CN103112871B

CN103112871B - 低浓度氨水分离提纯制备高浓氨的方法

Info

Publication number: CN103112871B
Application number: CN201310053495.XA
Authority: CN
Inventors: 陈瑞坚
Original assignee: Xiamen Green Science & Technology Co ltd
Current assignee: Xiamen huankang Environmental Protection Technology Co.,Ltd.
Priority date: 2013-02-19
Filing date: 2013-02-19
Publication date: 2014-10-29
Anticipated expiration: 2033-02-19
Also published as: CN103112871A

Abstract

低浓度氨水分离提纯制备高浓氨的方法，涉及一种氨水的分离与提纯。打开循环泵，用冰水机中的冰水对预分离器进行循环冷却；将稀氨水注入温控加热器中；稀氨水加热；打开真空泵调至预设真空度，对膜蒸馏器抽真空；温控加热器按设定的升温速率升高稀氨水温度至预设终止温度；温控加热器内的稀氨水经加热后形成氨/水蒸汽进入预分离器，冷却析出水滴，由下方冷凝排出至冷凝水接收器，氨蒸汽由上方出口排出进入膜蒸馏器内侧；进入膜蒸馏器内侧的氨蒸汽在负压下氨气进入膜外侧，由真空泵带出进入氨气接收器得到高纯度氨气；待温控加热器温度升至预设终止温度后保温，停止加热及抽真空；将剩余氨水从温控加热器内排出，经换热后回用于废氨气中氨吸收。

Description

低浓度氨水分离提纯制备高浓氨的方法

技术领域

本发明涉及一种氨水的分离与提纯，尤其是涉及一种低浓度氨水分离提纯（含氨量>97%）的制备高浓氨的方法。

背景技术

液氨在化工行业的生产使用过程中，由于氨的易挥发性，大量的氨气通过设备放空管道排放到空中，为了避免废氨气的污染及资源浪费，可通过合理方式进行回收。

本申请人在中国专利CN102068880A中公开一种工业废气中氨气回收利用方法，得到的稀氨水具有一定商业价值，一般再经精蒸馏等方式进行提纯可制备液氨。若要获得高纯液氨，这种精蒸馏方式存在如下缺陷：稀氨水浓度低时，塔板数多塔高；精馏塔易存在塔板易堵塞、塔内易液泛，设备稳定性较差，生产周期随运行时间增长而缩短，工序耗能较高等。

发明内容

本发明目的在于针对现有的废氨气回收中产生大量稀氨水等问题，提供一种效率较高的低浓度氨水分离提纯制备高浓氨的方法。

本发明包括以下步骤：

1）打开循环泵，用冰水机中的冰水对预分离器进行循环冷却；

2）将稀氨水注入密闭温控加热器中；

3）开启温控加热器，使稀氨水加热至预定初始温度；

4）打开真空泵，调至预设真空度，对膜蒸馏器进行抽真空；

5）温控加热器设定升温速率，按升温速率升高稀氨水温度至预设终止温度；

6）温控加热器内的稀氨水经加热后，形成氨/水蒸汽从下侧进入预分离器，冷却析出水滴，由下方冷凝排出至冷凝水接收器，氨蒸汽由上方出口排出，进入膜蒸馏器内侧；进入膜蒸馏器内侧的氨蒸汽，在负压下氨气进入膜外侧，由真空泵带出，进入氨气接收器，得到高纯度氨气；

7）待温控加热器温度升至预设终止温度后保温，停止加热及抽真空；

8）将剩余氨水从温控加热器内排出，经换热后可回用于废氨气中氨吸收；

9）本工艺为间歇操作，重复步骤2）～8）。

在步骤2）中，所述稀氨水的浓度为1%～50%。

在步骤3）中，所述加热的温度范围可为常温～100℃；

在步骤4）中，所述真空度可为0.001～0.09MPa；所述膜蒸馏器采用的膜蒸馏组件的膜可为气体分离膜，膜材质为有机物或无机物，膜表面有涂层或无涂层，膜可为单层膜或多层复合膜；膜的类型可为中空纤维膜、板式膜、帘式膜或其它类型膜；所述膜蒸馏器中的膜参数可为：膜壁孔径为0.1nm～1mm，膜可承受温度为-50～200℃。

