CN104136378B - 处理胺废水的方法和实现该方法的系统 - Google Patents

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Abstract

本文公开的是一种系统，其包括蒸发单元，蒸发单元包括与第二热交换器处于流体连通的第一热交换器；其中第一热交换器操作来加热包括胺溶剂和/或胺副产物和水的流出物流，以及将流出物流排出到第二热交换器；其中第二热交换器操作来将流出物流转化成馏出物流和浓缩物流；以及与蒸发单元处于流体连通的反渗透单元；其中反渗透单元包括第一反渗透单元，其操作来接收馏出物流且使水与胺溶剂的副产物分离，使得基于馏出物流的重量，水具有大于95%的纯度。

Description

处理胺废水的方法和实现该方法的系统
技术领域
本公开涉及处理包含胺的废水的方法。具体而言，本公开涉及处理包含胺的废水的方法，其中废水获得自基于胺的燃烧后二氧化碳捕获厂。
背景技术
在诸如发电厂的焚烧厂中燃烧诸如煤、油、泥煤、废料等的燃料会产生热的工艺气流，其称为烟道气流。一般而言，烟道气流包含颗粒和气态污染物，诸如二氧化碳(CO2)。已经认识到将CO2释放到大气会有不利的环境影响，并且其导致开发了适于从烟道气流中移除CO2或减少CO2的量的工艺。一个这种系统和工艺涉及利用含胺溶液。含胺溶液可从烟道气流中高效地移除CO2，以及其它污染物，诸如二氧化硫和氯化氢。
用含胺溶液处理烟道气流会产生流出物流，其可再生且在系统中再循环。但是，通常含胺溶液和存在于烟道气流中的污染物之间的反应会产生退化产物。那些退化产物应当被移除，因为它们会影响再生的和再循环的含胺溶液吸收CO2的能力和效果。
为了保护系统的效率，以及遵守排放标准，处理或移除来自系统的退化产物是期望的。
发明内容
本文公开了一种系统，其包括：蒸发单元，其包括与第二热交换器处于流体连通的第一热交换器；其中第一热交换器操作来加热包括胺溶剂或胺溶剂的副产物和水的流出物流，以及将流出物流排出到第二热交换器；其中第二热交换器操作来将流出物流转化成馏出物流和浓缩物流；以及与蒸发单元处于流体连通的反渗透单元；其中反渗透单元包括第一反渗透单元，其操作来接收馏出物流，以及使水与胺溶剂的副产物分离，使得基于馏出物流的重量，水具有大于95%的纯度。
本文还公开了一种方法，其包括将包括胺溶剂或胺溶剂的副产物和水的流出物流排出到第一热交换器；在第一热交换器中加热流出物流；将流出物流从第一热交换器排出到第二热交换器；将流出物流分离成馏出物流和浓缩物流；将馏出物流排出到包括第一反渗透单元的反渗透单元；以及在第一反渗透单元中使水与胺副产物分离；其中，基于馏出物流的总重量，水具有大于95%的纯度。
附图说明
图1是用来从包含胺和胺副产物的流出物流中分离出水的示例性系统的示意图。
具体实施方式
由于胺的退化、胺不合需要地积聚在清洗系统中、过滤器的回流和吹扫等，基于胺的燃烧后工艺会产生不同的类型的含胺废水(下文称为“流出物”)。这些流出物被进一步处理，以避免昂贵的外部处理。已经设计和开发出系统来从流出物流中移除胺和它们的副产物。这些废水处理系统中的一些以某个水平移除胺，但是不足以从废水流中有效地移除基本所有的胺和它们的副产物。
本文公开了一种系统和方法，用于处理含胺废水流。系统有利地包括蒸发单元，其与反渗透单元处于流体连通。从工厂排出的流出物排出到蒸发单元，以产生浓缩物，然后安全地处置该浓缩物。蒸发单元有利地从流出物中移除大约95至大约99%的阴离子、阳离子、盐和其它固体。反渗透系统可为单级(pass)或双级单元，并且有利地移除存在于流出物中的大约95至大约99%的胺。
图1公开系统100，其包括蒸发单元200，其与浓缩物存储单元300和反渗透单元400处于流体连通。浓缩物存储单元300和反渗透单元400两者位于蒸发单元200下游。在一个实施例中，蒸发单元200也位于反渗透单元400的上游。换句话说，蒸发单元200和反渗透单元400呈再循环回路，从蒸发单元200排出的产物排出到反渗透单元400，并且从反渗透单元400排出的产物排出到蒸发单元200。
