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CN106422994B - 一种制备碳铵类汲取液的方法及设备 - Google Patents

一种制备碳铵类汲取液的方法及设备 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种制备碳铵类汲取液的方法及设备。所述设备包括反应箱、循环泵、CO2气体储罐、射流器、吸收盘管以及成品储存箱；所述反应箱的出口与入口分别与管道的两端相连通形成一个外部的循环回路，所述管道自出口至入口的方向上依次设置循环泵、射流器和吸收盘管；所述射流器的入口还与CO2气体储罐相连通；所述反应箱的出口还与所述成品储存箱相连通。氨水或氨水溶液由所述反应箱通过所述循环泵输送入所述射流器，与所述CO2气体储罐中提供的CO2经射流器混合后，在吸收盘管内进一步吸收和反应，之后返回至反应箱，再进行循环，当所述反应箱内反应得到适合浓度的碳铵类汲取液后，将反应箱内的液体输送至所述成品储存箱。

Description

一种制备碳铵类汲取液的方法及设备
技术领域
本发明涉及水处理技术领域，具体而言，涉及一种制备碳铵类汲取液的方法及设备。
背景技术
正渗透是指在正渗透膜两侧分别放置两种不同渗透压的水溶液，在渗透压差的驱动下，水分子从低渗透压侧透过正渗透膜进入高渗透压侧的过程。由于正渗透过程的驱动力为进料液与汲取液的渗透压差，因此，与反渗透、纳滤等膜分离技术相比，正渗透技术具有能耗低、回收率高及膜污染情况较轻等优点，它是一种极具潜力的环境友好型技术，其应用范围包括海水淡化、污水净化、食品、医药、能源等领域。
最近十年来，正渗透膜及其分离技术在国际上越来越得到水处理行业广泛的重视，也是目前高含盐水浓缩技术中最有前景的一项技术。正渗透膜和汲取液是影响正渗透技术能否成功应用于高含盐水浓缩的两个关键因素。
理想的汲取液要具有较高的溶解度，以保证有较高的渗透压，而且汲取液的有效组分容易回收，且回收工艺的能耗较低，可以实现低成本的汲取液循环使用，汲取液对环境污染较小，并且不与膜发生化学反应，目前已商业化的正渗透项目使用的汲取液主要是碳铵类汲取液。现有的碳铵类汲取液配制方法采用的是碳酸氢铵和氨水，对碳酸氢铵的纯度要求很高，成本较大，碳酸氢铵溶解是吸热反应，温度对溶解度的影响很大，且碳酸氢铵易结晶，而且配制时一般都采用人工倾倒碳酸氢铵，劳动强度大。这些因素会对碳铵类汲取液的生产效率造成很大的阻碍。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的在于提供一种制备碳铵类汲取液的方法及设备，以解决上述问题。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
一种制备碳铵类汲取液的设备，所述设备包括反应箱、循环泵、CO2气体储罐、射流器、吸收盘管以及成品储存箱；
所述反应箱的出口与入口分别与管道的两端相连通形成一个外部的循环回路，所述管道自出口至入口的方向上依次设置循环泵、射流器和吸收盘管；
所述射流器的入口还与CO2气体储罐相连通；
所述反应箱的出口还与所述成品储存箱相连通。
本发明提供的制备碳铵类汲取液的设备构造简单，维护方便，易于操作。
循环泵将反应箱内的氨水或氨水溶液由管道输出，在管道上与二氧化碳气体混合，再经由吸收盘管使吸收反应更加完全，再返回至反应箱内。
所述吸收盘管可增大氨水或氨水溶液与CO2的接触面积和接触时间，从而促进二者的充分混合与反应。
所述射流器射流器是一种气液混合用射流器，为保证射流器的强度，优选的，所述射流器为不锈钢射流器或PVDF材质的射流器；为了减小或防止气液混合时射流器产生的震动，优选的，所述射流器固定于底座上。
优选的，如上所述的制备碳铵类汲取液的设备，所述反应箱通过泵与所述成品储存箱相连；
进一步优选的，所述反应箱通过所述循环泵与所述成品储存箱相连。
将所述反应箱通过所述循环泵与所述成品储存箱相连可节约一个泵，使得所述循环泵得到更充分的利用。
优选的，如上所述的制备碳铵类汲取液的设备，所述吸收盘管由5~10根长度为2m~3m的管子串联而成；
所述吸收盘管由5、6、7、8、9或10根长度为2m~3m的管子串联而成；所述管子为2m~3m长度相等或不等的管子。
进一步优选的，所述吸收盘管的管子为UPVC管子或不锈钢管子；
