蒸氨氨分解改為磷銨法生產(chǎn)氨水的實(shí)踐

黃發(fā)亮

（拜城縣眾泰煤焦化有限公司，新疆拜城842300）

蒸氨氨分解改造為磷銨法生產(chǎn)氨水或無(wú)水氨，徹底解決尾氣中氮氧化物超標(biāo)排放的問(wèn)題，同時(shí)合理地使用資源和能源，實(shí)現(xiàn)氨分解燃燒煙氣零排放，滿足環(huán)保要求，同時(shí)增加氨水或無(wú)水氨的產(chǎn)品。

拜城縣眾泰煤焦化有限公司（以下簡(jiǎn)稱眾泰煤焦化）生產(chǎn)規(guī)模為年產(chǎn)焦炭60萬(wàn)噸，洗精煤180萬(wàn)噸，煤焦油2.5萬(wàn)噸，粗苯5500噸?，F(xiàn)有兩座44孔炭化室高4.3m焦?fàn)t和煤氣凈化系統(tǒng)，其對(duì)煤氣中氨的處理原采用水洗氨蒸氨氨分解工藝。

原蒸氨采用管式爐法蒸氨工藝，氨汽送氨分解焚燒，分別耗用煤氣1100m3/h和500m3/h，合計(jì)1600m3/h，并排放燃燒煙氣。

為實(shí)現(xiàn)資源綜合利用，節(jié)能減排，降本增效，眾泰焦化進(jìn)行焦?fàn)t煤氣氨回收工藝裝備技術(shù)升級(jí)改造，采用磷銨法吸收焦?fàn)t煤氣中的氨和蒸氨氨汽生產(chǎn)氨水或無(wú)水氨。

1 工藝技術(shù)方案

1.1 總體工藝路線（圖1）

來(lái)自蒸氨塔分縮器的氨汽和焦?fàn)t煤氣分別進(jìn)入磷酸吸收塔，在吸收塔內(nèi)被磷酸溶液吸收氨。含氨的磷銨富液送解吸塔解吸，塔底貧液經(jīng)換熱和冷卻后返回吸收塔，塔頂氨汽經(jīng)換熱和冷卻后得到產(chǎn)品氨水及液氨。

圖1 蒸氨氨汽回收生產(chǎn)氨水及液氨流程圖

1.2 生產(chǎn)方法

首先通過(guò)酸堿反應(yīng)，用磷酸一銨選擇性地與氨反應(yīng)生成磷酸二銨，把氨從氨汽中吸收分離出來(lái)。接著利用磷酸二銨熱穩(wěn)定性差的特點(diǎn)，通過(guò)加熱把氨分解出來(lái)，冷凝冷卻得到氨水，氨水再經(jīng)精餾塔精餾得到99.8%液氨。

1.3 工藝原理

磷銨溶液中的鹽類主要以磷酸一銨（NH4H2PO4）和磷酸二銨（（NH4）2HPO4）兩種化合物存在。磷酸一銨十分穩(wěn)定，在130℃以上才能分解；磷酸二銨較不穩(wěn)定，達(dá)到70℃時(shí)即開始分解放出氨，而變成磷酸一銨。氨汽從磷銨溶液中分離出氨生產(chǎn)氨水，是利用磷酸一銨和磷酸二銨之間的轉(zhuǎn)化，通過(guò)氣體吸收和富液解吸，實(shí)現(xiàn)對(duì)氨汽中氨的分離和回收。其化學(xué)反應(yīng)式如下：

吸收反應(yīng)：NH3+NH4H2PO4=（NH4）2HPO4

解吸反應(yīng)：（NH4）2HPO4=NH3+NH4H2PO4

氨吸收效率主要取決于磷銨溶液中磷酸一銨和磷酸二銨的含量，一般用溶液中NH3和H3PO4的摩爾比間接表示。用磷酸一銨貧液（溶液中NH3和H3PO4的摩爾比為1.25～1.35）洗滌吸收氨汽中的氨，生成磷酸二銨富液（溶液中NH3和H3PO4的摩爾比為1.65～1.75）。磷銨貧液進(jìn)入吸收塔，自上而下與氨汽逆流接觸，其中磷酸一銨與氨汽中的氨反應(yīng)生成磷酸二銨。氨汽中的氨被吸收，尾氣從吸收塔頂排出，送至氨法脫硫塔前的煤氣中。

