探究煤氣化廢水酚氨回收裝置中脫酸脫氨塔的操作優(yōu)化

李星明

(山西潞安煤基清潔能源有限責任公司，山西 長治 046200)

引 言

在煤化工領域中，碎煤固定床加壓氣化工藝技術在多年發(fā)展當中更加成熟，具有煤種適應性廣、耗氧量少、產(chǎn)出甲烷含量高等優(yōu)勢。洗氣工藝當中會產(chǎn)生大量高濃度煤化工廢水，其中含有很多硫化物、酚、焦油等物質(zhì)，并且這些污染物會隨著煤質(zhì)變化而產(chǎn)生變化。在實際生產(chǎn)當中，酚氨回收裝置脫酸脫氨塔很容易出現(xiàn)塔釜液水質(zhì)超標問題，并且學術界對此類問題的研究也非常少。這就需要對脫酸脫氨塔塔釜液水質(zhì)超標問題進行針對性的優(yōu)化操作，并進行合理改造，降低在實際生產(chǎn)中對自然環(huán)境的影響[1-2]。

1 酚氨回收裝置運行工藝機理分析

酚氨回收裝置是由氨汽提塔、酸性汽提塔整合的一種設備。主要分為脫酸脫氨系統(tǒng)、三級分凝系統(tǒng)內(nèi)。在實際運行工藝中，處理之后的煤氣化廢水會分流，一部分進入到冷卻塔內(nèi)冷卻，冷進料進入到塔頂當中；部分廢水流入換熱系統(tǒng)中，成為熱料進入到塔體，之后再經(jīng)過再沸器加熱。塔釜中的酸性氣體主要為二氧化碳、硫化氫，與氨氣共同加熱，從液相釋出并隨著氣相朝向塔頂上升[3-4]。

上升中，由于氣相和冷料接觸，酸性氣體揮發(fā)性高于氨氣，所以大部分酸性氣體會先從塔頂排出，少量酸性氣體、大量氨氣會重新被液相吸收，在塔體中間位置產(chǎn)生高濃度氣體區(qū)，通過側線采出之后會進入到三級分凝系統(tǒng)中，此時要降溫3次，得到氨氣。塔釜液、熱料換熱后，再到脫酚系統(tǒng)當中脫酚處理。此工藝同時脫除酸性氣體和氨氣，后續(xù)萃取工藝加工環(huán)境為堿性，這樣即可提升萃取脫酚效率。

2 酚氨回收裝置中脫酸脫氨塔的優(yōu)化思路

2.1 工程案例

某酚氨回收裝置在日常運行中，處理水量為60 t/h，每年運行時間為7 200 h，本裝置的入水水質(zhì)當中的游離氨占據(jù)總氨質(zhì)量分數(shù)的90 %以上，采用Aspen plus模擬計算方案，但是在實際操作當中，固定氨被忽略，將游離氨替代總氨。脫硫脫氨后水中游離氨質(zhì)量濃度設定低于30 mg/L，酸性氣體質(zhì)量濃度設置低于200 mg/L。

2.2 操作優(yōu)化思路

由于上述試驗方法沒有考慮固定氨，因此試驗結果并不標準。所以可以從另一個方面進行考慮，就是在脫硫脫酸塔、三級分凝系統(tǒng)加工參數(shù)確定的基礎上，采用Aspen plus軟件模擬脫酸脫氨工藝形態(tài)，在其他工藝參數(shù)都固定的前提下，對操作壓力、冷熱進料比、側線采出率、側線采出位置等因素進行分析，找出最優(yōu)的操作計劃。

3 脫酸脫氨塔的操作優(yōu)化

3.1 操作壓力

在試驗過程中，僅調(diào)節(jié)脫酸脫氨操作壓力，其他各項參數(shù)都保持不變，壓力設定分別為(MPa)：0.3、0.4、0.5、0.7，通過不同加壓操作分析脫酸脫氨塔塔釜液水質(zhì)中各類物質(zhì)含量以及塔耗能情況。其中，在操作壓力在0.2 MPa和0.3 MPa時，由于相比三級冷凝壓力更小，所以在試驗當中需要對三級冷凝操作進行修改，確保試驗的精準性。

