一體式氨回收器或入口管道處，所述內(nèi)耦合節(jié)能霧化裝置吸收并冷凝在吸收-冷凝一體式氨回收器或入口處管道內(nèi)產(chǎn)生持續(xù)的超細(xì)水霧，形成超高比表面積的小液滴，使得氨氣與水的接觸面積大幅增加；
步驟三，含氨蒸汽在管道或一體化氨回收器內(nèi)與此超細(xì)水霧結(jié)合后迅速換熱，使水蒸氣液化成液態(tài)水，同時(shí)由于氨具有極易溶于水的特性，氨氣體分子可與液化的水蒸氣水分子結(jié)合并迅速釋放其溶解熱形成氨水；
步驟四，所釋放的溶解熱及部分未冷凝的水蒸氣和氨進(jìn)入氨回收器，因氨與水蒸氣的分壓已得到降低，剩余部分熱量通過持續(xù)流動(dòng)的循環(huán)冷卻水間接換熱，進(jìn)一步提高了氨氣的溶解速率和冷卻速率，最終形成高純濃氨水后排出冷凝器。
進(jìn)一步的，所述工藝是通過高濃度氨氮廢水的內(nèi)耦合節(jié)能霧化回收氨水裝置完成的。
進(jìn)一步的，所述裝置包括含氨蒸汽管道、吸收-冷凝一體式氨回收器、內(nèi)耦合節(jié)能霧化裝置、流量自動(dòng)調(diào)節(jié)閥、水源增壓泵、水源罐及水源開關(guān)閥；
其中，含氨蒸汽管道一端與脫氨塔或其他產(chǎn)生含氨廢氣的設(shè)備/管道連接，另一端與吸收-冷凝一體式氨回收器直接連接或經(jīng)節(jié)能霧化裝置后與吸收-冷凝一體式氨回收器連接；
吸收-冷凝一體式氨回收器為臥式列管式換熱器，與脫氨塔塔頂含氨蒸汽管道相連接，用于接受脫氨塔內(nèi)受熱蒸發(fā)的氨氣及水蒸氣并換熱；其中管程介質(zhì)為循環(huán)冷卻水，殼程介質(zhì)為塔頂含氨蒸汽；
水源增壓泵與水源緩存罐相連，用于給內(nèi)耦合節(jié)能霧化裝置輸送水源；該水源緩存罐的水源有多種來源，包含但不限于使用純水，或與一體化氨回收器的出口氨水管道或者氨水罐連通，或者連接脫氨塔塔釜出水，或者連接脫氨塔再沸器的冷凝水等。所述的水源緩存罐設(shè)置0.5～1h的水源緩存量，以便提供穩(wěn)定水流。
流量自動(dòng)調(diào)節(jié)閥可根據(jù)塔頂?shù)臏囟燃鞍彼疂舛鹊冗M(jìn)行自動(dòng)連鎖控制，對(duì)總水流量進(jìn)行調(diào)節(jié)。
水源開關(guān)閥可以根據(jù)水源不同選擇開啟，以使用此水源或關(guān)閉，以使用其他水源。
進(jìn)一步的，所述內(nèi)耦合節(jié)能霧化裝置包括螺旋噴嘴(含吸收劑入口、吸收劑出口、導(dǎo)流螺旋)、霧化控制部分。其中螺旋噴嘴是霧化裝置組件中的一部分，可選用市面上已有的產(chǎn)品。霧化控制屬于本發(fā)明中所述工藝的一部分。
進(jìn)一步的，所述霧化控制部分可以含有水源進(jìn)口，其中，水源進(jìn)口用于接受待霧化的吸收劑；所述霧化控制包含霧化器分布布置、霧化噴水流量與氨水濃度自控連鎖、霧化裝置開啟數(shù)量與氨水濃度自控連鎖等設(shè)計(jì)，在實(shí)際生產(chǎn)中可結(jié)合工藝需要進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)備設(shè)計(jì)及自控設(shè)計(jì)；也就是說霧化控制工藝包含在設(shè)備設(shè)計(jì)階段按照需求對(duì)霧化器進(jìn)行分布布置，在工程操作階段控制霧化器的開啟數(shù)量，調(diào)節(jié)吸收劑流量。
