CN107694293A - 一种超重力除氨装置及除氨方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超重力除氨装置，包括箱体、防爆电机、液体循环回路以及气体循环回路。本发明的超重力除氨装置，利用高速旋转所产生的强大离心力通过塑料网形成液膜增大接触面积，使得气液相对运动速度增大，相间接触界面积大大增加且迅速更新，使得传质效率比喷淋塔设备提高1‑3个数量级，从而氨气能更加充分地溶解于水。水循环利用，减少了水的能耗，同时提高了氨的回收利用率，且具有装置体积小，结构简单，停留时间短，微观混合均匀，传质效率高，投资及操作费用低的特点。本发明还公开了一种超重力除氨装置的除氨方法。

Description

一种超重力除氨装置及除氨方法

技术领域

本发明涉及一种超重力除氨装置及使用方法，是一种氨气净化处理装置，属于工业处理氨设备的技术领域。

背景技术

氨气是一种氮氢化合物，是一种无色但有强烈刺激性气味的有毒气体，其极易溶于水，1体积水可以溶解700体积氨气，而且氨气溶于水时易与水发生化学反应生成一水合氨。氨气的沸点为-33.5摄氏度，易液化，工业上常常运用这一特性，以氨作为制冷工质。氨气中由于含有氮元素，广泛运用于制纯碱、硝酸、铵盐以及化肥等。

氨气***极限为15.7～27.4％，其火灾危险性属于乙类2项物品。因此，氨气与空气或氧气混合会形成***性混合物。氨气能侵袭湿皮肤、粘膜和眼睛，可引起严重咳嗽、支气管痉挛、急性肺水肿，甚至会造成失明和窒息死亡。目前国内外的氨气净化技术主要有：化学吸收，催化分解，催化有氧分解，生物降解，物理吸收，但都有其局限性。

氨化学吸收是利用氨的碱性使氨与酸性物质发生反应进而产生低附加值的氮肥，此方法回收的溶剂挥发性大，腐蚀性强，不易处理，而且不能回收利用气态氨，造成了资源浪费。

氨催化分解技术是在催化剂的作用下将氨气彻底分解为氮气和氢气，但目前存在的缺点在于，氨气的分解需在高温下进行。当温度低于900℃时，易发生催化剂的硫中毒或产生铵盐堵塞催化剂等现象，但当温度超过1200℃时，则会使催化剂蒸汽压过高而加快催化剂的流失，直接影响催化剂的使用寿命。氨分解反应放热量大，不易回收利用，造成氨催化分解耗能高，运行成本高，不适宜用于工业生产中。

氨催化有氧分解技术是在有氧的条件下将氨催化转化为氮气和水，分解反应在300℃就可以进行，完全消除了氨的危害，同时也不产生二次污染。但是该法处理的氨气浓度较低，不适宜较高浓度氨气的处理，否则需要提高温度，不但增加了能耗，而且会促使其他氮氨化合物的生成。目前氨催化有氧分解中催化活性组分的研究主要集中在贵金属和过渡金属氧化物上，贵金属催化剂一般对氨催化有氧分解具有较高的催化活性，反应温度在250℃到400℃，但贵金属催化剂对氮气的选择性较差，且催化有氧分解往往存在副反应，生成一氧化氮，造成二次污染，同时贵金属催化剂一般比较昂贵，限制其应用。过渡金属氧化物催化剂相对贵金属催化剂具有较高的氮气选择性，且价格便宜，但金属氧化物催化活性不高，反应温度偏高。因此，无论是单负载贵金属催化剂还是单负载过渡金属氧化物催化剂，都不能同时满足工业生产中对催化剂的诸多要求。

生物降解法是利用微生物的好氧厌氧过程，将氨气转化为微生物的营养源从而达到净化空气的目的，但工业生产中，所需净化的氨气气量大，而且氨气具有毒害性，而生物降解处理技术在生物菌种的耐毒性和降解效率上还不能满足工业生产中的需求。

