CN102872685B - 一种膜法回收废气中氨气的方法及装置 - Google Patents

一种膜法回收废气中氨气的方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种膜法回收废气中氨气的方法及装置。该方法采用膜法分离技术，使废气在膜中扩散，利用稀酸溶液与废气中的氨气反应形成铵盐溶液；然后将铵盐溶液浓缩结晶，分离其中的固体铵盐结晶和母液。本发明利用膜法分离技术回收氨气，效率高、能耗小，处理后的尾气满足排放标准，且能将回收的氨气转化为铵盐产品，有效实现氨气的资源化利用。

Description

一种膜法回收废气中氨气的方法及装置
技术领域
    本发明涉及膜分离技术领域，具体涉及一种膜法回收废气中氨气的方法及装置。
背景技术
    在医药合成工业、含氮产品生产企业和合成氨工业等产生的废气中常含有NH3，这些废气被排放之前，必须进行净化处理，除去其中的NH3，以满足环保排放标准。废气中NH3的清除和回收，通常采用水洗法和稀酸中和法。水洗法操作方便，效果尚可，但设备庞大，投资较大，而且还产生大量无法利用的稀氨水，这些稀氨水还需废水处理装置的处理才能排放，不仅造成NH3资源浪费，而且增加废水处理装置的负荷；稀酸中和法采用塔类设备（如填料塔等），存在设备腐蚀严重，投资和设备维护高，操作成本高等一系列问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，提供一种能有效进行氨气资源化利用的方法和装置。
为了达到上述目的，本发明提供了一种膜法回收废气中氨气的方法，包括以下步骤：采用膜法分离技术，使废气在膜中扩散，利用稀酸溶液与废气中的氨气反应形成铵盐溶液；然后将铵盐溶液浓缩结晶，分离其中的固体铵盐结晶和母液。
将上述铵盐溶液分离得到的母液配制成稀酸溶液，进行循环利用。
其中，废气与稀酸溶液的体积比为1-30:1；废气中氨气的体积百分含量为0.1-40%；稀酸溶液为稀硫酸、稀硝酸或稀盐酸，体积百分浓度为10-30%。稀酸可以采用工业品或废酸液，以降低成本，相应获得的铵盐可以作为工业品或氮复肥出售。
膜法分离技术采用两组串联的膜组件，包括膜组件Ⅰ和膜组件Ⅱ；所述废气依次通过膜组件Ⅰ和膜组件Ⅱ的管程，所述稀酸溶液分别通过膜组件Ⅰ和膜组件Ⅱ的壳程；所述通过膜组件Ⅱ的稀酸溶液直接通入膜组件Ⅰ中进行循环利用。
膜组件的操作温度为5-40℃，操作压力为0.1-0.25MPa。
膜组件Ⅰ和膜组件Ⅱ的传质面积比为3-4.5:1；通过膜组件Ⅰ和膜组件Ⅱ的稀酸溶液的体积比为2.5-5:1。
本发明还提供了上述用于回收废气中氨气的装置，包括膜组件、液泵、储液槽、配液池、稀酸高位槽、结晶器和离心机；稀酸高位槽通过配液池与储液槽相连；储液槽通过液泵与膜组件的壳程入口相连通；膜组件的壳程出口依次与结晶器、离心机相连。
其中，离心机与配液池相连，可将离心分离得到的母液通过配液制备稀酸溶液，从而进行循环利用。
上述装置还包括缓冲罐；废气通过缓冲罐通入膜组件的管程。
膜组件为两个串联，包括膜组件Ⅰ和膜组件Ⅱ；储液槽通过液泵与膜组件Ⅰ的壳程入口相连通；膜组件Ⅰ的壳程出口依次与结晶器、离心机相连；膜组件Ⅱ的壳程出口与储液槽相连。
本发明相比现有技术具有以下优点：利用膜法分离技术回收氨气，效率高、能耗小，处理后的尾气满足排放标准，且能将回收的氨气转化为铵盐产品，有效实现氨气的资源化利用。本发明膜法回收废气中氨气的装置，利用两组膜组件串联，对氨气的回收更加充分，同时稀酸溶液可以重复利用，降低成本。本发明回收氨气的工艺简单，装置操作方便，节能环保。
附图说明
图1为本发明膜法回收废气中氨气的装置的结构示意图。
图中，1-缓冲罐，2-膜组件Ⅰ，3-膜组件Ⅱ，4-液泵，5-储液槽，6-稀酸高位槽，7-配液池，8-结晶器，9-离心机，a-废气，b-尾气，c-铵盐溶液，d-铵盐，e-母液。
具体实施方式
    下面结合附图对本发明进行详细说明。
装置实施例
    本发明膜法回收废气中氨气的装置由膜分离和氨资源化两部分组成，其中膜分离部分包括两组膜组件：膜组件I 2和膜组件II 3、缓冲罐1、储液槽5和液泵4；氨资源化部分包括多联式高效结晶器8、自卸式离心机9、稀酸高位槽6和配液池7。
废气a通过缓冲罐1依次通入膜组件I 2和膜组件II 3的管程；稀酸溶液分别通过膜组件I 2和膜组件II 3的壳程。稀酸高位槽6通过配液池7与储液槽5相连。储液槽5通过液泵4分别与膜组件I 2和膜组件II 3的壳程入口相连通。膜组件I 2的壳程出口依次与结晶器8、离心机9相连。膜组件II 3的壳程出口与储液槽5相连，通过液泵4泵入膜组件I 2的壳程进行循环利用。离心机9与配液池7相连，可将离心分离得到的母液e通过配液制备稀酸溶液，重新通入储液槽5内进行循环利用。
方法实施例一
工艺参数：待回收的废气中氨气体积百分含量为0.1%。稀酸溶液为稀硫酸，体积浓度为10%，稀酸溶液与废气的体积比为30:1。膜组件I和II的操作温度为40℃，压力位0.25MPa。两组膜组件I和II的传质面积比为：I:II＝3：1，膜组件I和II的稀酸溶液体积比为：I:II＝2.5：1。
气体流程（管程）：含NH3废气a经计量后进入缓冲罐1，平稳后的废气由膜组件上端进气口进入膜组件I 2，NH3在中空纤维中通过膜孔扩散，进入烯酸溶液中，反应生成铵盐溶液c，处理后的废气从下端出气口离开膜组件I 2，然后再从膜组件II 3的上端进气口进入膜组件II 3，废气中剩余NH3被进一步吸收处理，最后处理后的尾气b从下端出气口离开膜组件II 3，被放空。
液体流程（壳程）：将配制的稀酸溶液打至稀酸高位槽6中待用。工作时，将稀酸溶液放入配液池7，稀酸溶液的浓度和放入量根据具体的工况条件确定（见表1）。配液池7中的稀酸溶液放入储液槽5，启动液泵4，液泵4的流量根据气液比确定。稀酸溶液由液泵4引自储液槽5，稀酸溶液按比例分成大小两股，大股量进入膜组件I 2，小股量进入膜组件II 3，分别吸收扩散过来的NH3，反应生成铵盐。来自膜组件II 3的含铵盐的稀酸溶液直接进入储液槽5，形成吸收操作循环回路：液泵－膜组件II 3－储液槽。在膜组件I 2壳程形成的铵盐溶液c进入多联式高效结晶器8，在此浓缩结晶。含有铵盐结晶的母液进入自卸式离心机9，进行固液分离，结晶为铵盐d固体产品；分离后的母液e进入配液池7，和来自稀酸高位槽6的稀酸进行配液，配液后的稀酸溶液进入储液槽5，供液泵4，形成吸收－结晶－配液操作循环回路：液泵－膜组件I－多联式高效结晶器－自卸式离心机－配液池－储液槽。
本发明膜法回收废气中NH3及其资源化新工艺，能有效地处理各种含NH3废气，脱氨后的尾气组分满足废气排放标准，回收的NH3转化为铵盐产品，实现NH3资源化。
方法实施例二
   工艺参数见表1，气体流程和液体流程同方法实施例一。
方法实施例三
   工艺参数见表1，气体流程和液体流程同方法实施例一。
方法实施例四
   工艺参数见表1，气体流程和液体流程同方法实施例一。
方法实施例五
   工艺参数见表1，气体流程和液体流程同方法实施例一。
效果实施例
对方法实施例一至实施例五的尾气b进行检测，结果如下表所示：
表1各实施例的工艺参数和检测效果
从表1各种工况测定结果可以看出，本发明提出的膜法回收废气中NH3及其资源化新工艺能够有效地回收废气中NH3，尾气组分满足废气排放标准，回收的NH3转化为铵盐产品，实现NH3资源化，工艺简单，操作方便，成本低廉。

