一种沼液脱碳脱氨系统的制作方法

1.本实用新型涉及沼液处理技术领域，尤其涉及一种沼液脱碳脱氨系统。


背景技术：

2.畜禽粪便、秸秆、餐厨垃圾、污泥等经厌氧发酵后，会产生含有高浓度氨氮的沼液。高浓度氨氮的沼液，直接排放会造成以下问题：水体富养化，使得污染物沉积、转化，对地表水、地下水系统造成污染；土壤富氧化，造成藻类大量繁殖、导致溶解氧下降，威胁鱼类等水生生物的生存；土壤以及水体的污染，最终经食物链作用于人类，对人体健康造成损害；氨氮是重要的肥料资源、化工原料，直接排放造成资源浪费，经济效益差。
3.相关技术中，对于沼液处理重在去除沼液中的悬浮物、有机物，对于氨氮去除方法的研究较少，且去除效果差。比较常用的方法是对沼液进行闪蒸，闪蒸方式属于初级处理，氨氮脱除效果差，处理后的沼液仍会含有较高的氨氮，难以满足排放要求。


技术实现要素：

4.基于上述目的，本公开提供了一种沼液脱碳脱氨系统，以解决或部分解决上述技术问题：
5.一种沼液脱碳脱氨系统，包括：
6.氨碳汽提单元，包括汽提塔，所述汽提塔由上到下依次设置塔顶出口、冷料进口、热料进口、侧线出料口、蒸汽进口和塔釜出料口；
7.其中，所述热料进口用于输入预热的待处理沼液，所述蒸汽进口用于输入汽提蒸汽，所述冷料进口用于输入待处理沼液，所述侧线出料口用于输出氨气混合气，所述塔釜出料口用于输出脱氨沼液，所述塔顶出口用于输出二氧化碳；
8.氨水配制单元，用于配制预设浓度的氨水，与所述氨碳汽提单元连通。
9.进一步地，所述汽提塔上还设置有喷淋剂入口，所述喷淋剂入口位于所述塔顶出口与所述冷料进口之间，所述喷淋剂入口用于输入喷淋剂，所述喷淋剂包括新鲜水。
10.进一步地，所述汽提塔为顶部为填料段的变径塔，所述冷料进口位于所述填料段的上方，所述热料进口位于所述汽提塔的第一层塔板上。
11.进一步地，所述氨碳汽提单元还包括喷射器以及闪蒸罐，
12.所述喷射器入口用于输入一次蒸汽，所述喷射器负压入口与所述闪蒸罐塔顶连通，所述喷射器出口连通于所述蒸汽进口，所述闪蒸罐上设置有沼液出口，所述闪蒸罐与所述塔釜出料口相连通。
13.进一步地，所述氨碳汽提单元还包括第一换热器，所述第一换热器冷流进口用于输入待处理沼液，所述第一换热器冷流出口连通所述热料进口，所述第一换热器热流进口连通于所述塔釜出料口，所述第一换热器热流出口连通于所述闪蒸罐。
14.进一步地，所述氨水配制单元包括第二换热器和分液罐，所述第二换热器热流进口连通于所述侧线出料口，所述第二换热器热流出口连通于所述分液罐，所述第二换热器
冷流进口用于输入待处理沼液，所述第二换热器冷流出口连通于所述第一换热器冷流进口，所述分液罐下部连通于所述汽提塔上部的回收进料口。
15.进一步地，所述回收进料口位于所述热料进口的上方。
16.进一步地，所述第二换热器包括分凝器。
17.进一步地，所述氨水配制单元还包括吸收塔以及第三换热器，所述吸收塔连通于所述分液罐的塔顶，所述吸收塔上部设置有入水口，所述吸收塔塔底与所述第三换热器热流进口相连通，所述第三换热器热流出口连通于所述吸收塔上部以及外界，所述第三换热器冷流进口用于输入循环水。
18.进一步地，所述第三换热器包括板式换热器。
19.从上面所述可以看出，本实用新型提供的沼液脱碳脱氨系统，具有如下有益效果：
20.(1)利用汽提塔汽提沼液中的氨氮，氨氮去除率高。汽提塔上部输入的待处理沼液与汽提塔下部输入的汽提蒸汽，能够在层层塔板上进行多次充分传热传质，使得待处理沼液中的氨氮能够高效的转移至气相中，实现待处理沼液中氨氮的高效去除。
