焦?fàn)t煤氣磷酸脫氨工藝的完善與優(yōu)化

彭光文

（柳州鋼鐵股份有限公司焦化廠，廣西 柳州 545002）

柳鋼焦化廠焦?fàn)t煤氣脫氨目前有2種工藝，一種是飽和器法硫酸洗氨生產(chǎn)硫酸銨工藝，另一種則是弗薩姆（PHOSAM）法磷酸脫氨工藝，用磷酸脫除焦?fàn)t煤氣中的氨，回收生成8%～10%的濃氨水作為燒結(jié)尾氣脫硫的氨源。磷酸脫氨工藝自2010年投用以來取得了顯著的效果，檢修維護(hù)成本大大降低，生產(chǎn)環(huán)境得到改善，對(duì)節(jié)能減排更是具有重要意義。但是受前端工藝的影響，煤氣中的雜質(zhì)及油類易進(jìn)入循環(huán)溶液，氨水生產(chǎn)系統(tǒng)存在易堵塞，抗沖擊力差的缺點(diǎn)。只要解決了這一問題，該工藝將有望完全取代本廠的硫酸洗氨工藝，為柳鋼的節(jié)能環(huán)保做出重大貢獻(xiàn)。

1 工藝原理及流程簡(jiǎn)介

工藝原理：磷酸吸收法吸收煤氣中的氨，其原理是利用磷酸中的氫原子，在水溶液中可被氨離子逐步取代，形成磷酸銨溶液即NH4H2PO4和(NH4)2HPO4的混合水溶液，利用磷酸二氫銨和磷酸氫二銨之間的轉(zhuǎn)化，通過低溫吸收高溫解吸，實(shí)現(xiàn)煤氣中氨的吸收和回收。其反應(yīng)式為：

工藝流程（圖1）：焦?fàn)t煤氣從吸氨塔下段進(jìn)入，與循環(huán)噴灑的磷酸銨溶液逆流接觸，煤氣中的氨在上、中、下三段噴灑中被吸收，除氨后的煤氣從吸氨塔頂排至下道工序。吸氨塔底部分富液（吸氨后的磷酸銨溶液）通過富液外送泵送至解吸區(qū)解吸再生，解吸后的貧液冷卻后返回吸氨塔循環(huán)。

送至解吸區(qū)的富液先經(jīng)過射流氣浮除油器除去富液中的焦油和萘等雜質(zhì)，干凈的富液自流至溶液槽，而夾帶焦油、萘泡沫的富液自流至焦油槽通過回送泵送回到除油器繼續(xù)凈化，其中焦油和萘等雜質(zhì)被人工清除并回送配煤煉焦。溶液槽內(nèi)凈化后的富液送入貧富液換熱器，與解吸塔塔底來的貧液（解吸后的磷酸銨溶液）進(jìn)行熱交換，富液被加熱到沸騰狀態(tài)進(jìn)入分離器，其中少量的酸性氣體在此被蒸出回送至吸氨塔。?

圖1 柳鋼焦化廠焦?fàn)t煤氣磷酸脫氨工藝流程簡(jiǎn)圖

解吸塔給料泵將分離器內(nèi)富液送至解吸塔冷凝卻器上段與從解吸塔塔頂溢出的氨蒸氣進(jìn)行熱交換，富液被再一次加熱后進(jìn)入解吸塔蒸餾，與來自解吸塔底的1.6MPa中壓蒸汽逆流接觸，氨從富液中解吸出來，塔底貧液先后經(jīng)過貧富液換熱器、貧液冷卻器冷卻，返回吸氨塔中上段循環(huán)使用。

從解吸塔塔頂出來的氨蒸氣，在解吸塔冷凝冷卻器上段被部分冷凝，隨后在下段被冷卻水全部冷凝成氨水自流至給料槽，再經(jīng)氨水冷卻器冷卻后外送至燒結(jié)廠氨水儲(chǔ)槽進(jìn)入下一工序的生產(chǎn)。

2 存在問題及分析改進(jìn)

2.1 系統(tǒng)堵塞

磷酸脫氨工藝主要分為吸收和解吸兩部分，其中解吸主要是對(duì)富液進(jìn)行蒸餾再生同時(shí)得到產(chǎn)品氨水，投產(chǎn)兩年多解吸生產(chǎn)一直存在管線及換熱器堵塞頻率高的問題，并由此衍生出了高額的換熱器清洗費(fèi)用。

