煤氣化廢水酚氨回收裝置氨回收單元工藝的優(yōu)化

李碧云， 謝 星， 魯思達(dá)

(西安航天源動(dòng)力工程有限公司 陜西西安 710100)

在碎煤加壓氣化過程中，氣化爐出口的粗煤氣中含有大量的水蒸氣和焦油、油、酚、脂肪酸、溶解性氣體、無機(jī)鹽類等有機(jī)副產(chǎn)物，而且溫度較高，故需要用大量的水洗滌和冷卻，以降低粗煤氣溫度并回收熱量。在粗煤氣洗滌冷卻過程中，雜質(zhì)成分進(jìn)入洗滌水中，形成了氣、液、固三態(tài)存在的成分復(fù)雜的煤氣化廢水(煤氣水)，一般轉(zhuǎn)化1 t煤會(huì)產(chǎn)生0.8～1.1 t煤氣水[1-2]。煤氣水由于毒性大、有機(jī)物含量高、成分復(fù)雜，無法直接進(jìn)行生化處理，而且其中焦油/油、酚類、氨等物質(zhì)含量高，具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。因此，有必要對煤氣水中的焦油、酚和氨等物質(zhì)進(jìn)行回收利用，同時(shí)去除煤粉塵、H2S等雜質(zhì)[3]。針對我國采用碎煤加壓氣化工藝的煤氣化企業(yè)，特別是在水資源短缺的省份，如何有效提高煤氣水的處理效果，實(shí)現(xiàn)廢水的循環(huán)利用，是企業(yè)節(jié)能減排、降本增效、實(shí)現(xiàn)廢水“零排放”目標(biāo)的重要保障。

酚氨回收裝置的任務(wù)就是對經(jīng)煤氣水分離裝置除氣、除油和除塵后廢水中的H2S和CO2等酸性氣體、游離氨、固定氨、酚類及其他有機(jī)污染物等進(jìn)行脫除和回收[4]，得到相關(guān)副產(chǎn)品，并將合格稀酚水送往下游生化處理系統(tǒng)進(jìn)一步處理后回用。某化肥企業(yè)采用固定床碎煤加壓氣化工藝生產(chǎn)合成氣，酚氨回收裝置氨回收單元在運(yùn)行過程中存在一些問題，導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備腐蝕嚴(yán)重，系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定，副產(chǎn)的稀氨水指標(biāo)波動(dòng)大，無法滿足熱電系統(tǒng)脫硫裝置的使用要求。

1 氨回收單元存在的問題

1.1 工藝流程

原設(shè)計(jì)氨回收單元工藝流程見圖1。

從上游煤氣水分離裝置送來的煤氣水首先送至酸水汽提單元進(jìn)行脫酸、脫氨，酸水汽提塔側(cè)線采出的氨蒸氣再送至氨回收單元進(jìn)行精制、提純。酸水汽提單元采用汽提原理，將煤氣水中的CO2、H2S等酸性氣體汽提出來并從酸水汽提塔頂部采出，同時(shí)將煤氣水中絕大部分的游離氨汽提出來并從塔體中部側(cè)線采出。氨回收單元主要是對酸水汽提塔側(cè)線采出的氨蒸氣進(jìn)行精制、提純，最終得到產(chǎn)品氨水。

原料煤氣水分為兩股，一股直接從酸水汽提塔的上部進(jìn)入塔內(nèi)，另一股經(jīng)過換熱升溫至140 ℃左右從一級(jí)塔盤的上部進(jìn)入塔內(nèi)。來自配堿系統(tǒng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)20%～22%的堿液(NaOH溶液)從塔的中部進(jìn)入塔內(nèi)，將煤氣水中的固定氨轉(zhuǎn)化成游離氨，以提高氨的回收率。

酸水汽提塔的塔釜再沸器采用1.3 MPa(表壓)、220 ℃的次中壓蒸汽對塔釜內(nèi)的煤氣水進(jìn)行間接加熱，上升蒸汽與塔頂下來的煤氣水逆流接觸進(jìn)行傳質(zhì)傳熱，將煤氣水中的CO2、H2S等酸性氣體汽提出來并從酸水汽提塔頂部采出，經(jīng)酸性氣冷凝器冷凝、氣液分離后送至廠區(qū)火炬進(jìn)行無害化處理，煤氣水中的氨被汽提出來后從塔的中部側(cè)線采出。經(jīng)酸水汽提塔脫酸、脫氨后的酚水經(jīng)塔釜泵升壓、換熱冷卻后送至萃取單元。

酸水汽提塔側(cè)線采出的氨蒸氣首先經(jīng)過氨蒸氣換熱器換熱，再依次經(jīng)過三級(jí)分凝器冷凝，最終氨蒸氣進(jìn)入氨凈化塔。分凝器產(chǎn)生的氨冷凝液與酸性氣冷凝器產(chǎn)生的冷凝液送至冷凝液槽儲(chǔ)存，最終由冷凝液泵送至原料煤氣水罐循環(huán)利用。

進(jìn)入氨凈化塔中的氨蒸氣在塔底部經(jīng)低壓蒸汽加熱后，通過塔內(nèi)填料上升，利用中部自身冷凝的氨水經(jīng)氨水循環(huán)泵加壓后作為氨凈化塔回流，吸收提高氨水濃度。氨凈化塔底部的稀氨水經(jīng)氨凈化塔塔釜泵加壓后與冷凝液泵出口稀氨水混合，再一并送至原料煤氣水罐循環(huán)利用。