UPVC管子或不锈钢管子均具有耐腐蚀的优点，但不锈钢管子的强度更高，且耐热性能更好，因而最优选的，管子为不锈钢管子。
进一步优选的，所述吸收盘管的两端还设置有用于将所述吸收盘管短路的管道。
吸收盘管是促进氨水或氨水溶液与CO2充分混合并反应的主要设备之一，需要定期检修，为了对其维修的方便，在其两端设置有短路管道。
优选的，如上所述的制备碳铵类汲取液的设备，在所述射流器与所述吸收盘管之间的管道上还设置有换热器。
由于氨水或氨水溶液和CO2的反应为放热反应，因而优选设置换热器用于降温。
考虑到在秋冬季节温度较低时可能不需要换热器进行工作，同时也考虑到换热器的检修方便，进一步优选的，所述换热器两端还设置有用于将所述换热器短路的管道。
优选的，如上所述的制备碳铵类汲取液的设备，所述换热器为板式换热器或管式换热器。
板式换热器占地面积少换热效率高、节省能源、维护简单；而管式换热器则具有强度高、换热面积更大等优点。
优选的，如上所述的制备碳铵类汲取液的设备，所述反应箱的出口至所述换热器之间的管道为不锈钢管道。
优选的，如上所述的制备碳铵类汲取液的设备，所述反应箱底部设置有称重模块。
其中，为保证反应箱的稳定，优选设置所述反应箱有多个支撑柱，支撑柱的数量为2个、3个、4个、5个、6个或更多。
优选的，所述称重模块设置有一个或多个，设置于所述支撑柱的底部。
所述称重模块能够准确称重氨水或氨水溶液的质量以及通入的CO2气体质量，从而确定两者的比例，得到合适浓度的碳铵类汲取液。
优选的，如上所述的制备碳铵类汲取液的设备，所述反应箱的顶部设置有用于注入氨水或氨水溶液的开口；
优选的，所述氨水或氨水溶液通过氨水输送泵与所述开口相连。
利用如上所述的设备制备碳铵类汲取液的方法，包括如下步骤：
氨水或氨水溶液由所述反应箱通过所述循环泵输送入所述射流器，与所述CO2气体储罐中提供的CO2经射流器混合后，在吸收盘管内进一步吸收和反应，之后返回至反应箱，再进行循环，当所述反应箱内反应得到适合浓度的碳铵类汲取液后，将反应箱内的液体输送至所述成品储存箱。
本方法所配制的汲取液浓度可随时调控，干净无杂质。
优选的，本发明所用的原料中，所述氨水溶液为浓度为23%~25%的工业级氨水加反渗透纯水配制得到而成，最终氨水或氨水溶液浓度为6.9mol/L ~ 11.5mol/L；优选的，所述CO2为纯度为99.5%以上的工业级CO2气体。
装置所配制出来的碳铵类汲取液的主要成分为碳酸铵，碳酸氢氨，氨基甲酸铵等碳铵类离子混合溶液；
优选的，最终配制得到的碳铵类汲取液的浓度为2mol/L~5mol/L，更优选为2.8mol/L~3.5mol/L；
优选的，最终配制得到的碳铵类汲取液中氮元素和碳元素的比例为N：C=1.5~2.8，优选为1.8~2.5。
优选的，如上所述的方法，所述氨水或氨水溶液与所述CO2气体在经射流器混合之后且在进入吸收盘管吸收之前进行降温处理，混合液在进入吸收盘管之前的温度不能超过50℃；更优选的，混合液在进入吸收盘管之前的温度不能超过45℃。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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。
图1为本发明制备碳铵类汲取液的设备的示意图。
附图标记：
氨水输送泵1；
反应箱2；
CO2气体储罐3；
循环泵4；
射流器5；
视窗6；
吸收盘管7；
换热器8；
成品储存箱9。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1所示，本发明提供的制备碳铵类汲取液的设备，包括反应箱2；CO2气体储罐3；循环泵4；射流器5；吸收盘管7以及成品储存箱9；
所述反应箱2的出口与入口分别与管道的两端相连通形成一个外部的循环回路，所述管道自出口至入口的方向上依次设置循环泵4、射流器5和吸收盘管7；
所述射流器5为三通，其还与CO2气体储罐3相连通；
所述反应箱2的出口还与所述成品储存箱9相连通。
在设备运行时，循环泵4将反应箱2内的氨水或氨水溶液由管道输出，在管道射流器5上与CO2气体储罐3提供的CO2混合，再经由吸收盘管7使吸收反应更加完全，之后返回至反应箱2内；如此反应随着氨水或氨水溶液与CO2在管道中的运行而循环进行，当反应箱2内反应得到适合浓度的碳铵类汲取液后，即可将反应箱2内的液体输送至所述成品储存箱9中。
