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氨回收装置及回收方法
申请号	CN201010521237.6	申请日	2010-10-22	公开(公告)号	CN102040234A	公开(公告)日	2011-05-04
申请人	三菱重工业株式会社;			发明人	佐藤文昭; 古市裕之; 加藤雄大; 石田一男;
摘要	本发明提供氨的回收装置以及回收方法，所述回收方法包括：通过保持CO2·H2S 汽提塔的压力高于大气压，从含氨废水中以具有低水分浓度的气体形式从CO2·H2S汽提塔的塔顶排出CO2和H2S，同时将含氨溶液从CO2·H2S汽提塔的塔底排出；将上述得到的含氨溶液导入氨汽提塔中，保持该汽提塔的压力低于CO2·H2S汽提塔的压力，从而从氨汽提塔的塔顶排出含有少量CO2和H2S并富含氨的气体，同时从氨汽提塔的塔底排出可用作工业用水的水；和将上述得到的富含氨的气体导入洗涤塔中，保持该洗涤塔的压力低于氨汽提塔的压力，从而在洗涤塔的塔底排出含有Na化合物的废水，同时从洗涤塔的塔顶排出无H2S且富含氨的气体。
权利要求	1.从来自于气化炉的含氨废水中回收氨的氨回收方法，该氨回收方法包括：第一步，通过保持CO2·H2S 汽提塔的压力高于大气压，由CO2·H2S汽提塔的塔顶部分从含氨废水中以具有低水分浓度的气体形式排出CO2和H2S，同时从CO2·H2S汽提塔的塔底部分排出含氨溶液；第二步，将经第一步后得到的含氨溶液导入到氨汽提塔中，且保持该汽提塔的压力低于CO2·H2S汽提塔的压力，从而从氨汽提塔的塔顶部分排出含有少量CO2和H2S的富含氨的气体，同时从氨汽提塔的塔底部分排出可用作工业用水的水；以及第三步，将经第二步后得到的富含氨的气体导入到洗涤塔中，且保持该洗涤塔的压力低于氨汽提塔的压力，从而从洗涤塔的塔底部分排出含有Na化合物的废水，同时从洗涤塔的塔顶部分排出无H2S且富含氨的气体。 2.权利要求1所述的氨回收方法，其中，所述洗涤塔包括位于上部的水洗涤塔和位于下部的NaOH洗涤塔，它们彼此连接，以及所述第三步包括： NaOH洗涤步骤，其中经第二步后得到的富含氨的气体导入NaOH洗涤塔中，从而利用NaOH洗涤塔中的含有NaOH的循环水中含有的NaOH来吸收H2S和CO2，并随后将获得的气体输送到水洗涤塔，同时从NaOH洗涤塔的塔底部分排出含Na化合物的废水；以及水洗涤步骤，其中将补给水供给到经NaOH洗涤步骤洗涤的无H2S且富含氨的气体中，从而用补给水洗涤NaOH微滴的分散液，该水洗涤步骤在水洗涤塔中进行，且保持该水洗涤塔的压力低于氨汽提塔的压力。 3.权利要求1和2中任一项所述的氨回收方法，其中，将来自洗涤塔塔底部分的含Na化合物的废水注入位于气化炉的下游的洗涤器的废水通道中。 4.氨回收装置，其从来自于气化炉的含氨废水中回收氨，该氨回收装置包括： CO2·H2S汽提塔，保持其内部压力高于大气压；氨汽提塔，保持其内部压力低于CO2·H2S汽提塔的内部压力；以及洗涤塔，保持其内部压力低于氨汽提塔的内部压力，其中所述CO2·H2S汽提塔具有：从含氨废水以具有低水分浓度的形式排出CO2和H2S的塔顶部分；以及排出含氨溶液的塔底部分，所述氨汽提塔具有：从含氨溶液排出富含氨的气体的塔顶部分，所述含氨溶液是从CO2·H2S汽提塔中排出的；以及排出可用作工业用水的水的塔底部分，以及所述洗涤塔具有：排出含有Na化合物的废水的塔底部分；以及排出无H2S且富含氨的气体的塔顶部分。 5.权利要求4所述的氨回收装置，其中所述洗涤塔包括位于上部的水洗涤塔和位于下部的NaOH洗涤塔，它们彼此连接，所述NaOH洗涤塔具有：连接部分，在用含NaOH的循环水中的NaOH吸收H2S和CO2之后，通过该连接部分将来自氨汽提塔的富含氨的气体输送到位于NaOH洗涤塔之上的水洗涤塔中；以及塔底部分，通过该塔底部分排出含有Na化合物的废水，以及所述水洗涤塔具有塔顶部分，在将补给水供给到通过NaOH洗涤塔的连接部分输送的富含氨的气体中从而用补给水洗涤NaOH微滴的分散液之后，从塔顶部分排出富含氨的气体。
