降低煤氣化裝置灰水系統(tǒng)氨氮含量的措施

張 濤，屈 政

(1.兗礦國宏化工有限責(zé)任公司 山東鄒城 273500； 2.兗礦魯南化工有限公司 山東滕州 277527)

兗礦國宏化工有限責(zé)任公司(以下簡稱國宏化工公司)500 kt/a甲醇生產(chǎn)裝置采用3臺德士古水煤漿氣化爐制取原料氣，水煤漿與氧氣在氣化爐燃燒室內(nèi)混合燃燒后，殘?jiān)按置簹庖煌M(jìn)入氣化爐激冷室水浴，形成以游離氨和銨離子形式存在的氨氮，整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)中的氨氮最終通過外排灰水排放至污水站進(jìn)行處理。隨著煤氣化裝置投煤量的增加，煤氣化裝置灰水中的氨氮含量也相應(yīng)提高，給污水站外排水的達(dá)標(biāo)排放帶來風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)裝置的實(shí)際情況，通過采取切實(shí)可行的措施，在保證系統(tǒng)產(chǎn)能不變的情況下，降低了灰水中的氨氮含量，徹底解決了污水站外排水指標(biāo)超標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)。

1 汽提塔系統(tǒng)

如圖1所示：來至變換工序4#氣液分離器的高氨氮含量低溫冷凝液經(jīng)冷凝液預(yù)熱器加熱后從頂部進(jìn)入汽提塔(填料塔)，0.35 MPa低壓蒸汽從中部入塔，冷凝液與低壓蒸汽在塔內(nèi)填料段逆流接觸，冷凝液被充分加熱，此時(shí)水中的氨氮因溫度的升高而從液相中被汽提分離并隨尾氣出塔，塔釜內(nèi)低氨氮含量的冷凝液送至除氧器；出塔尾氣經(jīng)冷凝液預(yù)熱器和脫鹽水冷卻器冷卻后，在5#分離器內(nèi)進(jìn)行氣液分離，不凝氣(壓力0.18 MPa、溫度40 ℃、質(zhì)量流量973.32 kg/h)送往火炬，分離出的冷凝液送磨煤系統(tǒng)用作磨煤水。

在該流程中，汽提塔塔釜內(nèi)冷凝液氨氮質(zhì)量濃度為150 mg/L左右，5#分離器內(nèi)的冷凝液氨氮質(zhì)量濃度為11 000 mg/L。

2 氨氮的處理

2.1 污水站處理

國宏化工公司污水站主要采用SBR工藝處理來自煤氣化裝置的灰水中的氨氮，設(shè)計(jì)日處理氨氮量為1.20 t，日接收的廢水量為4 800 m3，進(jìn)水氨氮質(zhì)量濃度最高為250 mg/L。污水站進(jìn)、出水指標(biāo)如表1所示。

圖1 汽提塔流程示意

2.2 高溫燃燒

5#分離器分離出的高氨氮含量冷凝液送至磨煤系統(tǒng)，然后隨水煤漿一起進(jìn)入氣化爐進(jìn)行高溫(約1 300 ℃)燃燒、分解。由于氨氮的燃燒是一個(gè)可逆的過程，整個(gè)燃燒過程所消耗的氨氮量有限，即氨氮的去除效果不明顯，最終還是送至污水站進(jìn)行處理。

表1 污水站進(jìn)、出水指標(biāo)

項(xiàng)目COD/(mg·L-1)BOD/(mg·L-1)氨氮/(mg·L-1)固體懸浮物/(mg·L-1)pH總氰/(mg·L-1)進(jìn)水8503902501307.44.0出水≤60≤20≤5≤506.0～9.0≤0.2

綜合上述2種處理方式，在系統(tǒng)投煤量不變的情況下，污水站外排水指標(biāo)均能達(dá)標(biāo)，不存在排放超標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)。

3 系統(tǒng)存在的問題及解決措施

國宏化工公司于2017年對生產(chǎn)裝置實(shí)施了節(jié)能挖潛升級改造，系統(tǒng)產(chǎn)能由1 500 t/d提高至2 000 t/d，產(chǎn)能的增加導(dǎo)致投煤量也相應(yīng)增加。投煤量增加后，煤氣化裝置灰水中的氨氮含量也隨之提高，送至污水站的灰水中氨氮質(zhì)量濃度由245 mg/L提高至320 mg/L，導(dǎo)致污水站的外排水指標(biāo)存在超標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)，嚴(yán)重威脅公司環(huán)保指標(biāo)的控制。

為降低污水站外排水指標(biāo)存在的超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)，采取了以下幾個(gè)方面的措施。