氨的物理吸收是净化氨气最常见的技术，利用氨气极易溶于水的特性，以软水或稀氨水为吸收剂吸收氨气，得到低浓度氨水然后进一步蒸馏得到浓氨水，精馏为浓氨水，再经加压，冷凝制成液氨使用。在传统化学工艺中，吸收操作是一种重要的分离方法，影响其吸收的因素主要为氨气在水中的溶解度，其吸收效率主要决定于气相或液相与界面上氨气的浓度差，以及氨气从气相向液相传递的扩散效率。这种工艺的不足之处在于氨气与水反应过程中放出大量的热，导致温度急剧升高，阻止了氨气溶于水，使得液相水易于趋于饱和状态，因此，需要消耗大量的水。而且氨的回收利用率不高，吸收过程中产生大量稀氨水必须通过加热浓缩成20％的氨水才能应用，回收成本高，消耗大量能量。

《河南化工》中的《喷淋塔尾气除氨的实验研究》的论文介绍了通过喷淋吸收塔，以氨气、空气、稀硝酸溶液为实验物系，分别考察了喷淋密度、空塔气速、入口氨浓度、吸收液pH值及气液相温度对氨吸收率的影响。实验流程中吸收剂经循环泵以一定流量输送至吸收塔塔顶，并通过液体分布板均匀分布成小液滴后对气体进行喷淋，气液两相逆流接触传热传质，气相经塔顶旋风除雾后排空。此装置的喷淋由液体分布板均匀分布成小液滴，相较于广泛的填料塔，结构简单，能耗低。但其气液接触面积小，吸收氨气后的液相不能及时更新，传质效率低。

《化工中间体》中刊登的《旋转填料床吸收磷肥尾气中氨气的研究》介绍了一种以酸性废水为吸收液，采用旋转填料床代替传统塔设备，对脱除磷肥尾气中的氨气进行的实验。此实验采用酸吸收氨气，因为酸吸收效率较高，不受平衡限制。但氨气吸收效率主要取决于酸性废水中的酸含量，若酸量不足，其吸收过程将转化为水对氨气的吸收过程，限制了酸对其的吸收效果。而且对其尾气进行的脱氨实验中，该装置适用于快速和瞬间反应的吸收过程，存在一定危险性。将废水通过液体分布器时直接喷洒到旋转填料内缘，反应接触面积小，气液相对运动速度低，吸收效率低，设计时也需要克服塔内气液分布不均的问题。

发明内容

本发明的目的主要是针对以氨作为制冷工质的冷库以及化肥厂等氨气聚集的场所为避免氨气泄露及氨气***事故，设计提供一种氨气净化处理装置及除氨方法，与现有预防措施相比，本装置耗能低、体积小、结构简单、运行可靠，操作方便，净化效率高，不产生二次污染，生成物可以继续利用。

为达到上述目的，本发明实现目的所采取的技术方案是：

一种超重力除氨装置，包括箱体、防爆电机、液体循环回路以及气体循环回路，所述液体循环回路包括设在所述箱体上的出水口以及与所述出水口顺次连通的第四调节阀、水泵、换热器和喷淋头，所述气体循环回路包括顺次连通风机、第一调节阀、设在所述箱体一侧的进气口、设在所述箱体另一侧的出气口以及氨气浓度检测设备，所述氨气浓度检测设备的出口还通过设有第五调节阀的管路与所述风机的吸风口连通，所述氨气浓度检测设备的出口还设有所述第六调节阀直通大气，所述喷淋头设置在所述箱体内侧顶部，所述喷淋头的下方设有塑料网，所述箱体底部设有进水口和排水口，所述进水口安装有第二调节阀，所述排水口依次安装有氨水浓度检验设备和第三调节阀，所述塑料网的中部设有旋转驱动轴，所述防爆电机与所述塑料网的旋转驱动轴传动连接。