21.(2)实现二氧化碳以及氨气的各自富集以及分别输出。设置冷料进口以及喷淋剂入口，通过冷料进口输入常态下的待处理沼液，喷淋剂入口输入喷淋剂，使待处理沼液、喷淋剂与汽提蒸出的氨碳混合蒸汽(即包含二氧化碳和氨气的气相)进行逆流传热传质，从而将氨碳混合蒸汽中的氨气脱出，使二氧化碳在汽提塔塔顶富集，氨气在汽提塔中部富集。
22.(3)充分回收利用系统热量，降低能耗，节约成本。利用文丘里喷射器的热力压缩技术，回收塔釜出料的二次蒸汽，部分替代汽提塔的加热蒸汽；利用侧线输出气分凝时的潜热以及回收塔釜出料的热量预热进料；通过两种热量回收方式使系统的能耗达到较低的水平。
23.(4)在线制备预设浓度的氨水，可操作性强，经济效益高。利用吸收塔，向吸收塔中输入新鲜水，配置预设浓度的氨水，实现氨水的在线制备。
附图说明
24.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
25.图1为本公开实施例的沼液脱碳脱氨系统示意图。
26.图中：1-氨碳汽提单元；11-汽提塔；111-塔顶出口；112-喷淋剂入口；113-冷料进口；114-热料进口；115-侧线出料口；116-蒸汽进口；117-塔釜出料口；118-回收进料口；12-喷射器；13-闪蒸罐；14-第一换热器；2-氨水配制单元；21-第二换热器；22-分液罐；23-吸收塔；24-第三换热器。
具体实施方式
27.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。
28.需要说明的是，除非另外定义，本实用新型实施例使用的技术术语或者科学术语
应当为本技术所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本技术中使用的“第一”、“第二”与类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连通”或者“连通”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连通，而是可以包括电性的连通，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
29.化工工艺流程能否在实际生产中得到良好的应用，取决于两方面，一方面是工艺流程能否较好的实现工艺目标；另一方面在实现工艺目标的同时，能否具有较低的能耗，较高的经济效益。
30.相关技术中，对于沼液脱碳脱氨的理论研究较少，而实际应用更近乎空白。少有的几个方法各自存在以下缺点：
31.一、闪蒸方法：对沼液进行减压操作，使沼液中的二氧化碳以及氨气脱出，氨碳去除程度难以控制且去除率低，无法实现二氧化碳和氨气的分离，以及二氧化碳和氨气的回收利用。
32.二、空气吹脱：通入空气将脱氨装置内的氨气吹入硫酸溶液中，得到硫酸氨溶液，大量的硫酸试剂吸收氨气，使得生产成本过高，实际应用受限，硫酸溶液也会对环境造成危害。
33.基于对现有工艺的深入分析，以及对工艺目标、经济效益的平衡考量，确立了本技术的沼液脱碳脱氨系统。
34.有鉴于此，本公开一个或多个实施例提供了一种沼液脱碳脱氨系统。通过汽提塔从沼液中汽提出二氧化碳和氨气，实现沼液的脱碳脱氨；通过待处理沼液和/或喷淋剂的输入，对脱除到气相中的二氧化碳以及氨气进行分离，实现二氧化碳以及氨气在汽提塔不同位置处的采出；通过综合回收利用塔釜出料、侧线输出料的热量，降低系统能耗，提高经济效益。
35.以下，通过具体的实施例来详细说明本公开一个或多个实施例的技术方案。
