多級(jí)變溫吸收氨回收技術(shù)在煤氣化裝置的應(yīng)用

蔡可慶

(江蘇索普化工股份有限公司，江蘇鎮(zhèn)江 212006)

近年來，以GE、多噴嘴為代表的水煤漿氣化技術(shù)在國內(nèi)煤化工企業(yè)得到廣泛應(yīng)用。變換工序作為甲醇、合成氨等化工產(chǎn)品生產(chǎn)的重要組成部分，可以通過變換反應(yīng)控制合成氣中合理的氫碳比。由于變換反應(yīng)時(shí)要求水蒸氣過量，因此在變換工序會(huì)有大量的變換冷凝液產(chǎn)生[1]。變換冷凝液中通常含有氨、硫化氫、二氧化碳等組分。變換冷凝液經(jīng)過汽提后，會(huì)產(chǎn)生一定量的高氨氮含量的含氨廢水，含氨廢水送至磨煤工序進(jìn)行制漿。實(shí)踐證明，該處理方式會(huì)造成氣化廢水中氨氮含量明顯增加，大大增加污水處理裝置的壓力。尤其在《長(zhǎng)江保護(hù)法》等法律法規(guī)陸續(xù)出臺(tái)的背景下，如何守住達(dá)標(biāo)排放的生命線，是各化工企業(yè)迫切需要解決的問題。

1 現(xiàn)有含氨廢水處理工藝

現(xiàn)有變換冷凝液汽提工藝采用單塔汽提工藝，主要設(shè)備為單層填料塔，塔頂操作壓力為0.25 MPa，塔頂溫度為131 ℃。來自凈化洗氨塔的廢水和變換冷凝液從冷凝液汽提塔上部進(jìn)入，在填料層中與底部來的0.65 MPa蒸汽直接換熱，脫除氨氮、硫化氫和二氧化碳的冷凝液從塔底部排出，經(jīng)泵加壓后送至氣化蒸發(fā)熱水塔。

含有大量氨氮、硫化氫和二氧化碳的汽提氣經(jīng)塔頂冷凝器冷卻至80～90 ℃后，不凝氣送火炬或硫回收工序，冷凝液送氣化磨煤工序。

2 存在的問題

隨著甲醇聯(lián)合裝置負(fù)荷的提高，變換工序冷凝液汽提塔已不能滿足生產(chǎn)需要，產(chǎn)生的含氨廢水中的氨氮質(zhì)量濃度持續(xù)升高，由10 000 mg/L 增加至28 000 mg/L，給生產(chǎn)運(yùn)行及環(huán)保產(chǎn)生了較為嚴(yán)重的影響。

氣化裝置外排廢水中氨氮質(zhì)量濃度由 220 mg/L 增加到450 mg/L，給污水處理裝置帶來極大的壓力。

氣化灰水中氨氮含量的增加，導(dǎo)致灰水堿度上升，氣化系統(tǒng)結(jié)垢嚴(yán)重(如沉降槽內(nèi)壁)，影響了氣化裝置的連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。

含氨廢水由于氨氮含量較高，磨煤廠房周圍氨味較大。

3 氨回收技術(shù)的選擇及設(shè)計(jì)

3.1 氨回收技術(shù)的選擇

從材質(zhì)選擇、運(yùn)行可靠程度、投資等多方面對(duì)以上3種技術(shù)進(jìn)行了對(duì)比，最終確定采用上海化工研究院開發(fā)的加堿汽提工藝。該工藝在傳統(tǒng)工藝的基礎(chǔ)上進(jìn)行了優(yōu)化，采用了多級(jí)變溫吸收氨回收專利技術(shù)，吸收效率更高、尾氣排放控制更好。

3.2 加減汽提工藝流程

氨回收裝置主要由中和系統(tǒng)、熱回收系統(tǒng)、精餾系統(tǒng)、冷凝系統(tǒng)及多級(jí)變溫吸收系統(tǒng)組成，工藝流程見圖1。

