類蒸汽汽提法預(yù)處理變換單元高氨氮酸性冷凝液

馮正坤，周永松

（中國石化巴陵分公司化肥事業(yè)部，湖南岳陽 414003）

某粉煤氣化裝置的變換單元采用低水汽比工藝，其工藝?yán)淠航?jīng)汽提塔汽提后，汽提液再經(jīng)汽提塔分離器分離，約2 t/h的高濃度氨氮廢水與系統(tǒng)內(nèi)甲醇廢水匯合送往廢水處理裝置。由于該股廢水中氨氮化物、硫化物及COD均超高，有時(shí)氨氮濃度高達(dá)10 000 mg/L以上，易對生化廢水的處理工藝造成沖擊，導(dǎo)致總排出口的總氮含量超標(biāo)。

1 廢水處理技術(shù)

常見的氨氮廢水處理技術(shù)如表1所示，這些方法都能有效去除廢水中的氨氮，但真正應(yīng)用于煤化工廢水處理的并不多，特別是煤化工的高濃度氨氮廢水，其處理技術(shù)的選擇取決于高氨氮、高COD和含硫化物等的綜合處理。

國內(nèi)多采用吹脫法、汽提法、化學(xué)沉淀法和生物脫氮法處理高濃度氨氮廢水，國外則以化學(xué)沉淀法和生物脫氮法為主[2]。汽提精餾脫氨成套技術(shù)在工業(yè)應(yīng)用中可將氨氮含量為2 000～25 000 mg/L的廢水處理為氨氮含量不高于15 mg/L，并可回收濃度為15%～20%的濃氨水[3]。汽提法采用精餾原理實(shí)現(xiàn)含氨氮廢水脫氨的目的。影響氨氮脫除效率的因素包括裝置設(shè)計(jì)是否合理、廢水流量、蒸汽量、吹脫（分離）溫度、氣液分離空間以及氨處理系統(tǒng)是否適宜[4]。

表1 氨氮廢水處理技術(shù)

2 類蒸汽汽提法原理

氨汽提法是氨氮廢水處理物理法的一種。在高溫狀態(tài)下，利用空氣中氨的分壓與廢水中氨濃度相當(dāng)?shù)钠胶夥謮旱膲翰?，使水中溶解氣體和揮發(fā)性溶質(zhì)穿過氣液界面向氣相轉(zhuǎn)移，從而達(dá)到脫除污染物的目的。類蒸汽汽提法是在汽提法的基礎(chǔ)上根據(jù)煤化工工藝裝置的特點(diǎn)，將變換單元的氣相組成換熱后，介質(zhì)溫度仍高于100℃，從而不需要外引熱源（蒸汽），就能在分離塔中達(dá)到氣液分離的目的。

廢水中的氨氮通常以銨離子（NH4+）和游離氨（NH3）的狀態(tài)存在。在分離塔中，氣相與火炬管線相通，壓力接近大氣壓，根據(jù)道爾頓分壓定律，溶質(zhì)氣體在液面上的分壓隨著氣體的壓力下降而大大降低；根據(jù)亨利定律，由于液面上溶質(zhì)氣體的分壓降低，為保持氣液平衡，水中溶解的氨不斷從液相逸出而進(jìn)入氣相，使廢水中氨氮濃度隨著分壓降低而降低，因此通過控制分離過程，使其中的氨揮發(fā)逸出，氨在水中的溶解度與溫度的關(guān)系如圖1所示。

圖1 氨在水中的溶解度與溫度的關(guān)系

圖2 變換單元工藝?yán)淠簭U水處理流程

3 變換單元高氨氮酸性冷凝液對生化廢水處理的影響

某煤氣化裝置變換單元及低溫甲醇洗單元產(chǎn)生的工藝?yán)淠核腿肫崴═-2101），經(jīng)低壓蒸汽汽提后，塔頂蒸汽經(jīng)塔頂除沫器進(jìn)入汽提塔冷凝器管側(cè)，被循環(huán)水冷卻為汽提液，進(jìn)入汽提塔分離器（F-2106），分離出的高濃度氨氮酸性冷凝液送廢水處理裝置，不冷凝的酸性氣體去酸性氣火炬。