36.参见图1，本公开还提供了一种沼液脱碳脱氨系统，包括:
37.氨碳汽提单元1，包括汽提塔11，所述汽提塔11由上到下依次设置塔顶出口111、冷料进口113、热料进口114、侧线出料口115、蒸汽进口116和塔釜出料口117。其中，所述热料进口114用于输入预热的待处理沼液，所述蒸汽进口116用于输入汽提蒸汽，所述冷料进口113用于输入待处理沼液，所述喷淋剂入口112用于输入喷淋剂，喷淋剂可以选择新鲜水，所述侧线出料口115用于输出氨气混合气，所述塔釜出料口117用于输出脱氨沼液，所述塔顶出口111用于输出二氧化碳。
38.通过汽提塔11去除待处理沼液中的二氧化碳、氨气，以及通过喷淋剂入口112、冷料进口113、热料进口114的设置实现二氧化碳、氨气在汽提塔11不同位置处的采出。待处理沼液的进料分两股，一股是常态下的待处理沼液输入至冷料进口113，一股是处理成热料(预热后的待处理沼液)输入至热料进口114。汽提蒸汽输入至蒸汽进口116。预热的待处理沼液与汽提蒸汽逆流传热传质，形成包含二氧化碳以及氨气的氨碳混合蒸汽。待处理沼液对氨碳混合蒸汽中的氨气进行第一次脱出，喷淋剂对一次脱出氨气后的氨碳混合蒸汽进行
第二次氨气脱出，使二氧化碳在汽提塔11塔顶富集，氨气在汽提塔11中部富集。
39.在一些实施例中，所述汽提塔11为顶部为填料段的变径塔，所述冷料进口113位于所述填料段的上方，所述热料进口114位于所述汽提塔11的第一层塔板上。汽提塔11中的气相量由下到上逐渐减少，由此将塔径设置为下部大、上部小的形式；在汽提塔11顶部，常态下的待处理沼液流量较小，上升的蒸汽较小，较小塔径即可满足气液负荷，由此汽提塔11顶部塔径更小。此外填充填料，借助填料加强气液两相之间的传热传质。
40.氨水配制单元2，利用侧线采出的氨气混合气在线配制预设浓度的氨水，与所述氨碳汽提单元1连通。
41.在一些实施例中，所述氨碳汽提单元1还包括喷射器12以及闪蒸罐13，喷射器12用于回收利用塔釜出料的热量，闪蒸罐13用于存储输出的塔釜出料。所述喷射器12入口用于输入一次蒸汽，所述喷射器12负压入口与所述闪蒸罐12塔顶连通，所述喷射器12出口连通于所述蒸汽进口116，所述闪蒸罐12上设置有沼液出口，所述闪蒸罐12与所述塔釜出料口117相连通。即塔釜出料进入闪蒸罐13，一次蒸汽通过喷射器12对闪蒸罐13抽负压，使塔釜出料产生二次蒸汽，被一次蒸汽引射到喷射器12中，与一次蒸汽混合升压后进入汽提塔11中。
42.在一些实施例中，所述氨碳汽提单元1还包括第一换热器14，所述第一换热器14冷流进口用于输入待处理沼液，所述第一换热器14冷流出口连通所述热料进口114，所述第一换热器14热流进口连通于所述塔釜出料口117，所述第一换热器114热流出口连通于所述闪蒸罐13。其中，第一换热器14可用于进行塔釜出料与待处理沼液的换热，闪蒸罐13用于盛装与待处理沼液预热后的塔釜出料。
43.总的来说，喷射器12、闪蒸罐13和第一换热器14的组合，实现了对塔釜采出的脱氨沼液热量的回收以及再利用，降低外部能耗的输入，从而降低成本。
44.在一些实施例中，所述氨水配制单元2包括第二换热器21和分液罐22。第二换热器21可用于进行侧线采出料与待处理沼液的换热：具体地，所述第二换热器21热流进口连通于所述侧线出料口115，所述第二换热器21热流出口连通于所述分液罐22，所述第二换热器21冷流进口用于输入待处理沼液，所述第二换热器21冷流出口连通于所述第一换热器14冷流进口。由于侧线采出料温度高于塔釜出料温度，由此依次通过第二换热器21、第一换热器14对待处理沼液进行二级预热。
