申请日2012.12.14
公开(公告)日2013.04.03
IPC分类号C02F101/38; C02F1/58
摘要
一种固体催化剂催化水解低浓度尿素废水的方法是由解吸塔上段对低浓度尿素废水中的NH3和CO2进行预处理;然后由装有催化剂的催化水解装置催化水解废水中的尿素;最后再由装有催化剂的解吸塔下段进一步水解尿素和解吸废水中残留的NH3和CO2。本方法采用两级催化的方法处理低浓度尿素废水，可在较低的温度和压力下进行，降低了能耗及装置的投资，处理后的尿素废液含尿素和氨为5ppm以下，可作为循环用水或锅炉用水，消除了废液污染。
权利要求书
1.一种固体催化剂催化水解低浓度尿素废水的方法，其特征在于：
首先将尿素含量低于2wt%的低浓度尿素废水输入解吸塔上段，由来自解吸塔下段的低压饱和蒸汽作为汽提剂，保持压力0.1-0.5Mpa，进行解吸预处理，解吸出废水 中的NH3和CO2;
然后将经过解吸处理后的低浓度尿素废水通入催化水解装置，催化水解装置底部通入汽提剂，保持压力0.3-1.1Mpa，温度130-180℃，液体空速0.8-2.0h-1，在固体催化剂的作用下发生水解反应，将尿素水解为NH3和CO2;
最后再将水解后的废水送入装有固体催化剂的解吸塔下段，塔底通入低压饱和蒸汽作汽提剂，保持压力0.1-0.5Mpa，在固体催化剂作用下进一步水解残余的尿素，并解吸出废水中残留的NH3和CO2，处理后的液体中尿素和氨含量小于5ppm。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：解吸塔是由上下两段构成，上段是板式塔，下段是填料塔，下段底部通入低压饱和蒸汽作为汽提剂，下段顶部出来的低压饱和蒸汽直接进入上段底部作为汽提剂。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：催化水解装置是固定床催化水解装置。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：固体催化剂是活性氧化铝、沸石分子筛、SO2- 4/TiO2固体超强酸或是复合金属氧化物SiO2-Al2O3。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于：催化水解装置的汽提剂是CO2、水蒸气或其混合物。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于：催化水解装置的水解反应热量是由预热装置、蒸汽或是二者共同提供。
说明书
一种固体催化剂催化水解低浓度尿素废水的方法
技术领域
本发明涉及一种尿素废水处理方法，尤其是一种催化水解处理低浓度尿素废水的方法。
背景技术
尿素的合成由NH3和CO2首先反应生成氨基甲酸铵，然后氨基甲酸铵经高温脱水生成尿素。尿素合成过程中，每生成1mol尿素将伴有1mol的水生成，即每制得1t尿素产生副产物水0.3t。此外，再加上分离回收循环工序中加入的补充水，真空蒸发系统的蒸汽喷射器用驱动蒸汽的冷凝水，以及设备、仪表、管线的冲洗水，生产每吨尿素产品的总排水量可达0.5t，这些通称为工艺冷凝液，其中氨、二氧化碳和尿素的含量大约为NH3 3%-6%，CO2 1%-3%，尿素 0.5%-2%。这种低浓度尿素废水不进行有效处理，不仅会污染环境，还会造成资源浪费。
在现有技术中，处理上述低浓度尿素废水主要方法有微生物水解法、脲酶水解法和热力水解法。
微生物水解法是利用微生物对废水中尿素进行降解。由于微生物可自然增殖，不需要高温高压的反应条件，虽然投资省、能耗低、运转周期长，但这种方法受pH的制约较大，操作复杂，并且处理时间较长。
脲酶水解法是利用固定化的脲酶，在常温常压下将废液中的尿素水解。这种方法虽然能耗低，但酶的分离与固定技术较复杂，使得脲酶成本较高;又由于脲酶活性随时间衰变，使得运转周期短;此外操作条件的变化，可造成脲酶的失活，无法再生。
热力水解法是目前最普遍的尿素废水处理方法，在压力为2-4MPa，温度为170-240℃条件下，使废液中低浓度尿素水解，然后通过气提将氨予以回收。虽然处理后的尿素含量可降至10ppm以下，但是由于水解过程是在高温高压下进行，因此能耗大;考虑到设备需承受较高的压力，水解塔要用特种材料制备，使得设备造价高。