现在再次参照图1，蒸发单元200包括与第二热交换器204处于流体连通的第一热交换器202、水分离器206和压缩机208。在一个实施例中，热交换器202与第二热交换器204呈再循环回路，即，第二热交换器204位于第一热交换器202的上游和下游。在另一个实施例中，第二热交换器204与水分离器206呈再循环回路，即，第二热交换器204位于水分离器206的上游和下游。在又一个实施例中，第二热交换器204也通过压缩机208与水分离器206呈再循环回路，即，压缩机208位于水分离器206的上游和下游。在示例性实施例中，蒸发单元200是电动机械蒸气再压缩(MVR)蒸发器，其包括进料馏出物热交换器202(第一热交换器)、管壳式热交换器204(第二热交换器204)、水分离器206和压缩机208。下面提供了蒸发单元200的额外的细节。
反渗透单元400包括第一可选的泵402，其与第一反渗透单元404处于流体连通。第一再循环回路414在泵202上游的点处将渗余物从第一反渗透单元404排出到流出物流103。这个渗余物包括水和胺溶液副产物。可选的第二泵406和可选的第二反渗透单元408位于第一反渗透单元404下游且与第一反渗透单元404处于流体连通。如果存在的话，第二反渗透单元408位于第二泵406下游。在第一反渗透单元404的入口处，第二再循环回路416将渗余物从第二反渗透单元408再循环到蒸发馏出物流401。
如上面详细描述的那样，发电有利于产生包含二氧化碳的烟道气流。在碳捕获系统中从烟道气流中移除二氧化碳。在碳捕获系统中从烟道气流中移除二氧化碳会产生二氧化碳流，其从碳捕获系统中释放，以进一步使用或存储(未显示)。从烟道气流中移除二氧化碳还会产生清洁的烟道气流。清洁的烟道气流可通过烟囱(未显示)释放到大气或发送到系统的另一个区段，以进一步处理和/或处置(未显示)。
使用含胺溶液来从烟道气流移除二氧化碳会形成流出物流103(参见图1)，其包含含胺溶液、残余胺和在使其再生以在碳捕获系统中再次使用时会降低含胺溶液的功效和效率的其它化合物的退化产生的产物。除了水之外，流出物流103包含胺(一级、二级和/或三级)、醛、氨化物、亚硝胺、阴离子、阳离子、其它固体。如上面提到的那样，合乎需要的是处理废水流103，以移除基本所有胺(一级、二级和/或三级)、醛、氨化物、亚硝胺、阴离子、阳离子、其它固体(下文也称为“污染物”)。
参照图1，流出物流103首先接触定量供应系统104中的酸，其中酸用来将流出物流的pH值调节成大约5至大约9。除了降低pH值，将酸添加到流出物流103会产生盐和水，并且还导致改进从流出物流103移除胺和醛的效率。流出物流103然后在大约40℃至大约50℃的温度下从定量供应系统104排出到蒸发单元200，在那里，其被引入第一热交换器202中。蒸发单元200有利于蒸发含胺流出物。
在示例性实施例中，第一热交换器202为进料馏出物热交换器。第一热交换器202在流出物流和从第二热交换器204流出的馏出物流401之间交换热。流出物流在大约40℃至大约50℃的温度下进入第一热交换器，并且从具有大约85至大约90℃的温度的馏出物流401吸收热。
第二热交换器204可为蒸汽驱动型或电动型。第二热交换器204的示例为管壳式热交换器、板式热交换器、绝热轮式热交换器、散热片式热交换器、枕板式热交换器、动态刮表面式热交换器或相变式热交换器。如果期望的话，可使用这些热交换器中的一个或多个。如上面提到的那样，示例性第二热交换器204为管壳式热交换器。