45.在一些实施例中，第二换热器21包括分凝预热器。用于对侧线输出的氨气混合气进行分凝，使其形成高浓度氨气混合气以及低浓度氨水。
46.分液罐22用于盛装氨气混合气分凝形成的高浓度氨气混合气以及低浓度氨水。所述分液罐22下部连通于所述汽提塔11上部，更准确的说，所述分液罐22下部连通于所述汽提塔11上部的回收进料口118。即分凝下来的低浓度氨水返回汽提塔11上部，继续参与精馏。
47.在一些实施例中，所述回收进料口118位于所述热料进口114的上方。
48.综上所述，通过第二换热器21、第一换热器14对待处理沼液进行两级预热，且塔釜脱氨沼液通过第一换热器14与待处理沼液换热后，再在一次蒸汽以及喷射器12的作用下产生二次蒸汽，作为汽提蒸汽输入汽提塔11中进行回收利用。整个喷射器12、闪蒸罐13、第一换热器14以及第二换热器21的布局巧妙，充分实现了系统热量的回收以及利用。并且喷射
器12、闪蒸罐13、第一换热器14以及第二换热器21均设置为一个，大大减少了设备投资。
49.在一些实施例中，所述氨水配制单元2还包括吸收塔23以及第三换热器24。所述吸收塔23连通于所述分液罐22的塔顶，分液罐22塔顶的高浓度氨气混合气输入至吸收塔23中。所述吸收塔23上部设置有入水口，用于输入新鲜水，以使高浓度氨气混合气与新鲜水接触混合，配制均匀的预设浓度的氨水。所述吸收塔23塔底与所述第三换热器24热流进口相连通，所述第三换热器24冷流进口用于输入循环水，以通过循环水对氨水进行降温。所述第三换热器24热流出口连通于所述吸收塔23上部以及外界，即从第三换热器24热流出口出来的降温后的氨水，一部分输出至外界保存，另一部分回流至吸收塔23中。
50.在一些实施例中，所述第三换热器24包括板式换热器。
51.相应的沼液脱碳脱氨方法，包括：
52.步骤101，将待处理沼液预热后送至汽提塔11上部。
53.在该步骤中，待处理沼液是放置于沼液池中的常态下的沼液(未预热的)，化工领域常称其为冷料。
54.进料状态对于塔的分离能力、塔内气体和液体流量都有影响，通过aspen模拟以及企业工厂对于本技术方法的实际应用，得知对待处理沼液预热能够使得氨氮的脱除效果较好，并且整个系统的能耗较低。
55.优选地，所述待处理沼液预热过程，具体包括：
56.利用换热器将待处理沼液顺次与所述氨气混合气、所述脱氨沼液进行换热，使其预热升温。更具体地，待处理沼液作为冷料，氨气混合气、脱氨沼液作为热料，分别输入至换热器相应的入口，完成待处理沼液的升温预热。通常来说，氨气混合气的温度可以达到110℃～120℃；脱氨沼液温度可以达到120℃～130℃；而预热之后的待处理沼液温度可以达到85℃～95℃；减少外部热量的消耗，提升经济效益。
57.此外，所述氨气混合气与所述待处理沼液换热后，得到高浓度氨气混合气以及低浓度氨水。即对所述氨气混合气进行分凝，形成高浓度氨气混合气的气相以及低浓度氨水的液相。
58.更具体地，将待处理沼液预热后送至汽提塔11上部的第一层塔板上。
59.步骤102，将汽提蒸汽送至所述汽提塔11下部，所述汽提蒸汽与预热的待处理沼液进行逆流传热传质，将所述预热的待处理沼液中的二氧化碳和氨气汽提到气相中，得到氨碳混合蒸汽。
60.在该步骤中，将汽提蒸汽送至所述汽提塔11下部最后一层塔板的下方，汽提蒸汽自最后一层塔板向上进行漂升，与每一层塔板上的待处理沼液进行充分的接触，对待处理沼液进行全面、充分的加热，待处理沼液受热。相比沼液中的其他组分，由于二氧化碳以及氨气具有较高的挥发度，优先挥发至气相中，形成高浓度的氨气以及二氧化碳的氨氮混合蒸汽，实现氨气以及二氧化碳的高效去除。