(1) 通過對污水站的運(yùn)行方式進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，最終氨氮處理量由1.20 t/d提高至1.44 t/d，即煤氣化裝置外排灰水中的氨氮質(zhì)量濃度最高可達(dá)300 mg/L，此時(shí)不會(huì)對裝置的生產(chǎn)負(fù)荷產(chǎn)生影響。

(2) 將氨、銨的化合物和氨氮由氣相排出，防止其停留在水中。由圖1可知，汽提塔頂部尾氣中氨、銨的化合物和氨氮含量最高，將該部分尾氣進(jìn)行就地排放，即打開圖1中的閥1，尾氣不經(jīng)過換熱器直接排放。經(jīng)流程優(yōu)化，尾氣中的冷凝液就不會(huì)存留在5#分離器中，凝液中的氨氮也不會(huì)隨水煤漿再次進(jìn)入生產(chǎn)系統(tǒng)。該優(yōu)化措施實(shí)施后，灰水中氨氮質(zhì)量濃度降至280 mg/L，污水站外排水指標(biāo)超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)得到解決。但鑒于氨、銨的化合物以及氨氮的本身特性，該方法實(shí)施后，導(dǎo)致廠區(qū)及周邊環(huán)境有嚴(yán)重的氨味，對環(huán)境造成了一定的污染，故只能作為應(yīng)急之用。

(3) 通過與鍋爐生產(chǎn)企業(yè)的溝通交流，汽提塔頂部的不凝氣可送至鍋爐進(jìn)行燃燒。為了取得最佳效果，經(jīng)設(shè)計(jì)院核算，汽提塔頂部的尾氣溫度控制在90～110 ℃時(shí)，均能較好地把氨、銨的化合物以及氨氮從水中提出，最終送至鍋爐進(jìn)行燃燒。在實(shí)際運(yùn)行過程中，汽提塔頂部的該部分氣體溫度為140 ℃，需適當(dāng)降溫，以降低進(jìn)入鍋爐尾氣中的水含量。結(jié)合現(xiàn)有工藝流程，對汽提塔工藝流程進(jìn)行了相應(yīng)的改造，具體優(yōu)化改造示意如圖2所示。

圖2 汽提塔工藝流程優(yōu)化改造示意

由圖2可知：①關(guān)閉閥4、打開閥5，可將汽提塔尾氣引至鍋爐；②將脫鹽水冷卻器的旁路閥(閥3)打開，出冷凝液預(yù)熱器的汽提塔尾氣不經(jīng)冷凝可直接進(jìn)入5#分離器；③通過自調(diào)閥(閥1/閥2)相互自動(dòng)調(diào)節(jié)，最終確保去鍋爐的汽提塔尾氣溫度控制在90～100 ℃。系統(tǒng)改造完成后，煤氣化裝置灰水中的氨氮含量大幅降低，不僅污水站外排水指標(biāo)完全可控，不存在超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)，而且鍋爐運(yùn)行正常。改造前，控制外排水氨氮質(zhì)量濃度≤5 mg/L；改造后，SBR工藝恢復(fù)原工藝控制指標(biāo)，對外排水的總氮含量加以控制。改造前、后煤氣化裝置灰水指標(biāo)對比如表2所示。

4 結(jié)語

(1) 通過對污水站的優(yōu)化操作，犧牲部分不重要的工藝指標(biāo)(外排水中的總氮)，污水站對氨氮的處理能力由1.20 t/d提高至1.44 t/d，未對裝置的生產(chǎn)負(fù)荷造成影響。

(2) 結(jié)合汽提塔的運(yùn)行情況，將汽提塔尾氣改為就地排放，煤氣化裝置灰水中的氨氮質(zhì)量濃度由320 mg/L降至280 mg/L，污水站外排水超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)大幅降低。

表2 改造前、后煤氣化裝置灰水指標(biāo)對比

項(xiàng)目灰水中氨氮/(mg·L-1)污水站外排水/(mg·L-1)氨氮總氮改造前3204.71503184.61803234.8165改造后2402.5602353.1652322.958

(3) 汽提塔尾氣經(jīng)改造送至鍋爐進(jìn)行燃燒，最終將煤氣化裝置灰水中的氨氮質(zhì)量濃度由320 mg/L降至232 mg/L，徹底解決了污水站外排水超標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)；汽提塔的運(yùn)行恢復(fù)至原流程，解決了生產(chǎn)廠區(qū)有氨味的問題；污水站SBR工藝恢復(fù)至原控制指標(biāo)，降低了污水站外排水中的總氮含量。