CN102190341B - 热泵闪蒸汽提脱氨法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种热泵闪蒸汽提脱氨法。该法将汽提脱氨后的富含氨氮的蒸汽经过吸收塔吸收后，净化的蒸汽经过热泵机组增压后循环使用，脱氨后的废水经过文丘里和液环真空泵组成的真空闪蒸机组闪蒸后直接加热预处理高氨氮废水。本发明与传统脱氨蒸汽耗量大、操作成本高的工艺相比，在节能、降耗方面有着效果显著，在氨氮废水处理中具有较广的应用市场前景和巨大的应用潜力。

Description

热泵闪蒸汽提脱氨法
技术领域
本发明涉及含氨废水脱氨处理技术领域，是在蒸汽汽提脱氨法基础上结合闪蒸技术和热泵技术开发的高效、节能的脱氨技术，适用于炼油催化剂废水处理和其它含氨废水处理领域。
背景技术
石化、冶金、食品等行业常常会产生大量的氨氮的废水。这类废水中通常还含有硫、酚、氟或硫酸根、硅酸盐等杂质，结果造成废水很难得到有效处理，处理后的废水中氨氮含量不能达到国家排放标准，直接排放污染水源，对环境造成极大的破坏；另外，处理氨氮废水的成本比较高，其中蒸汽的消耗量通常在180kg/t废水以上，装置不节能，运行费用高，企业难以承受。
含氨废水脱除技术通常有生化法、吹脱法、汽提法、折点氯化法、离子交换法、化学沉淀法、膜分离法等。目前，在处理工业中产生的氨氮含量在500～10000ppm的高浓度氨氮废水通常采用蒸汽汽提法，汽提法是用蒸汽吹脱，将废水中的游离氨转变为氨气逸出。汽提法适用于处理高浓度氨氮废水，对氨氮的去除率可达99％以上，效率非常高，技术成熟度好，但是传统的汽提脱氨技术蒸汽耗量大，处理废水单耗高。
发明内容
鉴于目前蒸汽汽提法脱除含氨废水的不足，本发明目的旨在提供一种热泵闪蒸汽提脱氨法，即将先进的热泵技术、闪蒸技术和传统的蒸汽汽提技术有机地结合在一起，不但使处理后的氨氮废水达到国家一级排放标准，而且大大地降低了吹脱蒸汽消耗量，使得蒸汽耗量≤50kg/t废水，并且回收了废水中的99.9％的氨，提高资源利用率。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现：
一种热泵闪蒸汽提脱氨法，其步骤是：
a.高氨氮废水通过泵送入到文丘里水喷射器，将与复合汽提脱氨塔二级闪蒸段引射来的蒸汽进行汽液急冷换热后，进入复合汽提脱氨塔一级混合段内汽液分离；复合汽提脱氨塔二级闪蒸段不凝气体由液环真空泵抽出经过尾气吸收塔将不凝气体带出的氨气吸收后排放；
b.复合汽提脱氨塔一级混合段的氨氮废水经闪蒸进料泵进入文丘里废水喷射器和来自复合汽提脱氨塔一级闪蒸段引射来的蒸汽再次进行汽液急冷换热后，到复合汽提脱氨塔二级混合段内汽液分离，分离换热后的被加热的氨氮废水由汽提脱氨进料泵送入复合汽提脱氨塔汽提段的顶部，并在进入复合汽提脱氨塔汽提段前将废水PH调到10.8～12.0之间；进入复合汽提脱氨塔汽提段的高氨氮废水和复合汽提脱氨塔汽提段底部来的蒸汽在填料层内逆向接触，汽、液相在填料层发生传质，废水中的游离氨气进入汽相，脱氨后的废水回到复合汽提脱氨塔汽提段底部；复合汽提脱氨塔3汽提段底部的脱氨废水依次进入复合汽提脱氨塔3一级、二级闪蒸段进行闪蒸后的脱氨废水温度降降低后排放；
