一种含氨废气回收再利用装置及方法与流程

本发明涉及化工设备技术领域，特别涉及一种含氨废气回收再利用装置及方法。

背景技术：

随着科技的进步与经济的发展，工业、农业、养殖业等众多行业都在无时无刻的产生、排放废气废水，环境保护问题日益突出。

目前氨氮的超标排放直接影响到化工企业废气、废水的环保处理，成为制约企业持续发展的瓶颈，对氨氮废气、废水的治理成为相关化工企业的首要环保问题。氨氮废气废水的处理，如果采用传统吹脱吸附方法，采用硫酸、盐酸等溶液作为吸收液，产生的氯化铵、硫酸铵因纯度低，导致附加值效益低，甚至无法往外处置，容易产生二次污染；例如名称为一种高盐高氨氮废水的处理方法的中国发明专利(申请号为201310534904.8)，其采用膜吸收+纳滤+正渗透的工艺流程。首先，以硫酸溶液为吸收液，采用膜吸收将废水中氨氮转化为硫酸铵；其次，采用纳滤将硫酸铵溶液进一步浓缩；之后将浓缩后的硫酸铵溶液作为正渗透的驱动液，经过膜吸收去除氨氮后的高盐废水作为正渗透的进料液，进行正渗透浓缩处理；作为驱动液的硫酸铵溶液被稀释后，部分重新返回到纳滤单元循环浓缩处理。上述就是以硫酸溶液为吸收液，转化后的硫酸铵其可利用价值低，容易形成二次固废，影响企业废水废气处理的经济效益，结合成本原因，其存在一定的缺陷。因此，研究开发经济、实用、安全的氨氮处理设备及工艺，对保护环境有重要意义。

碳酸氢铵是一种碳酸盐，其为白色化合物，呈粒状、板状或柱状结晶，有氨臭。而电厂、焚烧厂的尾气需脱硝处理，可用尿素水解后进行脱硝，通过碳酸制备碳酸氢铵是氨氮处理资源再利用的重要出路。(nh4)2co3(碳酸铵)在20℃时的溶解度约是100g(溶剂100g)，nh4hco3(碳酸氢铵)在20℃时的溶解度约是21.7g，相同温度下nh4hco3更易结晶，因此可以利用两者溶解度的不同，首先生成溶解度更大的(nh4)2co3；co2的量进一步增加时，形成nh4hco3进而过饱和析出，以作为脱硝剂使用。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是提供一种含氨废气回收再利用装置及方法，旨在充分吸收废气中的氨气，省去蒸发结晶步骤，节省装置成本，结晶获得的碳酸氢铵可以作为脱硝剂使用，不会形成二次固废，实现废气回收再利用的目的。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供一种含氨废气回收再利用装置及方法，含氨废气回收再利用装置包括：反应塔组、析出塔组和碳酸生成机构；所述反应塔组包括至少一个反应塔，所述反应塔靠下端位置设置有氨废气接口，用于接入含氨尾气，例如氨氮废水吹脱出来的含氨尾气；所述反应塔内设有用于形成碳酸铵溶液的反应池，碳酸与足量的氨气反应生成碳酸铵溶液；所述反应塔内间隔设置有多个用于喷淋碳酸的喷淋管，所述喷淋管接入碳酸，对应将碳酸喷淋至所述反应池内；所述析出塔组包括至少一个析出塔，所述析出塔内设有用于形成过饱和碳酸氢氨溶液的析出池，所述析出池底部形成锥形池底，所述锥形池底的底部设置有析出排放口，所述析出塔在析出排放口处设置有排放阀；所述反应池的出液口连接所述析出塔的进液口；所述碳酸生成机构包括用于接入至所述喷淋管的第一碳酸机构以及用于接入至所述析出池的第二碳酸机构；其中，所述析出塔底部设置有回流出口，所述反应塔设置有与所述回流出口连通的回流进口。本装置的吸收液为碳酸，采用喷淋的方式进入至所述反应池；碳酸铵的溶解度大于碳酸氢氨的溶解度，因而首先在所述反应塔内尽可能多吸收废气中的氨气，形成碳酸铵溶液；其次碳酸铵溶液通过所述出液口连接所述析出塔的进液口，在所述析出塔的析出池内接入co2，进一步形成过饱和的碳酸氢氨溶液，碳酸氢氨结晶并从所述锥形池底底部的析出排放口排出；所述析出排放口处的碳酸氢氨结晶可通过螺旋输送机输出至外部，回收后的碳酸氢氨晶体可应用在电厂脱硝工艺中，极其有利于氨气回收后的如何处理。

