煉焦剩余氨水蒸氨工藝的改造

武輝斌， 張 毅， 盧艷軍

(太原煤炭(氣化)集團(tuán)有限公司焦化廠，山西 太原 030024)

引 言

剩余氨水產(chǎn)生于煉焦生產(chǎn)過程，約為裝爐煤量的15%左右，內(nèi)含氨、酚、氰化物等，是焦化污水的主要來源。根據(jù)環(huán)境保護(hù)的要求，剩余氨水必須加以處理才能外排［1］。蒸氨就是將剩余氨水進(jìn)行蒸餾。通過蒸氨處理，降低剩余氨水中的NH3-N含量，為下一步生化處理作必要的前期準(zhǔn)備［2］。同時(shí)，回收的氨水用于生產(chǎn)硫酸銨。目前，國內(nèi)外的蒸氨工藝主要有水蒸氣直接蒸氨工藝、導(dǎo)熱油加熱間接蒸氨工藝、管式爐加熱間接蒸氨工藝以及水蒸氣加熱間接蒸氨工藝等［3］。

1 蒸氨工藝及存在問題

太原煤炭(氣化)集團(tuán)有限公司焦化廠蒸氨工藝采用的是水蒸氣直接蒸氨工藝。原設(shè)計(jì)工藝是，剩余氨水先到酚氰工段，在剩余氨水槽沉淀分離焦油后，用泵打入焦炭過濾器再次除焦油;之后，煤油加N-503萃取油萃取脫酚。脫酚之后的剩余氨水作為蒸氨的原料氨水貯存在氨水槽中。原料氨水通過氨水泵從氨水槽中抽出，經(jīng)板式換熱器與蒸氨塔出水進(jìn)行熱交換，進(jìn)入混勻器。在混勻器中，氨水與NaOH混合后從塔頂?shù)牡?塊進(jìn)料板進(jìn)入蒸氨塔，塔底通入飽和蒸汽作為熱源，對氨水進(jìn)行直接蒸餾。NaOH通過隔膜計(jì)量泵從堿槽中抽入到混勻器。由于剩余氨水中的固定銨是強(qiáng)酸弱堿生成的鹽類，在水中加熱難以分解，所以，加入NaOH進(jìn)行固定銨的分解。反應(yīng)式如式(1)。

在蒸氨塔內(nèi)，氨水逐級下降與蒸汽反復(fù)接觸，使NH3轉(zhuǎn)移到氣相中，從塔底排出時(shí)已降至要求的濃度。經(jīng)過蒸餾的、氨濃度較低的廢水進(jìn)入換熱器，與進(jìn)塔氨水進(jìn)行熱交換，然后送往生化站作進(jìn)一步處理。富含NH3的氣相從塔頂進(jìn)入分凝器，進(jìn)一步濃縮后經(jīng)管線送往硫銨飽和器。其工藝流程如圖1。

圖1 蒸氨工藝流程示意圖

經(jīng)過一段時(shí)間的運(yùn)行后發(fā)現(xiàn)，板式換熱器的廢水通道經(jīng)常發(fā)生堵塞，使蒸氨退水不暢，同時(shí)使換熱器傳熱效果變差，剩余氨水的預(yù)熱溫度降低，蒸氨效果變差。堵塞嚴(yán)重時(shí)，甚至需停止生產(chǎn)運(yùn)行，清洗換熱器。頻繁的清洗不僅造成了巨大的人力、物力浪費(fèi)，而且加劇了設(shè)備的腐蝕程度。

2 原因分析

首先，對堵塞換熱器廢水通道的固體物通過8410等離子發(fā)射光譜儀進(jìn)行分析，結(jié)果如表1所示。

表1 8410等離子發(fā)射光譜儀分析結(jié)果

從表1分析結(jié)果可以看出，固體物主要是CaCO3、Mg(OH)2和一些雜質(zhì)。其中，CaCO3、Mg(OH)2的來源是，氨水中的鈣鎂重碳酸鹽遇熱后分解為碳酸鈣沉淀物以及松軟無定形的氫氧化鎂。其反應(yīng)見式(2)～(4)。

反應(yīng)式(2)～(4)的沉淀物，一部分黏結(jié)在塔內(nèi)的塔板上，另外部分則懸浮在廢水中。板式換熱器是由許多波紋形的傳熱板片按一定的間隔、通過橡膠墊片壓緊組成的可拆卸的換熱設(shè)備。板片組裝時(shí)，2組交替排列，板與板之間用黏結(jié)劑固定橡膠密封板條，其作用是防止流體泄漏并使兩板之間形成狹窄的網(wǎng)形流道。換熱板片壓成各種波紋形，以增加換熱板片的面積和剛性，并能使流體在低流速下形成湍流，達(dá)到強(qiáng)化傳熱的效果。板上的4個(gè)角孔形成了流體的分配管和泄集管。2種換熱介質(zhì)分別流入各自流道，形成逆流或并流，通過每個(gè)板片進(jìn)行熱量的交換。由于板式換熱器的流道間隙較小(僅為2.5 mm ～6.0 mm)，因此，當(dāng)廢水流經(jīng)換熱器時(shí)，其中的Mg(OH)2和CaCO3便沉積在換熱器表面，從而使換熱器發(fā)生堵塞，造成廢水流經(jīng)換熱器時(shí)流速下降，大大降低了換熱器的傳熱效率。