说明书全文	氨回收装置及回收方法技术领域 [0001] 本发明涉及氨的回收装置以及回收方法，利用该装置和该方法，氨与CO2和H2S一起从来自气化炉(gasification furnace)的含氨废水中回收，所述气化炉例如利用化石燃料作为原料的煤的气化炉，由此，经纯化的废水可以用作工业用水。 [0002] 发明背景 [0003] 来自气化炉，例如来自使用化石燃料作为原料的煤的气化炉的废水含有氨(NH3)，以及CO2、H2S等。因此，通常在大气压下运行氨汽提塔(stripper)来释放包含在废水中的NH3、CO2和H2S，并在氨汽提塔的塔底回收作为工业用水可以重复使用的水。 [0004] 上述用于从这种废水中回收氨的常规装置的H形式(H form)如图3所示。在图3中，氨汽提塔301在大气压下运行，经由废水供给管302将含氨废水(还含有CO2和H2S)导入该氨汽提塔301。 [0005] 通过压力计303测量，保持氨汽提塔301的压力为大气压，温度通过温度计304测量，保持温度为约90℃。在这种情况下，从含氨废水中释放出NH3、CO2、H2S和水(H2O)；因此从塔顶305排出NH3、H2S和CO2气体。这些NH3、H2S和CO2气体被用于燃烧。另外，来自氨汽提塔301的塔底306的废水作为工业用水使用。 [0006] 应当注意NH3和H2S气体将发生如下变化： [0007] NH3→N2+H2O [0008] H2S→SO2+H2O [0009] 另外，图4示出了另一种用于从废水中回收氨的常规装置。注意这种型式在JP2004-67849A中的第3段中涉及。 [0010] 在图4中，氨汽提塔401通常在常压(大气压)下运行，经由废水供给管402将含氨废水(还含有CO2和H2S)导入到氨汽提塔401。此时，从NaOH供给管407向废水供给管402提供NaOH，从而使得NaOH可以注入到含氨废水中。 [0011] 通过压力计403测量，保持氨汽提塔401的压力为常压(大气压)，温度通过温度计404测量，保持温度为约90℃。在这种情况下，从包含NaOH的含氨废水中释放出NH3和水(H2O)；因此，NH3和水(H2O)以氨蒸气(ammonia vapor)产物的形式从塔顶405排出。 [0012] 由于提供了NaOH，进行如下反应。 [0013] NaOH+H2S→NaSH+H2O [0014] 2NaOH+CO2→Na2CO3+H2O [0015] 结果，NaOH、Na2CO3、NaSH和水(H2O)从塔底406排出，然后被输送以进行污水处理。 [0016] 然而，上述技术均含有其各自的缺点，如下所述。 [0017] 图3所示的用于从废水中回收氨的装置具有以下问题。 [0018] (1)NH3和CO2、H2S、水(H2O)等一起从氨汽提塔301的塔顶305排出，并在焚烧炉中燃烧，随后进行烟道气脱硫。这样一来，无法回收氨(NH3)。 [0019] (2)另外，出于有效地释放氨和防止碳酸铵沉淀的目的，需要将氨汽提塔301的出口温度(温度计304)保持于约90℃。这将导致气体中所含的水分(moisture)的量的升高。