公布日：2024.12.24
申请日：2024.10.16
分类号：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
本发明公开了一种高浓度氨氮废水的内耦合节能雾化回收氨水工艺，具体涉及废水处理技术领域。所述工艺包括先将高浓度氨氮废水经脱氨塔精馏后产生的氨气和水蒸气混合气体经管道进入所述吸收‑冷凝一体式氨回收器，一体式氨回收器的内耦合节能雾化节能装置可产生超细水雾，含氨蒸汽与此超细水雾结合后迅速换热，使水蒸气液化成液态水，同时由于氨具有极易溶于水的特性，氨气体分子可与液化的水蒸气水分子结合并迅速释放其溶解热形成氨水。本发明工艺流程简单，设备投资及占地少，可节省多级吸收塔和大量的吸收剂，一步回收氨水，且氨水纯度高、浓度可控、氨水纯度高，几乎无不凝气产生，同时可以节约高浓度氨氮废水脱氨过程中的蒸汽能耗。
权利要求书
1.一种高浓度氨氮废水的内耦合节能雾化回收氨水工艺，其特征在于，包括：步骤一，高浓度氨氮废水经脱氨塔精馏后产生的氨气和水蒸气混合气体经管道进入吸收-冷凝一体式氨回收器；步骤二，内耦合节能雾化装置内耦合于所述吸收-冷凝一体式氨回收器或入口管道处，所述内耦合节能雾化装置在吸收-冷凝一体式氨回收器或入口处管道内产生持续的超细水雾，形成超高比表面积的小液滴，使得氨气和水蒸气与水的接触面积大幅增加；步骤三，含氨蒸汽与此超细水雾结合后迅速换热，使水蒸气液化成液态水，同时由于氨具有极易溶于水的特性，氨气体分子可与液化的水蒸气水分子结合并迅速释放其溶解热形成氨水；步骤四，所释放的溶解热及部分未冷凝的水蒸气和氨进入吸收-冷凝一体式氨回收器，因氨与水蒸气的分压已得到降低，剩余部分热量通过持续流动的循环冷却水间接换热，进一步提高了氨气的溶解速率和冷却速率，最终形成高纯浓氨水后排出冷凝器。
2.根据权利要求1所述的高浓度氨氮废水的内耦合节能雾化回收氨水工艺，其特征在于，所述工艺是通过高浓度氨氮废水的内耦合节能雾化回收氨水装置完成的。
3.根据权利要求2所述的高浓度氨氮废水的内耦合节能雾化回收氨水工艺，其特征在于，所述装置包括含氨蒸汽管道、吸收-冷凝一体式氨回收器、内耦合节能雾化装置、流量自动调节阀、水源开关阀、水源增压泵和水源缓存罐；其中，含氨蒸汽管道一端与脱氨塔或其他产生含氨废气的设备/管道连接，另一端与吸收-冷凝一体式氨回收器直接连接或经内耦合节能雾化装置后与吸收-冷凝一体式氨回收器连接；吸收-冷凝一体式氨回收器为卧式列管式换热器，与脱氨塔塔顶含氨蒸汽管道相连接，用于接受脱氨塔内受热蒸发的氨气及水蒸气并换热；水源增压泵与水源缓存罐相连，用于给内耦合节能雾化装置输送水源；流量自动调节阀能够根据塔顶的温度及氨水浓度进行自动连锁控制，对水流量进行调节；水源开关阀可以根据水源不同选择开启，以使用此水源，或关闭以使用其他水源。
4.根据权利要求3所述的高浓度氨氮废水的内耦合节能雾化回收氨水工艺，其特征在于，所述内耦合节能雾化装置包括螺旋喷嘴和雾化控制部分；其中，螺旋喷嘴包含吸收剂入口、吸收剂出口、导流螺旋。
5.根据权利要求4所述的高浓度氨氮废水的内耦合节能雾化回收氨水工艺，其特征在于，所述雾化控制部分含有水源进口，其中，水源进口用于接受待雾化的吸收剂；雾化控制包含雾化器分布布置、雾化喷水流量与氨水浓度自控连锁、雾化喷嘴开启数量与氨水浓度自控连锁。
