CN108585165A - 一种用于超临界水氧化系统的氨回收系统及氨回收控制方法 - Google Patents

一种用于超临界水氧化系统的氨回收系统及氨回收控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于超临界水氧化系统的氨回收系统及氨回收控制方法，包括物料调配罐、超临界水氧化反应器、再沸器、降压余热利用单元、中间缓冲池、蒸氨塔、蒸氨塔伴热夹套、集液箱及氨吸收单元。该系统能够通过调节进入再沸器旁路的高温高压流体的量而调节进入再沸器的高温高压流体的量，从而控制再沸器中冷流体产生蒸汽的量，以满足蒸氨塔正常运行。该系统所用蒸汽由超临界水氧化反应器出水高温高压流体所携带的热量加热再沸器中蒸氨塔出水产生的蒸汽提供，提高了余热利用效率。该系统结构设计合理，降低了系统设备成本，提高余热利用效率，降低蒸氨系统能量输入，实现超临界水氧化系统含氮出水的达标排放及资源化利用。

Description

一种用于超临界水氧化系统的氨回收系统及氨回收控制方法
技术领域
本发明属于超临界水氧化技术领域，具体涉及一种用于超临界水氧化系统的氨回收系统及氨回收控制方法。
背景技术
超临界水(Supercritical Water，简称SCW)是指温度和压力均高于其临界点(T＝374.15℃，P＝22.12MPa)的特殊状态的水。在该状态下，水中只有少量的氢键存在，介电常数近似于有机溶剂，具有低的粘度和高的扩散系数。使有机物、氧气能按任意比例与超临界水互溶，从而使非均相反应变为均相反应，大大减少了物质之间的传质、传热阻力。
超临界水氧化(Supercritical Water Oxidation，简称SCWO)技术就是利用超临界水显著区别于普通水的特殊性质，使有机物和氧化剂在超临界水中迅速发生均相的氧化反应，来彻底分解有机物，将有机物快速转化为CO2、H2O、N2和其他无害小分子化合物，没有二次污染问题，与其他处理技术相比，超临界水氧化技术处理有机废物具有绿色环保、节能高效等显著的优越性。
虽然大量的实验结果已经证实了超临界水氧化技术在处理各种有毒、难降解废水和污泥方面已取得了较大的成功，但对某些化学性质稳定的化合物如氨氮氧化所需的反应条件要求更高。含氮有机物在超临界水中首选降解成为氨，氨的进一步氧化则比较困难。有研究表明，在无催化剂条件下，当温度低于640℃时，氨几乎没有发生降解；并且当反应条件达到680℃、24.8MPa，只有10％的氨被氧化。另有研究表明，即使使用催化剂，当反应条件为450℃、27.6MPa，停留时间为0.8s时，氨的降解率也只有40％。因此，氨的超临界水氧化处理并不能获得很好的降解效果。氨在超临界水中的稳定性已经制约了超临界水氧化法处理含氮废水/固废的实际应用。
目前，用于提高废水中氨氮降解率的方法有催化超临界水氧化法以及高温条件的超临界水氧化法。而催化剂尤其是均相催化剂的引入容易带来二次污染，还可能会发生盐沉积，堵塞反应器，同时封闭反应体系内的非均相催化剂的装载、更换比较困难，且存在催化剂的流失及失活等问题；提高反应温度对金属材料有更苛刻的要求，使设备成本上升，同时在超临界水条件下，更高温度的反应条件及高浓度溶解氧的反应环境会加剧反应器腐蚀，从而严重影响整套超临界水氧化反应系统运行的安全可靠性。
在工业化超临界水氧化系统中，为了平衡投资和运行效果，普遍的运行参数是600℃左右，在这个较低的温度下，有机物中的氮元素经超临界水氧化反应转化为无机氮，出水的总氮、氨氮浓度超标，很难做到达标排放。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种用于超临界水氧化系统的氨回收系统及氨回收控制方法，该系统结构设计合理，能够有效降低设备成本，降低蒸氨系统能量输入，提高余热利用效率，实现超临界水氧化系统的达标排放及氨的资源化利用。