c.复合汽提脱氨塔汽提的顶部出来的氨氮的蒸汽经过蒸汽循环热泵增压后，一部分进入到复合汽提脱氨塔二级混合段加热高氨氮，同时作为不凝气体排放；另一部分氨氮蒸汽到饱和塔内进行初步氨氮吸收，吸收后的含氨蒸汽再进入吸收塔进行氨氮净化吸收；
d.饱和塔内富含氨氮的蒸汽由硫酸铵循环泵吸收段上部进入饱和塔内，经过预吸收后的含氨蒸汽进入吸收塔内进行净化吸收，经过饱和后的硫酸铵溶液经过硫酸铵出料泵送出；
e.吸收塔含氨蒸汽经过饱和塔预吸收后，由吸收塔下部进入塔内，硫酸吸收循环泵由吸收塔上部进入塔内，在吸收塔中汽、液相即发生传质、又发生化学中和反应，且循环液携带着中和反应的吸收液进入塔底，塔底的循环吸收液经过溢流到饱和塔底部，通过吸收塔的蒸汽中的氨氮95～105℃被循环吸收液所吸收，重新变得洁净的循环蒸汽以及硫酸和氨气放热反应产生的蒸汽经过蒸汽喷射压缩器由公用工程来的补充蒸汽引射增压后，送入到复合汽提脱氨塔汽提段底部作为汽提蒸汽回用。
上述复合汽提脱氨塔汽提段底部的脱氨废水依次进入复合汽提脱氨塔一级、二级闪蒸段进行闪蒸后的脱氨废水温度降至60℃以下排放。
本发明依据的技术原理是：
当废水中pH值在10.8～11.5时，溶液中铵离子将转变成游离氨，其反应原理如下：
此时废水中的氨通过蒸汽汽提的方法易于从液相进入气相，进入气相的氨与稀硫酸反应生成硫酸铵，其反应方程如下：
2NH3+H2SO4→(NH4)2SO4
从而达到废水脱氨的目的，其中生成的硫酸铵可作为副产品使用。
本发明的优点：
1、将汽提脱氨技术、闪蒸技术和热泵技术有机结合，为氨氮废水处理及节能降耗提出一项具有创新性的技术。有效地解决了传统遇到的高氨氮废水处理方法蒸汽耗量高、设备易结垢堵塞、操作成本高的问题，做到了节能化、无害化、减量化、稳定化的处理。
2、本发明利用闪蒸技术，将闪蒸所得蒸汽与废水直接混合回收热量，实现了脱氨废水和预处理的氨氮废水的热量交换，从而从根本上解决常规汽提脱氨技术中利用换热器进行能量回收时存在的结垢和堵塞问题，解决了废水中悬浮物容易使普通换热器造成的结垢和堵塞的问题。
3、本发明采用文丘里蒸汽喷射压缩器和蒸汽循环热泵组合的工艺，实现了脱氨蒸汽的密闭循环系统，大大降低了吹脱蒸汽的耗量。
4、本技术的核心设备为复合汽提脱氨塔，复合汽提塔由汽提段、闪蒸段和加热段组成，是集汽提技术和闪蒸技术的有机结合，是实现氨氮废水达标排放和节能降耗的主要原因。
5、本发明的热泵机组是本装置的心脏，它由蒸汽喷射压缩器和蒸汽循环热泵组成，使系统中的蒸汽循环利用，达到节能降耗的目的。
6、本技术利用闪蒸技术不但使脱氨废水中的热量和与处理的废水热量进行热交换，而且经过闪蒸后进一步降低了脱氨废水中的氨氮含量，为废水的达标排放提供了有力保证。
7、采用饱和塔和吸收塔两级吸收技术，保证硫酸吸收的效率和吸收液的吸收液的饱和度，为吸收液的直接回用提供了有效保证。
8、本发明经过在炼油催化剂装置产生的废水高氨氮处理试验，与传统脱氨装置技术经济性比较见下表：
