德士古水煤漿氣化裝置灰水中氨氮含量高的原因及解決措施

張成祥

(兗礦國宏化工有限責(zé)任公司　山東鄒城　273500)

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德士古水煤漿氣化裝置灰水中氨氮含量高的原因及解決措施

張成祥

(兗礦國宏化工有限責(zé)任公司山東鄒城273500)

在德士古水煤漿氣化裝置高負(fù)荷運(yùn)行工況下，由于灰水中氨氮含量偏高，造成污水處理站無法處理全部灰水，系統(tǒng)被迫減量運(yùn)行。通過對運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，找出了灰水中氨氮含量高的原因并采取相應(yīng)的措施，解決了制約系統(tǒng)高負(fù)荷生產(chǎn)的瓶頸，取得了明顯的環(huán)保和經(jīng)濟(jì)效益。

水煤漿氣化灰水氨氮含量

兗礦國宏化工有限責(zé)任公司氣化裝置的灰水氨氮含量長期偏高，達(dá)到410 mg/L左右，在氣化裝置高負(fù)荷運(yùn)行工況下，現(xiàn)有的污水處理站無法處理全部灰水，造成氣化裝置常因灰水氨氮含量問題而減量運(yùn)行，嚴(yán)重制約了裝置的長周期、高負(fù)荷、穩(wěn)定運(yùn)行。

1　氣化裝置灰水工藝流程

兗礦國宏化工有限責(zé)任公司500 kt/a甲醇項目的氣化裝置采用德士古水煤漿工藝技術(shù)，配置3臺氣化壓力為6.5 MPa的Φ3 200 mm氣化爐，采用激冷流程、四級閃蒸工藝，灰水系統(tǒng)工藝流程如圖1所示。

氣化爐激冷室排出的黑水和碳洗塔底部排出的黑水分別經(jīng)減壓閥減壓后進(jìn)入高壓閃蒸器。在高壓閃蒸器(175 ℃，0.8 MPa)內(nèi)，高溫液體快速減壓膨脹，迅速閃蒸出水蒸氣和溶解的酸性氣體。高壓閃蒸后的黑水經(jīng)液位調(diào)節(jié)閥送入低壓閃蒸器(112 ℃，0.05 MPa)進(jìn)行二級閃蒸，閃蒸后由液位調(diào)節(jié)閥控制進(jìn)入真空閃蒸系統(tǒng)。進(jìn)入真空系統(tǒng)的黑水在一級真空閃蒸器(70 ℃，-0.07 MPa)內(nèi)迅速膨脹，酸性氣體和水蒸氣逸出水面，真空閃蒸器錐底排出的黑水經(jīng)真空閃蒸器液位調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)后進(jìn)入二級真空閃蒸器(50 ℃，-0.09 MPa)進(jìn)一步脫除酸性氣體和水蒸氣，再通過澄清槽進(jìn)料泵將黑水送入澄清槽。在澄清槽內(nèi)絮凝劑的作用下，黑水中的固體物質(zhì)幾乎全部通過重力沉降除去。在澄清槽內(nèi)澄清以后的灰水溢流進(jìn)入灰水槽，通過低壓灰水泵送至脫氧水槽(108 ℃，0.035 MPa)。經(jīng)高溫除氧后的水由除氧水泵加壓后送至碳洗塔用于洗滌粗煤氣，碳洗塔內(nèi)的部分黑水經(jīng)灰水循環(huán)泵送至氣化爐作為激冷水，完成灰水循環(huán)。

圖1　灰水系統(tǒng)工藝流程

2　運(yùn)行狀況及存在問題

2015年，灰水中氨氮含量一直穩(wěn)定在350～420 mg/L；2015年9月之前，氣化裝置在100%負(fù)荷、日產(chǎn)1 500 t甲醇的工況下，外排至污水處理站的灰水量在80～100 m3/h，由于灰水中氨氮含量較高，超出了SBR池的碳氮比及氨氮含量控制指標(biāo)，故污水處理站采用回用中水在調(diào)節(jié)池內(nèi)將氨氮含量稀釋至180～220 mg/L，在此指標(biāo)下污水處理站的處理能力為200 m3/h，能夠處理全部灰水；2015年9月18日至10月3日，氣化裝置經(jīng)部分改造后進(jìn)行了3爐高負(fù)荷運(yùn)行試驗，甲醇產(chǎn)量提高至1 800 t/d，達(dá)到設(shè)計能力的120%，灰水外排量增加至100～120 m3/h，灰水中氨氮含量增大至390～440 mg/L，該外排水量和氨氮含量已超出污水處理站的處理能力，成為制約系統(tǒng)高負(fù)荷生產(chǎn)的主要因素。不同生產(chǎn)負(fù)荷下灰水外排量及氨氮含量見表1。