目前，F(xiàn)-2106分離出的酸性冷凝液與界區(qū)內(nèi)甲醇廢水匯合后，送往生化廢水處理裝置，由于F-2106酸性冷凝液屬于高濃度氨氮廢水，氨氮含量為11 200 mg/L，硫化物含量為526 mg/L，COD含量為3 230 mg/L，超出了生化廢水裝置現(xiàn)有處理能力，造成外排口總氮含量超標(biāo)。變換單元工藝?yán)淠簭U水處理流程見圖2。

4 改造及優(yōu)化措施

將T-2101塔頂經(jīng)E-2110冷卻后的汽提液溫度由50℃提升至105℃，盡可能將高氨氮成分帶進(jìn)氣相，直排火炬系統(tǒng)焚燒。循環(huán)水換熱器更換為脫鹽水換熱器（E-2118）；F-2106分離后的液相通過管道送往氣化裝置儲槽，在氣化污廢水分離系統(tǒng)中重新進(jìn)行汽提閃蒸，再送生化污水處理裝置處理實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。

改造后變換單元工藝?yán)淠汉甙钡蹚U水處理流程見圖2，虛線部分為新增和改造設(shè)施，脫鹽水換熱器E-2118采用溫度調(diào)節(jié)閥TV-2140對其殼程出口汽提液進(jìn)行調(diào)溫，在75～105℃實(shí)現(xiàn)自由調(diào)控，以保障設(shè)備及裝置的正常運(yùn)行。

表2 汽提塔分離器出口氣液相組成 %

5 改造效果

為確保現(xiàn)有裝置運(yùn)行穩(wěn)定，工藝方案選定時(shí)，選取了75℃和105℃ 2個(gè)換熱溫度條件進(jìn)行對比，不同溫度下汽提塔分離器出口氣液相組成見表2。

從表2可以看出，在50℃時(shí)，排火炬的氣相中NH3體積分?jǐn)?shù)只有0.000 2%，75℃為0.002 3%，105℃為0.024 8%，濃度成10倍級增加，總量則從75℃時(shí)的1 092.3 kg/h提高到105℃時(shí)的1 282.2 kg/h；液相中75℃為0.081 6%，105℃為0.057 8%，總量則從75℃時(shí)的234.7 kg/h下降到105℃時(shí)的44.8 kg/h，保證了F-2106外排的廢水與甲醇來的廢水混合后，經(jīng)生化處理后能達(dá)標(biāo)排放。

分離處理后廢水中逸出的氨氣因含硫高、繼續(xù)回收其中的氨投資太大，因此暫送火炬系統(tǒng)焚燒處理。此類蒸汽汽提法適用于處理連續(xù)排放的高濃度氨氮廢水，其操作條件與吹脫法類似，氨氮去除率高。

T-2101頂部出口汽提氣的溫度為148℃，存在著繼續(xù)提溫空間，繼續(xù)提溫后汽提塔分離器分離出口氣/液相組成見表3。從表3可以看出，135℃的液相總量為27.0 kg/h，而138℃的液相總量更是低至9.0 kg/h，大幅降低了生化處理量。而若將脫鹽水換熱器E-2118切出，塔頂出口汽提氣不經(jīng)冷卻148℃直接進(jìn)火炬系統(tǒng)，液相總量將基本沒有。

6 結(jié)論

煤氣化變換單元的工藝?yán)淠菏褂妙愓羝岱ㄟM(jìn)行預(yù)處理，經(jīng)汽提后酸性冷凝液廢水中高氨氮物質(zhì)、有機(jī)物及含硫化合物大量氣化分離，氣相引入火炬系統(tǒng)處理，液相以較少量進(jìn)入生化單元，小于生化單元的可接受量，由此保證經(jīng)生化處理后，廢水能達(dá)標(biāo)排放。

表3 繼續(xù)提溫后汽提塔分離器出口氣/液相組成 %