由此，尽管在脱硫过程中，可以以石膏形式来回收硫，但是会引起如下问题：成本的升高或仅可以回收稀硫酸，这是因为对于作为生产高浓度硫酸(98重量％)的原料气体使用的气体而言，水的分离是不可少的。 [0020] 此外，图4所示的用于从废水中回收氨的装置具有以下问题。 [0021] (1)为了回收氨，经由NaOH供给管407提供NaOH，并与含氨废水混合从而利用NaOH的作用固定CO2和H2S，由此可以从塔顶405回收富含NH3的气体。但是，在这样的情况下，使用的NaOH的量是巨大的(例如，在基于表1所示的实验室规模放大1000倍后的工业规模中，每天将使用约35吨的NaOH)。 [0022] (2)另外，在不提供NaOH时，可以从氨汽提塔401的塔底406获得与工业用水品质大致相当的水。然而，当将NaOH加入到上述这样的水中，则将会无法保持与工业用水大致相当的品质。如此一来，这样获得的水需要被送到污水处理设备进行处理以恢复到与工业用水大致相当的品质。发明内容 [0023] 考虑到常规技术中的上述问题，完成了本发明。本发明的一个目的在于提供用于从废水中回收氨的装置和方法，该装置和方法能够获得：无H2S的氨-蒸气(steam)混合气，其具有90重量％或更高的浓度；可用作工业用水的水；以及甚至于可以用于生产硫酸的富含CO2·H2S的气体。 [0024] 为了实现上述目的，本发明的一个方面提供用于从来自于气化炉的含氨废水中回收氨的氨回收方法。该氨回收方法包括：第一步，通过保持CO2·H2S汽提塔的压力高于大气压，从CO2·H2S汽提塔的塔顶从含氨废水中以具有低水分浓度的气体形式排出CO2和H2S，同时将含氨溶液从CO2·H2S汽提塔的塔底排出；第二步，将经第一步后得到的含氨溶液导入到氨汽提塔中，保持该汽提塔的压力低于CO2·H2S汽提塔的压力，并从而从氨汽提塔的塔顶排出含有少量CO2和H2S的富含氨的气体，同时从氨汽提塔的塔底排出可用作工业用水的水；以及第三步，将经第二步后得到的富含氨的气体导入到洗涤塔(washing tower)中，保持该洗涤塔的压力低于氨汽提塔的压力，从而从洗涤塔的塔底排出含有Na化合物的废水，同时从洗涤塔的塔顶排出无H2S且富含氨的气体。 [0025] 在此，洗涤塔可以包括位于上部的水洗涤塔和位于下部的NaOH洗涤塔，它们彼此连接。另外，所述第三步可以包括：NaOH洗涤步骤，其中经第二步后得到的富含氨的气体导入NaOH洗涤塔中，从而利用NaOH洗涤塔中的循环水中含有的NaOH来吸收H2S和CO2，并随后将获得的气体输送到水洗涤塔，同时从NaOH洗涤塔的塔底排出含有Na化合物的废水；以及，水洗涤步骤，其中将补给水(make-up water)供给到经NaOH洗涤步骤洗涤的无H2S且富含氨的气体中，从而用补给水对雾沫搅拌的NaOH进行洗涤(to wash dispersion of droplets of NaoH，飛沫攪してくるNaoHを洗净する)，在水洗涤塔中进行水洗涤步骤，保持该水洗涤塔的压力低于氨汽提塔的压力。 [0026] 此外，可以将来自NaOH洗涤塔塔底的含有Na化合物的废水注入洗涤器(scrubber)的废水通道中，该洗涤器位于用于中和的气化炉的下游。 [0027] 而且，本发明的另一个方面提供氨回收装置，其从来自于气化炉的含氨废水中回收氨。所述氨回收装置包括：CO2·H2S汽提塔，其内部压力保持高于大气压；氨汽提塔，其内部压力保持低于CO2·H2S汽提塔的内部压力；以及洗涤塔，其内部压力保持低于氨汽提塔的内部压力。CO2·H2S汽提塔具有：从含氨废水以具有低水分浓度的气体形式排出CO2和H2S的塔顶，；以及排出含氨溶液的塔底。氨汽提塔具有：从含氨溶液排出富含氨的气体的塔顶，所述含氨溶液是从CO2·H2S汽提塔中排出的；以及排出可再用作工业用水的水的塔底。