10獎萌芽杯最終報告宋淼吳弘強

北京化工大學第八屆“萌芽杯”參賽作品—A類PAGE18北京化工大學第八屆“萌芽杯”參賽作品—A類作品名稱：雙效節(jié)能汽提脫氨技術工藝改進類別（綜述類/實驗類）：綜述類指導教師：宋云華負責人：宋淼聯(lián)系方式：188102716742011年團隊成員及指導老師介紹指導老師介紹：姓名宋云華所屬學院化學工程學院職稱副教授研究方向氨氮廢水減排及資源化利用團隊成員介紹：姓名宋淼所屬學院化學工程學院專業(yè)化學工程與工藝班級化工1108姓名吳紅強所屬學院化學工程學院專業(yè)化學工程與工藝班級化工1108

目錄摘要…………...4引言……………5第1章雙效汽提脫氨技術簡介 6第1.1節(jié)雙效汽提脫氨技術發(fā)展趨勢 7第1.2節(jié)工藝流程及設備 7第1.3節(jié)經(jīng)濟指標和設計參數(shù) 9第1.4節(jié)先進性和經(jīng)濟性分析 9第1.5節(jié)專利授權情況10第2章雙效汽提脫氨技術工藝改進12第2.1節(jié)工藝改進目標12第2.2節(jié)改進方法12第2.3節(jié)工藝改進結果16第3章雙效氣提脫氨技術改進工藝結論17參考文獻18

雙效節(jié)能汽提脫氨技術工藝改進宋淼吳弘強摘要：雙效汽提脫氨技術是北京化工大學針對高濃度氨氮廢水處理開發(fā)的專利技術。本技術針對氨氮廢水處理難度大、處理費用高的難題，選擇高濃度氨氮廢水為研究對象，研究開發(fā)高濃度氨氮廢水的預處理工藝技術、高效脫氨技術及設備、節(jié)能降耗技術及裝備，以及工藝系統(tǒng)優(yōu)化設計，在實現(xiàn)氨氮廢水達標排放（≤15mg/L）、廢水中氨氮實現(xiàn)資源化回收利用的同時，降低氨氮廢水處理蒸汽單耗40％以上的目標，達到節(jié)能降耗，降低氨氮廢水處理成本的目的。本課題針對北京化工大學現(xiàn)有專利技術在應用過程中的實際情況進行工藝改進研究，改進后的工藝比原先工藝設備更加簡單，系統(tǒng)熱量利用率更高，氨氮廢水處理蒸汽單耗更低。關鍵詞：雙效汽提脫氨、節(jié)能降耗、降低單耗、高濃度氨氮廢水、汽提精餾、雙效節(jié)能、蒸汽循環(huán)

引言當前我國工業(yè)企業(yè)所排出的廢水種類眾多，廢水總量很大。其中，高濃度氨氮廢水是重要的廢水之一，其氨氮排放量每年超過30萬噸，價值超過10億元，既污染了環(huán)境又浪費了資源。一般情況下，對于低濃度氨氮廢水一般可以采用生化處理，其處理費用較低。但是，對于多數(shù)工業(yè)企業(yè)來說，其氨氮廢水中氨氮濃度很高（最高可達幾萬毫克/升），無法進行生化處理，需要首先對氨氮廢水進行脫氨處理。氨氮廢水對環(huán)境危害極大：造成水體富營養(yǎng)化（導致藍藻暴發(fā)等）；增加給水處理成本；還原態(tài)氮的硝化作用耗去水體中大量氧，引起魚類等生物的死亡，并使水體發(fā)黑發(fā)臭；對人及生物有毒害作用：轉(zhuǎn)化為亞硝胺，具有致癌、致畸胎作用，以及高鐵血紅蛋白癥；影響廢水的再生利用。我們在研究開發(fā)高濃度氨氮處理技術過程中沒有簡單地將廢水中氨氮定義為污染物，而是將其定義為可回收利用的資源。實現(xiàn)氨氮廢水中氨氮的資源化回收利用，不僅可以實現(xiàn)污染物的減排，同時可以利用所回收的資源補償一部分廢水處理的費用，降低氨氮廢水處理綜合成本。雙效汽提脫氨技術針對傳統(tǒng)蒸汽汽提廢水脫氨技術中存在的蒸汽耗量大（一般為250~300kg/噸廢水），廢水處理單耗高的難題，采用創(chuàng)新性工藝流程設計、高效脫氨技術及設備、節(jié)能降耗技術及設備等在節(jié)能降耗的基礎上達到高效脫氨的目的，并且具有脫氨效率高，蒸汽單耗低，實現(xiàn)了氨氮的資源化回收利用，實現(xiàn)了技術的成套化、系列化，以及氨氮廢水處理裝置的模塊化、自動化等優(yōu)點。我們通過研究現(xiàn)行的汽提脫氨工藝流程，在導師指導下針對局部進行工藝改進，通過這些工藝的改進，達到了優(yōu)化工藝、降低單耗、減少設備、減少投資、方便管理、方便操作、提高效益的目的。

