焦化廠蒸氨制濃氨水工藝改進與優化

焦慶亮，王密軍，馬純迎，許 明

（山東鋼鐵集團日照有限公司，山東 日照 276800）

1 前 言

焦化廠蒸氨單元負責焦爐剩余氨水的處理，生產的合格蒸氨廢水供給酚氰廢水站，生產的氨汽供給下游崗位使用或冷凝為濃氨水直接外售。山鋼集團日照公司焦爐煤氣凈化回收系統于2017年11月投產，煤氣凈化區域采用初冷→電捕→鼓風機→中冷洗萘→磷酸洗氨→終冷脫苯→真空碳酸鉀脫硫工藝流程；剩余氨水處理區域配備2臺蒸氨塔，1開1 備，單臺設計處理量140 m3/h，采用管式爐加熱，生產14%～16%的濃氨水外售。開工以來，蒸氨濃氨水因質量問題造成產品外售困難，影響到整個煤氣凈化回收系統的正常生產。因此，對蒸氨工序存在的問題進行分析，并采取了解決方案。

2 蒸氨工序運行中存在問題及分析

2.1 運行中存在的問題

（1）濃氨水腐蝕性強，現場設備腐蝕嚴重。蒸氨產濃氨水腐蝕性強，塔頂分縮器（鈦材）后管道、儀表口、冷凝冷卻器、濃氨水槽、輸送泵、濃氨水外售槽（不銹鋼304材質）均出現不同程度漏點，使用測厚儀檢測分縮器后管道最薄處由6 mm 減小為3.5 mm，濃氨水槽最薄處由8 mm減小為2.6 mm，檢查設備腐蝕表面呈坑點狀。2020 年先后對濃氨水槽和部分濃氨水管線進行檢修和材質升級更換，濃氨水槽采用內層為鈦材罐槽，濃氨水輸送管線采用內防腐技術措施，較好的維持生產運行。隨著時間的延長，蒸氨濃氨水區域大面積出現滲漏，設備維修和更換頻繁，運行成本逐年增高。

（2）濃氨水含雜質多，易黏附阻塞管道。取蒸氨產濃氨水靜置，顏色呈現乳白色，不透明，為乳濁液狀態。檢查濃氨水外售槽，雜質附著在槽體內表面，呈層狀分布，排列松軟，厚度達30 mm 以上，槽底有黏稠狀不溶物。蒸氨濃氨水在運輸、使用過程中容易出現沉積及堵塞現象，造成卸車困難。

（3）蒸氨廢水指標波動范圍大，堿耗偏高。蒸氨廢水pH 值控制在8～11，氨氮控制在40～200 mg/L。蒸氨廢水pH 值采用兩種方式檢測，化驗室每8 h取樣化驗1次，現場每小時使用廣泛pH試紙檢測1 次。對比偏差大，造成加堿量調節頻繁，導致指標控制不穩定，噸水耗堿量在13.7 kg以上。

2.2 原因分析

通過查閱資料和現場模擬試驗，發現造成濃氨水對設備管道腐蝕的主要原因是氨分子容易與金屬離子形成配離子[1］，如[Cr（NH3）6］3+、[Ni（NH3）6］2+、[Mn（NH3）6］2+等，這些配離子與氨水中含有的酸性物質發生反應，加快了設備表面的化學效應，在有氧的環境下形成電化學腐蝕，故含Cr、Ni、Mn 的不銹鋼在氨水中腐蝕加劇。取樣化驗氨水回收系統設備腐蝕產物主要為FeS和Fe4[Fe（CN）6］3，分析主要受濃氨水中S2-和CN-的作用而發生腐蝕[2］。

對濃氨水槽內附著物取樣進行檢測，該物質呈片層狀，熔點高易升華，不溶于水，確定其主要成分為萘雜質。使用氣相色譜法檢測濃氨水中萘含量[3］，均值為5 759 mg/L，萘含量高。對蒸氨工藝流程進行分析，從焦油氨水分離槽中分離出的剩余氨水依次通過氣浮除油機、陶瓷膜過濾器進行除油凈化。通過管式爐中加熱至120 ℃以上送入蒸氨塔進行蒸餾。剩余氨水含油過高，在蒸餾過程中輕質組分隨氨氣進入濃氨水，造成產品含萘增加。對剩余氨水含油進行檢測，含油量182 mg/L，陶瓷膜過濾器前后壓差0.07 MPa，除油效率降低。