进一步的，所述回流出口与所述回流进口的连接管道上安装有回流控制阀，所述析出池内的碳酸氢氨溶液浓度低于设定阈值后，所述回流控制阀打开，通过泵将所述析出池内的碳酸氢氨溶液回流输送至所述反应池内。所述反应池内的反应式为：2nh3+co2+h2o＝(nh4)2co3，其中nh3接入量充足；所述析出池内的反应式为：nh3+co2+h2o＝nh4hco3，生成过饱和nh4hco3，使nh4hco3结晶并从所述析出排放口析出。

进一步的，所述第一碳酸机构通过加压溶气法制备碳酸，包括第一碳酸溶气罐以及设置在所述反应塔上的h2o进水口，所述第一碳酸溶气罐包括第一co2进气口和第一碳酸出液口，所述第一碳酸溶气罐内形成碳酸，所述第一碳酸出液口接入至所述喷淋管，所述反应池的循环口连接所述循环泵，所述第一碳酸溶气罐内的压强为0.2～0.6mpa；所述反应池底部的第一循环出口通过第一溶气泵接入至所述第一碳酸溶气罐的第一循环进口。

进一步的，所述第一碳酸机构还可以通过曝气法制备碳酸，包括设置在所述反应塔上的h2o进水口和第一co2进气口，所述反应池底部设置有与所述第一co2进气口连接的第一曝气管，所述反应池的循环口经循环泵接入至所述喷淋管，所述第一曝气管处的co2与所述h2o进水口接入的h2o反应形成碳酸。

进一步的，所述第二碳酸机构通过曝气法制备碳酸，包括设置在所述析出池上的第二co2进气口，所述析出池内安装有与所述第二co2进气口连接的第二曝气管。

进一步的，所述第二碳酸机构还可以通过加压溶气法制备碳酸，包括第二碳酸溶气罐，所述第二碳酸溶气罐设置有第三co2进气口和第二碳酸出液口，所述第二碳酸出液口接入至所述析出塔的碳酸进液口；所述析出池的第二循环出口通过第二溶气泵接入至所述第二碳酸溶气罐的第二循环进口。

进一步的，本技术方案还包括一种含氨废气回收再利用装置的方法，采用上述一种含氨废气回收再利用装置，包括如下步骤：

步骤s001，接入含氨废气，在反应塔的氨废气接口接入含氨废气，使废气中的氨气进入所述反应塔的塔内；

步骤s002，喷淋碳酸，反应池内制备碳酸氨；通过所述反应塔内设置的多个喷淋管喷淋由第一碳酸机构制备而得的碳酸，在所述反应塔的反应池内，碳酸与足量的氨气反应形成碳酸铵溶液；

步骤s003，析出池内制备碳酸氢氨；所述反应池内的溶液经出液口连接析出塔的进液口，在析出塔的析出池内通过第二碳酸机构接入碳酸，制备形成碳酸氢氨；

步骤s004，过饱和结晶析出碳酸氢氨，在析出池底部的锥形池底的底部结晶形成碳酸氢氨晶体并从析出排放口析出。

进一步的，所述步骤s002中的反应池内的反应式为：2nh3+co2+h2o＝(nh4)2co3，其中nh3接入量充足；所述步骤s003中的析出池内的反应式为：nh3+co2+h2o＝nh4hco3，所述碳酸氨的溶解度高于所述碳酸氢氨的溶解度，所述析出池内为过饱和碳酸氢氨溶液，使得在所述锥形池底的底部结晶析出碳酸氢氨晶体；在所述步骤s004中，当所述析出池内的碳酸氢氨溶液浓度低于设定阈值后，回流控制阀打开，将所述析出池内的碳酸氢氨溶液，通过析出塔的回流出口和所述反应塔的回流进口，回流输送至所述反应池内。

