10奖萌芽杯最终报告宋淼吴弘强

北京化工大学第八届“萌芽杯”参赛作品—A类PAGE18北京化工大学第八届“萌芽杯”参赛作品—A类作品名称：双效节能汽提脱氨技术工艺改进类别（综述类/实验类）：综述类指导教师：宋云华负责人：宋淼联系方式：188102716742011年团队成员及指导老师介绍指导老师介绍：姓名宋云华所属学院化学工程学院职称副教授研究方向氨氮废水减排及资源化利用团队成员介绍：姓名宋淼所属学院化学工程学院专业化学工程与工艺班级化工1108姓名吴红强所属学院化学工程学院专业化学工程与工艺班级化工1108

目录摘要…………...4引言……………5第1章双效汽提脱氨技术简介 6第1.1节双效汽提脱氨技术发展趋势 7第1.2节工艺流程及设备 7第1.3节经济指标和设计参数 9第1.4节先进性和经济性分析 9第1.5节专利授权情况10第2章双效汽提脱氨技术工艺改进12第2.1节工艺改进目标12第2.2节改进方法12第2.3节工艺改进结果16第3章双效气提脱氨技术改进工艺结论17参考文献18

双效节能汽提脱氨技术工艺改进宋淼吴弘强摘要：双效汽提脱氨技术是北京化工大学针对高浓度氨氮废水处理开发的专利技术。本技术针对氨氮废水处理难度大、处理费用高的难题，选择高浓度氨氮废水为研究对象，研究开发高浓度氨氮废水的预处理工艺技术、高效脱氨技术及设备、节能降耗技术及装备，以及工艺系统优化设计，在实现氨氮废水达标排放（≤15mg/L）、废水中氨氮实现资源化回收利用的同时，降低氨氮废水处理蒸汽单耗40％以上的目标，达到节能降耗，降低氨氮废水处理成本的目的。本课题针对北京化工大学现有专利技术在应用过程中的实际情况进行工艺改进研究，改进后的工艺比原先工艺设备更加简单，系统热量利用率更高，氨氮废水处理蒸汽单耗更低。关键词：双效汽提脱氨、节能降耗、降低单耗、高浓度氨氮废水、汽提精馏、双效节能、蒸汽循环

引言当前我国工业企业所排出的废水种类众多，废水总量很大。其中，高浓度氨氮废水是重要的废水之一，其氨氮排放量每年超过30万吨，价值超过10亿元，既污染了环境又浪费了资源。一般情况下，对于低浓度氨氮废水一般可以采用生化处理，其处理费用较低。但是，对于多数工业企业来说，其氨氮废水中氨氮浓度很高（最高可达几万毫克/升），无法进行生化处理，需要首先对氨氮废水进行脱氨处理。氨氮废水对环境危害极大：造成水体富营养化（导致蓝藻暴发等）；增加给水处理成本；还原态氮的硝化作用耗去水体中大量氧，引起鱼类等生物的死亡，并使水体发黑发臭；对人及生物有毒害作用：转化为亚硝胺，具有致癌、致畸胎作用，以及高铁血红蛋白症；影响废水的再生利用。我们在研究开发高浓度氨氮处理技术过程中没有简单地将废水中氨氮定义为污染物，而是将其定义为可回收利用的资源。实现氨氮废水中氨氮的资源化回收利用，不仅可以实现污染物的减排，同时可以利用所回收的资源补偿一部分废水处理的费用，降低氨氮废水处理综合成本。双效汽提脱氨技术针对传统蒸汽汽提废水脱氨技术中存在的蒸汽耗量大（一般为250~300kg/吨废水），废水处理单耗高的难题，采用创新性工艺流程设计、高效脱氨技术及设备、节能降耗技术及设备等在节能降耗的基础上达到高效脱氨的目的，并且具有脱氨效率高，蒸汽单耗低，实现了氨氮的资源化回收利用，实现了技术的成套化、系列化，以及氨氮废水处理装置的模块化、自动化等优点。我们通过研究现行的汽提脱氨工艺流程，在导师指导下针对局部进行工艺改进，通过这些工艺的改进，达到了优化工艺、降低单耗、减少设备、减少投资、方便管理、方便操作、提高效益的目的。

