煤氣化污水化工處理的加堿汽提過程研究

康海濤(哈爾濱石油學(xué)院， 黑龍江 哈爾濱 150100)

煤氣化污水化工處理的加堿汽提過程研究

康海濤(哈爾濱石油學(xué)院， 黑龍江 哈爾濱 150100)

本文對(duì)原煤氣化污水處理工藝進(jìn)行了論述，指出了這一工藝的缺陷；針對(duì)新工藝設(shè)計(jì)和工業(yè)應(yīng)用，分別從熱力學(xué)模型及單塔模擬分析與工業(yè)應(yīng)用兩個(gè)方面加以探究，對(duì)應(yīng)用中注意的問題進(jìn)行了詳細(xì)分析。

煤氣化污水；污水處理；加堿汽提

1 原煤氣化污水處理工藝

在原煤氣化污水分離工藝流程當(dāng)中，煤氣化廢水以冷、熱2股的形式分別自上部及中上部流入脫酸塔，待汽提出二氧化碳、硫化氫等酸性氣體后再將其冷卻至50℃左右，然后轉(zhuǎn)入轉(zhuǎn)盤萃取塔在二異丙醚的作用下萃取脫酚。萃取相泵入酚塔對(duì)溶劑加以回收，精餾分離粗酚、二異丙醚以及二異丙醚則需要回用。萃余相進(jìn)入水塔，從頂端位置采出溶解及夾帶的二異丙醚，待其冷凝后回用；從側(cè)線部位采出氨水汽，經(jīng)過釜液處理后的廢水則進(jìn)入下一環(huán)節(jié)的生化處理工序。這一分離工藝主要分為汽提脫酸、萃取脫酚、脫氨和溶劑回收4個(gè)階段[1]。在處理過程中，該分離工藝并不能做到十全十美，而是存在著一些不足，主要包括以下幾個(gè)方面：第一，脫酸塔對(duì)于酸性氣體，即二氧化碳和硫化氫的脫除率較低；第二，脫酸塔塔釜出水的pH值偏高，不利于萃取塔的萃取效率的提高，甚至?xí)档?；第三，水塔的加堿量過大，加堿量以達(dá)到3t/d，因此無(wú)形中加大了生產(chǎn)成本方面的負(fù)擔(dān)；第四，等到處理完畢之后，會(huì)出現(xiàn)廢水酚含量和COD值超標(biāo)的現(xiàn)象。一般來(lái)說(shuō)，酚質(zhì)量的濃度大約為800～400mg/L，而COD質(zhì)量的濃度約為6000mg/L，這樣的濃度已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出后續(xù)生化工段處理能力的上限，同時(shí)也會(huì)造成酚的浪費(fèi)；第五，碳銨結(jié)晶的使用會(huì)引起塔及換熱器等設(shè)備的嚴(yán)重結(jié)垢和堵塞問題，對(duì)設(shè)備的正常使用造成不利影響，降低了工作效率；第六，在運(yùn)行過程當(dāng)中，有時(shí)還會(huì)發(fā)生塔設(shè)備出現(xiàn)液泛或側(cè)采帶液等問題。

2 新工藝設(shè)計(jì)和工業(yè)應(yīng)用

2.1 熱力學(xué)模型

煤氣化廢水體系的建立，是以熱力學(xué)模型為重要的技術(shù)基礎(chǔ)，重點(diǎn)考慮的問題應(yīng)在于其水質(zhì)的復(fù)雜性。水質(zhì)的組成成分與石油或石化工業(yè)的含硫污水有較大區(qū)別，其中含有大量的酚、氨、二氧化碳、脂肪酸等物質(zhì)，而硫化氫的含量則相對(duì)少得多，同時(shí)還有一些以漂浮物形式存在的細(xì)煤灰和油等物質(zhì)存在其中。酚、氨、二氧化碳、硫化氫、脂肪酸等都屬于極性物質(zhì)，尤其氨、二氧化碳和硫化氫在水溶液中是以帶有揮發(fā)性的弱電解質(zhì)形式存在的[2]。揮發(fā)性的弱電介質(zhì)是以離子和分子為基本構(gòu)成。在常規(guī)的溫度及壓力環(huán)境下，離子形式的揮發(fā)性電解質(zhì)無(wú)法存在，氣相中只能存在分子形式的揮發(fā)性電解質(zhì)。計(jì)算氣液平衡時(shí)，需要應(yīng)用溶液的相平衡、液相的化學(xué)平衡方程以及質(zhì)量平衡。如果對(duì)煤氣化廢水進(jìn)行水質(zhì)方面的全方位分析，并將其與含硫氨污水進(jìn)行對(duì)照，從熱力學(xué)的角度出發(fā)，需注意以下幾點(diǎn)：