优选的，所述反应箱2的顶部设置有用于注入氨水或氨水溶液的开口；更优选的，所述氨水或氨水溶液通过氨水输送泵1与所述开口相连；更优选的，如图1所示，所述氨水输送泵1的附近还串联设置有压力表及开关阀。
本发明所用的反应原料中，所述氨水溶液优选为浓度为23%~25%的工业级氨水加反渗透纯水配制得到而成，最终氨水或氨水溶液浓度为6.9mol/L~11.5mol/L；所述CO2为纯度优选的为99.5%以上的工业级CO2气体。
为保证射流器5的强度，优选的，所述射流器5为不锈钢射流器或PVDF材质的射流器。
为了减小或防止气液混合时射流器产生的震动，优选的，所述射流器5固定于底座上。
优选的，在本发明的一个实施方式中，所述CO2气体储罐3与所述射流器5之间的管道连接段上还设置有减压阀；更优选的，所述减压阀与所述射流器5之间的管道连接段上还设置有气体流量表；通过减压阀和/或气体流量表，操作人员可更方便的控制和/或监控CO2气体的气压。
所述吸收盘管7可增大氨水或氨水溶液与CO2的接触面积和接触时间，从而促进二者的充分混合与反应；为了是的所述吸收盘管7具有更好的吸收效果，优选的，所述吸收盘管由5、6、7、8、9或10根长度为2m~3m的管子串联而成；进一步优选的，所述管子为2m~3m长度相等或不等的管子。
为使得吸收盘管7具有更好的耐腐蚀性，优选的，所述吸收盘管的管子为UPVC管子或不锈钢管子；为使得吸收盘管7同时具有更好的耐热性和强度，更优选的，所述吸收盘管的管子为不锈钢管子。
吸收盘管7是促进氨水或氨水溶液与CO2充分混合并反应的主要设备之一，需要定期检修，为了对其维修的方便，如图1所示，优选的，在本发明的一个实施例中，所述吸收盘管7的两端还设置有用于将所述吸收盘管7短路的管道；更优选的，该短路管道上还设置有一个开关阀以控制所述短路管道的开关；更优选的，为更好的实现短路效果，在所述吸收盘管7的近反应箱2的入口处还串联设置有一个止回阀，在所述吸收盘管7的近反应箱2的出口处还串联设置有一个开关阀，且该止回阀、开关阀可以与所述吸收盘管7一起被短路。其中，止回阀的用途是当吸收盘管7被短路时，溶液不会倒流至吸收盘管7。
优选的，所述氨水或氨水溶液与所述CO2气体在经射流器混合之后且在进入吸收盘管吸收之前进行降温处理，所述混合液在进入吸收盘管之前的温度不能超过50℃；更优选的，所述混合液在进入吸收盘管之前的温度不能超过45℃。
由于氨水或氨水溶液和CO2的反应为放热反应，且CO2的溶解度会由于温度的升高而降低，从而影响反应效率，因此，优选的，在本发明的一个实施例中，在所述射流器5与所述吸收盘管7之间的管道上还设置有换热器8。
考虑到在秋冬季节温度较低时可能不需要换热器进行工作，同时也考虑到换热器的检修方便，优选的，所述换热器两端还设置有用于将所述换热器短路的管道；更优选的，该短路管道上还设置有一个开关阀以控制所述短路管道的开关；更优选的，为更好的实现短路效果，在所述换热器8的近反应箱2的入口处还串联设置有一个止回阀，在所述换热器8的近反应箱2的出口处还串联设置有一个开关阀，且该止回阀、开关阀可以与所述换热器8一起被短路。其中，止回阀的用途是当换热器8被短路时，溶液不会倒流至换热器8。
优选的，若所述混合液在进入吸收盘管之前的温度高于50℃，则关闭换热器8的短路，使所述混合液在进入吸收盘管之前通过换热器8进行降温。更优选的，如图1所示，为了更好的监控所述混合液的温度，在换热器8的近反应箱2的入口处还串联设置有一个温度变送器；同时，为了无论换热器8是否短路时都能对管道里的混合液温度进行监控，优选的，在射流器5和换热器8短路管道的位置之前还设置有另外一个温度变送器。
优选的，所述换热器为板式换热器或管式换热器。
由于氨水或氨水溶液和CO2的反应为放热反应，当环境温度较高且反应较剧烈时，反应箱2的出口至所述换热器8之间这一段的管道温度往往相对较高，因而为了确保这个装置的使用安全和稳定性，优选这一段的管道为不锈钢材质。
优选的，所述反应箱2底部设置有称重模块。
所述称重模块能够准确称重氨水或氨水溶液的质量以及通入的CO2气体质量，从而确定两者的比例，得到合适浓度的碳铵类汲取液。
装置所配制出来的碳铵类汲取液的主要成分为碳酸铵，碳酸氢铵，氨基甲酸铵等碳铵类离子混合溶液；优选的，最终配制得到的碳铵类汲取液的浓度为2mol/L~5mol/L，更优选为2.8mol/L~3.5mol/L；优选的，最终配制得到的碳铵类汲取液中氮元素和碳元素的比例为N：C=1.5~2.8，优选为1.8~2.5。
