煤氣化廢水酚氨回收工藝流程的分析與改進(jìn)

蔣芹

摘 要 化工廢水是一種危害性較大的污水，新時(shí)期應(yīng)當(dāng)積極做好化工廢水的循環(huán)再利用，提高水資源的循環(huán)利用率。不同的化工廢水需要采用針對(duì)性的處理工藝。在我國社會(huì)不斷進(jìn)步，經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展的背景下，各項(xiàng)資源的需求也是越來越高，面對(duì)各項(xiàng)資源緊缺的情況下，我國現(xiàn)階段對(duì)煤炭的利用不夠合理，非常嚴(yán)重地影響了相關(guān)工作的落實(shí)。

關(guān)鍵詞 煤氣化廢水;酚氨回收;資源

引言

傳統(tǒng)的一、二級(jí)處理后的污水都直接排入到河海中，不僅造成了較大的污染同時(shí)也不利于實(shí)現(xiàn)水資源的高效利用。如若對(duì)化工廢水進(jìn)行深度循環(huán)處理，去除化工廢水中所含有的有機(jī)污染物不僅能夠?qū)⒒U水“變廢為寶”，同時(shí)也能夠達(dá)到較好的排放效果。在設(shè)計(jì)化工廢水循環(huán)處理工藝時(shí)需要綜合考慮處理工藝的合理性、經(jīng)濟(jì)性以及環(huán)保性。通過綜合考慮上述因素設(shè)計(jì)出良好的化工廢水循環(huán)處理工藝。

1對(duì)煤氣化污水處理的綜述

煤氣化污水處理過程中，通常分為三個(gè)級(jí)別的處理，分別為：一級(jí)處理、二級(jí)處理以及深度處理。一級(jí)處理主要是指有價(jià)物質(zhì)的回收，二級(jí)處理主要是生化處理，而深度處理普遍應(yīng)用的方法是臭氧化法和活性炭吸附法。一級(jí)處理包括沉淀、過濾、萃取、汽提等單元，以除去部分灰渣、油類等，屬于液態(tài)產(chǎn)品分離工藝類別。一級(jí)處理中關(guān)鍵注重有價(jià)物質(zhì)的回收，比如用溶劑萃取、汽提、吸附與離子交換等脫酚并實(shí)施回收。這不但規(guī)避了資源的流失浪費(fèi)，并且對(duì)廢水處理相當(dāng)有利。煤氣化廢水經(jīng)過萃取脫酚及蒸汽提a氨之后，廢水中揮發(fā)酚與揮發(fā)氨分別可以除掉99.1%和98.2%以上，COD也可以除掉90%上下，產(chǎn)品類別分為粗酚、氨氣、硫化氫與二氧化碳。二級(jí)處理關(guān)鍵是生化法，通常經(jīng)二級(jí)處理之后，廢水能夠貼近排放要求，生化法關(guān)鍵包括有活性污泥法與生物過濾法等[1]。

2流程設(shè)計(jì)規(guī)定

以廢水處理能力為100 t/h為基準(zhǔn)，由于廢水水樣的污染負(fù)荷最高，因此將該水質(zhì)用于下一步的設(shè)計(jì)，即廢水中揮發(fā)酚的濃度為3834 mg/L，非揮發(fā)性酚為2665 mg/L，同樣選擇苯酚和鄰苯二酚分別作為揮發(fā)酚和非揮發(fā)酚的代表。酚回收工藝流程由酚萃取裝置，溶劑精餾塔和溶劑汽提塔組成，溶劑精餾塔和溶劑汽提塔構(gòu)成。根據(jù)后續(xù)生物處理裝置的需求，廢水中總酚濃度不應(yīng)超過400mg/L，而且要盡可能低。溶劑汽提塔處理后廢水和溶劑精餾塔塔底粗酚中甲基戊烯酮的含量應(yīng)分別低于5 mg/L和0.2%。回收后的萃取劑中的酚的含量保持在100mg/L以內(nèi)。運(yùn)用Aspen PlusTMV7.2優(yōu)化過程的重要參數(shù)。在軟件模擬過程中，各單元設(shè)備模塊的選擇：Sep：萃取塔，Rad Frac：溶劑精餾塔和汽提塔，Heater：加熱器和TANK：溶劑儲(chǔ)罐。由于體系的不理想性，選擇UNIFAC模型來預(yù)測(cè)模擬中的物理特性。原有酚氨回收技術(shù)采取的是雙塔模式，能耗相對(duì)較高，并且回收效率并未達(dá)到預(yù)期效果。新流程的改進(jìn)是把雙塔改成單塔側(cè)線抽出，采取了單塔酸脫氨技術(shù)，即把脫氨前提到萃取前，并落實(shí)在一個(gè)塔內(nèi)同時(shí)脫酸側(cè)線出氨，從而為萃取脫酚營造良好的pH環(huán)境，以利于萃取的進(jìn)一步實(shí)施。第一，單塔工藝能夠有效地完成脫酸脫氨任務(wù)，相較于雙塔工藝更節(jié)能。第二，在塔頂?shù)乃嵝詺庵?，氨含量能夠獲得高效掌控，規(guī)避了塔頂管線發(fā)生碳銨結(jié)晶的情況發(fā)生，同步塔釜液中酸性氣體與氨的含量掌控效果良好，所以提高了氨的回收效率。第三，伴隨著粗氨氣進(jìn)入到三級(jí)分凝體系，一些揮發(fā)酚也會(huì)隨著三級(jí)分凝液循環(huán)流入汽提塔內(nèi)[2]。