进一步的，所述步骤s002中的第一碳酸机构采用加压溶气法制备碳酸，具体包括：步骤s0021，在第一碳酸溶气罐的h2o进水口接入h2o；步骤s0022，在所述第一碳酸溶气罐的第一co2进气口接入co2；步骤s0023，在所述第一碳酸溶气罐内形成的碳酸，经第一碳酸出液口接入至所述反应塔内的喷淋管，喷淋至所述反应池内；所述第一碳酸溶气罐内的压强为0.2～0.6mpa；其中所述反应池底部的第一循环出口通过第一溶气泵接入至所述第一碳酸溶气罐的第一循环进口；在所述步骤s003中的第二碳酸机构通过曝气法制备碳酸，经所述第二co2进气口往所述析出池内的第二曝气管通入co2。

进一步的，所述步骤s002中的第一碳酸机构还可以采用曝气法制备碳酸，具体包括：步骤s0021，在反应塔的h2o进水口处接入h2o；步骤s0022，在反应池底部的第一曝气管接入co2；步骤s0023，在反应池内形成碳酸，所述反应池的循环口经循环泵接入至所述喷淋管，喷淋至所述反应池内；在所述步骤s003中的第二碳酸机构通过加压溶气法制备碳酸，具体包括：步骤s0031，依次通过第二循环出口、第二溶气泵和第二循环进口，将所述析出池内的溶液输送至第二碳酸溶气罐；步骤s0032，在所述第二碳酸溶气罐的第三co2进气口接入co2；步骤s0033，将所述第二碳酸溶气罐内返混后的溶液经第二碳酸出液口接入至所述析出塔的碳酸进液口，返回至所述析出池进行碳酸氢氨的制备。

(三)有益效果

本发明含氨废气回收再利用装置及方法具备如下优点：

1)、本装置通过设置反应塔和析出塔，在反应塔内喷淋碳酸和足量的含氨废气，形成碳酸氨溶液，以便尽可能多地吸收废气中的氨气，废气处理效率高，反应塔和析出塔连通，在析出塔的析出池内通入碳酸，形成过饱和碳酸氢氨溶液，碳酸氨的溶解度高于碳酸氢氨，碳酸氢氨在析出池底部底形成过饱和结晶，回收后的碳酸氢氨晶体可应用在电厂脱硝工艺中，极其有利于氨气回收后的如何处理，不会形成二次固废，回收价值高，实现了资源回收的有效利用；

2)、析出池底部设置成锥形池底，便于在锥形池底底部析出沉淀碳酸氢氨晶体，便于排出；

3)、通过加压溶气或者曝气方式使h2o和co2形成碳酸，将其喷淋至反应塔内，使其充分与废气中的氨气反应；

4)、利用溶解度不同原理分离碳酸氢氨，省去了蒸发结晶的步骤，有效降低了设备投资。

5)、获得的碳酸氢氨晶体可用在脱硝等实际应用中、达到真正的资源化利用。

6)、本方法可应用在氨氮废水吹脱工艺后处理上，避免产生因纯度不足而不能有效利用硫酸铵和氯化铵等形成二次污染的问题，降低了氨氮废水的处理成本，本方法可有效处理高浓度氨氮废水后处理的同时，实现资源化回收，形成良性的环保治理之路。