  本发明   传统脱氨装置
  废水处理量   30t/h   30t/h
  废水中氨氮含量   5000～7000ppm   5000～7000ppm
  处理后氨氮含量   ≤15ppm   100～200ppm
  公用工程消耗   平均蒸汽耗量：36kg/t废水电耗：3.19度   平均蒸汽耗量：150～180kg/t废水电耗：2.96度
从表中可以看出：本发明与传统脱氨装置在废水处理量和废水中氨氮含量相同的条件下，处理后氨氮含量和公用工程消耗指标都要比传统脱氨装置低。实现了节能、脱氨效果好的目的。
9、本成套装置可以广泛的应用于石化、冶金、食品等无机氨氮废水处理行业中，具有广阔的应用前景。
附图说明：
图1为本发明的工艺流程简图。
图2为本发明的工艺流程框图。
具体实施方式：
结合图1对含氨废水脱氨系统的工艺流程描述如下：
高氨氮废水通过泵送入到文丘里水喷射器1，将与复合汽提脱氨塔3二级闪蒸段引射来的蒸汽进行汽液急冷换热后，进入复合汽提脱氨塔3一级混合段内汽液分离；复合汽提脱氨塔3二级闪蒸段不凝气体由液环真空泵10抽出经过尾气吸收塔6将不凝气体带出的氨气吸收后排放；
复合汽提脱氨塔3一级混合段的氨氮废水经闪蒸进料泵7进入文丘里废水喷射器2和自复合汽提脱氨塔3一级闪蒸段引射来的蒸汽再次进行汽液急冷换热后，到复合汽提脱氨塔3二级混合段内汽液分离，分离换热后的被加热的氨氮废水由汽提脱氨进料泵8送入复合汽提脱氨塔3汽提段的顶部，并在进入复合汽提脱氨塔3汽提段前将废水PH调到11.0，进入复合汽提脱氨塔3汽提段的高氨氮废水和复合汽提脱氨塔3汽提段底部来的蒸汽在填料层内逆向接触，汽、液相在填料层发生传质，废水中的游离氨气进入汽相，脱氨后的废水回到复合汽提脱氨塔3汽提段底部；复合汽提脱氨塔3汽提段底部的脱氨废水依次进入复合汽提脱氨塔3一级、二级闪蒸段进行闪蒸后的脱氨废水温度降至小于60℃排放。
复合汽提脱氨塔3汽提的顶部出来的携带着丰富氨氮的蒸汽经过蒸汽循环热泵11增压后一部分进入到复合汽提脱氨塔3二级混合段加热高氨氮，同时作为不凝气体排放；另一部分到饱和塔4内进行初步氨氮吸收，吸收后的含氨蒸汽再进入吸收塔5进行氨氮净化吸收。
饱和塔4为同向并流设计，富含氨氮的蒸汽由和硫酸铵循环泵9由吸收段上部进入饱和塔4内，经过预吸收后的含氨蒸汽进入吸收塔5内进行净化吸收，经过饱和后的硫酸铵溶液经过硫酸铵出料泵9送出。
吸收塔5为逆向对流设计，含氨蒸汽经过饱和塔4预吸收后，由吸收塔5下部进入塔内，硫酸吸收循环泵13由吸收塔5上部进入塔内。在吸收塔5中汽、液相即发生传质又发生化学中和反应，且反应为放热反应。携带着中和反应的吸收液进入塔底，塔底的循环吸收液经过溢流到饱和塔4底部，作为含氨蒸汽初步吸收液使用，以提高吸收液的吸收效率。
通过吸收塔5的蒸汽中的氨氮在100℃被循环吸收液所吸收，重新变得洁净的循环蒸汽以及硫酸和氨气放热反应产生的蒸汽经过蒸汽喷射压缩器12由公用工程来的补充蒸汽引射增压后，送入到复合汽提脱氨塔3汽提段底部作为汽提蒸汽回用。