US5252308中描述尿素在多元无机酸(磷酸或硫酸)存在下，可以生成高纯度的氨，由于该工艺采用酸溶液作催化剂，因此对设备要求比较高，操作复杂，并且所用的无机酸无法回收利用。US5827490中介绍了尿素可被一些金属、金属氧化物或者金属化合物催化水解生成氨用于脱除NOx，但是该专利中未说明催化剂的具体化学成分。
上述两项专利由高浓度(大于10wt%)尿素溶液制氨，其目的是利用氨脱除氮氧化物。US4168299中介绍了尿素含量为0.05wt%-10wt%的废水可采用V2O5进行催化水解处理，以装有回流冷凝器的烧瓶为反应器，当溶液中尿素含量为10g/L，反应温度为215oF时，反应时间持续30min，尿素水解率仅能达到31.1%，水解液中尿素含量依然很高，不能达到排放标准。
US4220635中采用一系列钒的化合物(例如：Na3VO4、NaVO4·nH2O、V2O5和VOSO4·nH2O等)为催化剂对尿素含量为0.05wt%-10wt%的废水进行处理，同样以装有回流冷凝器的烧瓶为反应器，当溶液中尿素含量为20 g/L，反应温度为220oF左右时，反应时间持续360min，尿素水解率也只能达到58%，要使溶液中尿素彻底水解，需要反应持续840min，耗费的时间较长，并且所用催化剂很难回收利用，所需催化剂用量大，造价高，不适用于工业上的尿素废水处理。
CN101182063A中描述了一种采用液体碱溶液或将其负载于载体上的固体催化剂催化处理尿素污水的方法。该方法先将尿素污水与催化剂混合，然后送入水解装置澡泡塔，塔内气体沿截面未能均匀分布，气液传质速率较低，不能够迅速将尿素污水中的NH3和CO2解吸出来，另外采用液体碱溶液做催化剂催化尿素水解，不仅碱消耗大，而且无法回收利用，最后经水解处理后的液体pH值较高仍然不能直接排放，还需要进行中和处理，此外，实例中所用水样的尿素含量小于0.2%，明显低于工业废水中尿素含量，不足以证明该方法的工业实用性。
发明内容
本发明的目的是提供一种能耗低、投资省、效果好的固体催化剂两级催化水解低浓度尿素废水的方法。
本发明上述所提供的一种固体催化剂催化水解低浓度尿素废水的方法，其特征在于：
首先将尿素含量低于2wt%的低浓度尿素废水输入解吸塔上段，由来自解吸塔下段的低压饱和蒸汽作为汽提剂，保持压力0.1-0.5Mpa，进行解吸预处理，解吸出废水中的NH3和CO2;
然后将经过解吸处理后的低浓度尿素废水通入催化水解装置，催化水解装置底部通入汽提剂，保持压力0.3-1.1Mpa，温度130-180℃，液体空速0.8-2.0h-1，在固体催化剂的作用下发生水解反应，将尿素水解为NH3和CO2;
最后再将水解后的废水送入装有固体催化剂的解吸塔下段，塔底通入低压饱和蒸汽作汽提剂，保持压力0.1-0.5Mpa，在固体催化剂作用下进一步水解残余的尿素，并解吸出废水中残留的NH3和CO2，处理后的液体中尿素和氨含量小于5ppm。
在上述的技术方案中，进一步的附加技术特征在于：
所述解吸塔是由上下两段构成，上段是板式塔，下段是填料塔，下段底部通入低压饱和蒸汽作为汽提剂，下段顶部出来的低压饱和蒸汽直接进入上段底部作为汽提剂。
所述催化水解装置是固定床催化水解装置。
所述固体催化剂是活性氧化铝、沸石分子筛、SO2- 4/TiO2固体超强酸或是复合金属氧化物SiO2-Al2O3。
所述催化水解装置的汽提剂是CO2、水蒸气或其混合物。
所述催化水解装置的水解反应热量是由预热装置、蒸汽或是二者共同提供。
实现本发明所提供的一种固体催化剂催化水解低浓度尿素废水的方法，与现有技术相比，所具有的优点与积极效果在于：本方法采用装填固体催化剂的固定床为反应器，以同样固体催化剂为填料的填料塔为解吸塔下段，可对尿素废水进行连续处理，所需停留时间较短，并且固体催化剂还可以回收利用，此外装填的催化剂还有填料作用，能够增大气液接触面积，提高气液传质速率，促使废水中的NH3和CO2迅速解吸出来，经本工艺处理后的废水中尿素和氨含量可达5ppm以下。