进一步，为了避免箱体内超压，保证安全，所述箱体的顶部还设有所述安全阀。

进一步，所述进气口和所述出气口以所述塑料网为参照对角设置，所述出气口与水平面的夹角为0°～60°。优化气体流动的路径，增加气体与在所述箱体内与液体的接触时间提高吸收效率。

进一步，所述塑料网的目数为10～500目，可以将液体的表面积增加到合理的区间，既避免氨气吸收慢，又避免液流流速过快浪费动力。

进一步，所述防爆电机的转速为200～400r/min，合理的旋转速度可以提高氨气的净化效率。

进一步，所述喷淋头为花洒装，其孔密度为5～15PPI，从而在所述塑料网上更好地形成液膜。

本发明的一种超重力除氨装置的除氨方法，包括如下步骤：

1、开启所述第二调节阀通过所述进水口向所述箱体内注入软水；

2、当水量达到所需水量时，注水高度高于所述出水口并低于所述出气口且要避免所述水泵吸空，关闭所述第二调节阀；

3、将需要净化的含有氨气的管路连通所述风机的吸风口或者将所述风机置于含有氨气的环境中；

4、开启所述第四调节阀、所述水泵、所述换热器和所述防爆电机，所述箱体内的水在所述水泵的作用下，经所述换热器进入所述喷淋头被喷淋在所述塑料网上形成液膜；

5、开启所述风机和所述第一调节阀，气体在所述风机的作用下通过所述进气口进入所述箱体，其中绝大多数氨气被所述塑料网上的液膜吸收，形成氨水在重力作用下流向所述箱体底部；

6、然后气体从所述出气口排出进入所述氨气浓度检测设备，经所述氨气浓度检测设备检测，如果气体中氨气浓度高于限定值，则开启所述第五调节阀，气体通入所述风机再次进入所述箱体进行净化，如果气体中氨气浓度低于限定值，则开启所述第六调节阀排入大气。

进一步，通过控制所述第一调节阀的开口调整除氨的速度。

进一步，通过调节所述第四调节阀调整液体的循环速度，从而调整除氨速度与效果。

进一步，所述氨水浓度检测设备实时监测所述箱体内液体的氨浓度，随着液体循环次数增加，当氨浓度达到限定值后，所述氨水浓度检测设备控制所述第三调节阀开启，将所述箱体内的液体排出回收。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

本发明提供的超重力除氨装置，利用高速旋转产生数百倍于重力(超重力)的离心力场，通过塑料网形成纳米级的液膜进行氨气吸收。

现有除氨设备主体通常是各种吸收塔，以板式塔和填料塔为主，另有喷洒式吸收器、表面吸收器和拌吸收器等其他类型的吸收器。本装置通过超重力场在塑料网上形成的液膜增大接触面积，使得气液相对运动速度增大，相间接触界面积大大增加且迅速更新，微观混合均匀，使得传质效率比喷淋塔设备提高1-3个数量级，而其体积却不足后者的1/10，从而氨气能更加充分地溶解于水。水循环利用，减少了水的能耗，同时提高了氨的回收利用率。

填料塔空塔气速通常为0.5～1.2m/s，气速过大会形成液泛。本装置中，水由于受到较大超重力场作用，其流速远比在塔设备中大得多，可控制较高气体流速，超重力旋转床的液泛点明显高于填料塔、板式塔及常用吸收器，因而气液接触一般不易发生液泛，处理气量更大，更能适应气-液参数的波动所可能带来的操作上的不稳定性。

附图说明

图1是本发明实施例的结构原理示意图；

图中：1为风机、2为第一调节阀、3为锥齿轮、4为喷淋头、5为安全阀、6为防爆电机、7为水泵、8为箱体、9为第二调节阀、10为第三调节阀、11为第四调节阀、12为塑料网、13为进气口、14为出水口、15为氨气浓度检测设备、16为出气口、17为进水口、18为排水口、19为氨水浓度检验设备、20为第五调节阀、21为第六调节阀、22为换热器。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

