氨回收方法和系统技术方案

本申请涉及氨回收方法和系统。本公开提供了一种方法，其包括：在双极膜电渗析(BPED)工艺中处理包含铵盐的含水进料以产生包含氢氧化铵(NH4OH)的第一产物溶液和包含酸的第二产物溶液；从所述第一产物溶液中分离氨气；以及将分离出的氨气捕获在氨捕获溶液中以产生含氨溶液。本公开还提供了系统，其包括：产生氢氧化铵溶液的BPED单元；与所述BPED单元流体连通的膜基气体分离器；和与所述气体分离器流体连通的氨气捕获单元。所述氨气捕获单元包括氨可渗透膜、氨捕获溶液入口和含氨溶液出口。氨捕获溶液入口和含氨溶液出口。氨捕获溶液入口和含氨溶液出口。

【技术实现步骤摘要】
membrane electrodialysis，BPED)工艺中处理包含铵盐的含水进料以产生包含氢氧化铵(NH4OH)的第一产物溶液和包含酸的第二产物溶液；从所述第一产物溶液中分离氨气；以及(a)将分离出的氨气捕获在氨捕获溶液中以产生含氨溶液或者(b)液化分离出的氨气。
[0011]在另一示例中，本公开提供了一种系统，其包括：双极膜电渗析(BPED)单元，其包括：进料入口和氢氧化铵溶液出口；膜基气体分离器，其包括：与所述BPED氢氧化铵溶液出口流体连通的氢氧化铵溶液入口、氨可渗透膜和氨气出口；和氨气捕获单元，其包括：与所述膜基气体分离器的所述氨气出口流体连通的氨气入口、氨可渗透膜、氨捕获溶液入口和含氨溶液出口。可替代地，所述氨气捕获单元包括：与所述膜基气体分离器的氨气出口流体连通的氨气入口、与所述气体入口流体连通以液化氨气的压缩机和与所述压缩机流体连通的压力容器。
[0012]在又一示例中，本公开提供了一种方法，其包括：在减压渗透蒸发工艺中处理氢氧化铵溶液以从所述氢氧化铵溶液中分离氨气；通过无润滑油的泵(lubricant
‑
free pump)例如干式螺杆泵(dry screw pump)输送分离出的氨气；以及在氨捕获工艺中处理分离出的氨气，其包括在等于或大于大气压的压力下通过氨可渗透膜将分离出的氨气吸附到氨捕获溶液中，其中所述氨捕获溶液处于低于15℃的温度，例如约5℃至约10℃，其中所述泵为所述减压渗透蒸发工艺产生真空并为所述氨捕获工艺产生升高的压力。
[0013]在另一示例中，本公开提供了一种产生具有比包含氢氧化铵的进料溶液更高的纯度的氢氧化铵溶液的方法。所述方法包括从所述进料溶液中分离氨气，纯化所述氨气，例如通过至少一个氨可渗透膜，以及将所述氨气溶解在超纯水中。
[0014]在再一示例中，本公开提供了一种系统，其包括：被配置为在减压下操作的膜基气体分离器，所述分离器包括：氢氧化铵溶液入口、氨气出口和将所述溶液入口与所述气体出口隔开的氨可渗透膜；氨气捕获单元，其包括：氨气入口、氨捕获溶液入口、将所述气体入口与所述溶液入口隔开的氨可渗透膜、和含氨溶液出口；无润滑油的泵，例如干式螺杆泵，所述泵将所述膜基气体分离器的所述氨气出口流体连接到所述氨气捕获单元的所述氨气入口，所述泵被配置为向所述膜基气体分离器施加真空以在至少为大气压的压力下向所述捕获单元提供氨气；和氨捕获溶液冷却器，其被配置为将所述氨捕获溶液冷却至低于15℃的温度，例如约5℃至约10℃。
[0015]在又一示例中，本公开提供了一种系统，其包括：氢氧化铵溶液的进料入口、与所述进料入口流体连通的氨气分离器、与所述分离器流体连通的氨气净化器，以及与所述净化器流体连通的氨气捕获单元，所述捕获单元包括超纯水的入口和高纯度氢氧化铵溶液的出口。所述氨气分离器可包括氨可渗透膜；和/或所述氨气净化器可包括氨可渗透膜。所述氨气捕获单元可包括所述氨气净化器。
[0016]在再一示例中，本公开提供了一种系统，其包括：与干式螺杆泵的入口流体连通的渗透蒸发分离器，所述干式螺杆泵被配置为向所述渗透蒸发分离器施加真空；气体捕获单元，其包括：与所述干式螺杆泵的出口流体连通的气体入口，和与气体捕获溶液源流体连通的液体入口；和冷却器，以将所述气体捕获溶液冷却至低于15℃的温度，例如约5℃至约10℃。