氨氣從氨凈化塔頂部出來后進(jìn)入氨氣吸收器中，利用脫鹽水對氨氣進(jìn)行吸收，得到的氨水經(jīng)循環(huán)冷卻水冷卻后進(jìn)入氨水槽中。氨水槽中的氨水一部分經(jīng)氨凈化塔回流泵加壓后送回氨凈化塔，作為塔頂部回流；另一部分則直接經(jīng)氨水泵加壓后，送至熱電鍋爐煙氣脫硫系統(tǒng)。

1.2 存在問題

原設(shè)計(jì)氨回收單元在實(shí)際運(yùn)行過程中主要存在以下問題：

(1)氨回收單元運(yùn)行不穩(wěn)定，副產(chǎn)稀氨水指標(biāo)波動(dòng)大，大部分氨水只能送回原料煤氣水罐不斷循環(huán)，造成酚氨回收裝置負(fù)荷增大，能耗增加；

(2)副產(chǎn)稀氨水中酚、油、含硫化合物等雜質(zhì)含量高，氨水品質(zhì)差，無法滿足脫硫裝置使用要求；

(3)氨在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)富集，造成氨回收單元設(shè)備腐蝕，尤其是氨凈化塔內(nèi)填料腐蝕嚴(yán)重，導(dǎo)致塔吸收效率降低，腐蝕掉落的填料堵塞循環(huán)泵管道，嚴(yán)重威脅系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，進(jìn)一步加重系統(tǒng)運(yùn)行壓力。

2 氨回收單元的改造

2.1 改造后工藝流程

針對原氨回收單元存在的一系列問題，對氨回收單元工藝流程進(jìn)行了改造，改造部分如圖2中虛線框內(nèi)所示。

(1)三級(jí)分凝器內(nèi)增設(shè)除沫器，以減少氨蒸氣霧滴夾帶，降低進(jìn)入氨回收單元中酚、油、含硫化合物等雜質(zhì)的含量；

(2)氨凈化塔內(nèi)填料重新選型、整體更換，以適應(yīng)氨回收系統(tǒng)最差運(yùn)行工況為基準(zhǔn)；

(3)增設(shè)堿洗系統(tǒng)，主要包括堿氨混合器、堿洗沉降槽、冷卻器、堿洗泵等，去除氨氣中夾帶的酚、油、含硫化合物等雜質(zhì)；

(4)氨凈化塔增設(shè)下段循環(huán)洗滌，加強(qiáng)洗滌循環(huán)，保證氨氣洗滌凈化效率。

來自三級(jí)分凝器的氨氣從底部進(jìn)入氨凈化塔，依次通過下段洗滌段和上段洗滌段，與循環(huán)洗滌氨水逆流接觸，氨氣中的油、酚、H2S、CO2和少量的水、氨被吸收到稀氨水中，凈化后的氨氣從氨凈化塔頂部采出。氨凈化塔上部回流所用的新鮮稀氨水來自氨水槽，氨凈化塔上段洗滌所用的稀氨水是從塔的中部取出，下段洗滌所用的稀氨水是由塔釜泵抽出。氨凈化塔塔釜中多余的含硫、酚稀氨水從塔釜泵出口管線的分支送至原料煤氣水罐循環(huán)利用。

從氨凈化塔塔頂采出的氨氣與堿洗泵送來的堿液(NaOH溶液)一起進(jìn)入堿氨混合器，在混合器中氣液兩相完成接觸傳質(zhì)?；旌虾蟮膲A和氨經(jīng)冷卻器冷卻降溫后送至堿洗沉降槽中，與來自配堿系統(tǒng)的堿液逆流接觸，洗滌去除氨氣中殘存的油、酚、含硫化合物等雜質(zhì)，最后在氨氣吸收器中制備稀氨水。堿洗沉降槽底部的堿液經(jīng)堿洗泵加壓后一部分送至堿氨混合器中，其余送至酸水汽提塔中。

改造氨回收單元新增設(shè)備、材料見表1。

2.2 改造后主要設(shè)計(jì)參數(shù)

改造后氨回收單元主要設(shè)計(jì)參數(shù)見表2。

表2 改造后氨回收單元主要設(shè)計(jì)參數(shù)

2.3 改造前后指標(biāo)對比

氨回收單元經(jīng)過改造后，有效緩解了酚氨回收裝置的運(yùn)行壓力，降低了裝置的運(yùn)行負(fù)荷，提高了酚、氨回收率，氨回收單元副產(chǎn)的稀氨水品質(zhì)顯著提升。改造前后氨水指標(biāo)和酚、氨回收率的對比分別見表3和表4(以酚氨回收裝置負(fù)荷130 m3/h計(jì))。

表3 改造前后氨水指標(biāo)對比 mg/L

表4 改造前后酚、氨回收率對比 %

3 結(jié)語

碎煤加壓氣化廢水酚氨回收裝置氨回收單元工藝流程改造后，經(jīng)實(shí)際運(yùn)行得到以下結(jié)論：

(1)優(yōu)化了氨回收單元運(yùn)行方式，提高了氨回收單元運(yùn)行穩(wěn)定性，保障了稀氨水指標(biāo)的穩(wěn)定性。

(2)氨回收單元副產(chǎn)稀氨水品質(zhì)顯著提升，可滿足熱電脫硫裝置使用要求，達(dá)到了節(jié)能環(huán)保和降本增效的目的。

(3)稀氨水品質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，無需再返回原料煤氣水罐不斷循環(huán)，有效解決了酚氨回收裝置長期超負(fù)荷運(yùn)行的問題，減輕了設(shè)備運(yùn)行壓力，提高了酚氨回收裝置的處理效率。經(jīng)初步測算，裝置酚、氨回收率分別提高了2.6%和14.5%，經(jīng)濟(jì)效益顯著。