陳俊

【摘要】在煤化工領(lǐng)域中，碎煤固定床加壓氣化工藝技術(shù)在多年發(fā)展當(dāng)中更加成熟，具有煤種適應(yīng)性廣、耗氧量少、產(chǎn)出甲烷含量高等優(yōu)勢。洗氣工藝當(dāng)中會產(chǎn)生大量高濃度煤化工廢水，其中含有很多硫化物、酚、焦油等物質(zhì)，并且這些污染物會隨著煤質(zhì)變化而產(chǎn)生變化。在實際生產(chǎn)當(dāng)中，酚氨回收裝置脫酸脫氨塔很容易出現(xiàn)塔釜液水質(zhì)超標(biāo)問題，并且學(xué)術(shù)界對此類問題的研究也非常少。這就需要對脫酸脫氨塔塔釜液水質(zhì)超標(biāo)問題進(jìn)行針對性的優(yōu)化操作，并進(jìn)行合理改造，降低在實際生產(chǎn)中對自然環(huán)境的影響。

【關(guān)鍵詞】煤氣化廢水;酚氨回收裝置;脫酸脫氨塔;操作優(yōu)化

1酚氨回收工藝技術(shù)概況

對于煤氣化污水，工業(yè)界主要采用“化工處理+生化處理”相結(jié)合的方式來處理。煤氣化污水首先經(jīng)過化工處理，污水中大部分的酚、氨得到回收并脫除CO2、H2S;脫除酚氨后的廢水再進(jìn)入生化處理單元，進(jìn)一步地降解廢水中殘留的酚、氨，使其濃度達(dá)到排放或循環(huán)利用的要求，酚氨回收工段的主要任務(wù)是處理煤氣水分離后的含酚、氨廢水，經(jīng)萃取、精餾等過程回收廢水中的酚、氨，并脫除硫化氫等酸性氣體，處理后的廢水送下游污水處理站的生化處理單元。為了提高酚的萃取效率，酚氨回收技術(shù)在分離的工藝流程、關(guān)鍵設(shè)備的選擇和萃取劑選擇方面均有所不同，按分離工序的不同來劃分，主要有三大類。（1）脫酸、萃取、脫氨和溶劑回收。該技術(shù)最早從聯(lián)邦德國引進(jìn)，消化吸收后由賽鼎工程有限公司自主設(shè)計。（2）脫酸、脫氨、萃取和溶劑回收。目前，國內(nèi)主要有兩家科研單位完成該工藝的設(shè)計，分別是華南理工大學(xué)和青島科技大學(xué)。華南理工大學(xué)的酚氨回收工藝為單塔工藝，脫酸、脫氨在同一個塔中進(jìn)行;青島科技大學(xué)的酚氨回收工藝為雙塔工藝，脫酸、脫氨在兩個塔中分別進(jìn)行。（3）酸化、萃取、脫酸、脫氨和溶劑回收。早期魯奇氣化酚氨回收工藝技術(shù)由于存在一些弊端和缺陷，已逐步被淘汰。目前國內(nèi)工業(yè)化應(yīng)用較多的工藝技術(shù)有魯奇公司的魯奇氣化廢水酚氨回收工藝、華南理工大學(xué)和青島科技大學(xué)的單塔和雙塔工藝。

2酚氨回收裝置運(yùn)行存在的問題

（1）裝置脫酸、脫氨單元能耗高。為有效脫除廢水中溶解的酸性氣和氨，并使氨凈化裝置運(yùn)行順暢，脫酸脫氨操作壓力為0.5MPa，需使用大量1.5MPa蒸汽加熱以保證足夠溫差，因而酚氨回收裝置能耗在全廠能耗中所占比例達(dá)25%，對全廠能量有效平衡造成不利影響。（2）脫氨單元堿液消耗量大。煤氣化廢水中溶解了H2S、CO2、短鏈脂肪酸等酸性組分，使得氨的離解平衡向離子態(tài)方向偏離，即生成了更多的“固定銨”，需加注堿液（質(zhì)量分?jǐn)?shù)32%的NaOH）將固定銨轉(zhuǎn)化為游離氨。但加堿后的水體堿度增加，pH值達(dá)8.5左右，使得酚類在廢水中更多以苯氧基形式存在，因而在水中溶解度增加，造成萃取單元萃取脫酚的效率降低。同時，污水脫鹽裝置負(fù)荷增大，回水品質(zhì)降低，影響后系統(tǒng)運(yùn)行。

