10獎(jiǎng)萌芽杯最終報(bào)告宋淼吳弘強(qiáng)

北京化工大學(xué)第八屆“萌芽杯”參賽作品—A類PAGE18北京化工大學(xué)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(shù)工藝改進(jìn)類別（綜述類/實(shí)驗(yàn)類）：綜述類指導(dǎo)教師：宋云華負(fù)責(zé)人：宋淼聯(lián)系方式：188102716742011年團(tuán)隊(duì)成員及指導(dǎo)老師介紹指導(dǎo)老師介紹：姓名宋云華所屬學(xué)院化學(xué)工程學(xué)院職稱副教授研究方向氨氮廢水減排及資源化利用團(tuán)隊(duì)成員介紹：姓名宋淼所屬學(xué)院化學(xué)工程學(xué)院專業(yè)化學(xué)工程與工藝班級(jí)化工1108姓名吳紅強(qiáng)所屬學(xué)院化學(xué)工程學(xué)院專業(yè)化學(xué)工程與工藝班級(jí)化工1108

目錄摘要…………...4引言……………5第1章雙效汽提脫氨技術(shù)簡(jiǎn)介 6第1.1節(jié)雙效汽提脫氨技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) 7第1.2節(jié)工藝流程及設(shè)備 7第1.3節(jié)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和設(shè)計(jì)參數(shù) 9第1.4節(jié)先進(jìn)性和經(jīng)濟(jì)性分析 9第1.5節(jié)專利授權(quán)情況10第2章雙效汽提脫氨技術(shù)工藝改進(jìn)12第2.1節(jié)工藝改進(jìn)目標(biāo)12第2.2節(jié)改進(jìn)方法12第2.3節(jié)工藝改進(jìn)結(jié)果16第3章雙效氣提脫氨技術(shù)改進(jìn)工藝結(jié)論17參考文獻(xiàn)18