洗涤塔具有：排出含有Na化合物的废水的塔底；以及排出无H2S且富含氨的气体的塔顶。 [0028] 在此，洗涤塔可以包括位于上部的水洗涤塔和位于下部的NaOH洗涤塔，它们彼此连接。NaOH洗涤塔具有：连接部分，在用含NaOH的循环水中的NaOH吸收H2S和CO2之后，通过该连接部分将来自氨汽提塔的富含氨的气体输送到位于NaOH洗涤塔之上的水洗涤塔中；以及塔底，通过塔底排出含有Na化合物的废水。水洗涤塔具有塔顶，在将补给水供给到通过NaOH洗涤塔的连接部分输送的富含氨的气体中从而用补给水洗涤NaOH微滴的分散液之后，从塔顶排出富含氨的气体。 [0029] 本发明提供用于从含氨的废水中回收氨的装置和方法，该装置和方法能够获得：浓度为90重量％或更高的无H2S氨-蒸气混合气；可再用作工业用水的水；以及甚至适合用于生产硫酸的富含CO2·H2S的气体。附图说明 [0030] 图1示出根据本发明的实施方式的用于从含氨废水中回收氨的装置的系统图。 [0031] 图2示出使用根据本发明的用于从含氨废水中回收氨的装置的系统的实施方式的系统图。 [0032] 图3示出根据常规技术的氨回收装置的主要部分的系统图。 [0033] 图4示出根据另一常规技术的氨回收装置的主要部分的系统图。 [0034] 发明的具体实施方式 [0035] 下面，通过附图所示的实施方式对根据本发明的氨回收装置及回收方法进行详细说明。 [0036] 图1示出了根据本发明的氨回收装置的实施方式。 [0037] 在图1所示的实施方式中，用于从废水中回收氨的装置的主要构成要素为：CO2·H2S汽提塔10，氨汽提塔20，以及洗涤塔30，在洗涤塔30中具有NaOH洗涤塔31和水洗涤塔32，它们在垂直方向上彼此连接。 [0038] 保持CO2·H2S汽提塔10的内部压力高于大气压。具体来说，保持CO2·H2S汽提塔2 10的内部压力在2～4kg/cmG的范围。 [0039] 另外，保持氨汽提塔20的内部压力低于CO2·H2S汽提塔10的内部压力。具体来说，保持氨汽提塔20的内部压力低于CO2·H2S汽提塔10的内部压力，并且在0.5～2kg/2 cmG的范围。 [0040] 而且，保持洗涤塔30的内部压力低于氨汽提塔20的内部压力。具体来说，保持洗2 涤塔30的内部压力低于氨汽提塔20的内部压力，并且在0～1.5kg/cmG的范围。 [0041] 将含有氨(NH3)的含氨废水St·1经由含氨废水管11导入CO2·H2S汽提塔10中。通过用于加热入口废水的蒸气加热器12导入含氨废水St·1。 [0042] 在CO2·H2S汽提塔10的上部设置有用于测量CO2·H2S汽提塔10内部压力的压力计13和用于测量CO2·H2S汽提塔10内部温度的温度计14。 [0043] 将从CO2·H2S汽提塔10的塔顶15排出的富含CO2·H2S的气体St·2排放至焚烧炉(incinerator)等(以下将详细描述)。 [0044] 而且，CO2·H2S汽提塔10具有泵16，其用于循环CO2·H2S汽提塔10内部的液体。通过泵16的作用，CO2·H2S汽提塔10内部的液体循环到CO2·H2S汽提塔10内部的上部和下部。 [0045] 而且，CO2·H2S汽提塔10具有蒸气加热器18，其用来加热CO2·H2S汽提塔10的塔底17的液体。通过蒸气加热器18加热的液体在加热之后返回到CO2·H2S汽提塔10。 [0046] 需要说明的是，在CO2·H2S汽提塔10的中段设置有堤坝(dam)19用来储存液体。 [0047] 将来自于CO2·H2S汽提塔10的塔底17的溶液St·3导入到氨汽提塔20中。