相比之下，工藝相近的寶鋼焦化無水氨系統(tǒng)卻很少有堵塞的情況，基本一年才出現(xiàn)一次換熱器堵塞。究其原因，我廠的循環(huán)溶液雜質(zhì)較多，焦油槽內(nèi)浮油及重質(zhì)的渣含量高。寶化前端煤氣工藝與我廠有所不同，初冷器采用的是直冷式，煤氣中很多雜質(zhì)在直接冷卻過程中被洗掉。另外吸氨前設(shè)有脫硫系統(tǒng)，煤氣再次被凈化，隨煤氣進(jìn)入溶液的雜質(zhì)量就大大減少了。

前端的煤氣凈化工藝改造難度較大，為解決系統(tǒng)堵塞的問題，我們從溶液本身的凈化著手，重點(diǎn)抓好除油器的調(diào)節(jié)和人工撈渣工作，對(duì)易堵點(diǎn)進(jìn)行改造完善。解吸塔塔底出口貧液管原設(shè)計(jì)在底部，并設(shè)置了防渦流的十字型結(jié)構(gòu)，這樣反而加劇了底部渣的積聚，堵塞管道，導(dǎo)致多次停蒸餾檢修。經(jīng)過實(shí)踐，將貧液管改為插入式，延緩了渣積聚堵塞的速度，通過定期的換塔清掃，有效減少了因塔底貧液管堵造成的停產(chǎn)檢修（塔底貧液管改造前后對(duì)比簡(jiǎn)圖見圖 2）。

圖2 解吸塔底部貧液出口管改造簡(jiǎn)圖

含油量較大的富液進(jìn)入解吸塔高溫蒸餾后，其中的油類雜質(zhì)遇高溫結(jié)焦硬化，隨溶液經(jīng)過貧富液換熱器冷卻時(shí)，易在換熱管內(nèi)積聚堵塞。貧富液換熱器原設(shè)計(jì)為U形管式換熱器臥式安裝，封頭用隔板隔成三室，貧液冷卻過程經(jīng)過三室四程，相當(dāng)于要經(jīng)過兩道U型彎道，由于存在U形且溫差較大，彎管處易堵難清。平均每月清洗換熱器12臺(tái)，既影響系統(tǒng)的生產(chǎn)穩(wěn)定，也帶來了高額的清洗成本。為解決這一問題，根據(jù)生產(chǎn)的實(shí)際情況重新選型，將換熱器內(nèi)列管改為直管，并做立式安裝，富液路內(nèi)設(shè)折流板，貧液側(cè)封頭仍用隔板隔成三室，換熱效果好，取消了U型彎道，大大減小了堵塞的幾率，降低了清洗成本（換熱器結(jié)構(gòu)對(duì)比見圖3）。另外在溶液槽內(nèi)部加設(shè)隔板，使除油器凈化后的溶液入口管與升壓泵進(jìn)口管分處于兩個(gè)室，并定期對(duì)槽底積渣進(jìn)行清理，減少因溶液攪動(dòng)或積渣過厚造成槽底重質(zhì)雜質(zhì)進(jìn)入貧富液換熱器的機(jī)會(huì)。

圖3 貧富液換熱器結(jié)構(gòu)對(duì)比圖

2.2 操作不穩(wěn)定產(chǎn)量低

中壓蒸汽是解吸蒸餾部分的主要能源消耗，供汽壓力、溫度的穩(wěn)定性直接決定了解吸蒸餾的效果和生產(chǎn)的穩(wěn)定。中壓蒸汽壓力波動(dòng)較大時(shí)容易造成解吸系統(tǒng)堵塔和液泛，僅2012年7月就因蒸汽壓力問題影響解吸生產(chǎn)2次。為解決這一問題，一方面加強(qiáng)與供汽干熄焦崗位的協(xié)調(diào)聯(lián)系，減少蒸汽溫度和壓力的波動(dòng)；另一方面增加一個(gè)供汽點(diǎn)，由兩個(gè)干熄焦崗位同時(shí)供汽，當(dāng)某個(gè)系統(tǒng)異常時(shí)，另外一個(gè)可以確保蒸汽壓力穩(wěn)定，減少解吸系統(tǒng)停產(chǎn)的機(jī)率。