在步骤5）中，所述升温速率可为0.01～50℃/min；

在步骤7）中，所述保温时间可为0.1～100min；

膜蒸馏器排出的循环水汽回流至温控加热器中。

本发明的单次稀氨水处理量可为100mL～1000m³，运行时间可为1～300min。

若采用恒温模式，则步骤与上述升温模式相似，只需设定终止温度与初始温度相同，升温速率为0，系统运行时间为60min。

在上述工艺过程中，稀氨水经加热后，形成氨/水蒸汽气相，气相氨/水蒸汽进入预分离器，大部分水蒸汽冷凝液从下方排出，主体氨/水蒸汽进入膜蒸馏器内侧，在负压下膜组件可选择性透过氨气，对水汽有较好截留效果。氨气透过膜组件进入膜外侧，透过的氨气含水率可降低至3%以下，从而可达到氨水分离提纯制备高纯度氨的目的，分离后低含水率氨气经分子筛深度处理可获得液氨产品。

与现有稀氨水分离提纯方法相比，本发明具有以下优势：

稀氨水经加热，冷却预分离及减压膜蒸馏后，可形成高浓度氨气，通过合理控制程序升温速率，加热温度及真空度，可使得氨气含水率降至2%以下，具有较高市场价值。该产品经分子筛处理可获得具有更高市场价值的液氨、高纯氨产品（含氨量>97%）/且该技术可实现废氨气回收制得稀氨水的再利用，使得工业废气中的氨气资源化利用，变废为宝。分离提纯后剩余氨水因氨含量可降至较低值，经换热冷却后，可回用于废氨气吸收制备稀氨水（参见本申请人的在先专利申请：中国专利CN102068880A），不产生污染排放，从而达到循环制备氨气的效果，有效降低环境污染，具有较高环境经济效益。

整体装置分离提纯效率高，不引起管路堵塞，设备投入成本低，能耗少，可得到具有较高商品价值的氨产品。

稀氨水经加热进行冷却预分离后进入减压膜蒸馏反应器，氨蒸汽在膜内侧，经负压作用，氨气选择性透过膜孔，而水蒸汽被截留与过剩氨气混合，通过膜内侧出口回流至加热器内。分离后剩余氨水可回用于废氨气吸收，透过膜孔进入膜外侧的氨气经泵抽出后进行收集，可获得高浓氨产品。本发明实现工业废气中回收稀氨水的资源化，产生具有工业商品价值的高浓氨。

附图说明

图1为本发明实施例的工艺流程示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的说明，实施例的工艺流程示意图参见图1。

本发明包括以下步骤：

1）打开循环泵1，用冰水机8中的冰水对预分离器2进行循环冷却。

2）将稀氨水4注入密闭温控加热器3中；所述稀氨水的浓度为1%～50%。

3）开启温控加热器3，使稀氨水4加热至预定初始温度；所述加热的温度范围可为常温～100℃。

4）打开真空泵5，调至预设真空度，对膜蒸馏器6进行抽真空；所述真空度可为0.001～0.09MPa；所述膜蒸馏器采用的膜蒸馏组件的膜可为气体分离膜，膜材质为有机物或无机物，膜表面有涂层或无涂层，膜可为单层膜或多层复合膜；膜的类型可为中空纤维膜、板式膜、帘式膜或其它类型膜；所述膜蒸馏器中的膜参数可为：膜壁孔径为0.1nm～1mm，膜可承受温度为-50～200℃。