通過現場觀察，分析蒸氨廢水pH 值波動的原因。對各型自調閥、流量計、pH在線檢測設備進行篩選，選用耐腐蝕性寬范圍流量表，定期對數據進行調校，使調節精準可靠。升級現場檢測設備，使用在線pH檢測設備對廢水pH值進行實時監測，代替原有的手動試紙檢測，設備靈敏度大幅提升，并能通過pH值變化趨勢提前進行調整，方便指導現場操作。跟蹤總結堿液槽液位變化對泵出口流量變化，隨著現場堿液槽液位降低，輸送泵出口流量呈下降趨勢，引起蒸氨廢水pH值波動，現場調節頻繁。

3 蒸氨系統優化措施

3.1 蒸氨塔改造

針對氨水中腐蝕離子高，對蒸氨塔進行工藝改造。在原蒸氨塔基礎上增加脫酸段（見圖1），對濃氨水進行脫酸處理，控制脫酸塔塔頂溫度93～96 ℃，脫除其中的S2-和CN-等酸性物質，送至初冷器前煤氣系統進行凈化，減少對氨水系統管道設備的腐蝕；同時氨汽作為側線采出，提高了產品的品質，控制氨氣分縮器后溫度103 ℃左右，濃氨水濃度由原來的14%～16%，提高到20.3%以上。

圖1 蒸氨塔改造后工藝流程

3.2 陶瓷膜過濾器反沖洗改造

針對陶瓷膜過濾器壓差大、除油效率低進行改造。將原有單一蒸汽反沖洗改為蒸氨廢水反沖洗和蒸汽反沖洗相結合的方式。反沖洗時首先使用蒸氨廢水反沖洗，清洗原有陶瓷膜附著的大油滴，放空清洗液后，再使用蒸汽進行反沖洗，進一步去除附著在陶瓷膜上的微小油滴，提高清洗效果。改造后檢測陶瓷膜壓差減小為0.045 MPa，陶瓷膜后檢測含油量減小為56 mg/L，除油效果增強，為蒸氨塔穩定運行提供保障。

3.3 采用吸附除萘工藝

針對濃氨水產品中含萘高，采用分子篩微晶吸附塔進行凈化，設置3 臺微晶吸附塔（2 開1 備），單臺處理能力3 m3/h。采用間歇運行離線再生模式，每臺吸附塔運行5 d 對填料進行蒸汽再生，再生蒸汽采用0.6 MPa、150 ℃以上蒸汽，再生液送冷凝單元進行凈化，處理后濃氨水顏色由渾濁變澄清，檢測含萘均值降低至361 mg/L。

3.4 設計液堿高置槽

針對現場原料堿槽液位變化，引起離心輸送泵出口壓力波動問題，采用增加高置堿槽的方式，穩定泵的壓力和輸送流量[4］，方便及時對應調節。同時對蒸氨區域進行自動化升級改造，選用蒸氨廢水pH值和氨氮在線自動檢測儀，實現蒸氨廢水實時在線測量，并與廢水處理量、加堿量調控閥建立反饋調節機制，實現遠程監控操作，主控人員根據實時pH值進行調節，保障廢水指標控制穩定。優化蒸氨廢水氨氮和pH值控制指標，協同生化廢水處理系統摸索生產中最優氨氮控制范圍，降低蒸氨廢水pH值，實現生化廢水處理碳氮磷在100∶5∶1范圍。

4 改進后應用效果

通過對蒸氨區域的工藝改造與優化，蒸氨系統設備腐蝕緩解，濃氨水含萘大幅下降，生產的高品質濃氨水滿足燒結煙氣脫硫、焦爐脫硫脫硝等工序使用要求；蒸氨廢水氨氮控制在70～110 mg/L，pH值控制在7.5～9.0，噸水堿耗量降低到10.2 kg 以下，解決了蒸氨系統存在的問題，生產運行穩定。