本发明是通过以下技术方案来实现：
本发明公开了一种用于超临界水氧化系统的氨回收系统，包括物料调配罐，物料调配罐出口端与超临界水氧化反应器入口端连接；超临界水氧化反应器高温高压流体出口分两路，一路与再沸器热流体入口端连接，另一路流进再沸器旁路；再沸器热流体出口端与再沸器旁路汇合后与降压余热利用单元热流体入口端连接；降压余热利用单元热流体出口端连接中间缓冲池；中间缓冲池出口端与蒸氨塔进料口连接；蒸氨塔液相出口端与再沸器冷流体入口端连接；再沸器冷流体出口端分两路，一路进入集液箱，另一路返回中间缓冲池；集液箱出口端分两路，一路进入后续处理单元，另一路进入物料调配罐；蒸氨塔气相出口进入氨吸收单元。
优选地，蒸氨塔外壁设有蒸氨塔伴热夹套，降压余热利用单元的余热引入所述蒸氨塔伴热夹套对蒸氨塔进行伴热。
优选地，超临界水氧化反应器流出的高温高压流体携带的热量加热再沸器中的脱氨水产生的蒸汽用于提供氨蒸塔所需热源。
进一步优选地，该氨回收系统能够通过调节进入再沸器旁路的高温高压流体的量，进而调节进入再沸器的高温高压流体的量，用于控制再沸器中冷流体产生蒸汽的量。
优选地，再沸器采用热虹吸式再沸器、强制循环式再沸器、釜式再沸器或内置式再沸器。
本发明还公开了采用上述的用于超临界水氧化系统的氨回收系统进行氨回收控制的方法，包括以下步骤：
1)物料调配罐中的物料经加热、调配后进入超临界水氧化反应器，经超临界水氧化反应后，物料中的有机氮转变为无机氮或氮气，无机氮汇入反应后的高温高压液相中；
2)超临界水氧化反应器出水高温高压流体分两路流出，一路流向再沸器热流体入口端，另一路流进再沸器旁路；
通过调节进入再沸器旁路的高温高压流体的量而调节进入再沸器的高温高压流体的量，从而控制再沸器中冷流体产生蒸汽的量，以满足蒸氨塔正常运行；
3)从再沸器热流体出口流出的热流体与再沸器旁路中的高温高压流体汇合后，进入降压余热利用单元中，得到经余热利用及降压后的流体；
4)经余热利用、降压后的流体进入中间缓冲池中进行缓冲，再经加碱处理后被送入蒸氨塔进料口；
5)在蒸氨塔内，由蒸氨塔进料口由上至下滴落的出水与再沸器产生的上升蒸汽逆流接触，经多次气液相平衡后，出水中氨含量逐渐降低，蒸出的氨被上升蒸汽带走，经蒸氨塔塔顶气相出口流入氨吸收单元被吸收生产氨水或硫酸铵；同时，蒸完氨后的水流入再沸器冷流体侧，被进入再沸器的热流体加热产生蒸汽；
6)脱氨水从再沸器冷流体出口管道流出，当脱氨水中的氨氮量满足排放要求时，流入集液箱，用于调配、预热物料或者流入后续单元进行后续反应；当脱氨水中的氨氮含量不满足排放要求时，流回中间缓冲池。
优选地，步骤1)中，物料采用集液箱中温度为80～100℃的脱氨水进行调配、预热。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明公开的用于超临界水氧化系统的氨回收系统，包括物料调配罐、超临界水氧化反应器、再沸器、降压余热利用单元、中间缓冲池、蒸氨塔、集液箱及氨吸收单元，系统结构设计合理，降低了超临界水氧化系统设备成本，提高余热利用效率，降低蒸氨系统能量输入，实现超临界水氧化系统含氮出水的达标排放及资源化利用，其优势具体体现在：
1、该系统所用蒸汽由超临界水氧化反应器出水高温高压流体所携带的热量加热再沸器中蒸氨塔出水产生的蒸汽提供，提高了超临界水氧化系统余热利用效率，降低蒸氨系统能量输入及运行成本；
2、该系统运行过程中能够通过调节进入再沸器旁路的高温高压流体的量而调节进入再沸器的高温高压流体的量，从而控制再沸器中冷流体产生蒸汽的量，以满足蒸氨塔正常运行，简化了蒸氨塔的系统控制程序，使蒸氨塔运行参数更易于控制和调节；
