专利名称：膜法氨气泄漏吸收方法
技术领域：
本发明涉及一种环保技术领域的方法，具体是一种膜法氨气泄漏吸收方法，主要应用于自来水厂消毒过程中氨气泄漏事故的控制与处理。
背景技术：
随着安全饮用水生产技术的发展，越来越多的自来水厂正在采用氯氨消毒代替传统的液氯消毒技术，以避免致癌消毒副产物(三卤甲烷等)的产生。由于氯氨消毒的水厂需要使用氨气，需要设置氨库，所以消毒技术的转变给自来水厂带来了氨气泄漏的安全隐患。而目前用于应对氨泄漏事故的相关处理和控制工艺仍然空白。
在化学工业上吸收操作是分离气体最常用的方法，它根据气体混合物各组分在某种溶剂中的溶解度的不同而达到分离的目的。由于操作设备的差别，各种气体吸收工艺在工作原理、操作方式、设备结构特征、适用范围、吸收效率等方面存在很大有许多差异。目前在工业上填料塔和板式塔是两种最为通用的气体吸收设备，也有其它型式的设备，如搅拌槽、鼓泡塔、喷雾吸收塔、文丘里洗涤器等。这些工艺和设备虽然在工业上有着广泛的应用，但都因设备庞大或吸收效率低而难以应用于水厂氨泄露的吸收工艺。
膜基气体吸收技术是将膜分离技术和气液吸收技术相结合的新型气体膜分离过程，这类膜过程的分离性能取决于组分在气液两相中的分配系数，而膜仅起膜界面作用。该过程利用膜界面将气、液两相隔开并允许气体透过膜孔。气体中被选择性吸收的组分与吸收液反应或溶解作用而被迅速脱除，不被吸收的组分被排除，过程的选择性来自于吸收液的选择性。以氨气吸收为例，在膜基氨吸收过程中(参见附图1)，含氨空气从气-膜界面扩散通过膜孔到达膜-液界面，然后由于NH3与吸收剂发生快速不可逆反应或快速溶解于吸收剂
NH3+H2O→NH3·H2O (2)(见式1和2)，而使NH3在膜-液界面的浓度几乎为零，在浓度差(分压差)的驱动下，NH3向吸收液扩散而被源源不断地吸收脱除。而不被吸收剂吸收的气体组分如N2、CO2、O2等则被排除。
发明内容
本发明针对水厂氯氨消毒可能产生的氨气泄露事故，提供一种膜法氨气泄漏吸收方法，基于膜基气体吸收技术，高效快速地应对氨气泄漏事故，避免氨泄漏所带来的危害。
本发明是通过以下技术方案实现的，具体步骤如下第一步，对水厂氨库内的含氨空气进行抽吸并加压；第二步，使带压的含氨空气经过滤后通入膜吸收设备；第三步，在第一、第二步进行的同时，将吸收剂加压过滤后也通入膜吸收设备；第四步，在膜吸收设备内，含氨空气和吸收剂借助膜界面相互接触，并通过中和反应或物理溶解完成氨气的分离和吸收；第五步，吸收剂和净化后的空气各自从膜吸收设备排出。
第一步中，对水厂氨库内的含氨空气加压至0.02～0.03MPa。
第三步中，吸收剂加压至0.06～0.07MPa。
本发明采用膜法氨气吸收工艺，与传统氨气吸收工艺相比，具有氨气分离速度快，分离完全的特点；膜法氨气吸收过程中，由于膜界面的存在，气液两相相互独立流动，消除了分散相中的液泛、雾沫夹带等现象。
本发明采用清水或硫酸作为吸收剂。清水吸收剂不循环使用。氨气在清水吸收剂体系中的溶解产物被不断带走，溶解平衡始终向右进行，因此设备对氨气的吸收不受溶解平衡的限制。硫酸吸收剂可以与氨气发生快速不可逆反应，吸收剂在循环使用的情况下，同样可以保证很高的吸收效率。
