氨/水膜分離及回收氨新工藝的製作方法

2023-09-22 04:14:30

專利名稱：氨/水膜分離及回收氨新工藝的製作方法
技術領域：
本發明屬於氣/液膜分離技術。
氨/水分離及回收氨工藝愈來愈受人們的廣泛關注。目前，可用於氨/水氣液分離及回收氨的工藝技術主要有吹脫法和膜分離法兩種。它們主要通過NH+4＝NH3↑+H+，當pH增大時平衡向右進行，利用氨的揮發性來達到氨/水分離的目的。前者是利用空氣或蒸氣將氨以氣體形式帶出。該法工藝簡單、可靠性高，亦可處理高濃度含氨廢水。但是，設備運行能耗高，噪聲汙染大，且會出現氨氣的二次汙染;還需解決結垢問題;在低溫時，脫氨效率不高，設備佔地面積大。相比之下，膜式分離法利用疏水微孔膜為隔離層，將氨水及吸收液分隔在兩側，從水中逸出的氨能輕易地透過膜，水及其他離子型物質則不能通過，逸出的氨為另一側的吸收液所吸收。它具有能耗小、投資少、操作方便、回收率高、無二次汙染等特點，是一種非常經濟可行的新工藝。這種工藝在美國專利376926，歐洲專利0353148 A2，日本專利昭61-185399、昭54-64084、昭55-104607、平2-31893、昭53-58975中均有涉及或報導。
比較以上兩種工藝，就發展前景來看，膜分離法具有更強的生命力。總的說來，膜分離法工藝包括廢水鹼化、粗濾、膜分離與回收氨等步驟。現有膜分離法工藝流程如圖2所示。酸對NH3的吸收既是NH3的回收過程，同時又是氨/水分離過程中的一個重要組成。在該工藝流程中，氨/水的分離和氨的回收是在膜組件微孔膜兩側同時進行的。兩者勢必會互相影響，這種影響導致了該工藝種種缺陷的產生。由於在膜組件中酸與多孔膜直接接觸，具有揮發性的酸(如HCl，HNO3)和對膜具有親水化作用的有機酸(如乙酸，檸檬酸)顯然是不能採用的，僅有硫酸等少數無機酸可供選擇。故吸收的氨也只能以硫銨等幾種銨鹽形式回收利用。另一方面，酸吸收劑的採用同時也限制了微孔膜的選擇範圍。膜組件內的微孔膜必須既耐酸又耐鹼。再者，由於酸鹼反應會產生大量的熱量，使得這種工藝不宜處理高濃度含氨廢水。否則，溫度的快速上升會破壞膜組件。以上種種缺陷使膜分離法在氨/水分離與回收氨上的應用受到了極大的限制。
本發明的目的在於改進上述膜分離法的回收工藝，使氨/水分離與氨回收成為兩個單獨的過程，避開酸與膜直接接觸，該工藝可拓寬微孔膜和吸收劑的選擇範圍及回收產物的品種。
為達到上述目的，本發明的主要工藝路線如圖1所示。
在本發明的工藝中，含氨廢水的pH值應大於11。一般情況下，廢水首先須加鹼調節pH值，再經過粗濾裝置，將粒徑較大的懸浮物固體顆粒過濾掉。然後，廢水進入膜分離裝置進行氨/水分離，脫氨以後的廢水排放，由減壓法分離出的氨經冷凝或吸收劑吸收，得到各種回收產物。
與由膜另一側酸直接吸收法相比，本發明的最大特點是採用減壓法來分離氨/水。在膜分離裝置中，微孔膜一側仍為廢水;另一側則不再加酸吸收劑來吸收氨，而是用減壓設備降低該側氣體壓力，使其始終保持一定的真空度，在微孔中形成壓力梯度來推動廢水中的氨不斷揮發透過微孔膜、水及其他物質不能透過。從而達到氨/水分離的目的。減壓一側的真空度要求在10～760mmHg，以400～760mmHg為最佳。減壓法分離氨/水的一個顯著的優點是避開了酸與膜的直接接觸，並使氨/水分離和回收氨成為兩個互不影響的工藝步驟。這樣大大拓寬了氨/水分離膜的選擇範圍，降低了對微孔膜耐酸性的要求。由於在膜分離過程中不存在酸鹼化學反應，膜分離裝置中的溫度變得容易控制，溫度稍高的廢水及高濃度含氨廢水亦可用本發明工藝進行脫氨處理，這一點突破了現有酸吸收法膜分離工藝的禁區。本發明徹底排除了與酸的長期接觸對疏水性微孔膜的各種影響，延長了膜的使用壽命。本發明的另一個特點是在回收氨這一步驟中，既可採用冷凝、水或酸吸收的方法，亦可以氣氨的形式直接返回生產工藝加以利用。值得一提的是，由於不存在與微孔膜直接接觸，吸收劑的選擇範圍增大了，許多可與氨起反應的試劑都可作為氨吸收劑，其中包括各種無機酸和有機酸。吸收方法的不同帶來了產物的不同。本發明氨的回收產物可以是氣氨或冷凝得到的液氨，也可以是水吸收得到的氨水或各種酸吸收得到的銨鹽。這些氨的回收產物可根據需要作為化工原料重新投入生產或作為農作物優良的化肥，具有顯著的經濟效益。