附图说明

图1为本发明氨氮废气回收再利用装置实施例一的结构示意图；

图2为本发明氨氮废气回收再利用装置实施例二的结构示意图；

图3为本发明氨氮废气回收再利用装置的方法的流程示意框图；

图4为本发明氨氮废气回收再利用装置的方法实施例一步骤二的流程示意框图；

图5为本发明氨氮废气回收再利用装置的方法实施例二步骤二的流程示意框图；

图6为本发明氨氮废气回收再利用装置的方法实施例二步骤三的流程示意框图；

图7为本发明氨氮废气回收再利用装置实施例三的结构示意图；

图8为本发明氨氮废气回收再利用装置实施例四的结构示意图；

其中：1为反应塔、2为氨废气接口、3为反应池、4为喷淋管、5为析出塔、6为析出池、7为锥形池底、8为析出排放口、9为第一碳酸溶气罐、10为h2o进水口、11为第一co2进气口、12为第一碳酸出液口、13为循环泵、14为第一曝气管、15为循环口、16为出液口、17为进液口、18为第二co2进气口、19为第二曝气管、20为回流出口、21为回流进口、22为第一循环出口、23为第一溶气泵、24为第一循环进口、25为第二碳酸溶气罐、26为第三co2进气口、27为第二碳酸出液口、28为碳酸进液口、29为第二循环出口、30为第二溶气泵、31为第二循环进口。

具体实施方式

实施例一：

参阅图1、图3和图4，本实施例提供一种含氨废气回收再利用装置及方法，含氨废气回收再利用装置包括：反应塔组、析出塔组和碳酸生成机构；反应塔组包括至少一个反应塔1，反应塔1靠下端位置设置有氨废气接口2，反应塔1内设有用于形成碳酸铵溶液的反应池3，碳酸与足量的氨气反应生成碳酸铵溶液；反应塔1内间隔设置有多个用于喷淋碳酸的喷淋管4；析出塔组包括至少一个析出塔5，析出塔5内设有用于形成过饱和碳酸氢氨溶液的析出池6，析出池6底部形成锥形池底7，锥形池底7的底部设置有析出排放口8；反应池3的出液口16连接析出塔5的进液口17；碳酸生成机构包括用于接入至喷淋管4的第一碳酸机构以及用于接入至析出池6的第二碳酸机构；其中，析出塔5底部设置有回流出口20，反应塔1设置有与回流出口20连通的回流进口21。

其中，反应池3内的反应式为：2nh3+co2+h2o＝(nh4)2co3，其中nh3(氨气)接入量充足；析出池6内的反应式为：nh3+co2+h2o＝nh4hco3，生成过饱和nh4hco3，使nh4hco3结晶并从析出排放口8析出。

其中，本装置尤其适用于处理氨氮废水吹脱处理出来的含氨尾气，回收后的碳酸氢氨晶体可应用在电厂脱硝工艺中，极其有利于氨气回收后的如何处理。

参阅图1，回流出口20与回流进口21的连接管道上安装有回流控制阀，析出池6内的碳酸氢氨溶液浓度低于设定阈值后，回流控制阀打开，将析出池6内的碳酸氢氨溶液回流输送至反应池3内。

本装置的吸收液为碳酸，采用喷淋的方式进入至反应池3；碳酸铵的溶解度大于碳酸氢氨的溶解度，因而首先在反应塔1内尽可能多吸收废气中的氨气，形成碳酸铵溶液；其次碳酸铵溶液通过出液口16连接析出塔5的进液口17，在析出塔5的析出池6内接入co2，进一步形成过饱和的碳酸氢氨溶液，碳酸氢氨结晶并从锥形池底7底部的析出排放口8排出；析出排放口8处的碳酸氢氨结晶可通过螺旋输送机输出至外部。

参阅图1和图4，第一碳酸机构通过加压溶气法制备碳酸，包括第一碳酸溶气罐9以及设置在反应塔1上的h2o进水口10，第一碳酸溶气罐9包括第一co2进气口11和第一碳酸出液口12，第一碳酸溶气罐9内形成碳酸，第一碳酸出液口12接入至喷淋管4，第一碳酸溶气罐9内的压强为0.2～0.6mpa；反应池3的循环口15连接循环泵13，经循环泵13进入至喷淋管4；反应池3底部的第一循环出口22通过第一溶气泵23接入至第一碳酸溶气罐9的第一循环进口24，通过第一溶气泵23，始终将反应池3内的液体泵入至第一碳酸溶气罐9，再通过第一碳酸出液口12进入喷淋管4。其中，本装置的反应池3设置有液位检测器，液位低于设定高度后，h2o进水口10打开放水。