本发明由于两相相对独立，互不接触，在一定范围内可以任意调节两相的流速，而传质面积却不随流速的改变而变化。
本发明由于采用了膜基气体吸收技术，因此设备的操作参数呈线性关系，可以直接放大或缩小。除了泵，管道等限制外，可以通过有效的调整和组合膜设备的数量和形式以及吸收剂的流量来预测设备的处理能力。
图1为膜基氨气吸收的原理示意图。
图2为本发明具体实施装置和过程的示意图。
图3为本发明实施例1，采用清水吸收剂时，膜法氨气吸收工艺的氨气分离效果。
图4为本发明实施例2，采用硫酸吸收剂时，硫酸吸收剂浓度对膜法氨气吸收工艺氨气分离效果的影响。其中，图(a)为设备出口氨气浓度随着设备进口氨气浓度变化情况，(b)为设备吸收效率随着设备进口氨气浓度变化情况。
图5为本发明实施例2，采用硫酸吸收剂时，硫酸吸收剂流量对膜法氨气吸收工艺氨气分离效果的影响。其中，图(a)为设备出口氨气浓度随着设备进口氨气浓度变化情况，(b)为设备吸收效率随着设备进口氨气浓度变化情况。
具体实施例方式
在实际应用过程中，本发明采用如图2所示的装置和过程来实现，具体过程为氨气浓度监测系统8对氨库9内的氨气浓度进行实时监控，当检测到氨浓度超过一定值时认为发生氨泄漏，并将泄漏信号发送给PLC控制器7；然后PLC控制器7发出预警信号并立即启动鼓风机1和加压泵5；鼓风机1启动后，对氨库内的含氨空气进行抽吸，并将含氨空气加压(至0.02～0.03MPa)输送到膜吸收设备3。加压泵5启动后将吸收剂加压(0.06～0.07MPa)输送到膜吸收设备3。含氨空气和吸收剂在膜吸收设备5内借助膜界面进行接触，通过物理溶解或中和反应完成对氨气的吸收。膜法氨泄漏吸收装置对氨库内的含氨空气进行循环处理，随着装置对氨气的吸收，氨库内的氨气浓度不断下降，当氨气浓度监测系统8检测到氨浓度下降到一定值时，将安全信号送给PLC控制器7，然后PLC控制器7停止鼓风机1和加压泵5的运行。
以下结合本发明技术方案提供具体实施例实施例1以清水作为吸收剂膜法氨气泄漏吸收工艺的实例装置按照附图2所示的工艺流程进行设计加工，其中膜吸收设备采用疏水性中空纤维膜进行制作。
空气流量135m3/hr，压力0.02～0.03MPa；清水吸收剂流量4m3/h，压力0.06～0.07MPa，不循环使用。
采用吸收效率η和膜吸收设备出口氨气浓度Cg，out两个指标对膜法氨气吸收工艺进行考察。
吸收效率η可以由式(3)表示η=Cg,in-Cg,outCg,in×100%---(3)]]>在式(3)中——Cg，in为膜吸收设备进口的氨气浓度Cg，out为膜吸收设备出口的氨气浓度由附图3可以看出，以清水为吸收剂时膜法氨气泄漏吸收工艺对氨气的吸收效果具有三个特点●随着膜吸收设备进口氨气浓度的增加，出口氨气浓度也随之增加的；●在膜吸收设备进口氨气浓度很高的工况下(2500～8000mg/m3)，设备出口氨气浓度非常低，即使最高浓度，也没有超过5mg/m3；●随着膜吸收设备进口氨气浓度的增加，设备对氨气的吸收效率逐渐降低；●膜吸收设备对氨气具有很高的吸收效率，可以高达99.9％以上。
实例2以硫酸为吸收剂本发明实例装置按照附图2所示的工艺流程进行设计加工，其中膜吸收设备采用疏水性中空纤维膜进行制作。