首先，由于酸性氣體以二氧化碳為主，而硫化氫的含量較低。氨類物質(zhì)多以離子的形式存在，因而通過汽提的方式易于進(jìn)行脫除。

其次，廢水中大量存在酚類物質(zhì)，且多具有揮發(fā)性。如果脫氨工序提前，汽提塔內(nèi)的pH值就會(huì)下降至7以下，因此，揮發(fā)酚能夠以分子形式存在，可忽視酚的離解平衡。

最后，脂肪酸類物質(zhì)中乙酸含量超標(biāo)，進(jìn)一步降低了整個(gè)體系的pH值，給固定氨轉(zhuǎn)化為離子脫除帶來(lái)困難。

2.2 單塔模擬分析和工業(yè)應(yīng)用

在單塔模擬分析系統(tǒng)中，引入了ASPENPLUS來(lái)分析單塔脫酸脫氨工藝?？梢园l(fā)現(xiàn)，該工藝是由石油工業(yè)污水化工分離工藝引入，但在廢水體系及處理標(biāo)準(zhǔn)上存在較大差異，需要另外設(shè)置合適的工藝參數(shù)。其中煤氣化廢水中硫化氫的含量較少，而三級(jí)分凝系統(tǒng)此時(shí)的核心功能并非是在于處理含硫氨污水中的固硫作用，而是對(duì)氨提濃過程的同時(shí)進(jìn)行脂肪酸及酚類物質(zhì)的脫除作用[3]。由于煤氣化廢水中大量存在脂肪酸類成分，使得塔釜液的pH偏低，不僅使氨類的脫除過程帶來(lái)困難，同時(shí)也會(huì)破壞塔釜出水的水質(zhì)，進(jìn)而給后續(xù)萃取工藝帶來(lái)負(fù)面影響。而如果采用化學(xué)的手段來(lái)處理，就比較容易達(dá)到塔釜出水指標(biāo)。而在實(shí)際工業(yè)領(lǐng)域，還需添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%～30%的氫氧化鈉溶液。

3 結(jié)語(yǔ)

本文通過對(duì)煤氣化污水化工處理的加堿汽提過程進(jìn)行研究分析，指出應(yīng)對(duì)現(xiàn)有的煤氣化污水化工處理進(jìn)行改進(jìn)，從而避免產(chǎn)生問題。本文對(duì)原煤氣化污水處理工藝進(jìn)行了簡(jiǎn)要的概述，指出了這一處理方法的不足之處，同時(shí)又對(duì)新工藝設(shè)計(jì)和工業(yè)應(yīng)用展開探討，提出應(yīng)將新工藝和新設(shè)計(jì)積極應(yīng)用于工業(yè)實(shí)踐。這一過程運(yùn)用了石油石化工業(yè)領(lǐng)域處理含硫氨污水的汽提裝置，但在設(shè)計(jì)理念方面有一定差異。

[1]蓋恒軍，江燕斌，錢宇，章莉娟，楊楚芬.煤氣化廢水處理過程瓶頸及改進(jìn)措施分析[J].化學(xué)工程，2012，15(08)：165-166.

[2]錢宇，周志遠(yuǎn)，陳赟，余振江.煤氣化廢水酚氨分離回收系統(tǒng)的流程改造和工業(yè)實(shí)施[J].化工學(xué)報(bào)，2011，27(07)：108-109.

[3]任小花，崔兆杰.煤氣化高濃度含酚廢水萃取/反萃取脫酚技術(shù)研究[J].山東大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版)，2010，10(01)：71-73.