专利名称：一种氨气回收装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及气体回收领域，尤其涉及一种氨气回收装置。
背景技术：
氨气是一种易挥发性气体，比重约为空气的59%，在温度为25°C，气压约为 IOlkPa(即一个大气压)时，氨气在水中的溶解度为700 1(体积比)。保持温度不变，当水的PH值大于11时，氨气溶解度降低，在不断搅拌的情况下极易从水中溢出；并且，随温度的升高，氨气在水中的溶解度降低，分离程度愈强。由于氨的水溶物呈弱碱性，因此极易与酸发生中和反应而形成铵盐。基于以上原理，在环保领域，对氨的回收常采用泡塔酸洗。即氨气从泡沫塔的底部 (下部)进入，从泡沫塔的顶部(上部)流出；而酸液从泡沫塔的顶部(上部)流入，从泡沫塔的底部(下部)进出。如果经过酸淋洗后的气体中氨含量仍不能达到排放要求，则泡沫塔需要再增加一级，如此类推。应用泡塔酸洗进行氨气脱除的方法就技术本身而言容易实施， 但是，由于泡沫塔一般为多级酸洗，因此，对布水、分气、填料选择的要求高，气量、气压控制难度较大，设备体积大，能耗高。并且，由于泡塔酸洗的酸碱中和反应是放热反应，为了维持高溶解度的温度，或者至少是高浓度氨气也能保持安全的温度，还需对泡塔进行降温处理，则需要更多的能耗和降温液的消耗。另外，从安全的角度，高浓度氨气属易燃易爆物，如果在泡沫塔内使用电动抽气设备来使氨气由下至上流动，由于电机易于产生火花，与一定浓度的氨气接触必定产生爆炸， 危及设备和人身安全。
实用新型内容为了使小体积设备也能实现氨气的高效回收，本实用新型提供了一种氨气回收装置，包含与大气连通的液封稳压器；与液封稳压器气相相连的吸收缓冲罐；进液口和出口都与所述吸收缓冲罐相连的气液溶解罐；以及将所述吸收缓冲罐中的溶液向所述气液溶解罐或成品液管输送的循环泵； 所述气液溶解罐的进液口与所述吸收缓冲罐相连为，所述气液溶解罐的进液口通过所述循环泵与所述吸收缓冲罐相连；所述气液溶解罐上有进气孔，连通进气管；所述吸收缓冲罐连通一用于所述循环泵向成品液管输送一定数量的成品溶液后，向所述吸收缓冲罐补充溶解液的补液管。更优的，上述装置进一步包含使所述吸收缓冲罐和所述气液溶解罐的进气孔气相相连的连通管，当所述吸收缓冲罐中的气体的压力升高时，所述吸收缓冲罐中的气体通过所述连通管进入所述气液溶解罐。[0014]更进一步的，所述气液溶解罐包括射流器，所述进液口和所述进气孔设置在所述射流器上；所述射流器包括具有多层喷液层的喷嘴，每层所述喷液层有多条喷液管，每条所述喷液管通向一个喷液孔。更进一步的，在所述气液溶解罐内的所述射流器为文丘里射流器，以所述文丘里射流器的文丘里管的出口作为所述气液溶解罐的出口。较优的，所述液封稳压器内盛装酸性液体；所述液封稳压器连通一用于当所述液封稳压器中液体的pH值升至6时，通过补液，使所述酸性液体的PH值降至4 6之间的液封稳压器补液管。所述装置进一步包含根据所述吸收缓冲罐或液封稳压器的液面高度，或者所述吸收缓冲罐与所述气液溶解罐的进气管之间压差大小，或者所述液封稳压器中的PH值，控制相应阀门开闭的阀门控制器。或者较优的，所述液封稳压器与所述吸收缓冲罐有液体连通管，所述液体连通管上有阀门和水泵；所述液封稳压器连通一用于通过所述液体连通管上的阀门的开启，所述水泵将所述液封稳压器中的溶液输送至所述吸收缓冲罐后，向所述液封稳压器补液的液封稳压器补液管；所述液封稳压器补液管与所述吸收缓冲罐的补液管连接同种溶解液源。所述装置进一步包含根据所述吸收缓冲罐或液封稳压器的液面高度，或者所述吸收缓冲罐与所述气液溶解罐的进气管之间压差大小控制相应阀门开闭的阀门控制器。本实用新型提供的氨气回收装置，充分利用氨气的水溶性特点、文丘里效应以及气相回流和液相回流的设置等，使得氨气回收工艺能达到简单、安全、可靠、吸收率高的效果，还能生产出多种铵盐，以满足不同需求。
