三元廢水脫氨塔裝置的擴(kuò)能改造及效果

葛玉翠 ，郭智慧，任 偉

(1 陜西煤業(yè)化工技術(shù)研究院有限責(zé)任公司，陜西 西安 710000；2 中石油長慶石化有限公司，陜西 咸陽 712000；3 深圳源禹環(huán)保科技有限公司，廣東 深圳 518000)

三元前驅(qū)體生產(chǎn)線產(chǎn)生的三元廢水具有以下特點(diǎn)[1]：廢水pH值較高一般為11～13左右，呈堿性[2]，廢水中含有少量的鎳鈷錳離子，一般為0.1～10 mg/L之間，廢水中含有大量的硫酸鈉鹽，濃度高達(dá)10wt.%[3]。

隨著吉林磐石某三元材料生產(chǎn)企業(yè)增產(chǎn)提質(zhì)，其產(chǎn)生的三元廢水量也相應(yīng)增大，廢水量由原來300 t/d擴(kuò)大到500 t/d，現(xiàn)有脫氨裝置不能滿足處理要求，且現(xiàn)有脫氨裝置脫氨效果不理想。因此，針對該實(shí)際情況，我們在充分考察現(xiàn)場實(shí)際情況后對其進(jìn)行了技改。

1 脫氨工藝情況

1.1 廢水水質(zhì)

三元廢水水質(zhì)情況見表1。

表1 三元廢水水質(zhì)及水量指標(biāo)表

根據(jù)處理要求，氨回收成18wt.%工業(yè)級氨水并回用，脫氨后廢水氨氮含量小于10 mg/L。

1.2 脫氨工藝

三元廢水在進(jìn)脫氨前設(shè)有預(yù)處理工段，設(shè)置預(yù)處理工段的目的是為了防止重金屬超標(biāo)，通過加重金屬去除劑，去除廢水中重金屬離子。

廢水經(jīng)過預(yù)處理工段后進(jìn)入廢水調(diào)節(jié)池，經(jīng)泵提升先與進(jìn)料換熱器換熱后送入脫氨塔中部，脫氨塔頂部設(shè)置一路冷進(jìn)料。塔釜設(shè)再沸器，低壓蒸汽為熱源，通過再沸器與廢水進(jìn)行換熱，脫氨塔釜出液經(jīng)進(jìn)料換熱器后送往蒸發(fā)工段。塔頂產(chǎn)含氨蒸汽先進(jìn)入真空噴射器，和循環(huán)泵來液進(jìn)行混合吸收，冷卻吸收后液相自流進(jìn)入真空吸收罐。未吸收含氨蒸汽繼續(xù)與二級循環(huán)泵提升來的循環(huán)液同時(shí)進(jìn)入文丘里噴射器進(jìn)行吸收冷卻，冷卻吸收后液相自流進(jìn)入循環(huán)吸收罐，如此重復(fù)至氨水濃度達(dá)到18%以上后送入氨水儲(chǔ)罐。

詳細(xì)工藝流程框圖見1。

圖1 脫氨工藝流程框圖

1.3 脫氨主設(shè)備

該工藝下脫氨主設(shè)備見表2。

1.4 脫氨裝置存在問題

該裝置實(shí)際運(yùn)行中存在以下問題：

脫氨廢水不達(dá)標(biāo)，經(jīng)處理后廢水中氨氮含量在200 mg/L左右，實(shí)際值與設(shè)計(jì)值10 mg/L，相比存在嚴(yán)重偏差。

能耗較高，處理1 m3廢水蒸汽消耗量在150～200 kg/t。

氨水濃度穩(wěn)定在15wt%左右，達(dá)不到18wt%以上。

再沸器未投入使用，采用蒸汽直接進(jìn)塔方式。

2 PROII模擬計(jì)算

2.1 原流程計(jì)算

圖2為針對原流程進(jìn)行的模擬。

T1為蒸氨塔模塊；BD1為氨回收撬塊；HEX為進(jìn)料換熱器；LS為蒸汽；LC為凝液；CWS為循環(huán)上水；CWR為循環(huán)回水；FEED為進(jìn)水；NH3-H2O為氨水；W-WATER為脫氨廢水；TOP-NH3為脫氨塔頂氣；VG為排放尾氣

經(jīng)計(jì)算，各節(jié)點(diǎn)物料圖見表3。

表3 物料組成表

從物料組成表可知，在現(xiàn)存工藝條件下脫氨塔可以處理廢水達(dá)到10 mg/L以下，對應(yīng)理論蒸汽耗為133.8 kg/t廢水。氨水濃度為14.6wt.%，不能達(dá)到18wt.%以上，這是由脫氨塔頂含氨蒸汽濃度決定的。

