關(guān)于酚氨回收脫酸塔穩(wěn)定操作的研究

王冬冬

摘 ?要：酚氨回收作為煤氣化廢水中脫氨、脫酚、脫酸性氣的重要環(huán)節(jié)，需要借助氣提塔，精餾塔，吸收塔，萃取塔等塔設(shè)備作為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)煤氣廢水預(yù)處理的作用，各個(gè)塔器工況穩(wěn)定是酚氨回收最重要的工作，但酚氨回收在實(shí)際操作中，塔器工況不容易控制，自動(dòng)化程度不高，本文主要講訴怎樣使塔器盡可能穩(wěn)定生產(chǎn)，發(fā)生波動(dòng)如何實(shí)際調(diào)整，為實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)提供操作參考。

關(guān)鍵詞：煤氣化廢水;脫酸塔穩(wěn)定操作;達(dá)標(biāo)排放

1引言

酚氨回收主要任務(wù)就是脫出廢水中的酸性氣、氨酚物質(zhì)、防止設(shè)備腐蝕結(jié)垢，防止微生物處理受到抑制、為后續(xù)生化微生物進(jìn)一步降解做準(zhǔn)備，其中酸性氣主要指硫化氫和二氧化碳，氨類物質(zhì)包括固定氨和游離氨通過(guò)氣提方法從廢水中脫除，酚類物質(zhì)包括單元酚和多元酚通過(guò)萃取方法脫除，萃取過(guò)程的溶劑回收采用精餾工藝，氨氣脫除后會(huì)帶有很多雜質(zhì)，通過(guò)凈化吸收塔提純氨氣濃度，配成氨水自用或者外賣。實(shí)際操作中各個(gè)工藝指標(biāo)都有設(shè)計(jì)要求，但由于熱源以及原料組分都是不穩(wěn)定的，時(shí)常變化，脫酸過(guò)程主要涉及泛塔導(dǎo)致酸性氣脫除不完全，脫氨過(guò)程主要涉及氨水中其他組分包括油、酸性氣、酚類物質(zhì)超標(biāo)以及塔釜出料總氨指標(biāo)異常，萃取部分異常酚類物質(zhì)超標(biāo)，凈化吸收塔異常導(dǎo)致氨水濃度及雜質(zhì)含量超標(biāo)。這些異常情況嚴(yán)重影響酚氨回收裝置的處理負(fù)荷，嚴(yán)重時(shí)會(huì)限制煤氣制造產(chǎn)量。本文主要針對(duì)脫酸工藝過(guò)程講訴如何可能的防止異常發(fā)生及合理處置異常的操作方法。

2脫酸塔穩(wěn)定操作分析

煤氣化廢水中含有酸性氣體主要包括二氧化碳和硫化氫，以大唐克旗煤制天然氣水樣設(shè)計(jì)值做參考：二氧化碳含量5090mg/L，硫化氫含量100mg/L，水溶液中在溫度小于60℃時(shí)，二氧化碳會(huì)與水中的氨生成氨基甲酸銨，在溫度小于30℃時(shí)二者反應(yīng)生成碳酸氫氨，反應(yīng)過(guò)程如下：

2NH3+CO2+H2O=NH2CO2NH4

NH3+CO2+H2O=NH4HCO3

氨基甲酸銨和碳酸氫銨是白色固體，會(huì)造成設(shè)備結(jié)垢堵塞并加速設(shè)備腐蝕，由于酚氨工藝目前多是先脫酸后脫氨最后脫酚的順序，如果脫酸塔中二氧化碳及硫化氫脫出效果不佳，在氨氣精制制備氨水及液氨時(shí)會(huì)造成純度降低，達(dá)不到制備產(chǎn)品要求，克旗煤制天然氣項(xiàng)目氨水中硫化氫設(shè)計(jì)要求含量小于50mg/L，二氧化碳含量設(shè)計(jì)要求小于20mg/L，并且有研究顯示硫化氫及二氧化硫的存在會(huì)和溴反應(yīng)，在酚氨出水總酚的測(cè)定中主要方法是溴化法，硫化氫脫除效果不佳會(huì)導(dǎo)致總酚含量的測(cè)量誤差較大，基于酸性氣體會(huì)造成設(shè)備腐蝕結(jié)垢及對(duì)后續(xù)處理上的諸多干擾，酸性氣體必須有效脫除。二氧化碳及硫化氫在水溶液中都是揮發(fā)性弱電解質(zhì)，在水溶液中部分二氧化碳和水反應(yīng)生成碳酸，碳酸會(huì)部分電離產(chǎn)生HC03-及C032-，硫化氫在水溶液中則電離產(chǎn)生HS-和S-，所以水溶液中不光有游離態(tài)的酸性氣體分子還有其水溶液下產(chǎn)生的離子態(tài)，如果把煤氣化廢水近似看作符合亨利定律的稀溶液，根據(jù)亨利定律計(jì)算在40℃時(shí)，當(dāng)原料廢水中二氧化碳含量為5090mg/L時(shí)，與此平衡的氣相中二氧化碳的飽和分壓約為0.92Kpa。但亨利定律要求總壓一般不大于0.5MPa，并且氣液相物質(zhì)分子態(tài)應(yīng)該相同，由于實(shí)際脫酸塔壓力控制值為0.5-0.57MPa及酸性物質(zhì)水溶液部分電離導(dǎo)致和氣相分子狀態(tài)不同，亨利定律會(huì)有一定誤差，計(jì)算出的結(jié)果只做粗略參考。因酸性氣體在水溶液中特別是高溫時(shí)具有比較高的揮發(fā)性，也可以理解為在高溫下酸性氣體在水溶液上方所產(chǎn)生的平衡分壓比較高，用亨利定律描述即為：溫度升高，導(dǎo)致亨利系數(shù)變大，酸性氣體的溶解度下降，氣相中分子摩爾數(shù)增多而液相中分子摩爾數(shù)減少。也正是由于在一定溫度和壓力下，硫化氫和二氧化碳在水溶液中的揮發(fā)度大于氨氣，并且氨在水中的溶解度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于硫化氫和二氧化碳，才可以保證在脫出酸性氣時(shí)不至于同時(shí)帶出比較多的氨氣，防止了碳氨結(jié)晶的產(chǎn)生，并保證了酸性氣和氨氣各自的純度。