附图说明
[0017]现在将参考附图仅通过举例的方式描述本公开的示例。
[0018]图1是根据本公开的示例性方法的图示。
[0019]图2是根据本公开的示例性系统的图示。
[0020]图3是根据本公开的示例性系统的图示。
[0021]图4是根据本公开的示例性方法的图示。
[0022]图5是根据本公开的示例性系统的图示。
[0023]图6是根据本公开的示例性系统的图示。
[0024]图7是根据本公开的示例性系统的图示。
具体实施方式
[0025]氨(NH3)是一种水溶性气体，在1个大气压下的沸点为
‑
33℃。在溶于水中时，氨充当弱碱且水充当弱酸，导致与氢氧化铵(NH4OH)的平衡反应。在本公开的情形中，应理解的是，对"氨的水溶液"、"氢氧化铵溶液"、"NH3·
H2O溶液"、"氨溶液"和"氨水"的引用均为等同的。
[0026]可以处理包含组分的溶液例如氨的水溶液以分离或产生该组分的一部分，将该组分的另一部分留在原溶液中或留在产物或废溶液中。在本公开的情形中，应理解的是，对从"组分A"产生"组分B"的论述等同于公开组分A的一部分用于产生组分B而留下组分A的另一部分。例如，对在BPED工艺中处理硫酸铵溶液以产生氢氧化铵溶液的论述等同于对处理硫酸铵并产生氢氧化铵和硫酸铵的混合物的论述。
[0027]类似地，应理解的是，对从处理单元A产生溶液A并随后在处理单元B中处理溶液A的论述应当理解为是指溶液A的至少一部分在处理单元B中进行处理，并且可能存在一些剩余的溶液A。
[0028]在本公开中，关于一些示例性主题论述的细节可能在其他示例性主题的论述中未提及。然而，应理解的是，除非明确指出，否则关于一个或多个公开的示例论述的特征也适用于其他公开的示例。例如，对可以在一个示例性BPED工艺中使用的膜的论述同样适用于可以在BPED单元或其他BPED工艺中使用的膜。在另一示例中，对一种方法的可能操作温度的论述适用于其他类似的方法。
[0029]在一个方面中，本公开提供了一种方法，其包括：在双极膜电渗析(BPED)工艺中处理包含铵盐的含水进料。所述BPED工艺产生包含氢氧化铵(NH4OH)的第一产物溶液和包含酸的第二产物溶液。所述方法进一步包括从所述第一产物溶液中分离氨气。一旦氨气从BPED的第一产物溶液中分离，所述方法包括(a)将分离出的氨气捕获在氨捕获溶液中以产生含氨溶液或(b)液化分离出的氨气。将氨气捕获在溶液中提供了更便于储存和/或运输的形式的氨。
[0030]所述方法可以包括以下特征的任何组合。铵盐可以是例如硫酸铵或氯化铵。在双极膜电渗析工艺中使用硫酸铵作为起始材料导致产生硫酸作为产物。使用氯化铵导致产生盐酸。硫酸的腐蚀性比盐酸小。双极膜电渗析工艺可以是2
‑
室BPED工艺或3
‑
室BPED工艺。在2
‑
室BPED工艺中，两个输出产物料流为：(a)具有氢氧化铵和任何未反应的铵盐((NH4)
n
X)的混合物的溶液，以及(b)包含酸(H
n
X)的溶液。在3
‑
室BPED工艺中，三个输出产物料流为：(a)
包含氢氧化铵的溶液，(b)包含未反应的铵盐((NH4)
n
X)的溶液，以及(c)包含酸(H
n
X)的溶液。所公开的方法包括从所述第一产物溶液中分离氨气。此类分离步骤不需要将氢氧化铵与未反应的铵盐分离，并因此适合用于处理纯氢氧化铵(即来自3
‑
室BPED工艺的产物)，或氢氧化铵和未反应的铵盐的混合物(即本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种方法，其包括：在双极膜电渗析(BPED)工艺中处理包含铵盐的含水进料以产生包含氢氧化铵(NH4OH)的第一产物溶液和包含酸的第二产物溶液；从所述第一产物溶液中分离氨气；以及将分离出的氨气捕获在氨捕获溶液中以产生含氨溶液。2.根据权利要求1所述的方法，其中：所述铵盐为硫酸铵或氯化铵；所述双极膜电渗析工艺是2