3、当超临界水氧化系统物料发生变化，导致出水氨氮不达标时，中间缓冲池可作为超临界水氧化系统的缓冲装置，对未达标的出水进行暂存，提高了装置利用效率，降低超临界水氧化系统地下槽的负荷；同时，脱氨水进入集液箱后，由于温度较高，可用于对物料调配、预热，实现能量梯级利用。
进一步地，蒸氨塔外壁设有蒸氨塔伴热夹套，采用超临界水氧化系统的降压余热利用单元产生的余热通往蒸氨塔伴热夹套，对蒸氨塔进行伴热，保证了蒸氨塔在低温环境下的稳定运行。
本发明公开的基于上述用于超临界水氧化系统的氨回收系统进行氨回收控制的方法，使得超临界水氧化处理含有含氮有机物的高浓度难降解有机废水/固废的过程可以不必在650℃以上的高温条件下长期运行，有效降低了运行成本和投资成本，提高了系统安全性。与传统的超临界水氧化方法相比，本方法可以降低超临界水氧化反应的设计温度、压力参数，从而提高了系统安全性，提高了总氮、氨氮的去除率，完全可以实现达标排放。同时系统蒸出的氨可转化成氨水或硫酸铵等副产品外售，提高了系统的经济性。
附图说明
图1为本发明系统的流程示意图。
其中，1为物料调配罐；2为超临界水氧化反应器；3为再沸器；4为降压余热利用单元；5为中间缓冲池；6为蒸氨塔；7为蒸氨塔伴热夹套；8为集液箱；9为氨吸收单元。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
参见图1，一种用于超临界水氧化系统的氨回收系统，包括物料调配罐1，其出口端与超临界水氧化反应器2入口端连接；超临界水氧化反应器2高温高压流体出口分两路，一路与再沸器3热流体入口端连接，另一路进再沸器3旁路；再沸器3热流体出口端与再沸器3旁路汇合后与降压余热利用单元4热流体入口端连接；降压余热利用单元4热流体出口端进入中间缓冲池5；中间缓冲池5出口端与蒸氨塔6进料口连接；蒸氨塔6液相出口端与再沸器3冷流体入口端连接；再沸器3冷流体出口端分两路，一路进入集液箱8，另一路返回中间缓冲池5；集液箱8出口端分两路，一路进入后续处理单元，另一路进入物料调配罐1；蒸氨塔6气相出口进入氨吸收单元9。
优选地，所述的蒸氨塔6所用的热源由超临界水氧化反应器2出水高温高压流体所携带的热量加热再沸器3中的脱氨水产生的蒸汽提供；
优选地，所述的再沸器3形式可以采用热虹吸式再沸器或强制循环式再沸器或釜式再沸器或内置式再沸器或其他形式再沸器；
优选地，所述的降压余热利用单元4产生的余热通往蒸氨塔伴热夹套7对蒸氨塔6进行伴热。
本发明还公开了一种基于上述超临界水氧化系统的氨回收系统的控制方法，包括以下步骤：
步骤1：物料采用进入集液箱8中温度约80～100℃的脱氨水进行调配、预热；
步骤2：调配后物料经加热加压进入超临界水氧化反应器2，经超临界水氧化反应后，物料中的有机氮转变为无机氮或氮气，无机氮进入反应后的高温高压液相中；
步骤3：超临界水氧化反应器2出水高温高压流体出口分两路，一路与再沸器3热流体入口端连接，另一路进再沸器3旁路，通过调节进入再沸器3旁路的高温高压流体的量而调节进入再沸器3的高温高压流体的量，从而控制再沸器3中冷流体产生蒸汽的量，以满足蒸氨塔6正常运行；
步骤4：再沸器3热流体出口端与再沸器3旁路汇合后进入降压余热利用单元4，经余热利用、降压后，流体无需降至常温，进入中间缓冲池5；
步骤5：步骤4中经余热利用、降压后的流体在中间缓冲池5缓冲以后，经加碱后，超临界水氧化反应器2出水被送入蒸氨塔6进料口；
步骤6：在蒸氨塔6内，超临界水氧化反应器2出水由上至下与再沸器3产生的上升蒸汽逆流接触，经多次气液相平衡后，水中氨含量逐渐降低，蒸出的氨被上升蒸汽带走，经蒸氨塔6塔顶气相出口进入氨吸收单元9被吸收生产氨水或硫酸铵；
步骤7：步骤6中，蒸完氨后的水进入再沸器3冷流体侧，被进入再沸器3的热流体加热产生蒸汽；