雙效節(jié)能汽提脫氨技術(shù)工藝改進(jìn)宋淼吳弘強(qiáng)摘要：雙效汽提脫氨技術(shù)是北京化工大學(xué)針對(duì)高濃度氨氮廢水處理開發(fā)的專利技術(shù)。本技術(shù)針對(duì)氨氮廢水處理難度大、處理費(fèi)用高的難題，選擇高濃度氨氮廢水為研究對(duì)象，研究開發(fā)高濃度氨氮廢水的預(yù)處理工藝技術(shù)、高效脫氨技術(shù)及設(shè)備、節(jié)能降耗技術(shù)及裝備，以及工藝系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)，在實(shí)現(xiàn)氨氮廢水達(dá)標(biāo)排放（≤15mg/L）、廢水中氨氮實(shí)現(xiàn)資源化回收利用的同時(shí)，降低氨氮廢水處理蒸汽單耗40％以上的目標(biāo)，達(dá)到節(jié)能降耗，降低氨氮廢水處理成本的目的。本課題針對(duì)北京化工大學(xué)現(xiàn)有專利技術(shù)在應(yīng)用過程中的實(shí)際情況進(jìn)行工藝改進(jìn)研究，改進(jìn)后的工藝比原先工藝設(shè)備更加簡(jiǎn)單，系統(tǒng)熱量利用率更高，氨氮廢水處理蒸汽單耗更低。關(guān)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(dāng)前我國(guó)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(jià)值超過10億元，既污染了環(huán)境又浪費(fèi)了資源。一般情況下，對(duì)于低濃度氨氮廢水一般可以采用生化處理，其處理費(fèi)用較低。但是，對(duì)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(dá)幾萬毫克/升），無法進(jìn)行生化處理，需要首先對(duì)氨氮廢水進(jìn)行脫氨處理。氨氮廢水對(duì)環(huán)境危害極大：造成水體富營(yíng)養(yǎng)化（導(dǎo)致藍(lán)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(duì)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?cè)谘芯块_發(fā)高濃度氨氮處理技術(shù)過程中沒有簡(jiǎn)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(shí)現(xiàn)氨氮廢水中氨氮的資源化回收利用，不僅可以實(shí)現(xiàn)污染物的減排，同時(shí)可以利用所回收的資源補(bǔ)償一部分廢水處理的費(fèi)用，降低氨氮廢水處理綜合成本。雙效汽提脫氨技術(shù)針對(duì)傳統(tǒng)蒸汽汽提廢水脫氨技術(shù)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(shè)計(jì)、高效脫氨技術(shù)及設(shè)備、節(jié)能降耗技術(shù)及設(shè)備等在節(jié)能降耗的基礎(chǔ)上達(dá)到高效脫氨的目的，并且具有脫氨效率高，蒸汽單耗低，實(shí)現(xiàn)了氨氮的資源化回收利用，實(shí)現(xiàn)了技術(shù)的成套化、系列化，以及氨氮廢水處理裝置的模塊化、自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)。我們通過研究現(xiàn)行的汽提脫氨工藝流程，在導(dǎo)師指導(dǎo)下針對(duì)局部進(jìn)行工藝改進(jìn)，通過這些工藝的改進(jìn)，達(dá)到了優(yōu)化工藝、降低單耗、減少設(shè)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(shù)簡(jiǎn)介第1.1節(jié)雙效汽提脫氨技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)雙效節(jié)能汽提脫氨成套技術(shù)針對(duì)傳統(tǒng)汽提脫氨技術(shù)處理高濃度氨氮廢水過程中蒸汽耗量大、處理費(fèi)用高的難題，在保證廢水達(dá)標(biāo)排放（滿足國(guó)家一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)）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(shù)及設(shè)備、節(jié)能降耗技術(shù)及裝備，在實(shí)現(xiàn)氨氮廢水達(dá)標(biāo)排放（低于15mg/L）、氨氮資源化回收利用的同時(shí)，利用創(chuàng)新性的雙效節(jié)能汽提脫氨專利技術(shù)（國(guó)家發(fā)明專利，專利號(hào)：200810104999.9），對(duì)熱量進(jìn)行有效地串聯(lián)梯級(jí)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(dá)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(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用，適用于所有行業(yè)的高濃度氨氮廢水處理，其技術(shù)合理、工藝流程簡(jiǎn)單，廢水處理能耗低，完全自動(dòng)化操作，實(shí)現(xiàn)了氨氮資源的有效利用，為我國(guó)氨氮減排目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐，具有良好的發(fā)展前景。第1.2節(jié)工藝流程及設(shè)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(shù)在汽提精餾氨氮廢水處理技術(shù)的基礎(chǔ)上，以資源化回收濃氨水和濃氨氣，實(shí)現(xiàn)氨氮廢水達(dá)標(biāo)排放為目的，創(chuàng)新性地利用兩級(jí)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(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)蒸汽熱量的串聯(lián)梯級(jí)利用，在實(shí)現(xiàn)氨氮廢水達(dá)標(biāo)排放的同時(shí)，蒸汽單耗達(dá)到了約100~120kg/噸廢水，實(shí)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(shè)備：I效汽提脫氨塔、II效汽提脫氨塔、原料預(yù)熱器I、原料預(yù)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(jì)指標(biāo)和設(shè)計(jì)參數(shù)1.3.1經(jīng)濟(jì)指標(biāo)1.投資成本：約400萬元（以20噸/小時(shí)、氨氮含量20000mg/L為例）；2.運(yùn)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(shè)計(jì)參數(shù)1.氨氮廢水進(jìn)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(dá)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(shù)先進(jìn)性和經(jīng)濟(jì)性分析1.4.1技術(shù)先進(jìn)性分析（1）采用雙效節(jié)能汽提脫氨工藝技術(shù)，對(duì)氨氮廢水進(jìn)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(shù)的采用不僅能可以實(shí)現(xiàn)廢水氨氮含量達(dá)標(biāo)排放（<15mg/L），而且實(shí)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(shù)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(shù)減少45％左右，蒸汽單耗約為100~120kg/噸廢水。在實(shí)現(xiàn)廢水達(dá)標(biāo)排放的同時(shí)，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。（3）采用雙效節(jié)能汽提脫氨技術(shù)可將廢水脫氨工藝作為一套模塊化工藝技術(shù)，與原有生產(chǎn)工藝有機(jī)結(jié)合，既可以獨(dú)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(shù)經(jīng)濟(jì)性分析以氨氮廢水處理規(guī)模20噸/小時(shí)，氨氮含量20000mg/L為例，采用傳統(tǒng)蒸汽汽提脫氨技術(shù)，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(shí)蒸汽消耗為4噸。如果采用雙效節(jié)能汽提脫氨技術(shù)，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(shí)蒸汽消耗為2.2噸。其它運(yùn)行成本基本相同。蒸汽價(jià)格以200元/噸計(jì)算，則采用雙效節(jié)能汽提脫氨技術(shù)每小時(shí)蒸汽消耗量為2.2噸，相對(duì)于傳統(tǒng)蒸汽汽提脫氨技術(shù)蒸汽消耗量每小時(shí)減少1.8噸，降低運(yùn)行成本360元/小時(shí)。以廢水脫氨裝置年運(yùn)行時(shí)間8000小時(shí)計(jì)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(shù)，裝置總投資相對(duì)于傳統(tǒng)蒸汽汽提脫氨技術(shù)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(shí)間內(nèi)收回，經(jīng)濟(jì)效益非常顯著。第1.5節(jié)專利授權(quán)情況雙效節(jié)能汽提脫氨專利技術(shù)已經(jīng)申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專利，并獲國(guó)家發(fā)明專利授權(quán)，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(hào)：200810104999.9。申請(qǐng)時(shí)間：2008年4月25日，專利權(quán)人：北京化工大學(xué)。

