高氨氮廢水資源化利用折流式超重力床集成技術(shù)

1、 浙江工業(yè)大學(xué)徐之超微信 xuzc20122018年01月28日于杭州祝祝20182018全國制藥企業(yè)三廢治理與綠色發(fā)展大會圓滿成功！全國制藥企業(yè)三廢治理與綠色發(fā)展大會圓滿成功！2004年第一臺年第一臺RZB用于乙醇連續(xù)精餾用于乙醇連續(xù)精餾至今已有至今已有700多臺用于世界各地多臺用于世界各地精餾專家精餾專家M. J. Lockett博士現(xiàn)場參觀博士現(xiàn)場參觀BZ750-型設(shè)備甲醇精餾操作現(xiàn)場一些使用場景一些使用場景 氨氮廢水為工業(yè)生產(chǎn)過程中較常見的污染物，超標的氨氮廢水若直接進入水體會引起水系富營養(yǎng)化，所以，須經(jīng)過處理才能排放。但處理過程中會有廢水和廢氣排放，從201

2、7年7月1日起實施的無機化學(xué)工業(yè)污染物排放標準中，提高了對氨氮廢水排放標準，其排放限值如下：直接排放為10mg/L，間接排放為40mg/L；對氨廢氣的排放限值為10mg/m3，氨在大氣中會與硫酸和硝酸發(fā)生反應(yīng)而生成銨鹽顆粒物，氨廢氣的排放對京津冀、長三角等空氣污染最為嚴重區(qū)域PM2.5年均濃度貢獻值均超過15g/m3，所以必須通過理想的技術(shù)手段對氨氮廢水進行處理。背景及意義背景及意義 氨氮廢水處理一般有精餾、汽提、吸附和膜分離等物理方法，催化氧化、化學(xué)沉淀的化學(xué)方法和生物降解法，各種方法各有特點和應(yīng)用場合。較為理想的方法是將廢氨水轉(zhuǎn)化為工業(yè)氨水而循環(huán)利用。精餾-吸收是典型的將氨氮廢水轉(zhuǎn)化為工業(yè)

3、氨水的方法，傳統(tǒng)方式是通過兩部分單元操作完成，先通過精餾操作，冷凝后得到氨水，冷凝器的尾氣部分再通過吸收操作將尾氨吸收，一般還會在流程的最后再用酸進行化學(xué)吸收。上述過程一般需要三座塔設(shè)備，由于傳統(tǒng)塔設(shè)備高度和體積均較大，因此除設(shè)備建設(shè)時要耗費較多的鋼材外，還要占據(jù)較大的場地面積和空間。背景及意義背景及意義 超重力技術(shù)自從上世紀80年代初投入應(yīng)用，由于超重力環(huán)境的強大離心力作用使氣液傳質(zhì)過程得以強化，至今已在吸收、氣提、除塵、精餾、反應(yīng)等領(lǐng)域得到了成功的應(yīng)用，目前應(yīng)用最廣的超重力結(jié)構(gòu)類型則以填料式和折流式為主，折流式超重力床是由浙江工業(yè)大學(xué)開發(fā)的專利技術(shù)，目前已在精餾、汽提等工業(yè)場合在國內(nèi)外得到

4、較好地推廣。本項目利用折流式超重力設(shè)備將廢氨水處理的精餾和吸收過程集成在一臺設(shè)備中，形成了一種設(shè)備小型和流程結(jié)構(gòu)緊湊的廢氨水處理技術(shù)。背景及意義背景及意義一、一、僅用于氨汽提的僅用于氨汽提的RZB流程流程RZB吸收系統(tǒng)冷卻循環(huán)水進出純水補充高濃氨水循環(huán)低濃氨水循環(huán)成品氨水出水蒸汽底液出堿液進原料進氣提裝置(1.5*1.5*2.2m)排水泵循環(huán)泵(2組*2臺)吸收裝置(1.6*1.6*4.5m)蒸氣入口廢氨水汽提操作現(xiàn)場一廢氨水汽提操作現(xiàn)場一廢氨水汽提操作現(xiàn)場二廢氨水汽提操作現(xiàn)場二二、二、精餾和吸收集成的精餾和吸收集成的RZB結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)三、三、精餾和吸收集成的工藝流程精餾和吸收集成的工藝流程三、三

5、、精餾和吸收集成的工藝流程精餾和吸收集成的工藝流程四、四、操作數(shù)據(jù)分析操作數(shù)據(jù)分析原料氨含量(wt%)頂液氨含量(wt%)底液氨含量(mg/L)放空氨含量(mg/m3)回流比6.69825.0777.950005.07038.1904.060003.60126.2858.124001.98828.1924.485001.04027.1127.26700.80.50322.5025.37702.00.28725.4902.83104.5 該工業(yè)現(xiàn)場建設(shè)在浙江醫(yī)藥股份有限公司昌海生物分公司，用25%質(zhì)量含量的濃氨水與自來水配制成從約0.1%7.0%等若干種不同的質(zhì)量含量氨水原料進行一系列操作調(diào)試，