在氨汽提塔20的上部设置有与CO2·H2S汽提塔10的压力计和温度计类似的压力计21和温度计22。 [0048] 另外，氨汽提塔20具有泵23，其用于循环氨汽提塔20内部的液体。通过泵23的作用，氨汽提塔20内部的液体循环到氨汽提塔20内部的上部和下部。 [0049] 另外，氨汽提塔20具有蒸气加热器25，其用来加热氨汽提塔20的塔底24的液体。通过蒸气加热器25加热的液体在加热之后返回到氨汽提塔20。 [0050] 需要说明的是，在氨汽提塔20的中段设置有堤坝27用来储存液体。 [0051] 将来自氨汽提塔20的塔顶26的气体，即含有少量CO2和H2S的富含氨的气体St·4，导入到洗涤塔30的NaOH洗涤塔31中。 [0052] 然后，通过蒸气加热器28和泵29，将来自氨汽提塔20的塔底24的水St·5作为工业用水排出。 [0053] 如上所述，洗涤塔30由位于下部的NaOH洗涤塔31和位于上部的水洗涤塔32整体性形成，它们在垂直方向上彼此连接。NaOH洗涤塔31的上部分通过连通口33与水洗涤塔32连通。需要说明的是，连通口33形成堤坝形，并形成连接部分。 [0054] 将来自于氨汽提塔20的塔顶26的、含有少量CO2和H2S并富含氨的气体St·4导入洗涤塔30的NaOH洗涤塔31的下部中。 [0055] 利用泵35的作用，塔底34的溶液循环通过循环管36并流入洗涤塔30的NaOH洗涤塔31中。沿着循环管36，连接有用于注入NaOH(氢氧化钠)St·8的注入管37，从而通过注入管37可以将NaOH注入到NaOH洗涤塔31中。 [0056] 另外，通过泵35从NaOH洗涤塔31的塔底34还将废水St·7排放至污水处理设备。 [0057] 另外，上述洗涤塔30的水洗涤塔32具有循环管39，其连接水洗涤塔32的下面部分和其上面部分从而通过泵38的作用循环液体。根据需要可以设置用于向循环管39供给补给水的补给水管40，以向水洗涤塔32供给补给水St·9。 [0058] 将来自于洗涤塔30的塔顶41的无H2S氨蒸气St·6作为产品供给到期望的使用目的地。 [0059] 需要说明的是，在泵16、23、29、35和38的下游设置的冷却器45是气冷式冷却器(空气冷却器)，但也可以是冷却水型热交换器。 [0060] 在此，表1给出了当进行图1所述的实施方式时，由St·1～St·9表示的流体的组成的实例。需要说明的是，St·1表示的流体等在表1中分别表示为物流No.1等。 [0061] [表1] [0062] [0063] 下面，通过图1对氨回收装置的运行进行说明。 [0064] 在图1中，将含有氨(NH3)的含氨废水St·1，经由含氨废水管11导入CO2·H2S汽提塔10中，如上所述。 [0065] 操作CO2·H2S汽提塔10，在该过程中通过压力计13测量的CO2·H2S汽提塔10的2 内部压力保持在例如约3kg/cmG，该值高于大气压，并且通过温度计14测量的CO2·H2S汽提塔10的内部温度为例如低至约55℃。 [0066] 为此，在上述的内部压力和内部温度的条件下，防止了氨(NH3)从CO2·H2S汽提塔10的塔顶15发生飞散(scattering)；该富含CO2·H2S的气体St·2可以保持CO2和H2S的总浓度为90重量％或以上(表1)以及低的水分浓度(表1，H2O的量为5g/h或更低)；从而，可以提取出含有较少量氨和蒸气(steam)并且富含CO2·H2S的气体。 [0067] 这样一来，如上所述具有低水分浓度的塔顶气体可以广泛地应用于焚烧炉的石膏回收或硫回收，或作为生产硫酸的原材料气体。 [0068] 另外，来自于CO2·H2S汽提塔10的塔底17的塔底溶液St·3富含H2O和NH3(氨)(表1)。