表1　不同生產(chǎn)負(fù)荷下灰水外排量及氨氮含量

注：1)數(shù)據(jù)為當(dāng)日10:00測定。

3　原因分析

2015年9月20日，針對氣化裝置高負(fù)荷運(yùn)行后灰水排放量增大、灰水中氨氮含量高、污水處理站無法處理全部灰水的問題進(jìn)行了分析，認(rèn)為氣化裝置負(fù)荷增大后，外排污水量增加是無法避免的，欲實現(xiàn)污水處理站處理全部外排灰水，降低灰水中氨氮含量是比較可行且經(jīng)濟(jì)的方法。從對國內(nèi)同類裝置的調(diào)研情況來看，德士古氣化工藝的灰水中氨氮含量能夠控制在260 mg/L以下。

3.1灰水系統(tǒng)氨氮含量的變化

2015年9月22日10：00，氣化裝置在120%負(fù)荷下運(yùn)行，對灰水系統(tǒng)取樣以分析其氨氮含量，并與2015年8月18日的分析數(shù)據(jù)(氣化裝置運(yùn)行負(fù)荷為100%)進(jìn)行對比，結(jié)果見表2。

表2　灰水系統(tǒng)氨氮含量分析數(shù)據(jù)對比

3.2汽提塔底部氨氮含量增大的原因分析

相比于2015年8月18日的氨氮分析結(jié)果，汽提塔底部灰水中氨氮含量由172 mg/L升高至321 mg/L，其主要原因為系統(tǒng)負(fù)荷增大后，汽提塔壓力升高，導(dǎo)致汽提效果變差。

3.3除氧器出口氨氮含量問題

除氧器出口灰水中氨氮含量相對于100%負(fù)荷略有升高。在設(shè)計上，除氧器應(yīng)對氨氮的脫除有明顯的效果，且2014年10月前的分析數(shù)據(jù)顯示除氧器出口灰水中氨氮含量只有101 mg/L

左右，但目前進(jìn)、出除氧器的灰水中氨氮含量沒有明顯變化，表明灰水在除氧器部位的處理存在問題，應(yīng)進(jìn)行重點(diǎn)分析。

除氧器的主要作用是除去水中的氧氣、氨氮及其他不凝氣以保證給水的水質(zhì)。來自低壓閃蒸器頂部的閃蒸氣作為熱源從除氧器汽提段下部進(jìn)入，與從除氧器上部進(jìn)入的灰水逆流換熱并產(chǎn)生汽提作用，達(dá)到凈化灰水水質(zhì)的目的。影響除氧器運(yùn)行效果的主要因素有溫度、壓力、設(shè)備結(jié)構(gòu)等。

經(jīng)檢查，發(fā)現(xiàn)灰水進(jìn)入除氧器汽提段頂部的量較少，而灰水進(jìn)入除氧器水箱的旁路閥發(fā)熱，判斷該旁路閥出現(xiàn)了內(nèi)漏，大部分灰水未進(jìn)入除氧器汽提段而直接進(jìn)入了水箱，即除氧器沒有起到凈化水質(zhì)的作用，這是造成除氧器出口灰水中氨氮含量偏高的主要原因。

4　采取的措施

(1)2015年9月24日，將汽提塔的操作壓力由0.15 MPa降至0.08 MPa，操作溫度由138.0 ℃降至136.7 ℃，以提高汽提效果。運(yùn)行8 h后，汽提塔出口灰水中氨氮含量降至173 mg/L，達(dá)到了預(yù)期效果。

(2)通過多次開關(guān)灰水入除氧器水箱的旁路閥，基本解決了該旁路閥內(nèi)漏、灰水走短路的問題。2015年9月24日將該閥門關(guān)閉后，除氧器出口灰水中氨氮含量下降至130 mg/L以下，并計劃利用系統(tǒng)短停機(jī)會更換該旁路閥。

5　結(jié)語

自2015年9月24日完成調(diào)整后，灰水中氨氮含量逐步降低，至2015年9月27日，灰水中氨氮含量達(dá)到228 mg/L并趨于穩(wěn)定。

灰水中氨氮含量下降至230 mg/L后，氣化裝置在120%負(fù)荷下運(yùn)行產(chǎn)生的灰水可全部由污水處理站處理，有效解決了制約系統(tǒng)高負(fù)荷運(yùn)行的瓶頸，并且環(huán)保效益明顯。灰水中氨氮含量降低后，相當(dāng)于減少了80 m3/h氨氮含量為200 mg/L的灰水進(jìn)入污水處理站，按污水處理費(fèi)用4元/m3計，年經(jīng)濟(jì)效益約230萬元。

Causes of High Content of Ammonia Nitrogen of Ash Water in Texaco Coal Water Slurry Gasifier and Countermeasures

ZHANG Chengxiang

(Yankuang Guohong Chemical Co., Ltd.Shandong Zoucheng273500)

When the Texaco coal water slurry gasifier operations under high load condition, because the content of ammonia nitrogen of ash water is higher, the sewage treatment station cannot treat all ash water, forcing the system to run in capacity reduction condition. Through analysis of operating data, the causes of high content of ammonia nitrogen of ash water are found and appropriate countermeasures are taken, the bottleneck which restricts high load production is solved, and remarkable environmental and economic benefits are obtained.

coal water slurry gasificationash waterammonia nitrogen content

X703

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1006-7779(2016)03-0050-02

2015-12-01)