图1为本实用新型一氨气回收装置实施例的运行原理示意图。图2为本实用新型一氨气回收装置实施例的运行原理示意图。图3为本实用新型一氨气回收装置实施例的运行结构组成示意图。图4为图3中A-A截面的喷液管排布示意图。图5为本实用新型一氨气回收装置实施例中文丘里射流器示意图。
具体实施方式
本实用新型提供了一种氨气回收装置，包括与大气连通的液封稳压器；与液封稳压器气相相连的吸收缓冲罐；进液口和出口都与所述吸收缓冲罐相连的气液溶解罐； 以及将所述吸收缓冲罐中的溶液向所述气液溶解罐或成品液管输送的循环泵；所述气液溶解罐的进液口与所述吸收缓冲罐相连为，所述气液溶解罐的进液口通过所述循环泵与所述吸收缓冲罐相连；所述气液溶解罐上有进气孔，连通进气管；所述吸收缓冲罐连通补液管；所述循环泵向成品液管输送一定数量的成品溶液后，溶解液经所述补液管进入吸收缓冲罐。为使本实用新型的内容更加清楚，下面对具体实施例做进一步阐述。[0035]在如图1所示，需要回收的氨气(NH3)输送至雾化溶解抽气器(上述气液溶解罐在本实施例中相当于雾化溶解抽气器)，在雾化溶解抽气器内，氨气与循环泵输送来的雾化了的吸收液充分混合，溶解在雾化液中，进入吸收缓冲罐中。吸收缓冲罐中的溶液再经循环泵输送至雾化溶解抽气器，再次形成雾化的溶液，对氨气进行吸收溶解。如此往复直到吸收缓冲罐中的溶液浓度(氨水浓度)达到一定值时，形成的成品溶液(氨水)通过循环泵输送出去ο另一方面，进入吸收缓冲罐中的除了雾化了吸收液之外，还有未溶于吸收液中的气体，这些气体除了氨气还有一些不溶性气体(如空气)。吸收缓冲罐还与稳压器气相相连，使得不溶性气体排至稳压器。这些不溶性气体一般不会对外界环境造成污染，所以稳压器可与大气连通，将不溶性气体排至大气中。之所以需要稳压器，主要是由本装置的原理所需。随着氨气在雾化溶解抽气器中迅速的溶解，即气体体积迅速减少，在雾化溶解抽气器的气液混合腔内的空间会形成一定的负压，从而对周围(比如对进气孔、进液口)形成抽气效应。同时，上文中提到，进入吸收缓冲罐中的气体除了氨气还有空气等不溶性气体，这部分气体从溶液中溢出至吸收缓冲罐的气相部份，形成气相压Pl。当吸收缓冲罐中溶液未达到设计工况条件下的氨气饱和溶解度时，气相部份的氨气很少。随着气体从溶液中溢出的越来越多，气相压Pl逐渐升高。Pl 越高，氨气的相对饱和溶解度越大，吸收液中氨含量越高。但如果Pl太高，必定造成雾化溶解抽气器的出口压力增加，导致雾化溶解抽气器的进气孔形成的负压降低，抽气量大幅下降。而Pi太低，吸收缓冲罐中氨气饱和溶解度也会降低，不利于氨气的吸收。因此，控制Pl 是本回收系统的关键控制参数。对Pl的控制，在本实用新型中主要利用稳压器来进行。本实施例中的稳压器采用液封稳压器，即吸收缓冲罐通过稳压连通管与接入到液封稳压器中的液面中，通过液封稳压器的液位高度来控制吸收缓冲罐中的气相压。在另一个实施例中，氨气回收装置除了上述实施例的各个设备外，还包括一段吸收缓冲罐与雾化溶解抽气器的进气孔之间的气相连通管。根据上面的实施例，吸收缓冲罐内的气相压Pl到达一定数值时，会通过稳压连通管向液封稳压器中排放吸收缓冲罐内中的气体。这些气体中也会包含一定的氨气，液封稳压器中的液体可以对这些氨气起到一定的吸收作用。但液封稳压器的主要作用是平衡气相压P1，所以使用体积很小的稳压管，以及盛装其中的少量溶液即可实现这种作用。所以当吸收缓冲罐中气体包含的氨气经过稳压联通管进入液封稳压器的溶液中，而这部分溶液以达氨气溶解的饱和量时，则很容易通过液封稳压器上的排气管排至大气中。如要避免这种情况，一种方法可以增加液封稳压器的储液体积，即在相同的液面高度下，增加液封稳压器的容器直径，使得更多的氨气能溶解其中；二则可以定时更换液封稳压器中的溶液，通过释放达到一定氨气溶解饱和度的液封稳压器中的溶液，再通过补液管补充进新的溶液。比如当液封稳压器中的溶液与吸收缓冲罐中的溶液的主要成分相同时，比如为水，可通过水泵将达到一定氨气溶解饱和度的液封稳压器中的溶液输送至吸收缓冲罐(或直接向成品氨水出口输出)。