專利名稱：一種捕集工業(yè)廢氣中氨氣的方法和設(shè)備及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于吸附原理的捕集工業(yè)廢氣中氨氣的方法和設(shè)備。該方法和設(shè)備主要應(yīng)用于電廠尾部煙氣氨法脫硫系統(tǒng)、氨法脫碳系統(tǒng)、噴氨脫硝系統(tǒng)或化工廠尾部排放的含氨煙氣處理，也可應(yīng)用于自來水廠消毒等涉及氨氣泄露的領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
氨法脫硫技術(shù)在電力和化學(xué)工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用普遍，但因存在嚴(yán)重的氨逃逸的現(xiàn)象， 使脫硫成本升高。中國(guó)專利文獻(xiàn)CN200820150516.4提供了一種降低氨逃逸的氨法脫硫裝置，在氧化池內(nèi)循環(huán)液與液氨混合，之后循環(huán)液通過循環(huán)泵將其送至脫硫塔吸收段上部。 這樣可以降低氨的逃逸量，但其尾氣排放遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到氨氣排放國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)；中國(guó)專利文獻(xiàn) CN201020239689. 0提供了一種利用循環(huán)水從鍋爐煙氣中吸收逃逸氨的脫硫塔，實(shí)現(xiàn)了對(duì)氨的回收，但循環(huán)水的不斷加入會(huì)使脫硫吸收劑濃度變小，影響脫硫效果，并且耗水量較大。為了應(yīng)對(duì)氣候變化問題，電廠煙氣CO2減排技術(shù)引起了人們的廣泛關(guān)注，氨法脫碳技術(shù)是其中重要的一種，該技術(shù)有降低能耗和多種污染物聯(lián)合脫除等諸多優(yōu)勢(shì)。但由于氨法脫碳所用氨水的濃度遠(yuǎn)高于氨法脫硫所用氨水，造成氨氣逃逸嚴(yán)重，會(huì)引起氨損失和二次污染等問題。傳統(tǒng)的吸收逃逸氨的方法都是用清水洗滌含氨煙氣，再用蒸汽蒸氨以回收利用氨，而這需要消耗大量蒸汽熱能；如中國(guó)專利文獻(xiàn)CN00123369.6和美國(guó)專利文獻(xiàn) US2008/0072762即采用上述方法脫氨。有關(guān)研究表明，捕獲氨逃逸所需的能耗占總蒸汽能耗的52%左右，因此有必要研發(fā)低能耗的捕集逃逸氨氣的方法和設(shè)備。選擇性催化還原法煙氣脫硝技術(shù)(SCR)是電廠或化工廠煙氣NOx污染控制的主要手段，但如果選擇低溫SCR技術(shù)，將存在反應(yīng)不完全易造成氨逃逸的二次污染問題。中國(guó)專利文獻(xiàn)CN200710056740. 7提供了一種防止氨逃逸的鍋爐低溫?zé)煔釹CR聯(lián)合吸附脫附催化床，吸附材料采用活性炭纖維。但有關(guān)研究表明，活性炭對(duì)NH3的吸附量遠(yuǎn)低于氯化鈣、氯化鍶、氟化鈷等無(wú)機(jī)鹽的吸附量，如要達(dá)到消除氨逃逸的效果需裝填較多的活性炭，裝置成本較高。除了電廠煙氣污染治理領(lǐng)域存在氨逃逸的問題，很多化工過程也涉及到氨泄露問題。如中國(guó)專利文獻(xiàn)CN2006200453^.6開發(fā)了一種應(yīng)用于自來水廠消毒過程中氨氣泄露事故的控制與處理的氨氣泄露吸收系統(tǒng)，核心吸收單元為膜吸收組件，吸收劑仍然為清水， 再生氨時(shí)同樣需要消耗大量蒸汽。中國(guó)專利文獻(xiàn)CN201020M3317. 5和CN200910050268. 5 都提供了一種氨氣吸收裝置，其吸收劑同樣是清水或水溶液。綜上所述，不管是電廠煙氣氨法脫硫系統(tǒng)、氨法脫碳系統(tǒng)、噴氨脫硝系統(tǒng)或化工廠排放的含氨煙氣處理，還是自來水廠消毒等所有涉及氨氣泄露的領(lǐng)域，都急需一種耗能小、 耗水量小，同時(shí)脫氨和氨再生效果好的方法及設(shè)備