第二章雙效節(jié)能汽提脫氨技術(shù)工藝改進(jìn)第2.1節(jié)工藝改進(jìn)目標(biāo)針對(duì)現(xiàn)有工藝流程的特點(diǎn)進(jìn)行工藝改進(jìn)，以期實(shí)現(xiàn)一下目標(biāo)：（1）優(yōu)化工藝：針對(duì)已有工藝裝置的特點(diǎn)及運(yùn)行狀況，對(duì)工藝過程進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。（2）降低單耗：在優(yōu)化工藝的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)熱量的有效利用，降低蒸汽單耗。（3）減少設(shè)備：對(duì)現(xiàn)有工藝過程中的部分設(shè)備實(shí)現(xiàn)優(yōu)化配置，減少設(shè)備數(shù)量。第2.2節(jié)工藝改進(jìn)具體內(nèi)容及方法本工藝具體改進(jìn)內(nèi)容見下圖標(biāo)示：（1）汽提脫氨塔I塔釜液排液流程改進(jìn)：原有工藝流程中部分150℃左右的塔釜液被送至進(jìn)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(jìn)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(jìn)入塔釜液罐Ⅱ閃蒸后得到0.05MPa下的110℃的蒸汽。此項(xiàng)工藝改進(jìn)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(xiàng)蒸汽全部用于汽提脫氨塔II（2）將原有兩臺(tái)進(jìn)出口換熱器合二為一：將原有系統(tǒng)中的兩臺(tái)進(jìn)出口換熱器合二為一，采用一臺(tái)進(jìn)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(jìn)水進(jìn)行換熱，既減少設(shè)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(jìn)入了塔頂冷凝器II進(jìn)行冷凝，造成了熱量浪費(fèi)。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(jìn)行精餾（4）取消塔釜液儲(chǔ)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(shè)備成本。（5）再沸器大流量強(qiáng)制循環(huán)：采用大流量強(qiáng)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(jìn)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(jìn)結(jié)果經(jīng)過以上工藝改進(jìn)，新的工藝流程如下所示：按照改進(jìn)后的工藝流程及改進(jìn)措施對(duì)山東大成農(nóng)藥股份有限公司15噸/小時(shí)氨氮廢水處理裝置進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)，改進(jìn)后的工藝結(jié)果顯示：改進(jìn)后的氨氮廢水處理裝置在保證出口指標(biāo)低于15mg/L、處理量保持在20噸/小時(shí)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(xiàng)每年可以節(jié)約蒸汽2880噸，蒸汽價(jià)格按200元/噸計(jì)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(shù)改進(jìn)工藝結(jié)論本課題通過對(duì)雙效節(jié)能汽提脫氨專利技術(shù)進(jìn)行工藝改進(jìn)，達(dá)到了優(yōu)化工藝、降低蒸汽單耗、減少設(shè)備、提高效益的目的。通過工業(yè)裝置實(shí)際應(yīng)用驗(yàn)證表明，本工藝技術(shù)的改進(jìn)可以在保證出口脫氨指標(biāo)滿足國(guó)家一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)（小于15mg/L）、保持原有裝置處理量15噸/小時(shí)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(jià)格按200元/噸計(jì)算，每年蒸汽消耗可以節(jié)約57.6萬元，經(jīng)濟(jì)效益非常顯著。

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