如图1所示：为本发明的一种超重力除氨装置，包括箱体8、防爆电机6、液体循环回路以及气体循环回路，所述液体循环回路包括设在所述箱体8上的出水口14以及与所述出水口14顺次连通的第四调节阀11、水泵7、换热器22和喷淋头4，所述气体循环回路包括顺次连通风机1、第一调节阀2、设在所述箱体8一侧的进气口13、设在所述箱体8另一侧的出气口16以及氨气浓度检测设备15，所述氨气浓度检测设备15的出口还通过设有第五调节阀20的管路与所述风机1的吸风口连通，所述氨气浓度检测设备15的出口还设有所述第六调节阀21直通大气，所述喷淋头4设置在所述箱体8内侧顶部，所述喷淋头4的下方设有塑料网12，所述箱体8底部设有进水口17和排水口18，所述进水口17安装有第二调节阀9，所述排水口18依次安装有氨水浓度检验设备19和第三调节阀10，所述塑料网12的中部设有旋转驱动轴，所述防爆电机6与所述塑料网12的旋转驱动轴传动连接。

所述箱体8的顶部还设有所述安全阀5。

本发明实施例中所述防爆电机6水平布置在所述箱体8外，并通过锥齿轮3与所述塑料网12的所述旋转驱动轴传动连接，所述进气口13和所述出气口16以所述塑料网12为参照对角设置，所述出气口16与水平面的夹角为30°，所述塑料网12的目数为300目，所述防爆电机6的转速为300r/min，所述喷淋头4为花洒装，其孔密度为10PPI。

当然，所述防爆电机6也可以采用其它布置方式，所述出气口16与水平面的夹角也可以为其它角度0°～60°，所述塑料网12的目数可以为10～500目，所述防爆电机6的转速可以为200～400r/min，所述喷淋头4为花洒装，其孔密度可以为5～15PPI。

本发明的一种超重力除氨装置的除氨方法，包括如下步骤：

第一步：开启所述第二调节阀9通过所述进水口17向所述箱体8内注入软水；

第二步：当水量达到所需水量时，注水高度高于所述出水口14并低于所述出气口16且要避免所述水泵7吸空，关闭所述第二调节阀9；

第三步：将需要净化的含有氨气的管路连通所述风机1的吸风口或者将所述风机1置于含有氨气的环境中；

第四步：开启所述第四调节阀11、所述水泵7、所述换热器22和所述防爆电机6，所述箱体8内的水在所述水泵7的作用下，经所述换热器22进入所述喷淋头4被喷淋在所述塑料网12上形成液膜；

第五步：开启所述风机1和所述第一调节阀2，气体在所述风机1的作用下通过所述进气口13进入所述箱体8，其中绝大多数氨气被所述塑料网12上的液膜吸收，形成氨水在重力作用下流向所述箱体8底部；

第六步：然后气体从所述出气口16排出进入所述氨气浓度检测设备15，经所述氨气浓度检测设备15检测，如果气体中氨气浓度高于限定值，则开启所述第五调节阀20，气体通入所述风机1再次进入所述箱体8进行净化，如果气体中氨气浓度低于限定值，则开启所述第六调节阀21排入大气；

可以通过控制所述第一调节阀2的开口调整除氨的速度。

可以通过调节所述第四调节阀11调整液体的循环速度，从而调整除氨速度与效果。

所述氨水浓度检测设备19实时监测所述箱体8内液体的氨浓度浓度，随着液体循环次数增加，当氨浓度达到限定值后，所述氨水浓度检测设备19控制所述第三调节阀10开启，将所述箱体8内的液体排出回收。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (10)