2.2 提產(chǎn)改造后計(jì)算

綜合分析原有工藝,考慮脫氨塔塔釜出水不合格原因是填料高度不夠，氨水濃度不夠是因?yàn)闆]有對塔頂含氨蒸汽提濃[4]，故而改造后脫氨塔計(jì)算如圖3所示。

T1為蒸氨塔模塊；BD1為氨回收撬塊；HEX為進(jìn)料換熱器；COOL為冷凝器；LS為蒸汽；LC為凝液；CWS為循環(huán)上水；CWR為循環(huán)回水；FEED為進(jìn)水；NH3-H2O為氨水；W-WATER為脫氨廢水；TOP-NH3為脫氨塔頂氣；VG為排放尾氣；H2O為新鮮水

經(jīng)計(jì)算，各節(jié)點(diǎn)物料圖見表4。

表4 物料組成表

續(xù)表4

從物料組成表可知，經(jīng)提產(chǎn)改造即：增加塔高、改為塔頂進(jìn)料、增加塔頂冷凝器等，改造后脫氨塔可以處理廢水達(dá)到 10 mg/L以下，對應(yīng)理論蒸汽耗為111.2 kg/t廢水。氨水濃度為18wt%以上。

3 裝置改動(dòng)情況

3.1 改造說明

改造原則以PROII計(jì)算為基礎(chǔ)，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況。由于現(xiàn)場可用設(shè)備占地面積有限，考慮最大限度利用原有設(shè)備，減少新增設(shè)備數(shù)量。具體改造如下：氨水制備系統(tǒng)利用原有設(shè)備，為滿足整個(gè)新舊系統(tǒng)的需要，更換掉原有的氨水循環(huán)泵及配套電器部分。脫氨系統(tǒng)全部采用新增設(shè)備，主要新增設(shè)備有脫氨塔、塔頂冷凝器、進(jìn)料換熱器(無法利舊)。新增脫氨塔位于原有廠房內(nèi)吊裝孔位置，高度高出原有廠房屋面。換熱器、冷凝器位于原有廠房標(biāo)高8米樓層。

3.2 改造后工藝流程

廢水經(jīng)過預(yù)處理工段后進(jìn)入廢水調(diào)節(jié)池，經(jīng)泵提升先與進(jìn)料換熱器換熱后送入脫氨塔頂部。塔釜不再設(shè)置再沸器，低壓蒸汽直接進(jìn)塔。脫氨塔處理后塔釜出液經(jīng)進(jìn)料換熱器后送往蒸發(fā)工段。塔頂產(chǎn)含氨蒸汽先進(jìn)入冷凝器進(jìn)行部分冷凝，其目的是對含氨蒸汽進(jìn)行提濃，然后凝液回塔，提濃后含氨蒸汽與循環(huán)泵提升來的循環(huán)液同時(shí)進(jìn)入文丘里噴射器進(jìn)行吸收冷卻，冷卻吸收后液相自流進(jìn)入循環(huán)吸收罐，如此重復(fù)至氨水濃度達(dá)到18wt%以上后送入氨水儲(chǔ)罐。

改造后工藝流程見圖4。

圖4 改造后脫氨工藝流程框圖式

3.3 新增設(shè)備

改造后新增脫氨主設(shè)備見表5。

表5 新增設(shè)備表

4 改造后實(shí)際運(yùn)行效果

通過上述改造后，該脫氨裝置運(yùn)行平穩(wěn)，運(yùn)行效果理想，出水氨氮含量持續(xù)穩(wěn)定達(dá)到10 mg/L以下，可以穩(wěn)定產(chǎn)18wt%以上氨水，蒸汽消耗量控制在120 kg/t廢水以內(nèi)，較未改造節(jié)能30wt%左右。

另外，此次改造也對PROII對氨氮廢水模擬正確性進(jìn)行了驗(yàn)證，PROII模擬計(jì)算的結(jié)果和現(xiàn)場實(shí)際情況高度吻合。本次改造通過提高塔高度后，經(jīng)PROII計(jì)算，500 t/d廢水處理量塔直徑1200 mm即可滿足。同時(shí)，按照理論計(jì)算直徑1400 mm脫氨塔可處理850 t/d廢水，在現(xiàn)場調(diào)試時(shí)，將廢水處理量提升到850 t/d依然滿足塔釜出水合格和塔頂氨水濃度達(dá)標(biāo)的指標(biāo)。

5 結(jié) 論

改造后的脫氨裝置能長周期平穩(wěn)運(yùn)行，廢水中氨氮處理效果良好，達(dá)到了污水外排環(huán)保一級指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)?；厥盏陌彼疂舛纫材軡M足要求，另外，在節(jié)能方面也有顯著提高，蒸汽耗量控制在90～120 kg/t廢水之間，較改造前噸水消耗蒸汽節(jié)約30wt.%左右，是目前三元廢水氨氮處理較有效的裝置，對該類廢水節(jié)能處理有指導(dǎo)意義[5]。

另外，也驗(yàn)證了PROII軟件模擬對該類廢水工藝計(jì)算的正確性，其計(jì)算結(jié)果可以完全指導(dǎo)脫氨廢水工藝設(shè)備選型。