圖1是本發明的工藝流程圖。
圖2是現有技術工藝流程圖。
本發明實施例例1按圖1的工藝流程，採用聚丙烯中空纖維膜分離裝置。其中，膜組件有效長度為100cm，膜的孔隙率為35～45%，透氣率為2.0×10-2cm3(STP)/cm2.S.cmHg，外徑380μm，內徑322μm。
首先將含氨廢水(CONH3-N＝13900ppm)加20%液鹼調節pH值至11.0，經粗濾(粗濾裝置過濾精度為80μm)，再泵入膜分離裝置中聚丙烯中空纖維膜內側，膜外側則由減壓裝置維持其真空度為753mmHg，在溫度為22℃的條件下，進行氨/水分離，分離出的氨在吸收器中用化學水加以吸收。
例2將膜分離減壓裝置的真空度改為460mmHg，分離出的氨在吸收器中用30%鹽酸吸收，其他條件同例1相同。
為了與實施例進行比較，比較例膜分離裝置及廢水水質與實施例相同。不同之處是比較例採用15～25%的硫酸溶液在聚丙烯中空纖維膜外側循環，直接以硫銨形式回收氨氮，比較結果如下表實施例1，例2和比較例參數列表如下

從實施例與比較例的比較可知，本發明工藝的脫氨率雖然比硫酸直接吸收法低，但能採用不同的回收方式和吸收劑來得到各種回收產物，拓寬了應用領域。
顯然，本發明的工藝亦可用於其他類似的氣/液分離和回收(如H2S/H2O，Cl2/H2O，Br2/H2O等)。
權利要求
1.氨/水膜分離與回收氨的工藝，包括廢氨水鹼化、粗濾、膜分離與回收氨等步驟，其特徵是在膜分離裝置中強疏水性微孔膜一側為廢氨水，而膜的另一側設減壓裝置，以降低該側氣體壓力，使其真空度保持在10～760mmHg範圍，在膜兩側壓力梯度推動下，使含氨廢水中的氨不斷揮發透過多孔膜，而將不能透過膜的水和其它物質排放；透過膜的氨經冷凝或用吸收劑吸收，獲得回收產物。
2.按權利要求1所述的工藝，微孔膜的透氣率必須大於10-4cm3(STP)/cm2，Sec，cmHg膜的微孔平均孔徑必須在100-1000
。
3.按權利要求1所述的工藝，其特徵是吸收劑除採用揮發性較小的硫酸之外可採用揮發性較大的酸如HCl、HNO3、H2CO3等來回收氨。
4.按權利要求1所述的工藝，其特徵是吸收劑可採用有機酸如乙酸、檸檬酸。
5.按權利要求1的工藝，其特徵是氨/水分離的減壓真空度在400～760mmHg。
6.氨/水分離與回收氨工藝的利用，其特徵是分離出的氨可以產生氣氨、液氨、氨水或各種銨鹽。
7.氨/水分離與回收氨工藝的應用，該工藝也適用於H2S/H2O、Cl2/H2O、Br2/H2O等的氣液分離。
全文摘要
本發明屬於氣/液膜分離技術，是一種用於氨/水分離與回收氨的新工藝。它以減壓法代替現有的酸吸收法。在本發明中採用強疏水性微孔膜材料，並且這種微孔膜不與酸等吸收液接觸。因此，可進行高濃度含氨廢水的脫氨處理，並以氣氨、液氨、氨水及各種銨鹽的形式回收氨。顯而易見，本發明工藝拓寬了微孔膜、吸收劑的選擇範圍，提高了微孔膜的使用壽命，並且擴大了回收產物以及膜分離法工藝在氨/水分離與回收氨中的應用範圍。
文檔編號B01D61/00GK1087874SQ93119230
公開日1994年6月15日 申請日期1993年10月21日 優先權日1993年10月21日
發明者徐又一, 徐紅, 王紅軍, 王樹源, 謝柏明 申請人:浙江大學