1.一种超重力除氨装置，其特征在于：包括箱体(8)、防爆电机(6)、液体循环回路以及气体循环回路，所述液体循环回路包括设置在所述箱体(8)上的出水口(14)以及与所述出水口(14)依顺序连通的第四调节阀(11)、水泵(7)、换热器(22)和喷淋头(4)，所述气体循环回路包括依顺序连通风机(1)、第一调节阀(2)、设置在所述箱体(8)一侧的进气口(13)、设置在所述箱体(8)另一侧的出气口(16)以及氨气浓度检测设备(15)，所述氨气浓度检测设备(15)的出口还通过设有第五调节阀(20)的管路与所述风机(1)的吸风口连通，所述氨气浓度检测设备(15)的出口还设有所述第六调节阀(21)直通大气，所述喷淋头(4)设置在所述箱体(8)内的顶部，所述喷淋头(4)的下方设置有塑料网(12)，所述箱体(8)底部设置有进水口(17)和排水口(18)，所述进水口(17)安装有第二调节阀(9)，所述排水口(18)依次安装有氨水浓度检验设备(19)和第三调节阀(10)，所述塑料网(12)的中部设置有旋转驱动轴，所述防爆电机(6)与所述塑料网(12)的旋转驱动轴传动连接。

2.根据权利要求1所述的一种超重力除氨装置，其特征在于：所述箱体(8)的顶部还设有所述安全阀(5)。

3.根据权利要求1所述的一种超重力除氨装置，其特征在于：所述进气口(13)和所述出气口(16)以所述塑料网(12)为参照对角设置，所述出气口(16)与水平面的夹角为0°～60°。

4.根据权利要求1所述的一种超重力除氨装置，其特征在于：所述塑料网(12)的目数为10～500目。

5.根据权利要求1所述的一种超重力除氨装置，其特征在于：所述防爆电机(6)的转速为200～400r/min。

6.根据权利要求1所述的一种超重力除氨装置，其特征在于：所述喷淋头(4)为花洒装，其孔密度为5～15PPI。

7.一种根据权利要求1至6任意所述的一种超重力除氨装置的除氨方法，其特征在于包括如下步骤：

第一步：开启所述第二调节阀(9)通过所述进水口(17)向所述箱体(8)内注入软水；

第二步：当软水量达到所设定水量时，即注水高度高于所述出水口(14)并低于所述出气口(16)，关闭所述第二调节阀(9)；

第三步：将需要净化的含有氨气的管路连通所述风机(1)的吸风口或者将所述风机(1)置于含有氨气的环境中；

第四步：开启所述第四调节阀(11)、水泵(7)、换热器(22)和防爆电机(6)，所述箱体(8)内的软水在所述水泵(7)的作用下，经所述换热器(22)进入所述喷淋头(4)被喷淋在所述塑料网(12)上形成液膜；

第五步：开启所述风机(1)和所述第一调节阀(2)，气体在所述风机(1)的作用下通过所述进气口(13)进入所述箱体(8)，其中绝大多数氨气被所述塑料网(12)上的液膜吸收，形成氨水在重力作用下流向所述箱体(8)底部；

第六步：然后气体从所述出气口(16)排出进入所述氨气浓度检测设备(15)，经所述氨气浓度检测设备(15)检测，当气体中氨气浓度高于限定值，则开启所述第五调节阀(20)，气体通入所述风机(1)再次进入所述箱体(8)进行净化，当气体中氨气浓度低于限定值，则开启所述第六调节阀(21)排入大气。

8.根据权利要求7所述一种超重力除氨装置的除氨方法，其特征在于：通过控制所述第一调节阀(2)的开口大小调节除氨的速度。

9.根据权利要求7所述一种超重力除氨装置的除氨方法，其特征在于：通过调节所述第四调节阀(11)的开口大小调节液体的循环速度。

10.根据权利要求7所述一种超重力除氨装置的除氨方法，其特征在于：采用氨水浓度检测设备(19)实时监测所述箱体(8)内液体的氨浓度，随着液体循环次数增加，当氨浓度达到设定值时，所述氨水浓度检测设备(19)控制所述第三调节阀(10)开启，将所述箱体(8)内的液体排出回收。