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種捕集工業(yè)廢氣中氨氣的方法，包括吸附、脫附和降溫三個(gè)循環(huán)步驟，在所述吸附步驟中，將含氨氣體送入除氨塔，其中的氨氣被塔中無(wú)機(jī)鹽吸附劑吸附，吸附溫度為15 50°C ；在所述脫附步驟中，吸附有氨氣的無(wú)機(jī)鹽經(jīng)過除氨塔中水管內(nèi)熱水的間接加熱，在不高于大氣壓的環(huán)境下氨氣脫附釋放，脫附溫度為70 110°C，脫附出的氨氣返回氨氣應(yīng)用系統(tǒng)；在所述降溫步驟中，脫附氨氣后的塔裝置和無(wú)機(jī)鹽被常溫空氣直接降溫或被水管內(nèi)冷卻水間接降溫并備用于吸附氨氣。含氨氣體中攜帶的氨氣被吸附后排空，在本發(fā)明的寬范圍溫度和壓力下能夠?qū)崿F(xiàn)排空氣體中的低氨逃逸率(< 5ppm)，可以滿足惡臭污染物國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)。水管內(nèi)熱水與塔內(nèi)吸附劑間接換熱實(shí)現(xiàn)氨脫附功能，解析出的氨氣重復(fù)利用。脫附后的塔裝置和無(wú)機(jī)鹽通過常溫空氣或冷卻水降溫。本發(fā)明提供的吸附法捕集氨氣屬于干法除氨，不需要消耗水。優(yōu)選所述的除氨塔為三個(gè)相同的并列塔，其中一個(gè)塔進(jìn)行吸附過程時(shí)，另兩個(gè)塔分別進(jìn)行脫附和降溫過程；三個(gè)塔循環(huán)切換，連續(xù)捕集氨氣，即實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行。其中， 吸附過程的用時(shí)主要取決于氨氣的流量和吸附劑的容量；為了保障連續(xù)運(yùn)行，脫附用時(shí)通常設(shè)置為與吸附用時(shí)相同；因脫附和冷卻過程的運(yùn)行時(shí)間均取決于傳熱過程，其中一個(gè)是加熱，另一個(gè)是冷卻，該兩階段的運(yùn)行時(shí)間也設(shè)置為基本一致。也就是說，三個(gè)塔中的吸附、 脫附和降溫三個(gè)步驟用時(shí)基本相同，此時(shí)系統(tǒng)的設(shè)備閑置率基本為零。優(yōu)選本發(fā)明中所述無(wú)機(jī)鹽吸附劑為氯化鈣、氯化鍶、氟化鈷或其混合物；并在所述無(wú)機(jī)鹽吸附劑中添加導(dǎo)熱強(qiáng)化劑石墨或鋁粉。采用添加有導(dǎo)熱強(qiáng)化劑的無(wú)機(jī)鹽為吸附劑， 具有吸附容量大、傳熱速率較快和脫附溫度低等優(yōu)點(diǎn)。系統(tǒng)中的吸附屬化學(xué)吸附，發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)方程式為(以氯化鍶為例)
權(quán)利要求
1.一種捕集工業(yè)廢氣中氨氣的方法，包括吸附、脫附和降溫三個(gè)循環(huán)步驟，在所述吸附步驟中，將含氨氣體送入除氨塔，其中的氨氣被塔中無(wú)機(jī)鹽吸附劑吸附，吸附溫度為15 500C ；在所述脫附步驟中，吸附有氨氣的無(wú)機(jī)鹽經(jīng)過除氨塔中水管內(nèi)熱水的間接加熱，在不高于大氣壓的環(huán)境下氨氣脫附釋放，脫附溫度為70 110°C，脫附出的氨氣返回氨氣應(yīng)用系統(tǒng)；在所述降溫步驟中，脫附氨氣后的塔裝置和無(wú)機(jī)鹽被常溫空氣直接降溫或被水管內(nèi)冷卻水間接降溫并備用于吸附氨氣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的除氨塔為三個(gè)相同的并列塔，其中一個(gè)塔進(jìn)行吸附過程時(shí)，另兩個(gè)塔分別進(jìn)行脫附和降溫過程；三個(gè)塔循環(huán)切換，實(shí)現(xiàn)連續(xù)捕集氨氣。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述無(wú)機(jī)鹽吸附劑為氯化鈣、氯化鍶、 氟化鈷或其混合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，在所述無(wú)機(jī)鹽吸附劑中添加導(dǎo)熱強(qiáng)化劑石墨或鋁粉。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述脫附步驟中水管內(nèi)熱水溫度為 80 120°C，其熱量來自于工業(yè)過程中的余熱，即來自于低品位熱源。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述脫附步驟中壓力為0.1 1. Oatm0