‑
室BPED工艺；从所述第一产物溶液中分离氨气包括将所述第一产物溶液处理至膜基气体分离工艺以从所述氢氧化铵溶液生产氨气；捕获分离出的氨气包括将分离出的氨气处理至膜基气体吸附工艺；或其任何组合。3.根据权利要求2所述的方法，其中：所述膜基气体分离工艺包括通过使用氨可渗透膜的渗透蒸发来从所述氢氧化铵溶液分离所述氨气，优选在真空下，例如在约0.1巴至约0.8巴的压力下，优选在约0.2巴至约0.5巴的压力下；优选在低于60℃的温度下。4.根据权利要求3所述的方法，其中所述氨可渗透膜是疏水膜，优选包含聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏二氟乙烯(PVDF)或聚丙烯(PP)的膜。5.根据权利要求3或4所述的方法，其中使用无润滑油的泵，例如干式螺杆泵，来施加所述真空。6.根据权利要求2至5中任一项所述的方法，其中所述膜基气体吸附工艺包括：通过氨可渗透膜，例如疏水膜，优选包含聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏二氟乙烯(PVDF)或聚丙烯(PP)的膜；在等于或大于大气压的压力下，例如在最高约2巴的压力下；在低于15℃的温度下，例如在约5℃至约10℃；或其任何组合；将所述氨气吸附到所述氨捕获溶液中。7.根据权利要求6所述的方法，其中通过使所述氨通过无润滑油的泵，例如干式螺杆泵，来施加等于或大于大气压的所述压力。8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中：从所述第一产物溶液中分离氨气产生包含所述铵盐的含水废料流，并且所述方法进一步包括将所述含水废料流再循环至所述BPED工艺：所述铵盐以中浓度水平或高浓度水平，例如以约50g/L至约500g/L的浓度，例如约100g/L至约300g/L或约120g/L至约250g/L，存在于所述含水进料中；所述第一产物溶液包含浓度为约25g/L至约70g/L的氢氧化铵；所述含氨溶液包含浓度为约150g/L至约300g/L的氢氧化铵；所述铵盐是硫酸铵且所述第二产物溶液包含浓度为约40g/L至约120g/L的硫酸；所述含氨溶液包含浓度为约20％(w/v)至约28％(w/v)的氢氧化铵；或其任何组合。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，进一步包括：在盐交换工艺中处理包含初级铵盐的含水初级进料以产生所述含水进料，并且任选地将包含酸的所述第二产物溶液再循环至所述盐交换工艺。10.根据权利要求9所述的方法，其中所述初级进料包含硫酸铵或氯化铵。11.根据权利要求9或10所述的方法，其中所述盐交换工艺包括用氢氧化物溶液处理所述含水初级进料，以及：氨气提和酸洗涤；或用膜接触器处理。12.一种系统，其包括：双极膜电渗析(BPED)单元，其包括：进料入口和氢氧化铵溶液出口；膜基气体分离器，其包括：与所述BPED氢氧化铵溶液出口流体连通的氢氧化铵溶液入口、氨可渗透膜和氨气出口；以及氨气捕获单元，其包括：与所述膜基气体分离器的所述氨气出口流体连通的氨气入口、氨可渗透膜、氨捕获溶液入口和含氨溶液出口。13.根据权利要求12所述的系统，其中：所述双极膜电渗析单元包括2
‑
室BPED堆；所述氨可渗透膜是疏水膜，优选独立地选自包含聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏二氟乙烯(PVDF)或聚丙烯(PP)的膜；或其任何组合。14.根据权利要求12或13所述的系统，进一步包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：傅立德，夏子君，谢康，
申请(专利权)人：BL科技公司，
类型：发明
国别省市：