61.更具体地，所述汽提蒸汽的获得过程，具体包括：
62.将一次蒸汽送至喷射器12中，使喷射器12产生负压；利用喷射器12产生的负压将与待处理沼液换热后的脱氨沼液气化，即通过喷射器12产生的负压使与待处理沼液换热后的脱氨沼液气化，与待处理沼液换热后的脱氨沼液气化后会产生二次蒸汽，并将气化形成的二次蒸汽引射到喷射器12中。这里气化是部分气化，即与待处理沼液换热后的脱氨沼液
部分气化后，形成气相以及液相，气相(即二次蒸汽)作为汽提蒸汽使用；液相达标排放。
63.在喷射器12中，一次蒸汽与二次蒸汽混合升压，即得汽提蒸汽。
64.喷射器12包括文丘里喷射器，利用文丘里喷射器12的热力压缩技术，回收塔釜出料的二次蒸汽，部分替代汽提塔11的加热蒸汽，热量回收降低能耗。
65.步骤103，将待处理沼液和/或喷淋剂送至所述汽提塔11上部。更准确的说，高于汽提塔上预热的待处理沼液输入位置，输入常态下的待处理沼液(即未预热的待处理沼液)和/或喷淋剂。此时，常态下的待处理沼液和/或喷淋剂与所述氨碳混合蒸汽进行逆流传热传质，将所述氨碳混合蒸汽中的氨气脱出，以使二氧化碳在所述汽提塔11塔顶富集，氨气在所述汽提塔11中部富集，所述喷淋剂包括新鲜水，并且优先选择新鲜水。
66.在该步骤中，单独输入待处理沼液，或者单独输入喷淋剂都能将步骤2中氨碳混合蒸汽中的氨气进行脱除。但是本技术优选选择输入待处理沼液和喷淋剂，在汽提塔上，喷淋剂输入位置高于待处理沼液输入位置，待处理沼液输入位置高于预热的待处理沼液的位置，待处理沼液输入量远远大于喷淋剂的输入量。由于待处理沼液的输入量远远大于喷淋剂的输入量，那么通过待处理沼液能够将步骤2中氨碳混合蒸汽中的绝大部分的氨气进行脱出，然后通过喷淋剂进一步脱出氨碳混合蒸汽中残留的少量氨气，使得塔顶的二氧化碳纯度很高。两级脱出，层层递进，使得氨碳混合蒸汽中氨气的脱出效果好，从而使二氧化碳在汽提塔11塔顶富集，氨气在汽提塔11中部富集。
67.此外，本技术之所以选择待处理沼液(未预热的待处理沼液)脱出氨碳混合蒸汽中的氨气还有以下原因：第一：待处理沼液脱出氨碳混合蒸汽中的氨气，并携带氨气向下流动的同时，也会与汽提蒸汽进行逆流传热传质，从而将其中的二氧化碳和氨气去除，即待处理沼液充当氨碳混合蒸汽中的氨气脱出剂的同时，也会作为原料被汽提蒸脱氨；其次利用待处理沼液脱除氨碳混合蒸汽中氨气，则减少了外来新鲜水的输入，又避免了因输入新鲜水导致塔釜输出废液增加，资源浪费、成本增加的问题。
68.步骤104，在所述汽提塔11塔釜输出脱氨沼液，侧线输出氨气混合气，塔顶输出二氧化碳。
69.在该步骤中，在汽提塔11上设置相应的开口，将脱氨沼液、氨气混合气以及二氧化碳进行输出。这里的氨气混合气是指氨气和水蒸气的混合气，其他组分的气体近乎为零，氨气混合气中氨气浓度为8％～12％。
70.步骤105，利用所述氨气混合气进行氨水的配制。
71.在该步骤中，通过氨气混合气在线制备氨水。
72.更具体地，所述利用所述氨气混合气进行氨水的配制，具体包括：
73.将高浓度氨气混合气送至吸收塔23下部。这里的高浓度氨气混合气中氨气浓度为45％～60％，即利用氨气浓度为45％～60％的高浓度氨气混合气进行氨水的配置。
74.将新鲜水送至吸收塔23上部，高浓度氨气混合气与新鲜水接触混合，得到高温氨水，可以通过控制高浓度氨气混合气与新鲜水的输入比例配置浓度为15％～20％的氨水。
75.利用循环水对高温氨水进行降温，得到降温氨水。氨水的浓度越大，其所需循环水的温度越低，浓度为15％～20％的氨水采用常温循环水基本可以满足冷却要求，因此优选选择配置浓度为15％～20％的氨水。