第一章雙效汽提脫氨技術簡介第1.1節(jié)雙效汽提脫氨技術發(fā)展趨勢雙效節(jié)能汽提脫氨成套技術針對傳統(tǒng)汽提脫氨技術處理高濃度氨氮廢水過程中蒸汽耗量大、處理費用高的難題，在保證廢水達標排放（滿足國家一級排放標準）的前提下，以降低廢水處理蒸汽單耗為目的，研究開發(fā)高濃度氨氮廢水高效脫氨技術及設備、節(jié)能降耗技術及裝備，在實現(xiàn)氨氮廢水達標排放（低于15mg/L）、氨氮資源化回收利用的同時，利用創(chuàng)新性的雙效節(jié)能汽提脫氨專利技術（國家發(fā)明專利，專利號：200810104999.9），對熱量進行有效地串聯(lián)梯級利用，降低氨氮廢水處理蒸汽單耗約40％以上，其蒸汽單耗約為100~120kg/噸廢水，達到了節(jié)能降耗、降低氨氮廢水處理成本的目的。雙效節(jié)能汽提脫氨成套技術已經(jīng)實現(xiàn)工業(yè)化應用，適用于所有行業(yè)的高濃度氨氮廢水處理，其技術合理、工藝流程簡單，廢水處理能耗低，完全自動化操作，實現(xiàn)了氨氮資源的有效利用，為我國氨氮減排目標的實現(xiàn)提供強有力的技術支撐，具有良好的發(fā)展前景。第1.2節(jié)工藝流程及設備雙效節(jié)能汽提脫氨系統(tǒng)工藝流程如下圖所示：雙效節(jié)能汽提脫氨技術在汽提精餾氨氮廢水處理技術的基礎上，以資源化回收濃氨水和濃氨氣，實現(xiàn)氨氮廢水達標排放為目的，創(chuàng)新性地利用兩級汽提脫氨塔（雙效汽提脫氨裝置），將氨氮廢水處理量的55%及氨氮廢水處理量的45%分別送入I效汽提脫氨塔和II效汽提脫氨塔。將I效汽提脫氨塔塔頂冷凝器與II效汽提脫氨塔塔底再沸器合二為一，實現(xiàn)了系統(tǒng)蒸汽熱量的串聯(lián)梯級利用，在實現(xiàn)氨氮廢水達標排放的同時，蒸汽單耗達到了約100~120kg/噸廢水，實現(xiàn)了氨氮廢水處理蒸汽單耗降低約45%，大大降低氨氮廢水處理成本的目的。主要設備：I效汽提脫氨塔、II效汽提脫氨塔、原料預熱器I、原料預熱器II、塔釜液罐I、塔釜液罐II、再沸器、II效塔頂冷凝器、塔頂回流罐I、塔頂回流罐II、塔釜液泵I、塔釜液泵II、塔頂回流泵I、塔頂回流泵II等。第1.3節(jié)主要經(jīng)濟指標和設計參數(shù)1.3.1經(jīng)濟指標1.投資成本：約400萬元（以20噸/小時、氨氮含量20000mg/L為例）；2.運行成本：蒸汽單耗100kg/噸廢水，電耗：2kWh/噸廢水。3.氨氮廢水處理成本：4-10元/噸廢水；1.3.2設計參數(shù)1.氨氮廢水進水氨氮含量：1000mg/L-80000mg/L；2.氨氮廢水出水氨氮含量：低于15mg/L（最低可以達到5mg/L以下）；3.回收氨水濃度：15~20%；4.回收氨氣濃度：90%以上5.一效塔溫度在130攝氏度至150攝氏度之間，壓力在0.5MPa6.二效塔溫度在110攝氏度左右，壓力在0.05MPa第1.4節(jié)技術先進性和經(jīng)濟性分析1.4.1技術先進性分析（1）采用雙效節(jié)能汽提脫氨工藝技術，對氨氮廢水進行汽提及精餾得到濃度為15~20％左右濃氨水或者濃度≥90％的氨氣。此技術的采用不僅能可以實現(xiàn)廢水氨氮含量達標排放（<15mg/L），而且實現(xiàn)其中氨氮的資源化回收利用。（2）采用雙效節(jié)能汽提脫氨技術可以有效利用系統(tǒng)熱量，使處理氨氮廢水蒸汽單耗比傳統(tǒng)蒸汽汽提技術減少45％左右，蒸汽單耗約為100~120kg/噸廢水。在實現(xiàn)廢水達標排放的同時，達到節(jié)能降耗的目的。（3）采用雙效節(jié)能汽提脫氨技術可將廢水脫氨工藝作為一套模塊化工藝技術，與原有生產(chǎn)工藝有機結合，既可以獨立操作，也可以將廢水脫氨工藝流程納入生產(chǎn)工藝流程，作為其中的一部分，避免一般廢水處理與生產(chǎn)工藝流程完全脫節(jié)的問題，便于操作、管理及考核。1.4.2技術經(jīng)濟性分析以氨氮廢水處理規(guī)模20噸/小時，氨氮含量20000mg/L為例，采用傳統(tǒng)蒸汽汽提脫氨技術，裝置總投資約為300萬元，其蒸汽單耗約為200kg/噸廢水，即每小時蒸汽消耗為4噸。如果采用雙效節(jié)能汽提脫氨技術，裝置總投資約為400萬元，其蒸汽單耗約為110kg/噸廢水，即每小時蒸汽消耗為2.2噸。其它運行成本基本相同。蒸汽價格以200元/噸計算，則采用雙效節(jié)能汽提脫氨技術每小時蒸汽消耗量為2.2噸，相對于傳統(tǒng)蒸汽汽提脫氨技術蒸汽消耗量每小時減少1.8噸，降低運行成本360元/小時。以廢水脫氨裝置年運行時間8000小時計算，年節(jié)約蒸汽約288萬元。也就是說，采用雙效節(jié)能汽提脫氨技術，裝置總投資相對于傳統(tǒng)蒸汽汽提脫氨技術裝置總投資增加約100萬元，但是蒸汽消耗每年可以節(jié)約288萬元，因此所增加的裝置投資可以在不到半年時間內(nèi)收回，經(jīng)濟效益非常顯著。第1.5節(jié)專利授權情況雙效節(jié)能汽提脫氨專利技術已經(jīng)申請國家發(fā)明專利，并獲國家發(fā)明專利授權，發(fā)明專利名稱：一種氨氮廢水減排及資源化利用裝置及方法，專利號：200810104999.9。申請時間：2008年4月25日，專利權人：北京化工大學。