参阅图1，第二碳酸机构通过曝气法制备碳酸，包括设置在析出池6上的第二co2进气口18，析出池6内安装有与第二co2进气口18连接的第二曝气管19。

参阅图3和图4，本实施例还包括一种含氨废气回收再利用装置的方法，采用上述一种含氨废气回收再利用装置，包括如下步骤：步骤s001，接入含氨废气，在反应塔1的氨废气接口2接入含氨废气，使废气中的氨气进入反应塔1的塔内；步骤s002，反应池内制备碳酸氨；通过反应塔1内设置的多个喷淋管4喷淋由第一碳酸机构制备而得的碳酸，在反应塔1的反应池3内，碳酸与足量的氨气反应形成碳酸铵溶液；步骤s003，析出池内制备碳酸氢氨；反应池3内的溶液经出液口16连接析出塔5的进液口17，在析出塔5的析出池6内通过第二碳酸机构接入碳酸，制备形成碳酸氢氨；步骤s004，过饱和结晶析出碳酸氢氨，在析出池6底部的锥形池底7的底部结晶形成碳酸氢氨晶体并从析出排放口8析出。

步骤s002中的反应池3内的反应式为：2nh3+co2+h2o＝(nh4)2co3，其中nh3接入量充足；步骤s003中的析出池6内的反应式为：nh3+co2+h2o＝nh4hco3，碳酸氨的溶解度高于碳酸氢氨的溶解度，析出池6内为过饱和碳酸氢氨溶液，使得在锥形池底7的底部结晶析出碳酸氢氨晶体；在步骤s004中，当析出池6内的碳酸氢氨溶液浓度低于设定阈值后，回流控制阀打开，将析出池6内的碳酸氢氨溶液，通过析出塔5的回流出口20和反应塔1的回流进口21，回流输送至反应池3内。

参阅图4，步骤s002中的第一碳酸机构采用加压溶气法制备碳酸，具体包括：步骤s0021，在第一碳酸溶气罐9的h2o进水口10接入h2o；步骤s0022，在第一碳酸溶气罐9的第一co2进气口11接入co2；步骤s0023，在第一碳酸溶气罐9内形成的碳酸，经第一碳酸出液口12接入至反应塔1内的喷淋管4，喷淋至反应池3内；第一碳酸溶气罐9内的压强为0.2～0.6mpa；其中反应池底部的第一循环出口通过第一溶气泵接入至第一碳酸溶气罐的第一循环进口；在步骤s003中的第二碳酸机构通过曝气法制备碳酸，经第二co2进气口往析出池内的第二曝气管通入co2。

通过上述方法，能够处理尽可能多的废气中的氨气，其获得的碳酸氢氨晶体，省去了传统需要蒸发结晶的问题，利用过饱和析出原理即可实现。

本实施例含氨废气回收再利用装置及方法，通过设置反应塔和析出塔，在反应塔内喷淋碳酸和足量的含氨废气，使废气中的氨气进入至反应塔内，形成碳酸氨溶液，对废气中的氨气的处理效率高，反应塔和析出塔连通，在析出塔的析出池内再次通入碳酸，形成过饱和碳酸氢氨溶液，碳酸氨的溶解度高于碳酸氢氨，碳酸氢氨在析出池底部底形成过饱和结晶，回收后的碳酸氢氨晶体可应用在电厂脱硝工艺中，极其有利于氨气回收后的如何处理，不会形成二次固废，回收价值高，实现了资源回收的有效利用；析出池底部设置成锥形池底，便于在锥形池底底部析出沉淀碳酸氢氨晶体，便于排出；通过加压溶气或曝气方式形成碳酸，尽可能多地生成碳酸氨和碳酸氢氨溶液；本实施例利用溶解度不同原理分离碳酸氢氨，省去了蒸发结晶的步骤，有效降低了设备投资，获得的碳酸氢氨晶体可用在脱硝等实际应用中、达到真正的资源化利用。

本方法可应用在氨氮废水吹脱工艺的废气后处理上，避免产生因纯度不足、不能有效利用硫酸铵和氯化铵等形成二次污染的问题，降低了氨氮废水的处理成本，可有效处理高浓度氨氮废水后处理的同时，实现资源化回收，形成良性的环保治理之路。