第二热交换器204从第一热交换器202接收处于大约70℃至大约80℃温度的流出物流103。第二热交换器204有利于通过蒸发来分离水与流出物流103中的污染物(胺(一级、二级和/或三级)、醛、氨化物、亚硝胺、阴离子、阳离子、其它固体)。湿蒸汽流205离开第二热交换器204且被引导到水分离器206。水分离器206分离残余水与蒸汽。(分离出的)水流207再循环到第二热交换器204。干蒸汽流209离开水分离器206且进入压缩机208。压缩机208输送蒸发流出物流103所需要的能量，以及确保期望的循环。蒸汽流210离开压缩机208且被引导到第二热交换器204。在第二热交换器204中，蒸汽流210冷凝成馏出物流211且被引导到第一热交换器202，从而将热传递给流出物流103。水作为蒸发馏出物流401(下文为馏出物流)离开第一热交换器202，而污染物作为浓缩物流403离开第二热交换器204。这两个流将在下面详细地阐述。
第二热交换器204与水分离器206和压缩机208处于流体连通。蒸汽为在第二热交换器204中使用的加热介质。水分离器206接收来自第二热交换器204的处于大约85℃至大约95℃的温度的湿蒸汽流205。进入水分离器206的湿蒸汽流205分离成蒸气和液体。水分离器206包含除雾器。蒸气作为干蒸汽流209从水分离器206的顶部排出到压缩机208，并且再循环到第二热交换器204，而水作为分离出的水流207从水分离器206的顶部排出到第二热交换器204。
第一热交换器202接收来自第二热交换器204的馏出物流211。如上面提到的那样，其与流出物流103交换这个热，从而使流出物流103在工艺中在进入第二热交换器204之前提高温度。
离开第一热交换器202的馏出物流211(现在标示为401，但是与流211具有基本相同的成分)排出到反渗透单元400，而包含从流出物流提取的那些污染物的浓缩物流403排出到浓缩物存储罐300。
馏出物流401通过可选的热交换器410和第二定量供应单元412被引导到反渗透单元400。如果期望的话，可选的热交换器410降低馏出物流的温度，而第二定量供应单元412将额外的酸引入馏出物流401中。可选的热交换器410用来降低馏出物流403的温度，以最大程度地减少对反渗透单元400中采用的隔膜的损害。添加酸会将胺转化成盐和将其它碱性成分中和成盐，盐比胺更容易地从馏出物流中分离。
定量供应单元104和412中使用的酸可为任何类型的酸。酸的适当的示例为无机酸。这样的酸的示例为硫酸、硝酸、盐酸、醋酸、柠檬酸、碳酸、磷酸、草酸等，或包括至少一个前述酸的组合物。用于定量供应给流出物流103或馏出物流401的示例性酸为硫酸。
馏出物流401通过泵402泵送到第一反渗透单元404中。反渗透(RO)为隔膜技术过滤方法，其通过在溶液在选择性隔膜的一侧时对溶液施加压力来从溶液中移除许多类型的大分子和离子。结果，溶质留在隔膜的加压侧上，并且纯溶剂被允许传送到另一侧。为了是“选择性的”，这个隔膜应当不允许大分子或离子通过孔口(孔)，但是应当允许溶液的较小的成分(诸如溶剂)自由穿过。
用于第一反渗透单元404的适当的隔膜是芳香族聚酰胺隔膜或包括芳香族聚酰胺的薄膜复合型隔膜。在进入第一反渗透单元404之前或在第一反渗透单元404的运行期间，馏出物流401加压到适当的期望压力。压力会根据隔膜的类型和期望的回收速率而改变。馏出物流401的温度在进入第一反渗透单元404之前为大约50℃到大约60℃。
来自第一反渗透单元404的溶质通过流414再循环到流出物流103。在一个实施例中，从馏出物流401获得水在第一反渗透单元404中与溶质分离之后基本没有杂质，并且可用作用于碳捕获厂或发电厂的补充水。在一个实施例中，基于馏出物流401的总重量，在第一反渗透单元404之后获得的水的大约95至大约99.9%不是基于胺的杂质。
在另一个实施例中，从第一反渗透单元404流出的流体流可能需要经历第二反渗透工艺。第二反渗透单元408与第一反渗透单元404串行地布置且位于第一反渗透单元404下游。第二可选的泵406可用来使从第一反渗透单元404流出的流体加压。流体在进入第二反渗透单元之前或在第二反渗透单元的运行期间的压力取决于隔膜的类型和期望的回收速率。流体在进入第二反渗透单元之前的温度为大约50℃至大约60。
