高氨氮废水资源化利用折流式超重力床集成技术

1、 浙江工业大学徐之超微信 xuzc20122018年01月28日于杭州祝祝20182018全国制药企业三废治理与绿色发展大会圆满成功！全国制药企业三废治理与绿色发展大会圆满成功！2004年第一台年第一台RZB用于乙醇连续精馏用于乙醇连续精馏至今已有至今已有700多台用于世界各地多台用于世界各地精馏专家精馏专家M. J. Lockett博士现场参观博士现场参观BZ750-型设备甲醇精馏操作现场一些使用场景一些使用场景 氨氮废水为工业生产过程中较常见的污染物，超标的氨氮废水若直接进入水体会引起水系富营养化，所以，须经过处理才能排放。但处理过程中会有废水和废气排放，从201

2、7年7月1日起实施的无机化学工业污染物排放标准中，提高了对氨氮废水排放标准，其排放限值如下：直接排放为10mg/L，间接排放为40mg/L；对氨废气的排放限值为10mg/m3，氨在大气中会与硫酸和硝酸发生反应而生成铵盐颗粒物，氨废气的排放对京津冀、长三角等空气污染最为严重区域PM2.5年均浓度贡献值均超过15g/m3，所以必须通过理想的技术手段对氨氮废水进行处理。背景及意义背景及意义 氨氮废水处理一般有精馏、汽提、吸附和膜分离等物理方法，催化氧化、化学沉淀的化学方法和生物降解法，各种方法各有特点和应用场合。较为理想的方法是将废氨水转化为工业氨水而循环利用。精馏-吸收是典型的将氨氮废水转化为工业

3、氨水的方法，传统方式是通过两部分单元操作完成，先通过精馏操作，冷凝后得到氨水，冷凝器的尾气部分再通过吸收操作将尾氨吸收，一般还会在流程的最后再用酸进行化学吸收。上述过程一般需要三座塔设备，由于传统塔设备高度和体积均较大，因此除设备建设时要耗费较多的钢材外，还要占据较大的场地面积和空间。背景及意义背景及意义 超重力技术自从上世纪80年代初投入应用，由于超重力环境的强大离心力作用使气液传质过程得以强化，至今已在吸收、气提、除尘、精馏、反应等领域得到了成功的应用，目前应用最广的超重力结构类型则以填料式和折流式为主，折流式超重力床是由浙江工业大学开发的专利技术，目前已在精馏、汽提等工业场合在国内外得到

4、较好地推广。本项目利用折流式超重力设备将废氨水处理的精馏和吸收过程集成在一台设备中，形成了一种设备小型和流程结构紧凑的废氨水处理技术。背景及意义背景及意义一、一、仅用于氨汽提的仅用于氨汽提的RZB流程流程RZB吸收系统冷却循环水进出纯水补充高浓氨水循环低浓氨水循环成品氨水出水蒸汽底液出碱液进原料进氣提裝置(1.5*1.5*2.2m)排水泵循環泵(2組*2台)吸收装置(1.6*1.6*4.5m)蒸氣入口废氨水汽提操作现场一废氨水汽提操作现场一废氨水汽提操作现场二废氨水汽提操作现场二二、二、精馏和吸收集成的精馏和吸收集成的RZB结构结构三、三、精馏和吸收集成的工艺流程精馏和吸收集成的工艺流程三、三

5、、精馏和吸收集成的工艺流程精馏和吸收集成的工艺流程四、四、操作数据分析操作数据分析原料氨含量(wt%)顶液氨含量(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 该工业现场建设在浙江医药股份有限公司昌海生物分公司，用25%质量含量的浓氨水与自来水配制成从约0.1%7.0%等若干种不同的质量含量氨水原料进行一系列操作调试，