将该富含H2O和NH3的气体St·3导入氨汽提塔20的中段部位中。 [0069] 保持通过压力计21测量的氨汽提塔20的内部压力低于CO2·H2S汽提塔10的压力(常压)，保持通过温度计22测量的氨汽提塔20的内部温度处于高温条件(例如，约90℃)。 [0070] 由此，从氨汽提塔20的塔顶26排出的塔顶气体St·4变得富含氨，但是含有少量的CO2和H2S(表1，NH3·H2O·H2S气体)。然后将塔顶气体St·4输送到洗涤塔30的NaOH洗涤塔31。 [0071] 同时，从氨汽提塔20的塔底24获得可再用作干净工业用水的水St·5(表1)。 [0072] 塔顶气体St·4含有氨，并且从其中释放出了CO2和H2S，该塔顶气体St·4是如上所述的含有少量CO2和H2S并富含氨的气体(NH3·H2O·H2S气体)。 [0073] 在NaOH洗涤塔31中，将NaOH注入到该富含氨的气体中，即将含有NaOH的循环水St·8(表1)注入到循环管36中。待注入的循环水St·8的温度和压力为在30℃约0.6kg/2 cmG。 [0074] 结果，循环水St·8中的NaOH仅吸收剩余的CO2和H2S；从而，可以大大减少NaOH的使用量。例如，在图4所示的常规技术的装置中，该使用量为每天35吨，而在本发明中可以减少到每天5吨。 [0075] 其中剩余的CO2和H2S被NaOH洗涤塔31中的NaOH吸收的气体是含有少量蒸气(steam)的氨蒸气(ammonia vapor)。使该气体流入到NaOH洗涤塔31正上方的水洗涤塔32，进行水洗涤步骤，在该步骤中经由补给水管40将补给水St·9供给到水洗涤塔32中，从而可洗掉NaOH微滴的分散液。待注入的补给水St·9的温度和压力为在30℃约0.5kg/ 2 cmG。 [0076] 另外，洗涤塔30的塔底34通过泵35连接到污水处理设备。废水St·7(表1)是含有钠化合物例如Na2CO3和NaSH的水。 [0077] 结果，从洗涤塔30的塔顶41排出的气体St·6(表1)是无H2S并富含氨的气体，从而优选用作氨蒸气产品。 [0078] 图2示出产生含氨废水的在先系统的一种形式，所述含氨废水通过本发明的氨回收装置来处理。 [0079] 如图2所示，通过热回收装置58和59对在煤的气化装置57中产生的气化气体进行热回收。在这些热回收装置58和59之间，设置有洗涤器55。将经热回收的气体(由CO2、CO、H2、N2、NH3、H2S等组成)导入到气体冷却塔51中。 [0080] 将在气体冷却塔51中经过冷却处理的气体导入气体洗涤塔52中以进行洗涤处理，然后经过H2S吸收塔60将气体导入到燃气轮机(gas turbine)。 [0081] 同时，来自气体冷却塔51和气体洗涤塔52塔底部分的废水分别通过泵53和54的作用进行循环。然后，将一定量的废水作为含氨废水输送到如图1所示的CO2·H2S汽提塔10。 [0082] 在这种情况下，可以将来自洗涤塔30的塔底34的废水St·7供给到洗涤器55的废水通道56中。在这种方式中，可以用上述在废水St·7中剩余的Na化合物来中和包含在洗涤器55中的有害的酸性成分(氯、氟等)。 [0083] 在上文中，对本发明的一个实施方式进行了说明；但是，本发明并不限定于所描述的实施方式，基于本发明的技术构思，可以进行多种修改和变形。 [0084] 在此引入提交于2009年10月22日的日本申请2009-243169的公开的全部内容，包括其说明书、权利要求、附图和摘要作为参考。

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