第二章雙效節(jié)能汽提脫氨技術工藝改進第2.1節(jié)工藝改進目標針對現(xiàn)有工藝流程的特點進行工藝改進，以期實現(xiàn)一下目標：（1）優(yōu)化工藝：針對已有工藝裝置的特點及運行狀況，對工藝過程進行優(yōu)化調(diào)整。（2）降低單耗：在優(yōu)化工藝的基礎上，實現(xiàn)系統(tǒng)熱量的有效利用，降低蒸汽單耗。（3）減少設備：對現(xiàn)有工藝過程中的部分設備實現(xiàn)優(yōu)化配置，減少設備數(shù)量。第2.2節(jié)工藝改進具體內(nèi)容及方法本工藝具體改進內(nèi)容見下圖標示：（1）汽提脫氨塔I塔釜液排液流程改進：原有工藝流程中部分150℃左右的塔釜液被送至進出口換熱器I換熱，另外一部分150℃左右的塔釜液被送至汽提脫氨塔II閃蒸。改進后的工藝流程把全部150℃左右的塔釜液送至汽提脫氨塔II將塔釜液罐Ⅰ0.4MPa下的150℃的水全部進入塔釜液罐Ⅱ閃蒸后得到0.05MPa下的110℃的蒸汽。此項工藝改進可以使塔釜液罐內(nèi)的每噸150℃高溫脫氨水閃蒸得到110℃的蒸汽約75㎏，此項蒸汽全部用于汽提脫氨塔II（2）將原有兩臺進出口換熱器合二為一：將原有系統(tǒng)中的兩臺進出口換熱器合二為一，采用一臺進出口換熱器，將汽提脫氨塔II排出的110℃左右的脫氨廢水與含氨廢水進水進行換熱，既減少設備數(shù)量，（3）再沸器排出含氨蒸汽流向變更：在原有工藝流程中，自再沸器排出的130℃左右的含氨蒸汽直接進入了塔頂冷凝器II進行冷凝，造成了熱量浪費。本研究課題將這部分含氨蒸汽引入汽提精餾塔II的精餾段中部，充分利用這些含氨蒸汽的熱量進行精餾（4）取消塔釜液儲罐II：在新工藝中取消塔釜液罐II，節(jié)省占地面積，節(jié)省設備成本。（5）再沸器大流量強制循環(huán)：采用大流量強制循環(huán)泵，大大增加再沸器液體循環(huán)量：將原有5m3/h脫氨水循環(huán)量改為200m3/h，改原有工藝中脫氨廢水在再沸器中汽化為塔內(nèi)汽化，使從再沸器中進出水的前后溫差小于3℃，從而使得再沸器兩側(cè)溫差變更大，系統(tǒng)傳遞熱量效率更高，熱量傳遞更多，更加利于系統(tǒng)第2.3節(jié)工藝改進結果經(jīng)過以上工藝改進，新的工藝流程如下所示：按照改進后的工藝流程及改進措施對山東大成農(nóng)藥股份有限公司15噸/小時氨氮廢水處理裝置進行技術改進，改進后的工藝結果顯示：改進后的氨氮廢水處理裝置在保證出口指標低于15mg/L、處理量保持在20噸/小時的條件下，蒸汽單耗由108kg/噸廢水降至90kg/噸廢水，蒸汽單耗降低了16.7%。僅此一項每年可以節(jié)約蒸汽2880噸，蒸汽價格按200元/噸計算，每年蒸汽消耗可以節(jié)約57.6