6.根据权利要求5所述的高浓度氨氮废水的内耦合节能雾化回收氨水工艺，其特征在于，所述内耦合节能雾化装置用于将雾化装置内通入的吸收剂在不消耗任何电能及其他动力的情况下形成雾化液滴。
7.根据权利要求6所述的高浓度氨氮废水的内耦合节能雾化回收氨水工艺，其特征在于，所述雾化装置有多种流量和角度可选择，雾化液滴的导流螺旋为空心/实心圆锥形，吸收剂喷出的角度为60°～170°，根据不同工况将雾化液滴从雾化装置中，均匀高效地分散到管道或氨回收器壳体中；保证进入氨回收器的气体与雾化液滴充分接触后转变为氨水液滴。
8.根据权利要求7所述的高浓度氨氮废水的内耦合节能雾化回收氨水工艺，其特征在于，所述吸收剂选自纯水或稀氨水、再沸器冷凝水、塔釜水、酸溶液中的一种或几种。
发明内容
为此，本发明提供一种高浓度氨氮废水的内耦合节能雾化回收氨水工艺，以解决上述问题。
本发明通过针对高浓度氨氮废水在对氨氮回收过程能耗过高进行从源头分析得知高浓度氨氮废水脱氨蒸汽消耗量大且塔顶氨外逸严重的原因在于塔顶氨量大，如果不过量通入蒸汽，则塔顶的氨与吸收剂水的比例不匹配，就会有大量氨气不能被水溶解吸收，而塔顶氨气及水蒸气量过大，循环水间接换热不能及时充分将高温气体冷凝，因此未被冷凝的氨气容易逸出造成空气污染。本发明根据此分析过程，提出了一种简单易实施的节能环保高效工艺，可大幅减少氨氮废水精馏脱氨过程中的蒸汽及循环水消耗，减少碳排放，降低氨气尾气排放，能一步到位高效回收高纯浓氨水，具有节能环保高效的特点。且因其工艺流程简洁，设备投资费用低，运行稳定，也便于企业推广应用，尽快对现有的装置实施节能改造。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
根据本发明提供的一种高浓度氨氮废水的内耦合节能雾化回收氨水工艺，包括：
步骤一，高浓度氨氮废水经脱氨塔精馏后产生的氨气和水蒸气混合气体经管道进入所述吸收-冷凝一体式氨回收器，优选壳程和/或管程；
步骤二，节能雾化装置内耦合于所述吸收-冷凝一体式氨回收器或入口管道处，所述内耦合节能雾化装置吸收并冷凝在吸收-冷凝一体式氨回收器或入口处管道内产生持续的超细水雾，形成超高比表面积的小液滴，使得氨气与水的接触面积大幅增加；
步骤三，含氨蒸汽在管道或一体化氨回收器内与此超细水雾结合后迅速换热，使水蒸气液化成液态水，同时由于氨具有极易溶于水的特性，氨气体分子可与液化的水蒸气水分子结合并迅速释放其溶解热形成氨水；
步骤四，所释放的溶解热及部分未冷凝的水蒸气和氨进入氨回收器，因氨与水蒸气的分压已得到降低，剩余部分热量通过持续流动的循环冷却水间接换热，进一步提高了氨气的溶解速率和冷却速率，最终形成高纯浓氨水后排出冷凝器。
进一步的，所述工艺是通过高浓度氨氮废水的内耦合节能雾化回收氨水装置完成的。
进一步的，所述装置包括含氨蒸汽管道、吸收-冷凝一体式氨回收器、内耦合节能雾化装置、流量自动调节阀、水源增压泵、水源罐及水源开关阀；
其中，含氨蒸汽管道一端与脱氨塔或其他产生含氨废气的设备/管道连接，另一端与吸收-冷凝一体式氨回收器直接连接或经节能雾化装置后与吸收-冷凝一体式氨回收器连接；
吸收-冷凝一体式氨回收器为卧式列管式换热器，与脱氨塔塔顶含氨蒸汽管道相连接，用于接受脱氨塔内受热蒸发的氨气及水蒸气并换热；其中管程介质为循环冷却水，壳程介质为塔顶含氨蒸汽；