磷銨富液進(jìn)入解吸塔上部，自上而下與上升的高溫汽提汽逐板接觸傳熱傳質(zhì)，其中磷酸二銨分解為磷酸一銨和氨。氨和水蒸氣從解吸塔頂排出，冷凝冷卻為氨水。塔底液相在加熱器中加熱后，返回塔內(nèi)供熱，塔底貧液返回吸收塔。

磷銨法生產(chǎn)氨水工藝，即用磷銨溶液吸收氨汽中的氨，吸收氨的富液通過(guò)解吸獲得氨汽，氨汽再經(jīng)過(guò)冷凝冷卻，制成氨水。

由于氨汽中含有一定量的酸性組分和油類，因此，在整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程除上述洗氨、解吸兩個(gè)主要過(guò)程外，還包含磷銨溶液的凈化過(guò)程，以確保氨水產(chǎn)品負(fù)荷質(zhì)量要求。

富液凈化，即富液由富液泵從吸收塔底部抽出，進(jìn)入富液過(guò)濾器除渣，除渣后的富液在貧富液換熱器中與來(lái)自解吸塔底部的貧液換熱后，進(jìn)入脫氣器。渣摻入煉焦煤中煉焦。

脫氣器閃蒸出來(lái)的酸性組分和油類，由脫氣器頂部排出，進(jìn)入吸收塔。

1.4 工藝流程特點(diǎn)

1.4.1 循環(huán)溶液酸度低

吸收-解吸過(guò)程磷銨循環(huán)溶液選擇在低酸度下運(yùn)行，即溶液中磷酸質(zhì)量濃度控制在25%，降低溶液的結(jié)晶溫度。這種選擇尤其適應(yīng)本項(xiàng)目地處寒冷地區(qū)，同時(shí)，酸度降低也使溶液的腐蝕性減弱，整個(gè)裝置在設(shè)備結(jié)構(gòu)、材料的選擇方面具有極大的優(yōu)勢(shì)，使設(shè)備制造的國(guó)產(chǎn)化成為可能。

1.4.2 一塔式吸收與冷卻

磷銨吸收氨為放熱反應(yīng)，煤氣升溫且增濕，通常需后續(xù)配置終冷裝置冷卻煤氣以滿足洗苯要求。這種配置的主要缺點(diǎn)是煤氣在終冷過(guò)程中產(chǎn)生工藝廢水外排，加劇工廠廢水處理的負(fù)荷。一塔式吸收與冷卻是將氨的吸收與煤氣冷卻同時(shí)在吸收塔內(nèi)完成，氨吸收塔出口煤氣溫度可控制在25℃～27℃，因而不必單獨(dú)設(shè)置煤氣終冷設(shè)施，從根本上杜絕了終冷廢水的產(chǎn)生。

1.4.3 高效的塔內(nèi)件結(jié)構(gòu)

基于磷銨溶液結(jié)晶點(diǎn)的降低，采用填料吸收塔，相比空噴方式可大大降低循環(huán)噴灑量，減少循環(huán)泵的動(dòng)力消耗。

由于本項(xiàng)目氨處理量小，解吸塔和精餾塔的塔徑相應(yīng)很小，可采用UniChem開發(fā)的高效填料，以實(shí)現(xiàn)更高效的傳質(zhì)與分離和更大的操作（負(fù)荷）彈性。

1.4.4 解吸供熱模式環(huán)保

解吸塔的供熱采用蒸汽間接加熱模式，蒸汽冷凝水可回收使用，這樣不僅大大地減少了進(jìn)入蒸氨系統(tǒng)的新鮮水量，而且也減少了外排廢水量。當(dāng)前，在工廠外排污水日益受到嚴(yán)格限制的環(huán)境下，這種改變將降低整個(gè)工廠污水處理的運(yùn)行成本。

1.4.5 解析壓力低

解吸選擇在低壓下操作，控制操作壓力為0.9MPa（G），減緩裝置的腐蝕程度。在此基礎(chǔ)上，設(shè)備、管道器件的質(zhì)量等級(jí)要求也相應(yīng)降低，建設(shè)投資和生產(chǎn)維護(hù)量都將減少。

