焦化剩余氨水處理工藝的探討

鐘繼生

摘要：焦化廠煉焦爐產生的焦油氨水混合液經氣液分離器、焦油氨水分離槽靜止分離產生熱氨水，一部分作為循環氨水送至焦爐供橋管及集氣管噴灑冷卻荒煤氣，其余部分則為剩余氨水。通過分析剩余氨水處理的不同工藝優缺點，探討有利于焦化行業煤氣洗滌凈化及解決蒸氨處理能力不足問題的剩余氨水處理工藝。

關鍵詞：剩余氨水；雙膜理論；洗滌凈化；蒸氨

1 剩余氨水處理工藝

1.1 剩余氨水洗滌凈化煤氣

根據雙膜理論，煤氣中的氨以對流擴散方式到達氣膜邊界，以分子擴散方式到達氣液界面，然后進入液相；液相中，氨以分子擴散方式穿過液膜到達液膜邊界，又以對流擴散方式轉移到洗滌液中。氨吸收過程的雙模模型見圖1：

在整個氨吸收過程中，煤氣中氨分壓必須大于洗滌液液面上氨蒸汽分壓時，煤氣中氨才會被水吸收，壓力差越大，氨吸收推動力也越大，吸收過程進行的也越快。氨吸收推動力取決于氣膜推動力和液膜推動力，隨著液相中氨濃度升高，（由C1到C2）其液相推動力C1-Ci變為C2-Ci，由圖1看出液相推動力明顯降低，從而洗氨效果降低。

1.1.1 剩余氨水洗滌凈化煤氣中氨

剩余氨水洗氨工藝流程見圖2：在煤氣凈化工藝中，剩余氨水和蒸氨廢水一起參與洗氨，進入1#洗氨塔，從1#洗氨塔出來變成了富集氨的半富液，依次進入2#洗氨塔、洗H2S塔，最終生成富集氨的富液流進富液槽，送至蒸氨系統脫氨處理。

剩余氨水與蒸氨廢水含氨化驗數據分析：剩余氨水3～4 NH3（g/l），蒸氨廢水0.03～0.04NH3（g/l）。

由煤氣中氨吸收過程的雙膜理論、剩余氨水和蒸氨廢水含氨數據分析知：剩余氨水含氨是蒸氨廢水含氨量的100倍，采用剩余氨水直接上洗氨塔洗滌凈化煤氣，其洗氨效果遠小于蒸氨廢水。

1.1.2 剩余氨水洗滌凈化煤氣中硫化氫

在AS脫硫過程中，將剩余氨水直接引入洗H2S塔進行洗煤氣中的H2S，由于剩余氨水含揮發氨（3～4g/l）遠小于來自蒸氨系統的貧液含揮發氨（18～22g/l），造成脫硫液揮發氨含量偏低，影響煤氣脫硫效率，使煤氣脫硫凈化效果變差。剩余氨水和貧液含揮發氨化驗分析數據為剩余氨水：3～4 NH3（g/l），貧液18～22NH3（g/l）。

氨在水中的溶解度隨溫度升高而降低，洗滌液溫度越高，洗滌液液面上氨蒸汽壓就越大，其吸收推動力就越小。采用70～75℃的剩余氨水直接洗滌凈化煤氣，影響整個洗滌系統的吸收溫度，不利于煤氣中氨的消化吸收。綜上分析，剩余氨水直接洗滌凈化煤氣的缺點：

（1）剩余氨水洗氨，其凈化煤氣效果不如蒸氨廢水。（2）剩余氨水洗H2S，其凈化煤氣效果不如貧液。（3）剩余氨水不經冷卻直接參與煤氣洗滌，影響整個洗滌系統的吸收溫度。

由此可見，剩余氨水不是理想的凈化煤氣洗滌液，為保證煤氣洗滌效果，盡量避免使用剩余氨水，脫硫液采用洗氨塔后的半富液、蒸氨系統富集氨的貧液。

1.2 剩余氨水摻入富液蒸氨

由工藝流程圖3知：煤氣經洗H2S塔、洗氨塔生成了富集NH3、H2S等組份的富液，70～75℃的剩余氨水與35～40℃富液混合，富液溫度可提高至40～45℃。摻入剩余氨水的富液經貧富液換熱器換熱，富液溫度可達到50℃以上，這樣可節約富液蒸氨脫酸耗汽量。

1.3 剩余氨水直接蒸氨處理

由工藝流程圖4：70～75℃的剩余氨水直接上蒸氨塔，與來自脫酸塔的蒸餾富液產生的一部分貧液一起蒸氨后，蒸氨塔中氨汽作為熱源分兩段進入脫酸塔脫除富液中的H2S；脫酸塔底富集氨的另一部分貧液去洗滌凈化煤氣中的H2S；蒸氨塔底的蒸氨廢水一部分去洗滌凈化煤氣中的NH3，另一部分去生化處理系統；脫酸塔頂出來的含NH3、H2S等酸汽進入后序制取硫銨及硫酸。在整個蒸氨脫酸過程中，汽液在塔盤上逐層逆流接觸進行熱交換和傳質交換，由于氨相對于水揮發度更高，氨不斷從液相轉移到汽相，液相中氨沿塔自上而下濃度逐漸降低，在塔底生成蒸氨廢水（廢水含揮發氨≤0.05g/l）與貧液（18～22g/l）。

剩余氨水直接上蒸氨系統工藝的優點是剩余氨水中化學成分得到有效分離；缺點是增加蒸氨塔負荷，影響蒸氨脫酸系統的穩定運行。

1.4剩余氨水直接上蒸氨塔單獨處理工藝

1.4.1剩余氨水直接上蒸氨塔單獨處理后與原蒸氨脫酸系統匯合

為降低蒸氨塔負荷，采用雙蒸氨工藝流程見圖5：70～75℃的剩余氨水通過剩余氨水泵直接送至1#蒸氨塔進行蒸氨，該塔頂逸出的氨汽與2#蒸氨脫酸系統逸出的酸汽匯同進入后序生產硫銨。1#蒸氨塔底廢水與2#蒸氨塔底廢水匯同去洗滌凈化煤氣或生化處理系統。但生產的氨汽與原蒸氨脫酸系統出來的酸汽混合后，由于塔頂壓力不一致，出現酸汽頂撞現象，影響操作穩定性。

1.4.2剩余氨水直接上蒸氨塔單獨處理后與原蒸氨脫酸系統分開

采用工藝圖6：70～75℃的剩余氨水通過剩余氨水泵直接上蒸氨塔單獨蒸氨，產生的氨汽引入到荒煤氣管道，不與與原蒸氨脫酸系統發生關系。此工藝氨汽進入荒煤氣后，會使荒煤氣溫度升高，增加煤氣初冷負荷，但因煤氣中含氨的增加，有利于煤氣中H2S的洗滌。

2 結論

通過上述剩余氨水處理工藝分析，采用剩余氨水直接上蒸氨塔單獨處理與原蒸氨脫酸系統分開工藝不僅可解決剩余氨水洗滌凈化煤氣不足問題，而且可解決單臺蒸氨塔超負荷處理剩余氨水與富液量大的不足問題。

參考文獻

[1]煉焦化學產品回收技術[M].冶金工業出版社

（作者單位：河鋼集團宣鋼公司焦化廠）