進(jìn)一步的，所述無動(dòng)力霧化裝置用于將霧化裝置內(nèi)通入的吸收劑在不消耗任何電能及其他動(dòng)力的情況下形成霧化液滴。
進(jìn)一步的，所述霧化裝置有多種流量和角度可選擇，所述霧化導(dǎo)流螺旋位于霧化裝置上，霧化液滴導(dǎo)流螺旋為空心/實(shí)心圓錐形，吸收劑噴出的角度可根據(jù)導(dǎo)流螺旋的形狀和長(zhǎng)度不同，從60°～170°范圍內(nèi)選擇，以便根據(jù)不同工況將霧化液滴從霧化器中，均勻高效地分散到管道或氨回收器殼體中；保證進(jìn)入氨回收器的氣體與霧化液滴充分接觸后轉(zhuǎn)變?yōu)榘彼旱巍?/span>
該節(jié)能霧化裝置具有角度(60°～170°)可調(diào)、流量可調(diào)、無堵塞結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，流量通徑大、結(jié)構(gòu)精簡(jiǎn)、尺寸小巧等特點(diǎn)，可選用螺紋或法蘭與氨回收器連接，做管道內(nèi)置或殼程內(nèi)置耦合，同時(shí)不消耗任何電或蒸汽等形式的動(dòng)力，即可形成高密度大比面積霧化液滴，保證進(jìn)入氨回收器的氣體與霧化液滴充分接觸后轉(zhuǎn)變?yōu)榘彼旱巍?/span>
進(jìn)一步的，所述吸收劑可以根據(jù)工況選擇純水或稀氨水、再沸器冷凝水、塔釜水、酸溶液等不同吸收劑。
本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：
1)本發(fā)明有效解決了高濃度氨氮廢水回收氨水時(shí)蒸汽和循環(huán)水消耗量大的問題。因氨氮濃度過高時(shí)，塔頂?shù)暮闭羝嬖诎睔馀c水蒸氣比例不匹配的問題，為使氨充分被冷凝吸收，需要大量的蒸汽蒸發(fā)到塔頂來作為吸收劑。純水霧化節(jié)能裝置提供的水源可為高濃度氨氮廢水中的氨氣冷凝成氨水補(bǔ)充所需要的水量，因此代替了一部分蒸汽的消耗，整體降低整個(gè)裝置的能耗、運(yùn)行成本以及碳排放。同時(shí)水源的來源可根據(jù)工藝多樣化匹配，也可以間接實(shí)現(xiàn)廢水的減量化排放。
2)本發(fā)明通過設(shè)置節(jié)能霧化裝置，可以更大程度上回收氨，同時(shí)可以節(jié)約蒸汽且通過增設(shè)節(jié)能霧化裝置起到節(jié)能的效果。
3)本發(fā)明水吸收劑的引入，使得進(jìn)入換熱器的氨氣和水蒸氣分壓降低，進(jìn)而使部分需要通過大量循環(huán)水換熱的熱量被極少量的水吸收劑直接換熱代替，因此減少了整個(gè)體系所需要的冷量，節(jié)約了循環(huán)水。同時(shí)因換熱量減少，可節(jié)約吸收-冷凝一體式氨回收器所需要的換熱面積，降低設(shè)備投資及占地。
4)本發(fā)明工藝流程簡(jiǎn)單，設(shè)備投資及占地少，可節(jié)省掉多級(jí)吸收塔和大量的吸收劑一步回收氨水，且氨水純度高、濃度可控、氨水純度高，幾乎無不凝氣產(chǎn)生，避免了氨資源的浪費(fèi)和空氣污染。
5)本發(fā)明自動(dòng)化程度高，工藝穩(wěn)定可控，改造難度低，便于企業(yè)對(duì)現(xiàn)有的裝置實(shí)施節(jié)能改造。
（發(fā)明人：李金濤;趙宇婧;許寶建;向波;王啟偉;金瑞瑞;郭偉）