实施例二：

参阅图2，本实施例含氨废气回收再利用装置，与实施例一的区别在于：本实施例的第一碳酸机构还可以通过曝气法制备碳酸，包括设置在反应塔1上的h2o进水口10和第一co2进气口11，反应池3底部设置有与第一co2进气口11连接的第一曝气管14，反应池3的循环口15经循环泵13接入至喷淋管4，第一曝气管14处的co2与h2o进水口10接入的h2o反应形成碳酸。其中，本装置的反应池3设置有液位检测器，液位低于设定高度后，h2o进水口10打开放水。

本实施例的第二碳酸机构还可以通过加压溶气法制备碳酸，包括第二碳酸溶气罐25，第二碳酸溶气罐25设置有第三co2进气口26和第二碳酸出液口27，第二碳酸出液口27接入至析出塔5的碳酸进液口28；析出池6的第二循环出口29通过第二溶气泵30接入至第二碳酸溶气罐25的第二循环进口31。

参阅图5和图6，本实施例的含氨废气回收再利用装置的方法，与实施例一的区别在于，本实施例步骤s002中的第一碳酸机构采用曝气法制备碳酸，具体：步骤s0021，在反应塔1的h2o进水口10处接入h2o；步骤s0022，在反应池3底部的第一曝气管14接入co2；步骤s0023，在反应池3内形成碳酸，反应池3的循环口15经循环泵13接入至喷淋管4，喷淋至反应池3内；在步骤s003中的第二碳酸机构通过加压溶气法制备碳酸，具体包括：步骤s0031，依次通过第二循环出口29、第二溶气泵30和第二循环进口31，将析出池6内的溶液输送至第二碳酸溶气罐25；步骤s0032，在第二碳酸溶气罐25的第三co2进气口26接入co2；步骤s0033，将第二碳酸溶气罐25内返混后的溶液经第二碳酸出液口27接入至析出塔5的碳酸进液口28，返回至析出池6进行碳酸氢氨的制备。

本实施例含氨废气回收再利用装置及方法，通过设置反应塔和析出塔，在反应塔内喷淋碳酸和足量的含氨废气，使废气中的氨气进入至反应塔内，形成碳酸氨溶液，对废气中的氨气的处理效率高，反应塔和析出塔连通，在析出塔的析出池内再次通入碳酸，形成过饱和碳酸氢氨溶液，碳酸氨的溶解度高于碳酸氢氨，碳酸氢氨在析出池底部底形成过饱和结晶，回收后的碳酸氢氨晶体可应用在电厂脱硝工艺中，极其有利于氨气回收后的如何处理，不会形成二次固废，回收价值高，实现了资源回收的有效利用；析出池底部设置成锥形池底，便于在锥形池底底部析出沉淀碳酸氢氨晶体，便于排出；通过加压溶气或曝气方式形成碳酸，尽可能多地生成碳酸氨和碳酸氢氨溶液；本实施例利用溶解度不同原理分离碳酸氢氨，省去了蒸发结晶的步骤，有效降低了设备投资，获得的碳酸氢氨晶体可用在脱硝等实际应用中、达到真正的资源化利用。

本方法可应用在氨氮废水吹脱工艺的废气后处理上，避免产生因纯度不足、不能有效利用硫酸铵和氯化铵等形成二次污染的问题，降低了氨氮废水的处理成本，可有效处理高浓度氨氮废水后处理的同时，实现资源化回收，形成良性的环保治理之路。

实施例三：

参阅图7，本实施例与实施例一和实施例二的区别在于：第一碳酸机构通过加压溶气法制备碳酸，第二碳酸机构通过加压溶气法制备碳酸；其实际为图1的第一碳酸溶气罐9部分和图2的第二碳酸溶气罐25部分的结合。

实施例四：

参阅图8，本实施例与实施例一和实施例二的区别在于：第一碳酸机构通过曝气法制备碳酸；第二碳酸机构通过曝气法制备碳酸；其实际为图1第二曝气管19部分和图2的第一曝气管14部分的结合。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。