圖1 氨回收裝置工藝流程簡(jiǎn)圖

含氨廢水在中和系統(tǒng)被堿液中和后，將廢水的 pH調(diào)至 12.5 以上，進(jìn)入熱回收系統(tǒng)，與熱回收系統(tǒng)與精餾系統(tǒng)排放出的高溫廢水換熱后進(jìn)入精餾系統(tǒng)。精餾系統(tǒng)的核心設(shè)備為高效脫氨塔，物料在塔底被直接進(jìn)塔的蒸汽加熱，從塔頂蒸出的物料經(jīng)冷凝系統(tǒng)冷凝后，可以得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%～20%的高濃度純凈氨水。從冷凝系統(tǒng)排出的尾氣(主要是不凝性氣體及少量的氨)進(jìn)入多級(jí)變溫吸收系統(tǒng)，尾氣中的氨被吸收，得到純凈的氨水產(chǎn)品，尾氣達(dá)到無嗅排放。脫氨后廢水中的氨質(zhì)量濃度可以降到150 mg/L以下，從脫氨塔底部離開精餾系統(tǒng)進(jìn)入熱回收系統(tǒng)，在熱回收系統(tǒng)被進(jìn)塔的廢水冷卻降溫，其所攜帶的熱量被回收，降溫后的廢水送至污水處理工序。

3.3 氨回收裝置設(shè)計(jì)參數(shù)

含氨廢水各組分質(zhì)量濃度見表1，其中物料的pH為9.5,溫度為90 ℃。排放廢水的組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)見表2。

3.4 氨回收設(shè)計(jì)方案對(duì)比

氨回收設(shè)計(jì)方案對(duì)比見表3。

表1 含氨廢水組成

表2 排放廢水組成

表3 氨回收設(shè)計(jì)方案對(duì)比

由表3可以看出：2個(gè)方案的區(qū)別主要在于塔底排放廢水中氨氮含量，物料消耗相差較大。方案二比方案一的蒸汽消耗量增加了約10.5%，氫氧化鈉消耗量增加了約10.8%。結(jié)合污水處理裝置能力及運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性等方面因素綜合考慮，最終確定了方案一為實(shí)施方案。

4 氨回收裝置運(yùn)行情況

氨回收裝置于2017年底建成投產(chǎn)，運(yùn)行至今總體穩(wěn)定可靠。日產(chǎn)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%～30%的高濃度純凈氨水約10 t，全部用于熱電脫硝工序。氨回收裝置排放廢水中氨氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)<150×10-6，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。氨回收裝置投用前后1個(gè)月廢水指標(biāo)的變化情況見表4。

表4 氨回收裝置投用前后廢水指標(biāo)的變化情況

由表4可以看出：氨回收裝置投用后氣化外排廢水中氨氮含量、堿度及pH都出現(xiàn)了明顯下降。其中氨氮質(zhì)量濃度由408 mg/L降至295 mg/L，下降了約27.7%，脫氨效果顯著，極大緩解了后續(xù)污水處理工序的壓力。

由于經(jīng)驗(yàn)不足等多方面原因，在運(yùn)行過程中也出現(xiàn)了一些問題，主要為：(1) 由于pH計(jì)指示不準(zhǔn)，加堿量不足，導(dǎo)致塔頂換熱器堵塞。通過對(duì)進(jìn)口氨氮含量進(jìn)行分析結(jié)合pH計(jì)對(duì)加堿量進(jìn)行控制解決了問題。(2) 在技術(shù)論證時(shí)認(rèn)為含氨廢水中氯離子不會(huì)到達(dá)塔頂，因此塔頂換熱器最初選擇了304L材質(zhì)，運(yùn)行8個(gè)月后發(fā)現(xiàn)換熱器列管出現(xiàn)了腐蝕穿孔現(xiàn)象。對(duì)該換熱器升級(jí)為TA2材質(zhì)后，運(yùn)行至今未發(fā)生腐蝕和泄漏。

5 結(jié)語

多級(jí)變溫吸收氨回收技術(shù)在國內(nèi)煤化工行業(yè)應(yīng)用至今，已累計(jì)運(yùn)行3 a以上，工藝技術(shù)成熟可靠。該技術(shù)的成功應(yīng)用為降低廢水氨氮含量，確保達(dá)標(biāo)排放，解決氣化系統(tǒng)結(jié)垢問題，延長(zhǎng)裝置運(yùn)行周期提供了新的途徑，也為含氨廢水的綜合利用提供了新的思路。