甲醇廠氨氮廢水處理裝置的工藝模擬研究

王鼎 劉麗娜

摘要：榆林煤化科技有限公司的氨氮廢水處理裝置的采用空氣吹除、加硫酸吸收的閉氣汽提工藝，用以處理煤制甲醇生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的氨氮廢水。本研究選擇Aspen Plus軟件與ELECNRTL活度系數(shù)法，對本公司氨氮廢水裝置進行了數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)模擬。模擬結果表明：氨氮廢水的pH值、堿消耗量與實際生產(chǎn)過程中的數(shù)值基本接近，說明本試驗選用的模擬軟件能夠準確地反映出裝置的真實生產(chǎn)情況，有一定的參考價值。在生產(chǎn)運行過程中，進入氨氮汽提塔的廢水pH值應需要控制在11±0.2。當進入氨氮汽提塔廢水溫度值升高時，排出氨氮物的含量值會隨之降低。

關鍵詞：氨氮廢水;模擬;吹除;廢水處理

中圖分類號：TQ055文獻標識碼：A 文章編號：1001-5922（2019）05-0101-04

榆林煤化科技有限公司的氨氮廢水處理裝置于2010年投入使用，處理量為120t/h。本裝置采用氣體吹除、酸吸收的汽提工藝，用以處理煤制甲醇生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的氨氮廢水。本裝置開車運行后，大大降低了銨鹽用量，排水水質達到了延長石油集團公司廢水處理初期的需求，響應現(xiàn)代煤化工綠色、節(jié)能、環(huán)保的要求。為了深入了解裝置的真實運行狀況和技術水平，本研究選擇Aspen Plus軟件，與ELECNRTL活度系數(shù)法，對氨氮廢水處理裝置進行了工藝模擬，本研究結果將對后期運行生產(chǎn)提供可靠的數(shù)據(jù)參考。

1工業(yè)裝置

1.1廢水水質

氨氮廢水取自榆林煤化科技有限公司分子篩及全白土裝置的排水，氨氮化合物質量濃度小于8000ug/g;，pH值為5.5～7.5，溫度控制在45℃。

1.2工藝流程

氨氮廢水與堿液一起混合后進人廢水槽，采用蒸汽對氨氮廢水和堿液混合物進行加熱至80℃，進入氨氮汽提塔，進入塔中的混合物與塔底進人的循環(huán)空氣逆流交換，將廢水中的氨氣解析出來。氨氮被（解析）吹出的工藝流程簡圖見下圖1。氨氮汽提塔的工作參數(shù)：溫度80℃，壓力0.004MPa，流量≤115t/h。

1.3吹除原理

吹除是采用空氣作為介質對廢水進行解析，利用氨氮化合物在廢水中的實際濃度與平衡濃度之間的差值，將氨氮化合物轉移至氣相而吹除。廢水中氨氮化合物大多以銨離子與氨的形式存在，平衡主要受pH值的影響。常溫常壓下，當pH值在7左右時，氨氮化合物多以銨離子形式存在;當pH值在11左右時，氨含量約占90%。說明在堿性條件下：空氣與廢水接觸后，銨根離子轉化為為氨氣后吹出，這樣達到脫除氨氮目的。

2結果與討論

2.1選擇模擬方法

本研究選擇Aspen Plus軟件對實際生產(chǎn)工藝進行模擬。從表1知：對廢水pH值與堿消耗量進行軟件模擬得出的結果與實際生產(chǎn)測得實際數(shù)值基本相接近，說明：本研究所選擇的模擬軟件較為合理。

2.2汽提塔物料平衡

從表2知，選擇進汽提塔污水量為90t/h、廢水中氨氮化合物含量為7000ug/g進行模擬計算，當PH值大于11、壓力為常壓時、溫度為90℃、循環(huán)空氣量到達100000kg/h時，氨氮汽提塔排出水中的氨氮化合物含量為25ug/g，說明能夠滿足污水處理廠的進廠要求。

