公布日：2024.12.24
申請日：2024.10.16
分類號：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
本發明公開了一種高濃度氨氮廢水的內耦合節能霧化回收氨水工藝，具體涉及廢水處理技術領域。所述工藝包括先將高濃度氨氮廢水經脫氨塔精餾后產生的氨氣和水蒸氣混合氣體經管道進入所述吸收‑冷凝一體式氨回收器，一體式氨回收器的內耦合節能霧化節能裝置可產生超細水霧，含氨蒸汽與此超細水霧結合后迅速換熱，使水蒸氣液化成液態水，同時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合并迅速釋放其溶解熱形成氨水。本發明工藝流程簡單，設備投資及占地少，可節省多級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，幾乎無不凝氣產生，同時可以節約高濃度氨氮廢水脫氨過程中的蒸汽能耗。
權利要求書
1.一種高濃度氨氮廢水的內耦合節能霧化回收氨水工藝，其特征在于，包括：步驟一，高濃度氨氮廢水經脫氨塔精餾后產生的氨氣和水蒸氣混合氣體經管道進入吸收-冷凝一體式氨回收器；步驟二，內耦合節能霧化裝置內耦合于所述吸收-冷凝一體式氨回收器或入口管道處，所述內耦合節能霧化裝置在吸收-冷凝一體式氨回收器或入口處管道內產生持續的超細水霧，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，含氨蒸汽與此超細水霧結合后迅速換熱，使水蒸氣液化成液態水，同時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流動的循環冷卻水間接換熱，進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.根據權利要求1所述的高濃度氨氮廢水的內耦合節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耦合節能霧化回收氨水裝置完成的。
3.根據權利要求2所述的高濃度氨氮廢水的內耦合節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、內耦合節能霧化裝置、流量自動調節閥、水源開關閥、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生含氨廢氣的設備/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內耦合節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，用于接受脫氨塔內受熱蒸發的氨氣及水蒸氣并換熱；水源增壓泵與水源緩存罐相連，用于給內耦合節能霧化裝置輸送水源；流量自動調節閥能夠根據塔頂的溫度及氨水濃度進行自動連鎖控制，對水流量進行調節；水源開關閥可以根據水源不同選擇開啟，以使用此水源，或關閉以使用其他水源。
4.根據權利要求3所述的高濃度氨氮廢水的內耦合節能霧化回收氨水工藝，其特征在于，所述內耦合節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、導流螺旋。
5.根據權利要求4所述的高濃度氨氮廢水的內耦合節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口，其中，水源進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、霧化噴嘴開啟數量與氨水濃度自控連鎖。
6.根據權利要求5所述的高濃度氨氮廢水的內耦合節能霧化回收氨水工藝，其特征在于，所述內耦合節能霧化裝置用于將霧化裝置內通入的吸收劑在不消耗任何電能及其他動力的情況下形成霧化液滴。
7.根據權利要求6所述的高濃度氨氮廢水的內耦合節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，霧化液滴的導流螺旋為空心/實心圓錐形，吸收劑噴出的角度為60°～170°，根據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；保證進入氨回收器的氣體與霧化液滴充分接觸后轉變為氨水液滴。
8.根據權利要求7所述的高濃度氨氮廢水的內耦合節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。
發明內容
為此，本發明提供一種高濃度氨氮廢水的內耦合節能霧化回收氨水工藝，以解決上述問題。
本發明通過針對高濃度氨氮廢水在對氨氮回收過程能耗過高進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重的原因在于塔頂氨量大，如果不過量通入蒸汽，則塔頂的氨與吸收劑水的比例不匹配，就會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，循環水間接換熱不能及時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。本發明根據此分析過程，提出了一種簡單易實施的節能環保高效工藝，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，具有節能環保高效的特點。且因其工藝流程簡潔，設備投資費用低，運行穩定，也便于企業推廣應用，盡快對現有的裝置實施節能改造。