Claims (2)

1.一种热泵闪蒸汽提脱氨法，其步骤是：
a.高氨氮废水通过泵送入到文丘里水喷射器(1)，将与复合汽提脱氨塔(3)二级闪蒸段引射来的蒸汽进行汽液急冷换热后，进入复合汽提脱氨塔(3)一级混合段内汽液分离；复合汽提脱氨塔(3)二级闪蒸段不凝气体由液环真空泵(10)抽出经过尾气吸收塔(6)将不凝气体带出的氨气吸收后排放；
b.复合汽提脱氨塔(3)一级混合段的氨氮废水经闪蒸进料泵(7)进入文丘里废水喷射器(2)和来自复合汽提脱氨塔(3)一级闪蒸段引射来的蒸汽再次进行汽液急冷换热后，到复合汽提脱氨塔(3)二级混合段内汽液分离，分离换热后的被加热的氨氮废水由汽提脱氨进料泵(8)送入复合汽提脱氨塔(3)汽提段的顶部，并在进入复合汽提脱氨塔(3)汽提段前将废水PH调到10.8～12.0之间；进入复合汽提脱氨塔(3)汽提段的高氨氮废水和复合汽提脱氨塔(3)汽提段底部来的蒸汽在填料层内逆向接触，汽、液相在填料层发生传质，废水中的游离氨气进入汽相，脱氨后的废水回到复合汽提脱氨塔(3)汽提段底部；复合汽提脱氨塔(3)汽提段底部的脱氨废水依次进入复合汽提脱氨塔(3)一级、二级闪蒸段进行闪蒸，闪蒸后的脱氨废水温度降低后排放；
c.复合汽提脱氨塔(3)汽提的顶部出来的氨氮的蒸汽经过蒸汽循环热泵(11)增压后一部分进入到复合汽提脱氨塔(3)二级混合段加热高氨氮，同时作为不凝气体排放；另一部分氨氮蒸汽到饱和塔(4)内进行初步氨氮吸收，吸收后的含氨蒸汽再进入吸收塔(5)进行氨氮净化吸收；
d.饱和塔(4)为同向并流设计，内富含氨氮的蒸汽从饱和塔(4)顶部进入饱和塔(4)内，与由硫酸铵循环泵(9)从饱和塔底部抽送到饱和塔(4)上部的硫酸铵溶液一起经过吸收段进行预吸收，预吸收后的含氨蒸汽进入吸收塔(5)内进行净化吸收，饱和后的硫酸铵溶液经过硫酸铵循环泵(9)送出；
e.吸收塔(5)为逆向对流，含氨蒸汽经过饱和塔(4)预吸收后，由吸收塔(5)下部进入塔内，硫酸吸收循环泵(13)将吸收塔底部的溶液抽送到吸收塔(5)上部进入塔内，在吸收塔(5)中汽、液相即发生传质、又发生化学中和反应，通过吸收塔(5)的蒸汽中的氨氮在95～105℃被循环吸收液所吸收，洁净的循环蒸汽以及硫酸和氨气放热反应产生的蒸汽经过蒸汽喷射压缩器(12)由公用工程来的补充蒸汽引射增压后，送入到复合汽提脱氨塔(3)汽提段底部作为汽提蒸汽回用。
2.如权利要求1所述的一种热泵闪蒸汽提脱氨法，其特征是复合汽提脱氨塔(3)汽提段底部的脱氨废水依次进入复合汽提脱氨塔(3)一级、二级闪蒸段进行闪蒸后的脱氨废水温度降至60℃以下排放。
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Free format text: CORRECT: INVENTOR; FROM: ZHAO XU SHEN TAO ZHANG MAIKUI TO: ZHAO XU LIU ZHIJIAN SONG YUNLONG SHEN TAO YIN XIPING ZHANG MAIKUI YU XIANGZHEN SONG WU WEI GUOYOU ZHOU YAN CENG DEJIN WU SHAOJIN

Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: 730050 LANZHOU, GANSU PROVINCE TO: 100728 CHAOYANG, BEIJING

TA01 Transfer of patent application right

Effective date of registration: 20121015

Address after: 100728 Beijing, Chaoyangmen, North Street, No. 22, No.

Applicant after: Sinopec Corp.

Applicant after: Tianhua Chemical Machinery & Automation Research Inst.