为保证反应箱2的稳定，优选设置所述反应箱有多个支撑柱，支撑柱的数量为2个、3个、4个、5个、6个或更多。更优选的，所述称重模块设置有一个或多个，且设置于所述支撑柱的底部。
当反应进行一段时间，所述碳铵类汲取液浓度合适时，即可以将反应箱2中的反应物排出到成品储存箱9中。
优选的，在本发明的一个实施方式中，所述反应箱2通过泵与所述成品储存箱9相连；为了使得所述循环泵得到更充分的利用，更优选的，所述反应箱2通过所述循环泵4与所述成品储存箱9相连。
优选的，在本发明的一个实施方式中，成品储存箱9的数目可以为1、2、3、4、5、6个或更多个。
优选的，为了更好的控制成品储存箱9的开闭，如图1所示，反应箱2与成品储存箱9直接的管道上还设置有开关阀；更优选的，为了使得该开关阀不影响到主管道中反应的进行，该开关阀与成品储存箱9串联设置在主管道的支路上。
优选的，为了更好的判断反应是否完全，管道中还设置有一个用于取样的支路，该支路上同时设置有开关阀以控制取样的支路的开关。
优选的，如图1所示，为了监测循环泵4出口及管道处的压力，并使得反应箱2内的氨水或氨水溶液通过循环泵4输出并进入射流器5时的液体压力不至于过高或过低，在循环泵4与射流器5之间的管道上还设置有一个压力表。
为了能方便的观测管道内的情况，直观的观察氨水或氨水溶液与CO2是否混合完全，如图1所示，优选的，在本发明的一个实施例中，在射流器5、吸收盘管7、及换热器8的附近各设置有视窗6。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，但本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.利用制备碳铵类汲取液的设备制备碳铵类汲取液的方法，其特征在于，包括如下步骤：
氨水由反应箱通过循环泵输送入射流器，与CO2气体储罐中提供的CO2经射流器混合后，在吸收盘管内进一步吸收和反应，之后返回至反应箱，再进行循环，当所述反应箱内反应得到适合浓度的碳铵类汲取液后，将反应箱内的液体输送至成品储存箱；
所述氨水与所述CO2气体在经射流器混合之后且在进入吸收盘管吸收之前进行降温处理，混合液在进入吸收盘管之前的温度不能超过50℃；
所述设备包括反应箱、循环泵、CO2气体储罐、射流器、吸收盘管以及成品储存箱；
所述反应箱的出口与入口分别与管道的两端相连通形成一个外部的循环回路，所述管道自出口至入口的方向上依次设置循环泵、射流器和吸收盘管；
所述射流器的入口还与CO2气体储罐相连通；
所述反应箱的出口还与所述成品储存箱相连通；
所述反应箱底部设置有称重模块；
所述吸收盘管由5~10根长度为2m~3m的管子串联而成；
在所述射流器与所述吸收盘管之间的管道上还设置有换热器。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述反应箱通过泵与所述成品储存箱相连。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述反应箱通过所述循环泵与所述成品储存箱相连。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述吸收盘管的管子为UPVC管子或不锈钢管子。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述吸收盘管的两端还设置有用于将所述吸收盘管短路的管道。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述换热器两端还设置有用于将所述换热器短路的管道。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述换热器为板式换热器或管式换热器。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述反应箱的出口至所述换热器之间的管道为不锈钢管道。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述反应箱的顶部设置有用于注入氨水的开口。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述氨水通过氨水输送泵与所述开口相连。
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