堵塞換熱器廢水通道的另外一些雜質(zhì)來源于原料氨水的不潔凈。由于原料氨水是先經(jīng)過冷鼓、酚氰等多道工序后才進(jìn)行蒸氨處理的，因此，除了氨水原本含有的焦油等雜質(zhì)外，不可避免地會帶進(jìn)萃取脫酚時(shí)的煤油等其他油類及固體雜質(zhì)，致使原料氨水中雜質(zhì)含量進(jìn)一步增大，從而造成換熱器堵塞。

3 改進(jìn)措施

3.1 增加固液分離裝置

在蒸氨過程中，由于Mg(OH)2和CaCO3的生成是不可避免的，因此，我們采取了在蒸氨塔和換熱器之間安裝旋液分離器的措施，進(jìn)行固液分離。蒸氨廢水由分離器的圓筒部分以切線方向進(jìn)入作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生離心力，下行至圓錐部分時(shí)的運(yùn)動(dòng)更加劇烈。其中的固體雜質(zhì)受離心力的作用被拋向器壁，并沿器壁按螺旋線下流至出口(底流)。通過該裝置可分離出大部分Mg(OH)2和CaCO3。處理后的廢水，由中心的出口溢流進(jìn)入換熱器。

3.2 降低剩余氨水中的含油量

通過對工藝流程的分析發(fā)現(xiàn)，剩余氨水中含油高是由于油水分離不清所致。因此，為了避免氨水槽和混勻器底部積累的油進(jìn)入蒸氨系統(tǒng)中，我們加強(qiáng)了氨水槽和混勻器的放油管理，每天對氨水槽和混勻器進(jìn)行放油，直到看見有氨水排出為止。

3.3 增加酸洗池

在氨水泵前增加酸洗池。當(dāng)換熱器堵塞需要清洗時(shí)，只需要將鹽酸和緩蝕劑配好的酸洗液倒入酸洗池中，通過氨水泵將酸洗液吸入，即可清洗到蒸氨系統(tǒng)的每個(gè)部分，從而縮短了停產(chǎn)時(shí)間，進(jìn)一步提高了工作效率。改造后的工藝流程如圖2。

圖2 改造后的蒸氨工藝流程示意圖

4 改造效果

改造后的蒸氨裝置基本上消除了換熱器廢水通道的堵塞現(xiàn)象。裝置連續(xù)運(yùn)行一年來，沒有出現(xiàn)因堵塞帶來的蒸氨退水不暢以及換熱效果差導(dǎo)致的氨水預(yù)熱溫度低等問題，蒸氨廢水的合格率達(dá)到了98%以上。第38頁圖3是蒸氨裝置改造前、后一年中蒸氨廢水合格率的對比圖。通過改造蒸氨裝置，由原來的頻繁開、停車變?yōu)楝F(xiàn)在的長周期、穩(wěn)定運(yùn)行，真正發(fā)揮了蒸氨裝置的環(huán)?；厥兆饔?。

改造后，蒸氨裝置徹底改善了運(yùn)行狀況，提高了運(yùn)行效率，故障率大為降低。

圖3 改造前、后蒸氨廢水合格率的對比圖

改造前，每季度清洗板式換熱器1次，每次需用鹽酸50 kg。按鹽酸單價(jià)1 700元/t計(jì)，年需人民幣:

改造前，每季度拆洗1次板式換熱器，每次更換專用橡膠墊88個(gè)。按橡膠墊單價(jià)33元/條計(jì)，年需人民幣:

改造前，每年更換1次換熱板，共87塊，每塊單價(jià)128元，年需人民幣:

改造后，每年共計(jì)節(jié)約人民幣:

5 結(jié)論

在蒸氨塔和換熱器之間安裝旋液分離器，有效地降低了廢水中所含的固體雜質(zhì)。同時(shí)，通過定期對氨水槽和混勻器底部放油，降低了氨水中的含油量，有效地解決了換熱器廢水通道堵塞的問題。蒸氨廢水的合格率全年保持在98%以上，真正發(fā)揮了蒸氨裝置的環(huán)保回收作用。

［1］肖瑞華.煉焦化學(xué)產(chǎn)品生產(chǎn)技術(shù)問答［M］.北京: 冶金工業(yè)出版社， 2008: 147.

［2］徐進(jìn)，張春明.淺析焦化廠蒸氨工藝改造［J］.南鋼科技與管理， 2008( 1) : 39-42.

［3］海全勝，李萬眾.剩余氨水蒸氨工藝及設(shè)備探討［J］.煤化工， 2009( 6) : 48-51.