2.3塔填料選擇

對于氨氮汽提塔，塔內填料的選擇非常重要，因為塔內填料的類型、性質直接影響著汽提塔的性能及負荷。填料因子中：在特定的工藝下能夠真實的反映出汽提塔內部填料流體力學性能的好壞，ψ值越小，液泛速率越高。填料空隙率ε：ε值越大，通量大;單位面積下填料層的壓力降低，塔內總壓力降低，能量消耗就少。目前廠里氨氮汽提塔填料選用特勒花環(huán)（美速環(huán)?？萍加邢薰旧a(chǎn)的填料）。本研究選擇不同填料進行對比研究，目的是：選擇最佳的填料，指導實際生產(chǎn)，模擬實驗結果見表3。從模擬實驗結果得出：特勒花環(huán)填料的比表面積為99.5m²/m³，是模擬實驗選擇中的最大值。填料因子中為34.5m，是模擬實驗選擇中的最小值。本模擬研究表明：廠里目前選用的特勒花環(huán)填料是合理的。

2.4影響排水水質的因素

（1）氨氮含量

日常生產(chǎn)過程中催化劑裝置是非連續(xù)性的，是采用間歇式運行，所以排出的廢水流量和組成很不穩(wěn)定。圖1可知，汽提塔排水中氨氮化合物含量對排出水水質的影響很大。當排水氨氮化合物含量為14000ug/g時，汽提塔排水中氨氮化合物含量高于80ug/g，超出污水處理廠人廠要求。在日常運行生產(chǎn)中，裝置廢水中氨氮化合物含量為2700～6000ug/g，說明排水水質能夠達到生產(chǎn)要求。

（2）循環(huán)氣

吸收塔的吸收性能決定了氨氮汽提塔的運行狀況，循環(huán)氣中攜帶的氨氮化合物受酸堿性的影響很大，當吸收塔的pH值變化較大時，氨氮化合物的含量也會隨之發(fā)生變化。從圖2可知，當循環(huán)氣攜帶氨氮化合物含量上升時汽提塔排水氨氮化合物含量會隨之升高，當循環(huán)氣氨氮化合物含量為60ug/g時，排水氨氮化合物過含量大于80ug/g，無法達到污水處理廠人廠要求。因此，循環(huán)氣攜帶的氨氮化合物含量應該控制在60u/g以下。

（3）水溫

升溫有利于汽提，當溫度升高時氨氮汽提塔中氨氮含量明顯降低，由圖3可知，進入裝置的水溫度高于60℃時氨氮汽提塔中氨氮含量低于80ug/g，達到了人廠要求。冬天，為了提高氨氮氣體效果，降低蒸汽消耗，可將操作溫度控制在70℃左右。

（4）處理量

結合圖4可知，當廢水中氨氮化合物含量為60t/h時，廢水處理量與氨氮汽提塔排水中氨氮化合物含量成正比，當廢水量高于100t/h時，被處理的廢水將無法滿足處理廠人廠要求，因此日常運行過程中需將廢水處理量控制為90t/h左右，基本達到人廠要求。

（5）PH值

pH值的調節(jié)選用NaOH溶液，調整完成后進人氨氮汽提塔。由圖5知：當pH值在6～9之間時，氨氮含量降低不是很明顯，說明汽提效果不好。當pH值在9～11之間時，氨氮含量降低幅度最大，說明汽提效果最好。隨著廢水pH值的升高，塔底排出水中氨氮化合物含量降低;當pH值為11～12時，排出水的水質能夠達到進入廢水處理廠人廠指標，說明實際生產(chǎn)過程中準確控制NaOH溶液加入量是關鍵。在平時的生產(chǎn)過程中，進入汽提塔的廢水的pH值應控制在11±0.2;當pH小于10.5時，排出水氨氮化合物太高不能達標;如果選擇pH大于12則對NaOH的消耗量太大，生產(chǎn)成本太高。

3結論

（1）本研究選用Aspen Plus軟件、ELECNRTL活度系數(shù)法，對企業(yè)生產(chǎn)裝置實際數(shù)據(jù)進行模擬。模擬數(shù)據(jù)與生產(chǎn)運行數(shù)據(jù)基本相符，說明本研究選用的模擬軟件能夠真實準確地反映出裝置的實際運行狀況。

（2）模擬數(shù)據(jù)進一步表明：應該將進入汽提塔的廢水pH值控制在11±0.2，廢水處理量控制為90t/h左右，循環(huán)氣氨氮化合物含量小于60ug/g，溫度選擇80℃左右，由于當?shù)貧鉁氐淖兓^大，為了降低蒸汽消耗，冬季可將操作溫度控制在70℃左右，這樣可以節(jié)約蒸汽的消耗量，減少能源能耗，節(jié)約成本。