为了促进将馏出物流中的水净化到可能的最高含量，来自第二反渗透单元408的溶质(还称为渗余物)可以在泵402的上游可选地再循环回到馏出物流401。反渗透单元400可因而用作多阵列双级反渗透单元。基于馏出物流401的总重量，从第二反渗透单元408获得水具有的纯度大于97%，特别地大于99%且更特别地大于99.9%。如上面提到的那样，通过这个分离胺和它们的副产物与水的方法获得的水可在碳捕获厂或发电厂中重复使用。
污染物(下文称为“浓缩物”)作为浓缩物流403从第二热交换器204排出到浓缩物存储罐300。从浓缩物存储罐300，它们可选地通过泵302泵送到处理设施304。从浓缩物存储罐300，固体可由外部再循环公司处理，或备选地，浓缩物可用于在焚烧厂的锅炉中进行共同焚烧。
这个从包含胺的流出物流中移除水的方法是有利的，因为基于馏出物流的总重量，水被净化成大于97%，特别地大于99.9%。没有废流排到环境。工艺也是廉价和高效的。
将理解，虽然用语“第一”、“第二”、“第三”等可在本文用来描述各种元件、构件、区域、层和/或区段，但是这些元件、构件、区域、层和/或区段不应当受这些用语限制。这些用语仅用于区分一个元件、构件、区域、层或区段与另一个元件、构件、区域、层或区段。因而，下面论述的“第一元件”、“构件”、“区域”、“层”或“区段”可称为第二元件、构件、区域、层或区段，而不脱离本文的教导。
本文使用的术语仅用于描述特定实施例，并且不意图为限制性的。如本文使用，单数形式“一个”、“一种”和“该”意图还包括复数形式，除非上下文清楚地另外规定。将进一步理解，用语“包括”和/或“包含”在用于本说明书中时规定存在所述的特征、区域、整数、步骤、操作、元件和/或构件，但是不排除存在或添加一个或多个其它特征、区域、整数、步骤、操作、元件、构件和/或它们的组合。
此外，相对用语诸如“下部”或“底部”和“上部”或“顶部”可在本文用于描述如图所示的一个元件与另一个元件的关系。将理解，除了图中描绘的定向，相对用语意图包含装置的不同的定向。例如，如果一个图中的装置翻转，则描述为在其它元件的“下”侧的元件将定向在其它元件的“上”侧。示例性用语“下部”因此可包含“下部”和“上部”的定向，这取决于图的特定定向。类似地，如果一个图中的装置翻转，则描述为在其它元件的“下面”或“下方”的元件将定向在其它元件“上方”。示例性用语“下面”或“下方”因此可包含上方和下方两者的定向。
除非另外限定，本文所使用的所有用语(包括技术和科学用语)具有与本公开所属领域中普通技术人员普遍理解相同的意义。将进一步理解，诸如普遍使用的词典中限定的那些用语应当解释为具有与它们在相关领域和本公开的背景中相一致的意义，并且将不以理想化或过分正式的意义来解释，除非本文明确地这样限定。
本文参照横截面图来描述示例性实施例，横截面图是理想化实施例的示意图。因而，将预期有由于例如制造技术和/或公差产生的相对于图的形状的偏差。因而，本文描述的实施例不应当解释为限于本文示出的区域的特定形状，而是包括例如制造所产生的形状偏差。例如，示出或描述为平坦的区域典型地可具有粗糙和/或非线性特征。此外，示出的尖角可为圆形的。因而，示出在图中的区域自然是示意性的，并且它们的形状不意图示出区域的精确形状，并且不意图限制提供的权利要求的范围。
用语“和/或”在本文用来表示“和”以及“或”两者。例如，“A和/或B”解释为表示A、B或A和B。
过渡性用语“包括”包括过渡用语“基本由…构成”和“由…构成”，并且可与“包含”相互交换。
虽然本公开描述了示例性实施例，但本领域技术人员将理解，可在不偏离公开的实施例的范围的情况下作出各种修改，而且等效物可代替实施例的元件。另外，可在不偏离本公开的实质范围的情况下作出许多改良，以使具体情况或内容适于本公开的教导。因此，意图的是本公开不限于被公开为为了执行本公开而构想的最佳模式的特定实施例。

Claims (15)