Applicant after: Beijing Sun-Silver Science & Technology Co., Ltd.

Applicant after: National Drying Technology and Equipment Engineering Technology Research Center

Applicant after: Ruide Drying Technology Co., Ltd., Lanzhou

Address before: 730050 Gansu city of Lanzhou province Xigu District Heshui Road No. 3

Applicant before: Tianhua Chemical Machinery & Automation Research Inst.

Applicant before: National Drying Technology and Equipment Engineering Technology Research Center

Applicant before: Ruide Drying Technology Co., Ltd., Lanzhou

C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C56 Change in the name or address of the patentee
CP01 Change in the name or title of a patent holder

Address after: 100728 Beijing, Chaoyangmen, North Street, No. 22, No.

Patentee after: Sinopec Corp.

Patentee after: Tianhua Institute of Chemical Machinery & Automation Co., Ltd.

Patentee after: Beijing Sun-Silver Science & Technology Co., Ltd.

Patentee after: National Drying Technology and Equipment Engineering Technology Research Center

Patentee after: Ruide Drying Technology Co., Ltd., Lanzhou

Address before: 100728 Beijing, Chaoyangmen, North Street, No. 22, No.

Patentee before: Sinopec Corp.

Patentee before: Tianhua Chemical Machinery & Automation Research Inst.

Patentee before: Beijing Sun-Silver Science & Technology Co., Ltd.

Patentee before: National Drying Technology and Equipment Engineering Technology Research Center

Patentee before: Ruide Drying Technology Co., Ltd., Lanzhou

C53 Correction of patent for invention or patent application
CB03 Change of inventor or designer information

Inventor after: Zhao Xu

Inventor after: Zhou Yan

Inventor after: Zeng Dejin

Inventor after: Wu Shaojin

Inventor after: Liu Zhijian

Inventor after: Song Yunhua

Inventor after: Shen Tao

Inventor after: Yin Xiping

Inventor after: Zhang Maikui

Inventor after: Yu Xiangzhen

Inventor after: Song Wu

Inventor after: Wei Guoyou

Inventor before: Zhao Xu

Inventor before: Zhou Yan

Inventor before: Zeng Dejin

Inventor before: Wu Shaojin

Inventor before: Liu Zhijian

Inventor before: Song Yunlong

Inventor before: Shen Tao

Inventor before: Yin Xiping

Inventor before: Zhang Maikui

Inventor before: Yu Xiangzhen

Inventor before: Song Wu

Inventor before: Wei Guoyou

COR Change of bibliographic data

Free format text: CORRECT: INVENTOR; FROM: ZHAO XU LIU ZHIJIAN SONG YUNLONG SHEN TAO YIN XIPING ZHANG MAIKUI YU XIANGZHEN SONG WU WEI GUOYOU ZHOU YAN CENG DEJIN WU SHAOJIN TO: ZHAO XU LIU ZHIJIAN SONG YUNHUA SHEN TAO YIN XIPING ZHANG MAIKUI YU XIANGZHEN SONG WU WEI GUOYOU ZHOU YAN CENG DEJIN WU SHAOJIN

C41 Transfer of patent application or patent right or utility model
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20151228

Address after: 100728 Beijing, Chaoyangmen, North Street, No. 22, No.

Patentee after: Sinopec Corp.

Patentee after: Tianhua Institute of Chemical Machinery & Automation Co., Ltd.

Patentee after: Beijing Sun-Silver Science & Technology Co., Ltd.

Patentee after: National Drying Technology and Equipment Engineering Technology Research Center

Address before: 100728 Beijing, Chaoyangmen, North Street, No. 22, No.

Patentee before: Sinopec Corp.

Patentee before: Tianhua Institute of Chemical Machinery & Automation Co., Ltd.

Patentee before: Beijing Sun-Silver Science & Technology Co., Ltd.

Patentee before: National Drying Technology and Equipment Engineering Technology Research Center

Patentee before: Ruide Drying Technology Co., Ltd., Lanzhou