為了實現上述目的，本發明提供如下技術方案：
根據本發明提供的一種高濃度氨氮廢水的內耦合節能霧化回收氨水工藝，包括：
步驟一，高濃度氨氮廢水經脫氨塔精餾后產生的氨氣和水蒸氣混合氣體經管道進入所述吸收-冷凝一體式氨回收器，優選殼程和/或管程；
步驟二，節能霧化裝置內耦合于所述吸收-冷凝一體式氨回收器或入口管道處，所述內耦合節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產生持續的超細水霧，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與此超細水霧結合后迅速換熱，使水蒸氣液化成液態水，同時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流動的循環冷卻水間接換熱，進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。
進一步的，所述工藝是通過高濃度氨氮廢水的內耦合節能霧化回收氨水裝置完成的。
進一步的，所述裝置包括含氨蒸汽管道、吸收-冷凝一體式氨回收器、內耦合節能霧化裝置、流量自動調節閥、水源增壓泵、水源罐及水源開關閥；
其中，含氨蒸汽管道一端與脫氨塔或其他產生含氨廢氣的設備/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節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，用于接受脫氨塔內受熱蒸發的氨氣及水蒸氣并換熱；其中管程介質為循環冷卻水，殼程介質為塔頂含氨蒸汽；
水源增壓泵與水源緩存罐相連，用于給內耦合節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置0.5～1h的水源緩存量，以便提供穩定水流。
流量自動調節閥可根據塔頂的溫度及氨水濃度等進行自動連鎖控制，對總水流量進行調節。
水源開關閥可以根據水源不同選擇開啟，以使用此水源或關閉，以使用其他水源。
進一步的，所述內耦合節能霧化裝置包括螺旋噴嘴(含吸收劑入口、吸收劑出口、導流螺旋)、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品。霧化控制屬于本發明中所述工藝的一部分。
進一步的，所述霧化控制部分可以含有水源進口，其中，水源進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、霧化裝置開啟數量與氨水濃度自控連鎖等設計，在實際生產中可結合工藝需要進行相應的設備設計及自控設計；也就是說霧化控制工藝包含在設備設計階段按照需求對霧化器進行分布布置，在工程操作階段控制霧化器的開啟數量，調節吸收劑流量。
進一步的，所述無動力霧化裝置用于將霧化裝置內通入的吸收劑在不消耗任何電能及其他動力的情況下形成霧化液滴。
進一步的，所述霧化裝置有多種流量和角度可選擇，所述霧化導流螺旋位于霧化裝置上，霧化液滴導流螺旋為空心/實心圓錐形，吸收劑噴出的角度可根據導流螺旋的形狀和長度不同，從60°～170°范圍內選擇，以便根據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；保證進入氨回收器的氣體與霧化液滴充分接觸后轉變為氨水液滴。
該節能霧化裝置具有角度(60°～170°)可調、流量可調、無堵塞結構設計，流量通徑大、結構精簡、尺寸小巧等特點，可選用螺紋或法蘭與氨回收器連接，做管道內置或殼程內置耦合，同時不消耗任何電或蒸汽等形式的動力，即可形成高密度大比面積霧化液滴，保證進入氨回收器的氣體與霧化液滴充分接觸后轉變為氨水液滴。
進一步的，所述吸收劑可以根據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。
本發明具有如下優點：
1)本發明有效解決了高濃度氨氮廢水回收氨水時蒸汽和循環水消耗量大的問題。因氨氮濃度過高時，塔頂的含氨蒸汽存在氨氣與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到塔頂來作為吸收劑。純水霧化節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，整體降低整個裝置的能耗、運行成本以及碳排放。同時水源的來源可根據工藝多樣化匹配，也可以間接實現廢水的減量化排放。
2)本發明通過設置節能霧化裝置，可以更大程度上回收氨，同時可以節約蒸汽且通過增設節能霧化裝置起到節能的效果。
3)本發明水吸收劑的引入，使得進入換熱器的氨氣和水蒸氣分壓降低，進而使部分需要通過大量循環水換熱的熱量被極少量的水吸收劑直接換熱代替，因此減少了整個體系所需要的冷量，節約了循環水。同時因換熱量減少，可節約吸收-冷凝一體式氨回收器所需要的換熱面積，降低設備投資及占地。
4)本發明工藝流程簡單，設備投資及占地少，可節省掉多級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，幾乎無不凝氣產生，避免了氨資源的浪費和空氣污染。
5)本發明自動化程度高，工藝穩定可控，改造難度低，便于企業對現有的裝置實施節能改造。
（發明人：李金濤;趙宇婧;許寶建;向波;王啟偉;金瑞瑞;郭偉）