顯然單純?cè)黾铀鍞?shù)是無(wú)法達(dá)到指標(biāo)控制要求的，正因?yàn)槿绱?，克旗煤制天然氣酚氨回收脫酸塔采用?shí)際28層塔盤(pán)。利用吸收的原理增加溫度使氣體的溶解度下降，酸性氣體水溶液電離方程也是升高溫度的情況下反應(yīng)向電離反向移動(dòng)，所以升溫是比較好的方法，經(jīng)過(guò)模擬在溫度為150℃以上時(shí)，脫酸塔釜液中的酸性氣體指標(biāo)合格。

根據(jù)吸收原理加壓是會(huì)促進(jìn)吸收的，但是同時(shí)升溫和升壓的過(guò)程中，升溫對(duì)脫吸的促進(jìn)效果要明顯高于增壓對(duì)吸收的促進(jìn)效果，所以導(dǎo)致總的酸性氣脫出效果會(huì)變好。利用水蒸氣對(duì)脫酸塔塔內(nèi)廢水升溫升壓，所需壓力多是煤氣化廢水中的水蒸氣在氣相形成的，用水蒸氣通過(guò)再沸器間接對(duì)塔釜廢液加熱，加熱后的氣液混合物中，液向進(jìn)入塔釜由泵加壓打出進(jìn)行后續(xù)處理，氣相則帶著熱量向塔上方傳遞熱量，上升的蒸汽和塔盤(pán)上的液體接觸換熱，使溫度向塔上部傳遞，在蒸汽傳熱的過(guò)程中，酸性氣體及氨氣大部分從廢水中揮發(fā)，原本氣相的平衡體系被破壞，由亨利定律可知，一定溫度下溶質(zhì)的氣相分壓和液體組成是成平衡的，這也導(dǎo)致液相中溶質(zhì)脫除困難的一個(gè)原因，但水蒸汽在傳熱的過(guò)程中，占據(jù)了大部分氣體空間，將酸性氣及氨氣等揮發(fā)性氣體及時(shí)帶走至上層，減小了酸性氣及氨氣等氣體的氣相分壓，這樣導(dǎo)致原本平衡被破壞，液向中的溶質(zhì)不斷向氣相中轉(zhuǎn)移，達(dá)到更好的脫除效果，這就是汽提的過(guò)程，因此脫酸塔也叫汽提塔，后續(xù)的脫氨，溶劑回收也都利用汽提的原理分離物質(zhì)，因此也都叫汽提塔。如果沒(méi)有蒸汽作為載氣進(jìn)行汽提酸性氣及氨氣，在高壓下，與氣相平衡的液相中溶質(zhì)的組分也會(huì)比較高，因此脫酸塔是多種原理共同作用而實(shí)現(xiàn)物質(zhì)達(dá)到分離指標(biāo)的裝置。

3結(jié)語(yǔ)

酚氨回收脫酸塔的穩(wěn)定保證了酸性氣體的有效脫除，為后續(xù)酚氨的處理創(chuàng)造了有利條件，本文主要講訴了脫酸塔的一些基本設(shè)計(jì)原理及一些控制方法及原因，使操作時(shí)實(shí)際和理論共同作用，達(dá)到控制指標(biāo)穩(wěn)定，安全生產(chǎn)的目的。

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