第一章双效汽提脱氨技术简介第1.1节双效汽提脱氨技术发展趋势双效节能汽提脱氨成套技术针对传统汽提脱氨技术处理高浓度氨氮废水过程中蒸汽耗量大、处理费用高的难题，在保证废水达标排放（满足国家一级排放标准）的前提下，以降低废水处理蒸汽单耗为目的，研究开发高浓度氨氮废水高效脱氨技术及设备、节能降耗技术及装备，在实现氨氮废水达标排放（低于15mg/L）、氨氮资源化回收利用的同时，利用创新性的双效节能汽提脱氨专利技术（国家发明专利，专利号：200810104999.9），对热量进行有效地串联梯级利用，降低氨氮废水处理蒸汽单耗约40％以上，其蒸汽单耗约为100~120kg/吨废水，达到了节能降耗、降低氨氮废水处理成本的目的。双效节能汽提脱氨成套技术已经实现工业化应用，适用于所有行业的高浓度氨氮废水处理，其技术合理、工艺流程简单，废水处理能耗低，完全自动化操作，实现了氨氮资源的有效利用，为我国氨氮减排目标的实现提供强有力的技术支撑，具有良好的发展前景。第1.2节工艺流程及设备双效节能汽提脱氨系统工艺流程如下图所示：双效节能汽提脱氨技术在汽提精馏氨氮废水处理技术的基础上，以资源化回收浓氨水和浓氨气，实现氨氮废水达标排放为目的，创新性地利用两级汽提脱氨塔（双效汽提脱氨装置），将氨氮废水处理量的55%及氨氮废水处理量的45%分别送入I效汽提脱氨塔和II效汽提脱氨塔。将I效汽提脱氨塔塔顶冷凝器与II效汽提脱氨塔塔底再沸器合二为一，实现了系统蒸汽热量的串联梯级利用，在实现氨氮废水达标排放的同时，蒸汽单耗达到了约100~120kg/吨废水，实现了氨氮废水处理蒸汽单耗降低约45%，大大降低氨氮废水处理成本的目的。主要设备：I效汽提脱氨塔、II效汽提脱氨塔、原料预热器I、原料预热器II、塔釜液罐I、塔釜液罐II、再沸器、II效塔顶冷凝器、塔顶回流罐I、塔顶回流罐II、塔釜液泵I、塔釜液泵II、塔顶回流泵I、塔顶回流泵II等。第1.3节主要经济指标和设计参数1.3.1经济指标1.投资成本：约400万元（以20吨/小时、氨氮含量20000mg/L为例）；2.运行成本：蒸汽单耗100kg/吨废水，电耗：2kWh/吨废水。3.氨氮废水处理成本：4-10元/吨废水；1.3.2设计参数1.氨氮废水进水氨氮含量：1000mg/L-80000mg/L；2.氨氮废水出水氨氮含量：低于15mg/L（最低可以达到5mg/L以下）；3.回收氨水浓度：15~20%；4.回收氨气浓度：90%以上5.一效塔温度在130摄氏度至150摄氏度之间，压力在0.5MPa6.二效塔温度在110摄氏度左右，压力在0.05MPa第1.4节技术先进性和经济性分析1.4.1技术先进性分析（1）采用双效节能汽提脱氨工艺技术，对氨氮废水进行汽提及精馏得到浓度为15~20％左右浓氨水或者浓度≥90％的氨气。此技术的采用不仅能可以实现废水氨氮含量达标排放（<15mg/L），而且实现其中氨氮的资源化回收利用。（2）采用双效节能汽提脱氨技术可以有效利用系统热量，使处理氨氮废水蒸汽单耗比传统蒸汽汽提技术减少45％左右，蒸汽单耗约为100~120kg/吨废水。在实现废水达标排放的同时，达到节能降耗的目的。（3）采用双效节能汽提脱氨技术可将废水脱氨工艺作为一套模块化工艺技术，与原有生产工艺有机结合，既可以独立操作，也可以将废水脱氨工艺流程纳入生产工艺流程，作为其中的一部分，避免一般废水处理与生产工艺流程完全脱节的问题，便于操作、管理及考核。1.4.2技术经济性分析以氨氮废水处理规模20吨/小时，氨氮含量20000mg/L为例，采用传统蒸汽汽提脱氨技术，装置总投资约为300万元，其蒸汽单耗约为200kg/吨废水，即每小时蒸汽消耗为4吨。如果采用双效节能汽提脱氨技术，装置总投资约为400万元，其蒸汽单耗约为110kg/吨废水，即每小时蒸汽消耗为2.2吨。其它运行成本基本相同。蒸汽价格以200元/吨计算，则采用双效节能汽提脱氨技术每小时蒸汽消耗量为2.2吨，相对于传统蒸汽汽提脱氨技术蒸汽消耗量每小时减少1.8吨，降低运行成本360元/小时。以废水脱氨装置年运行时间8000小时计算，年节约蒸汽约288万元。也就是说，采用双效节能汽提脱氨技术，装置总投资相对于传统蒸汽汽提脱氨技术装置总投资增加约100万元，但是蒸汽消耗每年可以节约288万元，因此所增加的装置投资可以在不到半年时间内收回，经济效益非常显著。第1.5节专利授权情况双效节能汽提脱氨专利技术已经申请国家发明专利，并获国家发明专利授权，发明专利名称：一种氨氮废水减排及资源化利用装置及方法，专利号：200810104999.9。申请时间：2008年4月25日，专利权人：北京化工大学。