低壓條件下解吸，從操作參數(shù)的控制上區(qū)別于國(guó)內(nèi)目前運(yùn)行的引進(jìn)裝置。針對(duì)本項(xiàng)目總氨處理量小的特點(diǎn)，在滿足工藝要求、設(shè)備便于安裝檢修的基礎(chǔ)上，設(shè)備結(jié)構(gòu)、材料選擇達(dá)到最優(yōu)化。

1.4.6 先進(jìn)的富液凈化方式

富液脫除焦油等雜質(zhì)的凈化過(guò)程采用了目前新型設(shè)備——陶瓷過(guò)濾器，其結(jié)構(gòu)內(nèi)部具有大量貫通的細(xì)微通道，廣泛用于過(guò)濾、分離凈化。與依靠密度差靜置分離除油技術(shù)相比，具有凈化效果好，操作密閉，不污染環(huán)境的特點(diǎn)。

2 存在問(wèn)題及解決措施

工藝改造后，進(jìn)入吸收塔的水分由原來(lái)的煤氣飽和水變成現(xiàn)在的煤氣飽和水與蒸氨塔氨汽水兩部分，而氨汽水進(jìn)入吸收塔不僅影響磷銨循環(huán)液中H3PO4的質(zhì)量濃度（酸度），而且影響系統(tǒng)水平衡的控制。

影響系統(tǒng)水平衡的因素主要有三個(gè)方面：

（1）由于煤氣在吸收塔內(nèi)冷卻降溫，溶液在吸收單元獲得多余水分，而在解吸單元又失去水分，整個(gè)系統(tǒng)因煤氣減濕增加的水分以解吸塔氨汽帶水的方式得以脫出。因此，吸收塔煤氣出口溫度和解吸塔氨汽溫度是影響水平衡的主要因素。

（2）解吸單元采用間接與直接蒸汽相結(jié)合的加熱方式，故直接蒸汽量也成為影響水平衡的關(guān)鍵。

（3）如果富液過(guò)濾器采用蒸汽冷凝水沖洗，將有大量水進(jìn)入并積存在溶液系統(tǒng)，需逐步從系統(tǒng)脫出。這部分水的增加導(dǎo)致富液處理能力的加大，引起解吸和精餾操作參數(shù)的調(diào)整，因此實(shí)際操作中，應(yīng)盡量避免在沖洗富液過(guò)濾器時(shí)大量使用蒸汽冷凝水。

此次技術(shù)改造影響系統(tǒng)水平衡的主要因素是由于蒸氨塔氨汽中的水進(jìn)入吸收塔，使磷銨溶液酸度降低，循環(huán)液的摩爾比減小，影響吸收效率，可通過(guò)調(diào)高吸收塔煤氣出口溫度，增加飽和煤氣的含水量，將蒸氨氨汽中的水以飽和煤氣的形式帶出系統(tǒng)，控制系統(tǒng)水平衡。因此只需將吸收塔出口煤氣溫度做相應(yīng)調(diào)整，根據(jù)蒸氨塔氨汽帶入水量，核算吸收塔出口煤氣溫度（經(jīng)核算吸收塔出口煤氣溫度只需提高2℃～3℃，即可滿足要求），相應(yīng)調(diào)整循環(huán)水量，控制循環(huán)液溫度，不需增加換熱設(shè)備，操作簡(jiǎn)單。

3 裝置組成

裝置由吸收單元、解吸單元、精餾單元及公輔設(shè)施組成。

4 產(chǎn)品方案規(guī)模

氨源來(lái)自于剩余氨水中的氨，剩余氨水的總量及氨含量見表1。

表1 剩余氨水的總量及氨含量

吸收來(lái)自蒸氨塔分縮器后氨汽中的氨，生產(chǎn)氨水及無(wú)水氨，產(chǎn)量見表2。

表2 氨水與液氨產(chǎn)量

5 結(jié)論

蒸氨氨分解工藝改造為磷銨工藝生產(chǎn)氨水及液氨有效解決了氨分解尾氣氮氧化物超標(biāo)排放的環(huán)保問(wèn)題，節(jié)省焦?fàn)t煤氣，并且能生產(chǎn)出合格氨水及液氨產(chǎn)品，為焦化企業(yè)環(huán)保治理發(fā)揮了示范引領(lǐng)作用。