3操作參數(shù)的確定

萃取性能根據(jù)實(shí)際的萃取串級(jí)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定，選擇Sep模塊用于萃取塔的模擬以確定萃余液的組成，具體如下：水0.978;甲基戊烯酮，0.021;苯酚38mg/L;鄰苯二酚，48 mg/L。根據(jù)當(dāng)前工業(yè)設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)，結(jié)合設(shè)備制造商提供的數(shù)據(jù)。溶劑精餾塔的操作壓力設(shè)為常壓，每層塔盤的壓力降約為0.7 kPa。在相同的設(shè)計(jì)規(guī)定前提下，研究了不同操作條件對(duì)溶劑精餾塔能量消耗的影響，主要包含塔板數(shù)，進(jìn)料部位和回流比等參數(shù)。一般來說，塔板數(shù)的增加會(huì)導(dǎo)致精餾塔所必需的熱量的降低，但會(huì)導(dǎo)致設(shè)備成本的增加。而對(duì)于精餾塔，進(jìn)料的塔板數(shù)是否處于最佳的地方與能量外加量具有直接關(guān)系。塔板數(shù)目和原料進(jìn)入的塔板數(shù)與塔底再沸器熱負(fù)荷的關(guān)系。當(dāng)塔板數(shù)跨越38塊時(shí)，所需熱負(fù)荷減小的速率減慢。當(dāng)進(jìn)料位置為第5塊塔板時(shí)，塔底換熱器需要給予的熱量是最少的。因此，溶劑精餾塔的最優(yōu)塔板數(shù)和最佳進(jìn)料位置分別設(shè)定為38，5。此時(shí)，精餾塔實(shí)現(xiàn)操作的回流比應(yīng)設(shè)為0.046以符合設(shè)計(jì)規(guī)定。溶劑精餾塔的其他基本操作參數(shù)通過模擬確定，為了滿足回收利用的要求，回收溶劑中的苯酚濃度降低到設(shè)定濃度。此外，粗酚在甲基戊烯酮中的濃度可以降到0.002左右。相當(dāng)于，每處理1噸煤化工廢水的粗酚中的溶劑損失量小于0.013kg。將萃余相輸送到溶劑汽提塔以回收溶解在水相中的甲基戊烯酮。在滿足塔底物流溶劑濃度為5 mg/L設(shè)計(jì)規(guī)定下，伴隨塔的塔板數(shù)增加會(huì)幫助必要加熱量的變小。當(dāng)塔板總數(shù)大于12塊時(shí)，熱負(fù)荷減少趨勢(shì)變得緩慢。進(jìn)料位置為1時(shí)，再沸器需要供給的熱量相比其他達(dá)最低值。因此，溶劑氣提塔的最適宜塔板總數(shù)和進(jìn)料的塔板數(shù)分別設(shè)定為12，1。溶解在萃余液中的溶劑幾乎可以完全回收，回收溶劑的質(zhì)量指標(biāo)也可以滿足回收利用的要求。

4結(jié)束語

煤氣化產(chǎn)生的粗煤氣經(jīng)洗滌冷卻后會(huì)出現(xiàn)許多的含酚、氨、二氧化碳、焦油、硫化氫、脂肪酸和粉塵顆粒的廢水。這些廢水中所含有的物質(zhì)通常都有很高的回收價(jià)值。其間，氨回收通常用汽提法把廢水中的氨脫除，再通過分級(jí)冷凝凈化后生產(chǎn)氨水，關(guān)鍵應(yīng)用在煙氣氨法脫硫和脫銷工藝中生產(chǎn)硫銨和硝銨化肥，不但能夠回收利用氨氣，且通過進(jìn)一步處理后最終落實(shí)廢水的循環(huán)利用，縮減了氨氮化合物排放給環(huán)境帶來的污染，還能夠減少企業(yè)環(huán)保重壓，并獲得一定的經(jīng)濟(jì)收益。

參考文獻(xiàn)

[1] 王振宇，樊彩梅.煤氣化廢水酚氨回收裝置中脫酸脫氨塔的操作優(yōu)化[J].煤化工，2018，46（1）：51-55，76.

[2] 楊富翔.煤氣化廢水酚氨回收裝置的節(jié)能研究[D].青島：青島科技大學(xué)，2015.