空气流量135m3/hr，压力0.02～0.03MPa；硫酸吸收剂流量4m3/h，压力0.06～0.07MPa，循环使用。
考察指标同实例1。
附图4显示了硫酸吸收剂流量对膜法氨泄漏吸收工艺实例装置的吸收性能的影响，结果表明(1)硫酸吸收剂流量对氨气吸收效果具有一定的影响，并且吸收剂流量越大，膜吸收设备出口的氨气浓度越低；(2)在不同的吸收剂流量工况下，膜法氨泄漏吸收工艺实例装置对氨气具有很好的吸收效果，在膜吸收设备进口氨气浓度很高的情况下，出口氨气浓度很低，设备吸收效率均在99.9％以上。
附图5显示了硫酸吸收剂流量对膜法氨泄漏吸收工艺实例装置的吸收性能的影响。结果同样实例装置对氨气具有很好的吸收效果，设备吸收效率均在99.9％以上。
以上实例实施结果说明，自来水厂膜法氨气泄漏吸收工艺在应用过程中性能非常稳定，在使用不同吸收剂或不同吸收剂浓度和流量的情况下，对氨气都具有很好的吸收效果，实例装置的吸收效率均在99.9％以上。
权利要求
1.一种膜法氨气泄漏吸收方法，其特征在于，具体步骤如下第一步，对水厂氨库内的含氨空气进行抽吸并加压；第二步，使带压的含氨空气经过滤后通入膜吸收设备；第三步，在第一、第二步进行的同时，将吸收剂加压过滤后也通入膜吸收设备；第四步，在膜吸收设备内，含氨空气和吸收剂借助膜界面相互接触，并通过中和反应或物理溶解完成氨气的分离和吸收；第五步，吸收剂和净化后的空气各自从膜吸收设备排出。
2.根据权利要求1所述的膜法氨气泄漏吸收方法，其特征是，第一步中，对水厂氨库内的含氨空气加压至0.02～0.03MPa。
3.根据权利要求1所述的膜法氨气泄漏吸收方法，其特征是，第三步中，吸收剂加压至0.06～0.07MPa。
4.根据权利要求1所述的膜法氨气泄漏吸收方法，其特征是，膜吸收设备采用疏水性中空纤维膜进行制作。
5.根据权利要求1所述的膜法氨气泄漏吸收方法，其特征是，利用物理溶解对氨气进行吸收时，采用清水为吸收剂。
6.根据权利要求5所述的膜法氨气泄漏吸收方法，其特征是，采用清水为吸收剂时，清水不循环使用。
7.根据权利要求1所述的膜法氨气泄漏吸收方法，其特征是，利用中和反应对氨气进行吸收时，采用硫酸为吸收剂。
8.根据权利要求7所述的膜法氨气泄漏吸收方法，其特征是，采用硫酸为吸收剂时，硫酸循环使用。
全文摘要
一种环保技术领域的膜法氨气泄漏吸收方法，具体步骤如下第一步，对水厂氨库内的含氨空气进行抽吸并加压；第二步，使带压的含氨空气经过滤后通入膜吸收设备；第三步，在第一、第二步进行的同时，将吸收剂加压过滤后也通入膜吸收设备；第四步，在膜吸收设备内，含氨空气和吸收剂借助膜界面相互接触，并通过中和反应或物理溶解完成氨气的分离和吸收；第五步，吸收剂和净化后的空气各自从膜吸收设备排出。本发明采用膜基气体吸收技术开发膜法氨气泄漏吸收工艺，高效快速地应对氨气泄漏事故，避免氨泄漏所带来的危害。
文档编号B01D53/18GK101053731SQ200610030600
公开日2007年10月17日 申请日期2006年8月31日 优先权日2006年8月31日
发明者何义亮, 罗启达, 周云, 方绪亮 申请人:上海交通大学, 上海浦东威立雅自来水有限公司