5）温控加热器3设定升温速率，按升温速率升高稀氨水温度至预设终止温度；所述升温速率可为0.01～50℃/min。

6）温控加热器3内的稀氨水4经加热后，形成氨/水蒸汽Ａ从下侧进入预分离器2，冷却析出水滴，由下方冷凝排出至冷凝水接收器7，氨蒸汽由上方出口排出，进入膜蒸馏器6内侧；进入膜蒸馏器6内侧的氨蒸汽，在负压下氨气Ｂ进入膜外侧，由真空泵5带出，进入氨气接收器9，得到高纯度氨气。

7）待温控加热器3温度升至预设终止温度后保温，停止加热及抽真空；所述保温时间可为0.1～100min。

8）将剩余氨水从温控加热器3内排出，经换热后可回用于废氨气中氨吸收。

9）本工艺为间歇操作，重复步骤2）～8）。

膜蒸馏器6排出的循环水汽C回流至温控加热器3中。

在图1中，标记10为分流阀。

程序升温模式下的实施例如实施例1～5。

实施例1

按工艺步骤1）～8）操作，控制参数如下：步骤2）加热槽预设初始温度为46℃，步骤4）膜蒸馏器外侧真空度保持0.03～0.06MPa，步骤5）升温速率设置为2℃/10min，步骤8）加热器预设终止温度为88℃，当初始浓度为20.07%时，分离后氨气含水率为1.30%，参见表1。

表1程序升温模式下氨气含水率变化

实施例	低浓度氨水初始浓度/%	剩余浓度/%	氨气含水率/%
				1	20.07	2.33	1.30
2	20.03	3.14	1.43
				3	19.87	3.84	1.15
4	19.87	1.10	1.41
				5	19.72	3.48	1.19

实施例2

按工艺步骤1）～8）操作，控制参数如下：步骤2）加热器预设初始温度为46℃，步骤4）膜蒸馏器外侧真空度保持0.03～0.06MPa，步骤5）升温速率设置为6℃/10min，步骤8）加热器预设终止温度为88℃，当初始浓度为20.03%时，分离后氨气含水率为1.43%，参见表1。

实施例3

按工艺步骤1）～8）操作，控制参数如下：步骤2）加热器预设初始温度为46℃，步骤4）膜蒸馏器外侧真空度保持0.03～0.06MPa，步骤5）升温速率设置为6℃/10min，步骤8）加热器预设终止温度为88℃，当初始浓度为19.87%时，分离后氨气含水率为1.15%，参见表1。

实施例4

按工艺步骤1）～8）操作，控制参数如下：步骤2）加热器预设初始温度为46℃，步骤4）膜蒸馏器外侧真空度保持0.03～0.06MPa，步骤5）升温速率设置为6℃/10min，步骤8）加热器预设终止温度为94℃，当初始浓度为19.87%时，分离后氨气含水率为1.41%，参见表1。

实施例5

按工艺步骤1）～8）操作，控制参数如下：步骤2）加热器预设初始温度为46℃，步骤4）膜蒸馏器外侧真空度保持0.03～0.06MPa，步骤5）升温速率设置为6℃/10min，步骤8）加热器预设终止温度为88℃，当初始浓度为19.72%时，分离后氨气含水率为1.19%，参见表1。

恒温模式下实施例如实施例6～10。

实施例6

按工艺步骤1）～8）操作，控制参数如下：步骤2）、8）加热器预设初始、终止温度均为36℃，步骤4）膜蒸馏器外侧真空度保持0.03～0.06MPa，当初始浓度为24.52%时，分离后氨气含水率为1.37%，参见表2。

表2恒温模式下氨气含水率变化

实施例	低浓度氨水初始浓度%	剩余浓度%	氨气含水率%
				6	24.52	19.77	1.37
7	14.13	9.37	1.98
				8	10.19	6.43	2.33
9	5.31	2.35	1.78
				10	3.71	1.47	2.29

实施例7

按工艺步骤1）～8）操作，控制参数如下：步骤2）、8）加热器预设初始、终止温度均为62℃，步骤4）膜蒸馏器外侧真空度保持0.03～0.06MPa，当初始浓度为14.13%时，分离后氨气含水率为1.98%，参见表2。