由于氨水是略碱性，所以为了增加液封稳压器中溶液对氨气的溶解度，可以使用酸性溶液来吸收氨气，最后将产生的铵盐溶液输送出去。推荐使液封稳压器中的酸性溶液PH值维持在4 6之间，当pH值升至6时，将铵盐溶液输出，并通过补液管补入新鲜的酸性溶液，使液面维持在一个稳定的位置。根据放入的溶液不同，此种方式可以生成不同的铵盐，以满足不同的生产需求。为避免吸收缓冲罐中的氨气通过液封稳压器上的排气管排至大气中，除了上面的方式，也可对吸收缓冲罐中的氨气进行气相回流控制，如图2所示。具体实施中，可(单独或结合)使用吸收缓冲罐 和雾化溶解抽气器的进气孔气相相连的连通管，使连通管的设置成为控制气相压Pl的另一重要手段。因为气相压Pl较高，吸收缓冲罐中溶液的氨气的饱和溶解度也较高，同时吸收缓冲罐中气相部份氨气含量较高。假设雾化溶解抽气器的进气孔与原氨气输送管道上的气体压力为P3，当气相压Pl高于P3时，吸收缓冲罐中的气体在压差的作用下，可以通过这段气相相连的连通管循环回到雾化溶解抽气器的进气孔处，雾化的溶液会对其中的氨气进行吸收，同时也降低了吸收缓冲罐中的气相压P1，保证雾化溶解抽气器的抽气量。图3展示了图2所示实施例的具体构架图。图3中，吸收缓冲罐101通过稳压连通管与液封稳压器105气相相连，通过循环泵104与雾化溶解抽气器102加103 (具体描述见后)相连通，中间有阀门V2，用于调整溶液循环量。循环量的大小主要考虑两个因素，一是雾化溶解抽气器中形成负压的大小，二是雾化溶解抽气器中吸收液的雾化程度。与循环泵104配套使用的是旁边的泵压力表P2。达到或接近饱和溶解度的成品氨水，通过阀门V3 被循环泵104输送出去，未达到或接近饱和溶解度的氨水溶液通过阀门V2，在氨气的输送管中被循环泵再次送入雾化溶解抽气器的进气孔。在图3展示的实施例中，液封稳压器中的溶液与吸收缓冲罐中的溶液连通相同的溶解液源，即溶解液的主要成分相同，分别通过阀门V5和V6控制向液封稳压器中和吸收缓冲罐中补充溶解液。由于液封稳压器的主要作用是平衡压力，所以阀门V5将使得液封稳压器中溶液的液面高度要保持基本稳定，也即通过阀门V7输出溶液的同时，要使用V5开关的大小来保持液面高度。由于使用同种溶解液源，从阀门V7输出的溶解液(一般使用水泵) 经阀门V4混入吸收缓冲罐，等待循环泵压送至雾化溶解抽气器中。也可以直接用泵压入雾化溶解抽气器的进液口(即图3中V7与V4之间的连接点，从循环泵左边移至循环泵右边)。以上的输出和补充溶液，可定时进行，也可根据阀门V7之前的酸碱度测试仪(pH值测试值)来判断是否接近饱和溶解，以及是否需要循环补液。如果液封稳压器105中的溶液与吸收缓冲罐101中的溶液连通不同的溶解液源， 比如液封稳压器中使用酸性溶液，吸收缓冲罐中使用水，则当V7上方的pH值测试值显示接近中性时(比如为6，维持弱酸性能更好保证氨气的吸收)，可将液封稳压器中的溶液通过 V7输至铵盐接收装置，并通过V5补液。当Pl > P3的值时，开启阀门VI，使吸收缓冲罐101中的气体气相回流至雾化溶解抽气器的进气孔。这样可以缩小液封稳压器的体积，节省水泵的个数和能量消耗(需要转化成势能)，并且是尽量少的氨气通过液封稳压器排至大气，减少大气污染。上述诸实施例中的雾化溶解抽气器可用射流器实现。利用对溶液的雾化，能促使溶液和氨气能更大面积的接触从而导致溶液能更高效率的吸收氨气。经过循环泵的增压， 雾化抽气器中一部份循环液经喷流孔雾化。为了增加射流器的气体吸收效果，在本实施例中将对射流器的喷嘴进行改进。在图3所示的A-A截面，是图4所示的喷嘴管结构。[0048]射流器的喷嘴有多层喷液层，每层所述喷液层有多条喷液管，每条所述喷液管通向一个喷液孔。图4的截面为某层喷液层，该层上有三个喷液管，分别接三个喷液孔，喷液孔的布局角BOC为90度，OD平分角B0C，在B、D、C处开孔。进气孔处进气管的中心轴线与 D孔中心轴线在同一平面内(即平行)。开孔直径、数量取决于进液压力以及进气量的大小、 气体对溶解的溶解度。