通過試驗對比可知，壓力和塔釜溫度成正比，壓力越大、溫度越高，但是游離氨數(shù)量逐漸降低，與二者成反比關系。這是因為，隨著加壓提升溫度，高溫環(huán)境下更有利于游離氨分離、脫除。所以通過加壓可以提升塔的生產(chǎn)效率。通過對各個壓力操作環(huán)境的參數(shù)分析可知，在壓力為0.3 MPa時，塔釜液當中各類分子含量都達到了脫酸脫氨之后的出水標準，但是在后續(xù)三級冷凝、氨氣凈化當中會降壓，所以操作壓力在0.3 MPa時無法滿足最終操作標準。操作壓力在0.4 MPa～0.7 MPa之間時，脫酸脫氨塔能耗有明顯提升，0.4 MPa能耗為5 900 kW、0.7 MPa能耗為7 200 kW，所以操作壓力和能耗成正比。在能夠滿足生產(chǎn)標準的基礎上，考慮經(jīng)濟性因素，操作壓力控制在0.4 MPa～0.5 MPa最為合適。

3.2 冷進料總占比

冷進料總占比作為變量，其他操作參數(shù)均不變，進料比分別設置為0.1、0.2、0.25、0.3、0.4，此時分析塔中氨含量、塔功耗問題。通過試驗對比分析，在冷進料增加、塔頂酸性氣體中氨含量有所降低，二者成反比。

在進料比為0.1～0.2時，酸性氣體中氨大幅度降低?？紤]到設計生產(chǎn)當中，需要降低酸性氣當中氨含量，從而降低后期設備、管道產(chǎn)生碳銨結晶的幾率，所以將冷進料比0.1排除；在冷進料比0.2～0.4過程中，酸性氣體中氨體積分數(shù)都在100×10-6以內(nèi)，變化趨勢不明顯，可以滿足生產(chǎn)要求。隨著冷進料比重增加，能耗也隨之增加。在0.2～0.3時，塔功耗變化趨勢最為緩和，大于0.3冷進料時，塔耗能急劇增加。為了能夠降低工藝使用的電力損耗，要根據(jù)入水標準，冷進料比在0.2～0.3最佳。

3.3 側線采出量

側線采出量為變量，其余參數(shù)皆不變的基礎上，考察1 000 kg/h～8 000 kg/h的塔釜液氨含量以及能耗變化趨勢。通過分析可知，側線采出率和塔釜液氨含量成反比，側線采出率越高、氨含量越低。在側線采出率為10 %時，塔釜液氨質(zhì)量分數(shù)為1.38×10-6，在側線采出率為12.1 %、13.0 %時，氨質(zhì)量分數(shù)皆小于1×10-6，可見，側線采出率在10 %以上為最佳。再者，通過分析可知，側線采出率增加，能耗也隨之上升，二者成正比。所以，同時考慮工藝要求和成本，建議增加一定的側線采出率范圍，側線采出率應以10 %～13 %為最佳，如果在13 %以上則會產(chǎn)生較大功耗。

3.4 側線采出位置

側線采出位置根據(jù)以上幾點操作優(yōu)化變量，將設定的參數(shù)為操作壓力0.5 MPa、冷進料比為0.2、側線采出率為10 %，其余參數(shù)設定相同，從而分析側線采出位置。通過分析可知，在第10塊到第53塊塔板間，氣相氨含量差異不大，液相氨質(zhì)量分數(shù)變化不大，氣相氨體積分數(shù)要比液相氨質(zhì)量分數(shù)更大，所以是氣相采出。

通過分析可知，側線采出位置下移，酸性氣體中氨含量隨之下降，塔釜液氨含量隨著側線采出位置上移而上升，在采出位置下移到30塊塔板時，塔釜液氨含量快速上升。所以，在能夠滿足生產(chǎn)工藝基礎上，側線采出位置應在30塊塔板之上。但是由于側線采出位置上移會提升粗氨氣中的酸性氣體比例。側線采出位置在20塊塔板以上時，側線采出位置上移酸性氣體隨之增加，在20塊塔板以下時，酸性氣體會隨之減少，并且變化趨勢慢。所以側線采出位置控制在20塊塔板以下最為科學。

4 結論

綜上所述，脫酸脫氨塔最優(yōu)操作參數(shù)應為：操作壓力0.4 MPa～0.5 MPa、冷進料比為0.2～0.3、側線采出率為10%～13%、側線采出位置為20塊塔板以下時最為科學，可以同時滿足生產(chǎn)要求和成本要求。對酚氨回收裝置脫酸脫氨塔塔釜液水質(zhì)超標等問題，需要不斷對脫酸脫氨塔進行優(yōu)化設計，保證煤深加工的質(zhì)量以及環(huán)保性。探究煤氣化廢水酚氨回收裝置中，脫酸脫氨塔的優(yōu)化操作。