Claims (5)

1.一种膜法回收废气中氨气的方法，其特征在于，包括以下步骤：采用膜法分离技术，使所述废气在膜中扩散，利用稀酸溶液与所述废气中的氨气反应形成铵盐溶液；然后将所述铵盐溶液浓缩结晶，分离其中的固体铵盐结晶和母液；所述废气与稀酸溶液的体积比为1-30:1；所述废气中氨气的体积百分含量为0.1-40%；所述稀酸溶液为稀硫酸、稀硝酸或稀盐酸，体积百分浓度为10-30%；所述膜法分离技术采用两组串联的膜组件，包括膜组件Ⅰ和膜组件Ⅱ；所述废气依次通过膜组件Ⅰ和膜组件Ⅱ的管程，所述稀酸溶液分别通过膜组件Ⅰ和膜组件Ⅱ的壳程；所述通过膜组件Ⅱ的稀酸溶液直接通入膜组件Ⅰ中进行循环利用；所述膜组件的操作温度为5-40℃，操作压力为0.1-0.25MPa；所述膜组件Ⅰ和膜组件Ⅱ的传质面积比为3-4.5:1；所述通过膜组件Ⅰ和膜组件Ⅱ的稀酸溶液的体积比为2.5-5:1。
2.根据权利要求1所述的膜法回收废气中氨气的方法，其特征在于，将所述铵盐溶液分离得到的母液配制成所述稀酸溶液，进行循环利用。
3.一种膜法回收废气中氨气的装置，其特征在于：包括膜组件、液泵、储液槽、配液池、稀酸高位槽、结晶器和离心机；所述稀酸高位槽通过配液池与所述储液槽相连；所述储液槽通过所述液泵与所述膜组件的壳程入口相连通；所述膜组件的壳程出口依次与所述结晶器、离心机相连；：所述离心机与所述配液池相连。
4.根据权利要求3所述的膜法回收废气中氨气的装置，其特征在于：所述装置还包括缓冲罐；所述废气通过缓冲罐通入所述膜组件的管程。
5.根据权利要求3所述的膜法回收废气中氨气的装置，其特征在于：所述膜组件为两个串联，包括膜组件Ⅰ和膜组件Ⅱ；所述储液槽通过液泵与所述膜组件Ⅰ的壳程入口相连通；所述膜组件Ⅰ的壳程出口依次与所述结晶器、离心机相连；所述膜组件Ⅱ的壳程出口与所述储液槽相连。
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