比如当溶解对象是氨气(NH3),循环吸收水量12. 5m3/h时，开孔直径为3mm，共10层，30个孔。经过循环泵的增压以及喷液孔的排布，可使喷出的溶液雾化效果更好，更能促进氨气的溶解。上述结构的雾化溶解抽气器可用射流器来实现，只需对传统的射流器进行上述喷液孔的改进。为了更好的形成射流器中气液混合腔的负压，可以使用文丘里射流器，即在传统射流器的下方安置一段文丘里管。文丘里管一般是一种先收缩而后逐渐扩大的管道。由于截面积有变化，流速改变， 根据伯努利方程，压力也随之改变。伯努利方程是能量守衡定律在流动液体中的表现形式， 其主要内容是，流体在忽略粘性损失的流动中，流线上任意两点的压力势能、动能与位势能之和保持不变。当流动的液体经过的管道口径突然变窄时，其流动速度会增加，导致动能以平方倍增加。忽略位势能的变化，则根据伯努利方程其压力势能会猛的减小形成负压。所以文丘管管前与喉管处的压力差，会进一步增加射流器的负压。图3中的102指射流器的气液混合腔，它下方的103空间则是文丘里管，图3中只画出管径由大变小的部分，因为这部分是文丘里管增加射流器中负压的主要部分。图5展示了文丘里射流器的全貌射流器的进液口 1021即为雾化溶解吸气器的进液口，从进气孔 1023进入的气体，与自进液口 1021处进入并雾化的溶液混合，在气液混合腔1022中溶解， 使得1022中本身产生负压。文丘管上半部1031由于文丘里效应产生的负压，更有利于氨气的进入以及喷液孔处溶液的雾化。文丘管下半部1032的下方与连接吸收缓冲罐的管道的法兰盘相接。一个实施案例的试验数据如下其中，试验的环境参数为射流器进气孔处氨气空气=1 80 (体积比)进气量1200m7h温度15°C工程设计运行参数为吸收缓冲罐疋1000*1200[0059]循环泵流量12. 5m7h，扬程25m雾化溶解抽气器抽气量1800m3/h，抽气压力-200pa (系统运行状态)液封稳压器液位100mm溶解液水吸收缓冲罐液位700mm回收产品NH3· H2O对照图3，在运行过程中，开启含有氨气的管道阀门(图3中未标注)，启动循环泵 104，测试压力表P3的示值，调节V2，使P3的压力为-150pa。循环泵持续运行，当水封稳压器内有气泡产生时，说明吸收缓冲罐中的饱和气相压已达到IOOOpa(对应水封稳压器液位100mm)。调节VI，使Pl稳定在400 700pa范围内。需要说明的是，压力表的显示值(即表压)是相对大气压(绝压)而言，即以大气压的值为零点。经过3小时持续运行，吸收缓冲罐中NH3 · H2O浓度达到设定值4% (从阀门V3上方进行取样分析所得值)，开启V3、V4，将成品氨水送至工厂配制氨水工段。当吸收缓冲罐中液位降到200mm时，关闭V3、V4，开启V6向吸收缓冲罐中补充进水，直至液位计Hl指示值为700mm时，关闭V6停止补充进水。经过18小时持续运行，水封稳压器中水的pH值为6. 0，开启V5补充水，同时开启 V7 (小开度)，(利用水泵，图3中未标注)使水封稳压器中含NH3水封液部份进入吸收缓冲器。在更优的实施例中，可以通过阀门控制器来实现各个阀门的自动开关以及开启度大小。阀门控制器可由可编程控制器(PLC)实现，根据前文中描述的各个检测设备，如压力表、PH值检测器和液位指示器等，将相应的数值(比如临界值)在阀门控制器中进行设置， 对应不同的数值，控制相应阀门的开闭以及幅度。比方说，当液封稳压器中盛装酸性溶液时，当PH值检测器检测结果达到6时，开启V7和V5(此时V7不再如图3所示接向成品氨水处)，保持二者的走液速度基本一致，从而保持液面稳压器的液面高度。由于使用本实用新型的回收装置，泡塔酸洗对布水、分气、填料选择的要求高，气量、气压控制难度较大，设备体积大，能耗高等问题均可以规避，也无需泡塔降温环节的消耗。并且，经过吸收缓冲罐与雾化溶解抽气器之间的液相回流以及气相回流，增加了氨气的溶解度，达到了更好的氨气回收效果。同时，使用改进了喷嘴排布的射流器以及文丘里管， 利用负压进行吸气，增强了雾化效果，避免使用电动抽气设备可能带来的爆炸危险，增加了气体回收作业的安全性。 在上文中主要描述的是氨气的回收，其他可溶性气体的回收处理，也是可以通过上述装置实现的。比如用水回收HC1，比如用甲醇回收SO2等。以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