步骤8：脱氨水由再沸器3冷流体出口管道流出，当脱氨水氨氮满足要求时，去往集液箱8；当脱氨水氨氮不满足要求时，去往中间缓冲池5。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于超临界水氧化系统的氨回收系统，其特征在于，包括物料调配罐(1)，物料调配罐(1)出口端与超临界水氧化反应器(2)入口端连接；超临界水氧化反应器(2)高温高压流体出口分两路，一路与再沸器(3)热流体入口端连接，另一路流进再沸器(3)旁路；再沸器(3)热流体出口端与再沸器(3)旁路汇合后与降压余热利用单元(4)热流体入口端连接；降压余热利用单元(4)热流体出口端连接中间缓冲池(5)；中间缓冲池(5)出口端与蒸氨塔(6)进料口连接；蒸氨塔(6)液相出口端与再沸器(3)冷流体入口端连接；再沸器(3)冷流体出口端分两路，一路进入集液箱(8)，另一路返回中间缓冲池(5)；集液箱(8)出口端分两路，一路进入后续处理单元，另一路进入物料调配罐(1)；蒸氨塔(6)气相出口进入氨吸收单元(9)。
2.根据权利要求1所述的用于超临界水氧化系统的氨回收系统，其特征在于，蒸氨塔(6)外壁设有蒸氨塔伴热夹套(7)，降压余热利用单元(4)的余热引入所述蒸氨塔伴热夹套(7)对蒸氨塔(6)进行伴热。
3.根据权利要求1所述的用于超临界水氧化系统的氨回收系统，其特征在于，超临界水氧化反应器(2)流出的高温高压流体携带的热量加热再沸器(3)中的脱氨水产生的蒸汽用于提供氨蒸塔(6)所需热源。
4.根据权利要求3所述的用于超临界水氧化系统的氨回收系统，其特征在于，该氨回收系统能够通过调节进入再沸器(3)旁路的高温高压流体的量，进而调节进入再沸器(3)的高温高压流体的量，用于控制再沸器(3)中冷流体产生蒸汽的量。
5.根据权利要求1～4中任意一项所述的用于超临界水氧化系统的氨回收系统，其特征在于，再沸器(3)采用热虹吸式再沸器、强制循环式再沸器、釜式再沸器或内置式再沸器。
6.采用权利要求1～5中任意一项所述的用于超临界水氧化系统的氨回收系统进行氨回收控制的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)物料调配罐(1)中的物料经加热、调配后进入超临界水氧化反应器(2)，经超临界水氧化反应后，物料中的有机氮转变为无机氮或氮气，无机氮汇入反应后的高温高压液相中；
2)超临界水氧化反应器(2)出水高温高压流体分两路流出，一路流向再沸器(3)热流体入口端，另一路流进再沸器旁路；
通过调节进入再沸器旁路的高温高压流体的量而调节进入再沸器(3)的高温高压流体的量，从而控制再沸器(3)中冷流体产生蒸汽的量，以满足蒸氨塔(6)正常运行；
3)从再沸器(3)热流体出口流出的热流体与再沸器旁路中的高温高压流体汇合后，进入降压余热利用单元(4)中，得到经余热利用及降压后的流体；
4)经余热利用、降压后的流体进入中间缓冲池(5)中进行缓冲，再经加碱处理后被送入蒸氨塔(6)进料口；
5)在蒸氨塔(6)内，由蒸氨塔(6)进料口由上至下滴落的出水与再沸器(3)产生的上升蒸汽逆流接触，经多次气液相平衡后，出水中氨含量逐渐降低，蒸出的氨被上升蒸汽带走，经蒸氨塔(6)塔顶气相出口流入氨吸收单元(9)被吸收生产氨水或硫酸铵；同时，蒸完氨后的水流入再沸器(3)冷流体侧，被进入再沸器(3)的热流体加热产生蒸汽；
6)脱氨水从再沸器(3)冷流体出口管道流出，当脱氨水中的氨氮量满足排放要求时，流入集液箱(8)，用于调配、预热物料或者流入后续单元进行后续反应；当脱氨水中的氨氮含量不满足排放要求时，流回中间缓冲池(5)。
7.根据权利要求6所述的氨回收系统进行氨回收控制的方法，其特征在于，步骤1)中，物料采用集液箱(8)中温度为80～100℃的脱氨水进行调配、预热。
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