3煤氣化廢水酚氨回收裝置中脫酸脫氨塔的操作優(yōu)化

3.1脫酸脫氨過程

煤氣化是煤化工的基礎(chǔ)，煤氣化過程伴生多種污染物，煤氣廢水富含有多種有機(jī)物、硫化物、氨、固體懸浮物等，是煤化工的主要污染物之一，治理難度極大。以某企業(yè)采用碎煤加壓氣化工藝日產(chǎn)1200萬立方米煤制天然氣項目為背景，探析煤氣廢水走酚氨回收工藝路線時的經(jīng)濟(jì)平衡點。項目煤氣廢水主要來自煤氣化反應(yīng)工段、冷卻裝置系統(tǒng)以及低溫甲醇洗預(yù)冷卻系統(tǒng)，三股廢水總產(chǎn)量約300t/h，其中煤氣化反應(yīng)工段的廢水產(chǎn)量相對最少，懸浮物含量相對最高;冷卻裝置系統(tǒng)煤氣廢水產(chǎn)量相對最大，酚、油含量相對最高;低溫甲醇洗預(yù)冷卻系統(tǒng)煤氣廢水產(chǎn)量居中，氨、氮含量相對最高，懸浮物含量相對較低。其中的脫酸、脫氨為酚氨回收的主工藝，具體如下：（1）脫酸過程。從物化預(yù)處理工序來的煤氣廢水進(jìn)入脫酸工序時分成兩路，一路經(jīng)循環(huán)冷卻水冷卻至37℃進(jìn)入脫酸塔填料上段作為控制塔頂溫度的冷進(jìn)料;另一路廢水依次經(jīng)過三級相互串級的換熱器預(yù)熱至145℃后進(jìn)入脫酸塔第一塊塔盤作為脫酸塔的熱進(jìn)料。脫酸塔塔頂餾出物經(jīng)冷凝器冷凝、酸性氣分液罐分液后，不凝氣送至界區(qū)外，分凝液返回至物化預(yù)處理工序。（2）脫氨部分。脫酸塔的塔釜重組分經(jīng)泵升壓，再與脫氨塔塔釜液換熱降溫至130℃后進(jìn)入脫氨塔上部。從脫氨塔塔頂餾出的粗氨氣依次經(jīng)過三級冷卻器冷卻、三級分液罐，不凝氣進(jìn)入氨氣凈化塔。一級分液罐和二級分液罐的液相出料經(jīng)循環(huán)水深度冷卻后，與三級分液罐液相一起進(jìn)入氨凝液分油罐除油。氨凝液分油罐中的輕油相和重油相定期排至輕油罐;除油后的氨凝液經(jīng)泵升壓輸送至脫氨塔的塔頂回流液。脫氨塔塔釜再沸器采用表壓1.0MPa、溫度184℃的蒸汽作為熱源，塔釜廢水依次經(jīng)酚水二級換熱器、脫氨水冷卻器冷卻至35-55℃進(jìn)入后續(xù)萃取環(huán)節(jié)。

3.2脫酸脫氨塔的操作優(yōu)化

3.2.1工程案例

某酚氨回收裝置在日常運(yùn)行中，處理水量為60t/h，每年運(yùn)行時間為7200h，本裝置的入水水質(zhì)當(dāng)中的游離氨占據(jù)總氨質(zhì)量分?jǐn)?shù)的90%以上，采用Aspenplus模擬計算方案，但是在實際操作當(dāng)中，固定氨被忽略，將游離氨替代總氨。脫硫脫氨后水中游離氨質(zhì)量濃度設(shè)定低于30mg/L，酸性氣體質(zhì)量濃度設(shè)置低于200mg/L。

3.2.2操作壓力優(yōu)化

在試驗過程中，僅調(diào)節(jié)脫酸脫氨操作壓力，其他各項參數(shù)都保持不變，壓力設(shè)定分別為：0.3MPa、0.4MPa、0.5MPa、0.7MPa，通過不同加壓操作分析脫酸脫氨塔塔釜液水質(zhì)中各類物質(zhì)含量以及塔耗能情況。其中，在操作壓力在0.2MPa和0.3MPa時，由于相比三級冷凝壓力更小，所以在試驗當(dāng)中需要對三級冷凝操作進(jìn)行修改，確保試驗的精準(zhǔn)性。通過試驗對比可知，壓力和塔釜溫度成正比，壓力越大、溫度越高，但是游離氨數(shù)量逐漸降低，與二者成反比關(guān)系，這是因為隨著加壓提升溫度，高溫環(huán)境下更有利于游離氨分離、脫除。所以通過加壓可以提升塔的生產(chǎn)效率。通過對各個壓力操作環(huán)境的參數(shù)分析可知，在壓力為0.3MPa時，塔釜液當(dāng)中各類分子含量都達(dá)到了脫酸脫氨之后的出水標(biāo)準(zhǔn)，但是在后續(xù)三級冷凝、氨氣凈化當(dāng)中會降壓，所以操作壓力在0.3MPa時無法滿足最終操作標(biāo)準(zhǔn)。在操作壓力在0.4MPa-0.7MPa之間時，脫酸脫氨塔能耗有了明顯提升，0.4MPa能耗為5900kW、0.7MPa能耗為7200kW，所以操作壓力和能耗成正比。在能夠滿足生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，考慮經(jīng)濟(jì)性因素，操作壓力控制在0.4MPa-0.5MPa最為合適。

3.2.3側(cè)線采出量優(yōu)化

側(cè)線采出量為變量，其余參數(shù)皆不變的基礎(chǔ)上，考察1000kg/h-8000kg/h的塔釜液氨含量以及能耗變化趨勢。通過分析可知，側(cè)線采出率和塔釜液氨含量成反比，側(cè)線采出率越高、氨含量越低。在側(cè)線采出率為10%時，塔釜液氨含量質(zhì)量分為0.38×10-6，在側(cè)線采出率為12.1%、13.0%時，氨質(zhì)量分?jǐn)?shù)皆小于1×10-6，可見側(cè)線采出率在10%以上為最佳。再者，通過分析可知側(cè)線采出率增加，能耗也隨之上升，二者成正比。所以同時考慮工藝要求和成本，建議增加一定的側(cè)線采出率范圍，側(cè)線采出率應(yīng)為10%-13%為最佳，如果在13%以上則會產(chǎn)生較大功耗。

4結(jié)束語

綜上所述，脫酸脫氨塔最優(yōu)操作參數(shù)應(yīng)為：操作壓力0.4MPa-0.5MPa、側(cè)線采出率為10%-13%、時最為科學(xué)，可以同時滿足生產(chǎn)要求和成本要求。對酚氨回收裝置脫酸脫氨塔塔釜液水質(zhì)超標(biāo)等問題，需要不斷對脫酸脫氨塔進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，保證煤深加工的質(zhì)量以及環(huán)保性。探究煤氣化廢水酚氨回收裝置中，脫酸脫氨塔的優(yōu)化操作。

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