第三章雙效節(jié)能汽提脫氨技術改進工藝結論本課題通過對雙效節(jié)能汽提脫氨專利技術進行工藝改進，達到了優(yōu)化工藝、降低蒸汽單耗、減少設備、提高效益的目的。通過工業(yè)裝置實際應用驗證表明，本工藝技術的改進可以在保證出口脫氨指標滿足國家一級排放標準（小于15mg/L）、保持原有裝置處理量15噸/小時不變的條件下，蒸汽單耗降低16.7%，每年可以節(jié)約蒸汽2880噸，蒸汽價格按200元/噸計算，每年蒸汽消耗可以節(jié)約57.6萬元，經(jīng)濟效益非常顯著。

參考文獻：宋云華;陳建銘;初廣文.一種氨氮廢水減排及氨氮資源化利用裝置及方法[P].中國專利:CN101264948,2008-09-17.宋云華;.農(nóng)藥行業(yè)氨氮廢水減排及資源化利用關鍵技術——雙效汽提廢水脫氨成套技術[J].世界農(nóng)藥,2009.01宋云華;.玉溪市蔬菜農(nóng)藥使用現(xiàn)狀及污染控制對策[J].北方園藝,2008.07宋云華，陳建銘，牛小紅，李璐.高濃度氨氮廢水處理成套技術袁捷,楊寧,周艷軍.

吹脫法處理高濃度氨氮廢水的研究[J].化學工業(yè)與工程技術.2009(0