6、所用的超重力设备规格为转子外径1100、四层式、55kW电机，当操作数据稳定后约半小时开始取样并用仪表检测放空尾气的氨含量，所得实测数据见表1。表1 不同氨含量原料顶底液实测结果四、四、操作数据分析操作数据分析原料氨含量(wt%)处理量(kg/h)蒸汽耗量(kg/h)电机功耗(kW)吨原料耗蒸汽(kg)吨原料折合蒸汽耗(kg)进料温度()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、处理量、蒸汽耗量及电机功耗 因现场换热器的换热效果不理想，换热后的原料进料温度偏低，未达到8090间的理想温度，以至于氨含量在2%以上的原料操作时顶部不用回流即可达到25%以上的成品目标，相当于2%以上的氨水只要用提馏操作即可得到成品氨水；相对氨含量更高的原料只要注意当水蒸汽供应量可以保证底液氨残量达标后，若顶部的氨水成品含量过高，则可再增大水蒸气的量或在冷凝器顶部注入定量的水去降低氨水

8、成品的浓度。 由于工业现场的低温供水的温度会有所波动，因此当供水温度偏低时才可产出高浓度的氨水，而低温供水温度偏高时则顶部氨水蒸汽压会升高，只能产出25%以下的氨水成品。 四、四、操作数据分析操作数据分析 按调试中的操作条件及所得结果去设定进料温度、顶部回流比、及底部排液相近的含量，用Aspen plus过程软件反算所需的蒸汽耗量及顶部氨含量的结果，与实验结果进行对照，蒸汽耗量比较见下图。操作的蒸汽耗量平均比计算值要高8.8%左右。原因：1、散热问题 ；2、完全包含电机的功耗 四、四、操作数据分析操作数据分析顶部氨含量结果比较图 冷凝温度为-20以下 Aspen plus 的模拟是在封闭系统的

9、假设下进行的计算，也就是顶部全凝后，除出料外就是提供回流，而没设置放空部分还有氨尾气要处理；另外，无论顶部氨含量有多高，假设均可全凝。而现场所用的冷凝水为7水，在实际操作中供水温度随着生产用量的变化会在7 17之间波动。 四、四、操作数据分析操作数据分析 顶部的冷凝液在汽液分离器中从放空部分会逸出氨尾气，所逸出的氨的量与实验条件下汽液分离器的温度和压力以及氨水的氨含量密切相关，从实验结果可得出初步结论，当氨含量约为25%、氨水液相温度约为20、接近常压的条件下，每小时所逸出的氨尾气总量约为0.6kg的纯氨。操作中吸收水量约控制在20L/h，吸收层的循环水量约控制在10m3/h，结果在系统放空口

10、用灵敏度为0.01mg/m3的微量氨气检测仪测不出有氨的显示值。五、结论五、结论a)用折流式超重力床集成精馏和吸收两种单元操作，与传统设备相比，在大幅节省占地面积和空间的同时，还可大幅节约设备建设所用的钢材；b)不同浓度的氨废水经过本工艺的处理，可将氨废水转化为氨含量大于22%wt以上的氨水资源，同时可保证最终的废水氨含量小于8.2mg/L，尾气检测不到氨，优于最新的国家标准氨排放限值。c)在调试的条件下，氨含量2%wt以上的原料，只要用提馏操作即可得到25%wt以上的成品氨水。谢谢各位朋友！谢谢各位朋友！感谢浙江省科技计划公益技术研究工业项目感谢浙江省科技计划公益技术研究工业项目(2014C31145)的资助的资助折流式旋转床结构折流式旋转床结构 Rotating Zigzag Bed (RZB)进料口折流式超重力场旋转床结构示意图 气相出口回流口静盘静折流圈气相进口动盘动折流圈出料口 三层折流式超重力旋转床结构示意图1-动盘 ; 2-动折 流圈;3-气 体进口 管; 4-1,2,3液体进 口 管 ; 5-静盘 ; 6静折 流圈;7-气体出 口管; 8-导流管 ; 9-回流 管; 10-壳体; 11-液 体出口管;12-转轴;4-34-2121110987654-1321传质过程分析传质过程分析汽相传质现象1：雾化的液相与汽相大表面积