系統(tǒng)負(fù)荷加大后出現(xiàn)了多次解吸塔液泛，分析主要是溶液含油量大，在解吸塔內(nèi)起泡液泛，加消泡劑只能減輕，不能從根本上避免。還得從源頭的除油抓起，加強(qiáng)除油器的調(diào)節(jié)，定期對(duì)各槽進(jìn)行清渣。另外崗位職工操作水平參差不齊，對(duì)液泛的判斷與處理能力不足，初期未能及時(shí)采取措施，造成事故擴(kuò)大影響各系統(tǒng)生產(chǎn)。通過總結(jié)分析幾次液泛時(shí)的參數(shù)變化，制定解吸塔液泛的判斷標(biāo)準(zhǔn)與預(yù)防措施，對(duì)職工進(jìn)行培訓(xùn)指導(dǎo)，取得較好效果，大大降低了液泛的次數(shù)。

系統(tǒng)自2010年建成以來，受燒結(jié)用氨水需求量影響，一直處于低負(fù)荷狀態(tài)生產(chǎn)。隨著燒結(jié)新脫硫生產(chǎn)線的投用及高硫礦的使用，氨水耗量大大增加，生產(chǎn)的氨水已不能滿足燒結(jié)廠煙氣脫硫用量需求。系統(tǒng)原設(shè)計(jì)將剩余氨水蒸餾的氨氣直接引入吸氨塔，因溫度較高造成系統(tǒng)水平衡失衡，且雜質(zhì)含量較大加劇了系統(tǒng)的堵塞而停用。蒸氨氨氣中油和酚的含量遠(yuǎn)大于解吸蒸餾氨水中的含量（見表1對(duì)比數(shù)據(jù)），這部分物質(zhì)進(jìn)入到燒結(jié)脫硫系統(tǒng)中，不僅影響生產(chǎn)，還導(dǎo)致廢物轉(zhuǎn)移更加難以處理。如果能有效解決這一問題，將這部分氨源轉(zhuǎn)化為氨水，產(chǎn)量可提高30%以上。通過分析考察，對(duì)蒸氨氨氣的走向進(jìn)行改造，引入到鼓風(fēng)機(jī)前負(fù)壓段的洗萘塔下段，在這里氨氣跟煤氣混合再進(jìn)入到后續(xù)的吸氨塔，提高了煤氣中氨的含量，最終增加了氨水產(chǎn)量。同時(shí)經(jīng)過洗萘和電捕的除油除萘操作，雜質(zhì)含量大大降低。本廠洗萘工藝為氨水洗萘，蒸氨氨氣引入的酚大部分進(jìn)入到洗萘循環(huán)氨水中，最終送到廢水處理系統(tǒng)，既保證了氨水質(zhì)量，又避免了廢物的轉(zhuǎn)移。

表1 蒸氨氨氣冷凝氨水與解吸氨水參數(shù)對(duì)比

3 效果分析

通過一系列的改進(jìn)，整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行情況得到大大改善，停產(chǎn)檢修次數(shù)由原來的平均每月2～3次減少到現(xiàn)在的基本一個(gè)季度1次。

解吸塔堵塔的情況再也沒有出現(xiàn)，換熱器清洗頻率也逐步降低，由6月堵塞18臺(tái)減少到10月的1臺(tái)，特別是新選型的立式換熱器投用2個(gè)月以來還未出現(xiàn)過堵塞的情況，月節(jié)省清洗成本約2萬元。

自從2012年8月對(duì)蒸氨氨氣走向進(jìn)行改造后，氨水產(chǎn)量大幅提高，9月、10月產(chǎn)量均在11 m3·h-1以上，提高了70%，完全滿足燒結(jié)脫硫用量需求。

表2 工藝優(yōu)化前后效果對(duì)比

4 結(jié)語

（1）柳鋼焦?fàn)t煤氣磷酸脫氨工藝經(jīng)過一系列的完善與優(yōu)化后，堵塞問題得到了有效解決，運(yùn)行穩(wěn)定，對(duì)燒結(jié)煙氣脫硫具有重要的促進(jìn)作用。

（2）焦?fàn)t煤氣磷酸脫氨生產(chǎn)氨水工藝比飽和器硫酸銨工藝更節(jié)能環(huán)保，特別是與燒結(jié)煙氣脫硫?yàn)榕涮坠こ?，在燒結(jié)廠用氨水需求足夠的情況下，本廠的飽和器硫酸銨工藝已可以完全淘汰。