1.一种用于处理含胺废水的系统，包括：
蒸发单元，其包括与第二热交换器处于流体连通的第一热交换器；其中所述第一热交换器操作来加热包括胺溶剂或胺溶剂的副产物和水的流出物流，以及将所述流出物流排出到所述第二热交换器；其中所述第二热交换器操作来将所述流出物流转化成馏出物流和浓缩物流；以及
反渗透单元，其与所述蒸发单元处于流体连通；其中所述反渗透单元包括第一反渗透单元，其操作来接收所述馏出物流，以及使水与所述胺溶剂的副产物分离，使得基于所述馏出物流的重量，水具有大于95%的纯度。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述蒸发单元进一步包括水分离器，其操作来使水蒸气与液体水分离，以及使水蒸气和液体水再循环回到所述第二热交换器。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一热交换器为进料/馏出物热交换器。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第二热交换器为管壳式热交换器。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述反渗透单元进一步包括第二反渗透单元，其与所述第一反渗透单元处于流体连通。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述反渗透单元为多阵列双行程反渗透单元。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，进一步包括浓缩物存储罐，其位于所述蒸发单元下游且操作来接收来自所述蒸发单元的浓缩物流。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，具有大于95%的纯度的水用作碳捕获厂或发电厂中的补充水。
9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，进一步包括与所述蒸发单元和所述反渗透单元处于流体连通的酸定量供应系统；所述酸定量供应系统操作来从所述馏出物流中的残余氨和挥发性胺形成盐。
10.一种用于处理含胺废水的方法，包括：
将包括胺溶剂或胺溶剂的副产物和水的流出物流提供给第一热交换器；
在第一热交换器中加热所述流出物流；
将所述流出物流从所述第一热交换器排出到第二热交换器；
将所述流出物流分离成馏出物流和浓缩物流；
将所述馏出物流排出到包括第一反渗透单元的反渗透单元；以及
在所述第一反渗透单元中使水与胺副产物分离；其中，基于所述馏出物流的总重量，水具有大于95%的纯度。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，进一步包括将所述浓缩物流排出到浓缩物存储罐。
12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，进一步包括在位于所述第一反渗透单元的下游的第二反渗透单元中，使水与胺副产物分离。
13.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，进一步包括在所述第一热交换器的上游的点处，将溶质从所述第一反渗透单元排出到所述流出物流中。
14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，进一步包括在所述第一反渗透单元的上游的点处，使溶质从所述第二反渗透单元再循环到所述馏出物流中。
15.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，进一步包括在所述第一反渗透单元的上游对所述馏出物流定量供应适于形成盐的酸。
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