水源增压泵与水源缓存罐相连，用于给内耦合节能雾化装置输送水源；该水源缓存罐的水源有多种来源，包含但不限于使用纯水，或与一体化氨回收器的出口氨水管道或者氨水罐连通，或者连接脱氨塔塔釜出水，或者连接脱氨塔再沸器的冷凝水等。所述的水源缓存罐设置0.5～1h的水源缓存量，以便提供稳定水流。
流量自动调节阀可根据塔顶的温度及氨水浓度等进行自动连锁控制，对总水流量进行调节。
水源开关阀可以根据水源不同选择开启，以使用此水源或关闭，以使用其他水源。
进一步的，所述内耦合节能雾化装置包括螺旋喷嘴(含吸收剂入口、吸收剂出口、导流螺旋)、雾化控制部分。其中螺旋喷嘴是雾化装置组件中的一部分，可选用市面上已有的产品。雾化控制属于本发明中所述工艺的一部分。
进一步的，所述雾化控制部分可以含有水源进口，其中，水源进口用于接受待雾化的吸收剂；所述雾化控制包含雾化器分布布置、雾化喷水流量与氨水浓度自控连锁、雾化装置开启数量与氨水浓度自控连锁等设计，在实际生产中可结合工艺需要进行相应的设备设计及自控设计；也就是说雾化控制工艺包含在设备设计阶段按照需求对雾化器进行分布布置，在工程操作阶段控制雾化器的开启数量，调节吸收剂流量。
进一步的，所述无动力雾化装置用于将雾化装置内通入的吸收剂在不消耗任何电能及其他动力的情况下形成雾化液滴。
进一步的，所述雾化装置有多种流量和角度可选择，所述雾化导流螺旋位于雾化装置上，雾化液滴导流螺旋为空心/实心圆锥形，吸收剂喷出的角度可根据导流螺旋的形状和长度不同，从60°～170°范围内选择，以便根据不同工况将雾化液滴从雾化器中，均匀高效地分散到管道或氨回收器壳体中；保证进入氨回收器的气体与雾化液滴充分接触后转变为氨水液滴。
该节能雾化装置具有角度(60°～170°)可调、流量可调、无堵塞结构设计，流量通径大、结构精简、尺寸小巧等特点，可选用螺纹或法兰与氨回收器连接，做管道内置或壳程内置耦合，同时不消耗任何电或蒸汽等形式的动力，即可形成高密度大比面积雾化液滴，保证进入氨回收器的气体与雾化液滴充分接触后转变为氨水液滴。
进一步的，所述吸收剂可以根据工况选择纯水或稀氨水、再沸器冷凝水、塔釜水、酸溶液等不同吸收剂。
本发明具有如下优点：
1)本发明有效解决了高浓度氨氮废水回收氨水时蒸汽和循环水消耗量大的问题。因氨氮浓度过高时，塔顶的含氨蒸汽存在氨气与水蒸气比例不匹配的问题，为使氨充分被冷凝吸收，需要大量的蒸汽蒸发到塔顶来作为吸收剂。纯水雾化节能装置提供的水源可为高浓度氨氮废水中的氨气冷凝成氨水补充所需要的水量，因此代替了一部分蒸汽的消耗，整体降低整个装置的能耗、运行成本以及碳排放。同时水源的来源可根据工艺多样化匹配，也可以间接实现废水的减量化排放。
2)本发明通过设置节能雾化装置，可以更大程度上回收氨，同时可以节约蒸汽且通过增设节能雾化装置起到节能的效果。
3)本发明水吸收剂的引入，使得进入换热器的氨气和水蒸气分压降低，进而使部分需要通过大量循环水换热的热量被极少量的水吸收剂直接换热代替，因此减少了整个体系所需要的冷量，节约了循环水。同时因换热量减少，可节约吸收-冷凝一体式氨回收器所需要的换热面积，降低设备投资及占地。
4)本发明工艺流程简单，设备投资及占地少，可节省掉多级吸收塔和大量的吸收剂一步回收氨水，且氨水纯度高、浓度可控、氨水纯度高，几乎无不凝气产生，避免了氨资源的浪费和空气污染。
5)本发明自动化程度高，工艺稳定可控，改造难度低，便于企业对现有的装置实施节能改造。
（发明人：李金涛;赵宇婧;许宝建;向波;王启伟;金瑞瑞;郭伟）