6、所用的超重力設(shè)備規(guī)格為轉(zhuǎn)子外徑1100、四層式、55kW電機，當(dāng)操作數(shù)據(jù)穩(wěn)定后約半小時開始取樣并用儀表檢測放空尾氣的氨含量，所得實測數(shù)據(jù)見表1。表1 不同氨含量原料頂?shù)滓簩崪y結(jié)果四、四、操作數(shù)據(jù)分析操作數(shù)據(jù)分析原料氨含量(wt%)處理量(kg/h)蒸汽耗量(kg/h)電機功耗(kW)噸原料耗蒸汽(kg)噸原料折合蒸汽耗(kg)進料溫度()6.69840063.128.0157.80190.16585.07051076.3810.0149.77181.76603.6013700551.2838.0140.78166.72731.9881000132.8715.5132.87159.60601.0

7、401120121.2115.5108.22132.05610.5031080133.6814.0123.77146.35640.2871040109.8411.5105.62124.8576表2 原料氨含量、處理量、蒸汽耗量及電機功耗 因現(xiàn)場換熱器的換熱效果不理想，換熱后的原料進料溫度偏低，未達到8090間的理想溫度，以至于氨含量在2%以上的原料操作時頂部不用回流即可達到25%以上的成品目標，相當(dāng)于2%以上的氨水只要用提餾操作即可得到成品氨水；相對氨含量更高的原料只要注意當(dāng)水蒸汽供應(yīng)量可以保證底液氨殘量達標后，若頂部的氨水成品含量過高，則可再增大水蒸氣的量或在冷凝器頂部注入定量的水去降低氨水

8、成品的濃度。 由于工業(yè)現(xiàn)場的低溫供水的溫度會有所波動，因此當(dāng)供水溫度偏低時才可產(chǎn)出高濃度的氨水，而低溫供水溫度偏高時則頂部氨水蒸汽壓會升高，只能產(chǎn)出25%以下的氨水成品。 四、四、操作數(shù)據(jù)分析操作數(shù)據(jù)分析 按調(diào)試中的操作條件及所得結(jié)果去設(shè)定進料溫度、頂部回流比、及底部排液相近的含量，用Aspen plus過程軟件反算所需的蒸汽耗量及頂部氨含量的結(jié)果，與實驗結(jié)果進行對照，蒸汽耗量比較見下圖。操作的蒸汽耗量平均比計算值要高8.8%左右。原因：1、散熱問題 ；2、完全包含電機的功耗 四、四、操作數(shù)據(jù)分析操作數(shù)據(jù)分析頂部氨含量結(jié)果比較圖 冷凝溫度為-20以下 Aspen plus 的模擬是在封閉系統(tǒng)的

9、假設(shè)下進行的計算，也就是頂部全凝后，除出料外就是提供回流，而沒設(shè)置放空部分還有氨尾氣要處理；另外，無論頂部氨含量有多高，假設(shè)均可全凝。而現(xiàn)場所用的冷凝水為7水，在實際操作中供水溫度隨著生產(chǎn)用量的變化會在7 17之間波動。 四、四、操作數(shù)據(jù)分析操作數(shù)據(jù)分析 頂部的冷凝液在汽液分離器中從放空部分會逸出氨尾氣，所逸出的氨的量與實驗條件下汽液分離器的溫度和壓力以及氨水的氨含量密切相關(guān)，從實驗結(jié)果可得出初步結(jié)論，當(dāng)氨含量約為25%、氨水液相溫度約為20、接近常壓的條件下，每小時所逸出的氨尾氣總量約為0.6kg的純氨。操作中吸收水量約控制在20L/h，吸收層的循環(huán)水量約控制在10m3/h，結(jié)果在系統(tǒng)放空口

10、用靈敏度為0.01mg/m3的微量氨氣檢測儀測不出有氨的顯示值。五、結(jié)論五、結(jié)論a)用折流式超重力床集成精餾和吸收兩種單元操作，與傳統(tǒng)設(shè)備相比，在大幅節(jié)省占地面積和空間的同時，還可大幅節(jié)約設(shè)備建設(shè)所用的鋼材；b)不同濃度的氨廢水經(jīng)過本工藝的處理，可將氨廢水轉(zhuǎn)化為氨含量大于22%wt以上的氨水資源，同時可保證最終的廢水氨含量小于8.2mg/L，尾氣檢測不到氨，優(yōu)于最新的國家標準氨排放限值。c)在調(diào)試的條件下，氨含量2%wt以上的原料，只要用提餾操作即可得到25%wt以上的成品氨水。謝謝各位朋友！謝謝各位朋友！感謝浙江省科技計劃公益技術(shù)研究工業(yè)項目感謝浙江省科技計劃公益技術(shù)研究工業(yè)項目(2014C31145)的資助的資助折流式旋轉(zhuǎn)床結(jié)構(gòu)折流式旋轉(zhuǎn)床結(jié)構(gòu) Rotating Zigzag Bed (RZB)進料口折流式超重力場旋轉(zhuǎn)床結(jié)構(gòu)示意圖 氣相出口回流口靜盤靜折流圈氣相進口動盤動折流圈出料口 三層折流式超重力旋轉(zhuǎn)床結(jié)構(gòu)示意圖1-動盤 ; 2-動折 流圈;3-氣 體進口 管; 4-1,2,3液體進 口 管 ; 5-靜盤 ; 6靜折 流圈;7-氣體出 口管; 8-導(dǎo)流管 ; 9-回流 管; 10-殼體; 11-液 體出口管;12-轉(zhuǎn)軸;4-34-2121110987654-1321傳質(zhì)過程分析傳質(zhì)過程分析汽相傳質(zhì)現(xiàn)象1：霧化的液相與汽相大表面積