第二章双效节能汽提脱氨技术工艺改进第2.1节工艺改进目标针对现有工艺流程的特点进行工艺改进，以期实现一下目标：（1）优化工艺：针对已有工艺装置的特点及运行状况，对工艺过程进行优化调整。（2）降低单耗：在优化工艺的基础上，实现系统热量的有效利用，降低蒸汽单耗。（3）减少设备：对现有工艺过程中的部分设备实现优化配置，减少设备数量。第2.2节工艺改进具体内容及方法本工艺具体改进内容见下图标示：（1）汽提脱氨塔I塔釜液排液流程改进：原有工艺流程中部分150℃左右的塔釜液被送至进出口换热器I换热，另外一部分150℃左右的塔釜液被送至汽提脱氨塔II闪蒸。改进后的工艺流程把全部150℃左右的塔釜液送至汽提脱氨塔II将塔釜液罐Ⅰ0.4MPa下的150℃的水全部进入塔釜液罐Ⅱ闪蒸后得到0.05MPa下的110℃的蒸汽。此项工艺改进可以使塔釜液罐内的每吨150℃高温脱氨水闪蒸得到110℃的蒸汽约75㎏，此项蒸汽全部用于汽提脱氨塔II（2）将原有两台进出口换热器合二为一：将原有系统中的两台进出口换热器合二为一，采用一台进出口换热器，将汽提脱氨塔II排出的110℃左右的脱氨废水与含氨废水进水进行换热，既减少设备数量，（3）再沸器排出含氨蒸汽流向变更：在原有工艺流程中，自再沸器排出的130℃左右的含氨蒸汽直接进入了塔顶冷凝器II进行冷凝，造成了热量浪费。本研究课题将这部分含氨蒸汽引入汽提精馏塔II的精馏段中部，充分利用这些含氨蒸汽的热量进行精馏（4）取消塔釜液储罐II：在新工艺中取消塔釜液罐II，节省占地面积，节省设备成本。（5）再沸器大流量强制循环：采用大流量强制循环泵，大大增加再沸器液体循环量：将原有5m3/h脱氨水循环量改为200m3/h，改原有工艺中脱氨废水在再沸器中汽化为塔内汽化，使从再沸器中进出水的前后温差小于3℃，从而使得再沸器两侧温差变更大，系统传递热量效率更高，热量传递更多，更加利于系统第2.3节工艺改进结果经过以上工艺改进，新的工艺流程如下所示：按照改进后的工艺流程及改进措施对山东大成农药股份有限公司15吨/小时氨氮废水处理装置进行技术改进，改进后的工艺结果显示：改进后的氨氮废水处理装置在保证出口指标低于15mg/L、处理量保持在20吨/小时的条件下，蒸汽单耗由108kg/吨废水降至90kg/吨废水，蒸汽单耗降低了16.7%。仅此一项每年可以节约蒸汽2880吨，蒸汽价格按200元/吨计算，每年蒸汽消耗可以节约57.6

第三章双效节能汽提脱氨技术改进工艺结论本课题通过对双效节能汽提脱氨专利技术进行工艺改进，达到了优化工艺、降低蒸汽单耗、减少设备、提高效益的目的。通过工业装置实际应用验证表明，本工艺技术的改进可以在保证出口脱氨指标满足国家一级排放标准（小于15mg/L）、保持原有装置处理量15吨/小时不变的条件下，蒸汽单耗降低16.7%，每年可以节约蒸汽2880吨，蒸汽价格按200元/吨计算，每年蒸汽消耗可以节约57.6万元，经济效益非常显著。

参考文献：宋云华;陈建铭;初广文.一种氨氮废水减排及氨氮资源化利用装置及方法[P].中国专利:CN101264948,2008-09-17.宋云华;.农药行业氨氮废水减排及资源化利用关键技术——双效汽提废水脱氨成套技术[J].世界农药,2009.01宋云华;.玉溪市蔬菜农药使用现状及污染控制对策[J].北方园艺,2008.07宋云华，陈建铭，牛小红，李璐.高浓度氨氮废水处理成套技术袁捷,杨宁,周艳军.

吹脱法处理高浓度氨氮废水的研究[J].化学工业与工程技术.2009(0