76.更具体地，将低浓度氨水送至汽提塔11上部，低浓度氨水的浓度为5％左右，为了
避免低浓度氨水中氨的浪费，将其返输送至汽提塔11上部进行再次汽提。
77.将降温氨水部分输入氨水储存器，部分回流至吸收塔23顶部。即降温氨水按一定比例分成两股，一股输出至外界作为成品，以备使用或售卖，一股回流至吸收塔。
78.实施例1：
79.输入条件：
80.待处理沼液总进料流量25t/h，ph：7.8-9.5；t：30℃，p：5.0bar；组成：nh3-n：4000-5000mg/l；cod：5000-6000mg/l；ss：2000mg/l；co2：溶解量5m3/m3待处理沼液。
81.将总进料流量25t/h的待处理沼液分两股进料，其中一股通过第二换热器21、第一换热器14换热后，输入至热料进口114；另一股输入至冷料进口113；且输入至热料进口114的待处理沼液流量占总进料流量的85％，输入至冷料进口113的待处理沼液流量占总进料流量的15％。
82.一次蒸汽为饱和蒸汽：进料流量2.5t/h；p：8.0bar，输入至喷射器12中。
83.输入汽提塔11的喷淋剂入口112的新鲜水：进料流量0.3t/h，ph：7，t：30℃，p：3.0bar。
84.输入至吸收塔23中的新鲜水：进料流量0.3t/h，ph：7，t：30℃，p：3.0bar。
85.输入至吸收塔23中的循环水：进料流量110t/h，ph：7，t：30℃，p：4.0bar。
86.输出结果：
87.(1)汽提塔11塔顶采出99％的二氧化碳；塔釜输出脱氨沼液中氨氮含量小于100mg/l，氨氮去除率约为98％；塔釜输出脱氨沼液中二氧化碳未检出；通过吸收塔23配制的氨水浓度为20％。由此可见，本技术的沼液脱碳脱氨系统具有较高的氨氮去除率。沼液脱碳、脱氮后，可满足国标要求，符合法律规范；回收co2、氨水等，本厂利用或者售卖，提升经济效益，充分回收利用系统热量，降低能耗以及成本；沼液脱碳、脱氮，能够避免土壤、水体富养化，保护环境，助力实现碳中和以及绿色经济可持续发展。
88.(2)经济效益分析：参见表1以及表2。表1实施例1的成本列表；表2为实施例1的效益列表。
89.表1：实施例1的成本列表
[0090][0091]
表2：实施例1的效益列表
[0092][0093]
备注：其中电主要是系统中泵的用电量，仪表风一些仪表能耗量；
[0094]
净收益/年，按年操作8000小时计算所得。
[0095]
由表1以及表2可知，本技术的沼液脱碳脱氨系统，不仅能够去除沼液中的二氧化碳以及氨气，实现沼液的净化；并且在净化过程中，通过利用净化得到的高浓度氨气混合气制备氨水，以及通过回收系统热量折合节约一次蒸汽量，反而能够获得额外经济效益，工程实际应用性强。
[0096]
所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本技术的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本实用新型的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本实用新型的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。
[0097]
本实用新型的实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。