实施例8

按工艺步骤1）～8）操作，控制参数如下：步骤2）、8）加热器预设初始、终止温度均为78℃，步骤4）膜蒸馏器外侧真空度保持0.03～0.06MPa，当初始浓度为10.19%时，分离后氨气含水率为2.33%，参见表2。

实施例9

按工艺步骤1）～8）操作，控制参数如下：步骤2）、8）加热器预设初始、终止温度均为88℃，步骤4）膜蒸馏器外侧真空度保持0.03～0.06MPa，当初始浓度为5.31%时，分离后氨气含水率为1.78%，参见表2。

实施例10

按工艺步骤1）～8）操作，控制参数如下：步骤2）、8）加热器预设初始、终止温度均为90℃，步骤4）膜蒸馏器外侧真空度保持0.03～0.06MPa，当初始浓度为3.71%时，分离后氨气含水率为2.29%，参见表2。

氨蒸汽经冷却预分离后，进入减压膜蒸馏组件中，氨蒸汽在膜内侧，经负压作用，氨气选择性透过膜孔，而膜的疏水作用使水蒸汽被截留，与过剩氨气混合，从膜内侧出口回流至加热器内，透过膜孔进入膜外侧的氨气经泵抽出后进行收集，得到高浓氨产品（含氨量>97%）。

Claims

1.低浓度氨水分离提纯制备高浓氨的方法，其特征在于包括以下步骤：

1)打开循环泵，用冰水机中的冰水对预分离器进行循环冷却；

2)将稀氨水注入密闭温控加热器中；

3)开启温控加热器，使稀氨水加热至预定初始温度；

4)打开真空泵，调至预设真空度，对膜蒸馏器进行抽真空；

5)温控加热器设定升温速率，按升温速率升高稀氨水温度至预设终止温度；

6)温控加热器内的稀氨水经加热后，形成氨/水蒸汽从下侧进入预分离器，冷却析出水滴，由下方冷凝排出至冷凝水接收器，氨蒸汽由上方出口排出，进入膜蒸馏器内侧；进入膜蒸馏器内侧的氨蒸汽，在负压下氨气进入膜外侧，由真空泵带出，进入氨气接收器，得到高纯度氨气；

7)待温控加热器温度升至预设终止温度后保温，停止加热及抽真空；

8)将剩余氨水从温控加热器内排出，经换热后可回用于废氨气中氨吸收；

9)重复步骤2)～8)；

其中，所述低浓度氨水的浓度为1％～50％，所述高浓氨的氨气含水率≤2％。

2.如权利要求1所述低浓度氨水分离提纯制备高浓氨的方法，其特征在于在步骤3)中，所述加热的温度范围为常温～100℃。

3.如权利要求1所述低浓度氨水分离提纯制备高浓氨的方法，其特征在于在步骤4)中，所述真空度为0.001～0.09MPa。

4.如权利要求1所述低浓度氨水分离提纯制备高浓氨的方法，其特征在于在步骤4)中，所述膜蒸馏器采用的膜蒸馏组件的膜为气体分离膜。

5.如权利要求1所述低浓度氨水分离提纯制备高浓氨的方法，其特征在于在步骤4)中，所述膜材质为有机物或无机物，膜表面有涂层或无涂层。

6.如权利要求1所述低浓度氨水分离提纯制备高浓氨的方法，其特征在于在步骤4)中，所述膜为单层膜或多层复合膜；膜的类型为中空纤维膜、板式膜、帘式膜或其它类型膜。

7.如权利要求1所述低浓度氨水分离提纯制备高浓氨的方法，其特征在于在步骤4)中，所述膜蒸馏器中的膜参数为：膜壁孔径为0.1nm～1mm，膜可承受温度为-50～200℃。

8.如权利要求1所述低浓度氨水分离提纯制备高浓氨的方法，其特征在于在步骤5)中，所述升温速率为0.01～50℃/min。

9.如权利要求1所述低浓度氨水分离提纯制备高浓氨的方法，其特征在于在步骤7)中，所述保温时间为0.1～100min。