7.一種使用根據(jù)權(quán)利要求1至6中任意一項(xiàng)所述的方法來捕集工業(yè)廢氣中氨氣的設(shè)備，包括氨氣應(yīng)用系統(tǒng)(1)、至少一個(gè)除氨塔0或5或6)、鼓風(fēng)機(jī)(3)或液泵(10)、真空泵 (7)和換熱器(9)；其中，在吸附階段，從氨氣應(yīng)用系統(tǒng)(1)中排出的含氨氣體從第一除氨塔 (6)下部氣體入口 0 進(jìn)入塔內(nèi)，自下而上經(jīng)過干燥器00)除去水分、無(wú)機(jī)鹽吸附層(18) 除去氨氣和過濾器(15)除去吸附劑微粒，經(jīng)氣體出口(14)和排空管(8)進(jìn)入大氣；在脫附階段，來自于低品位熱源O)的管道熱水對(duì)無(wú)機(jī)鹽吸附層進(jìn)行間接加熱，脫附出的氨氣經(jīng)氣體出口(14)和真空泵(7)排回氨氣應(yīng)用系統(tǒng)(1)，管道熱水經(jīng)第一除氨塔(6)頂部的液體出口(12)排出并經(jīng)換熱器(9)換熱后流回低品位熱源(2)；在降溫階段，來自于鼓風(fēng)機(jī) (3)的常溫空氣經(jīng)第一除氨塔(6)下部的氣體入口 02)對(duì)塔裝置和無(wú)機(jī)鹽吸附層(18)直接降溫，或來自于冷卻器(11)和液泵(10)的冷卻水經(jīng)除氨塔(6)下部的液體入口 03)對(duì)塔裝置和無(wú)機(jī)鹽吸附層(18)間接降溫。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其特征在于，第二除氨塔( 和第三除氨塔(4)以與第一除氨塔(6)相同的方式連接于設(shè)備系統(tǒng)中，三個(gè)除氨塔G、5和6)依次循環(huán)實(shí)現(xiàn)吸附、脫附和降溫的功能，以實(shí)現(xiàn)氨氣的連續(xù)捕集。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其特征在于，各部件連接的切換開關(guān)為三通閥或四通閥。
10.一種如權(quán)利要求7至9中任意一項(xiàng)所述的設(shè)備在電廠尾部煙氣氨法脫硫系統(tǒng)、氨法脫碳系統(tǒng)、噴氨脫硝系統(tǒng)和自來水廠消毒系統(tǒng)中的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明提供一種捕集工業(yè)廢氣中氨氣的方法，包括吸附、脫附和降溫三個(gè)循環(huán)步驟，在所述吸附步驟中含氨氣體經(jīng)過除氨塔時(shí)其中的氨氣被塔中無(wú)機(jī)鹽吸附劑吸附；脫附步驟中吸附有氨氣的無(wú)機(jī)鹽被間接加熱后，在低壓下脫附釋放氨氣并返回氨氣應(yīng)用系統(tǒng)；降溫步驟中脫附氨氣后的塔裝置和無(wú)機(jī)鹽降溫并備用于吸附氨氣。優(yōu)選所述的除氨塔為三個(gè)相同的并列塔，其中上述三步交替進(jìn)行從而實(shí)現(xiàn)連續(xù)捕集氨氣。本發(fā)明還相應(yīng)提供一種捕集氨氣的設(shè)備。本發(fā)明具有高效脫氨效果，操作靈活，不需要消耗水，節(jié)能，脫附出的氨氣可重復(fù)利用，能夠?qū)崿F(xiàn)低氨逃逸率(＜5ppm)從而滿足其國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)；適用于電廠煙氣氨法脫硫系統(tǒng)、氨法脫碳系統(tǒng)、噴氨脫硝系統(tǒng)和自來水廠消毒系統(tǒng)等。
文檔編號(hào)B01D53/56GK102266702SQ20111014896
公開日2011年12月7日 申請(qǐng)日期2011年6月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月3日
發(fā)明者曾慶, 林文漪, 牛振祺, 郭印誠(chéng) 申請(qǐng)人:清華大學(xué)