权利要求1.一种氨气回收装置，其特征在于，包含与大气连通的液封稳压器；与液封稳压器气相相连的吸收缓冲罐；进液口和出口都与所述吸收缓冲罐相连的气液溶解罐；以及将所述吸收缓冲罐中的溶液向所述气液溶解罐或成品液管输送的循环泵；所述气液溶解罐的进液口与所述吸收缓冲罐相连为，所述气液溶解罐的进液口通过所述循环泵与所述吸收缓冲罐相连；所述气液溶解罐上有进气孔，连通进气管；所述吸收缓冲罐连通一用于所述循环泵向成品液管输送一定数量的成品溶液后，向所述吸收缓冲罐补充溶解液的补液管。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置进一步包含使所述吸收缓冲罐和所述气液溶解罐的进气孔气相相连的连通管，当所述吸收缓冲罐中的气体的压力升高时， 所述吸收缓冲罐中的气体通过所述连通管进入所述气液溶解罐。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述气液溶解罐包括射流器，所述进液口和所述进气孔设置在所述射流器上；所述射流器包括具有多层喷液层的喷嘴，每层所述喷液层有多条喷液管，每条所述喷液管通向一个喷液孔。
4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，在所述气液溶解罐内的所述射流器为文丘里射流器，以所述文丘里射流器的文丘里管的出口作为所述气液溶解罐的出口。
5.如权利要求1至4中任一项所述的装置，其特征在于，所述液封稳压器内盛装酸性液体；所述液封稳压器连通一用于当所述液封稳压器中液体的PH值升至6时，通过补液，使所述酸性液体的PH值降至4 6之间的液封稳压器补液管。
6.如权利要求1至4中任一项所述的装置，其特征在于，所述液封稳压器与所述吸收缓冲罐有液体连通管，所述液体连通管上有阀门和水泵；所述液封稳压器连通一用于通过所述液体连通管上的阀门的开启，所述水泵将所述液封稳压器中的溶液输送至所述吸收缓冲罐后，向所述液封稳压器补液的液封稳压器补液管；所述液封稳压器补液管与所述吸收缓冲罐的补液管连接同种溶解液源。
7.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述装置进一步包含根据所述吸收缓冲罐或液封稳压器的液面高度，或者所述吸收缓冲罐与所述气液溶解罐的进气管之间压差大小，或者所述液封稳压器中的PH值，控制相应阀门开闭的阀门控制器。
8.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置进一步包含根据所述吸收缓冲罐或液封稳压器的液面高度，或者所述吸收缓冲罐与所述气液溶解罐的进气管之间压差大小控制相应阀门开闭的阀门控制器。
专利摘要本实用新型实施例提供了一种氨气回收装置，包含液封稳压器；与液封稳压器气相相连的吸收缓冲罐；进液口和出口都与所述吸收缓冲罐相连的气液溶解罐；以及将所述吸收缓冲罐中的溶液向所述气液溶解罐或成品液管输送的循环泵。其中，气液溶解罐的进液口通过所述循环泵与所述吸收缓冲罐相连；气液溶解罐上有进气孔，连通进气管；吸收缓冲罐连通一用于所述循环泵向成品液管输送一定数量的成品溶液后，向所述吸收缓冲罐补充溶解液的补液管。通过上述氨气回收装置，小体积的设备也能实现氨气的高效回收。
文档编号B01D53/18GK202061525SQ201120114490
公开日2011年12月7日 申请日期2011年4月18日 优先权日2011年4月18日
发明者刘来胜, 周怀东, 李大荣 申请人:中国水利水电科学研究院, 重庆融极环保工程有限公司