焦化廢水中酚氨回收工藝的優(yōu)化

毛永豐

（山西西山煤氣化有限責(zé)任公司，山西 古交 030205）

煤炭焦化為對(duì)原煤進(jìn)行再次加工處理的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其在提升煤炭應(yīng)用效能的同時(shí)，在其副產(chǎn)物中含有酚氨等高濃度難降解有機(jī)污染物，對(duì)上述有機(jī)污染物處理不當(dāng)會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染[1]。目前，針對(duì)焦化廢水的酚氨回收工藝主要采用化工分離和生化處理兩種手段聯(lián)合實(shí)現(xiàn)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)焦化廢水的處理和凈化排放。但是，當(dāng)前焦化廢水的酚氨回收工藝主要表現(xiàn)為酚氨回收效率低，無(wú)法滿(mǎn)足后續(xù)生化處理段的要求。本文將重點(diǎn)對(duì)焦化廢水酚氨回收工藝的優(yōu)化展開(kāi)研究。

1 現(xiàn)狀分析

對(duì)于常規(guī)焦化廠生產(chǎn)中，其所排放處廢水的成份相對(duì)復(fù)雜，所含的污染物濃度較高且波動(dòng)范圍較大。本文所研究焦化廢水中所含污染物的種類(lèi)及含量如表1 所示。

表1 焦化廢水中主要污染物種類(lèi)及含量

對(duì)焦化廢水中酚類(lèi)物質(zhì)采用GC/GM 方法進(jìn)行萃取可知，焦化廢水中的酚類(lèi)物質(zhì)主要包含有苯酚、丙烯苯酚、鄰甲基苯酚、間甲基苯酚、對(duì)甲基苯酚等組成[2]。目前，針對(duì)焦化廢水處理所采用的工藝流程如圖1 所示。

圖1 焦化廢水處理工藝流程圖

如圖1 所示，當(dāng)前焦化廢水處理工藝流程主要包含有酸水汽提塔、萃取塔、溶劑汽提塔、氨濃縮塔以及溶劑回收塔等。其中，酸水汽提塔主要是將廢水中的硫元素物質(zhì)包括二氧化硫和硫化氫脫除；萃取塔中以二異丙醚為萃取劑對(duì)廢水中的酚進(jìn)行脫除；氨濃縮塔和溶劑回收塔對(duì)二異丙醚回收的同時(shí)，從測(cè)線(xiàn)采出氨[3-5]。

實(shí)踐表明，當(dāng)前焦化廢水處理工藝可對(duì)其中的氨、硫化氫、二氧化碳進(jìn)行有效脫除；但是，該處理工藝流程中pH 值較高導(dǎo)致對(duì)酚的脫除效率較低。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)焦化廢水處理后酚的含量要求低于400 mg/L 才能夠滿(mǎn)足后續(xù)生化處理的要求；但是，當(dāng)前焦化廢水處理工藝對(duì)應(yīng)處理后污水中酚的含量高達(dá)1 000 mg/L。因此，為保證后續(xù)焦化廢水生化處理的效果，需要提高脫酚效率。

2 工藝流程優(yōu)化的討論

針對(duì)焦化廢水脫酚效率低的問(wèn)題，在充分分析討論的基礎(chǔ)上，主要通過(guò)改善工藝流程中萃取塔的萃取效果達(dá)到提高脫酚效率的目的。從理論上講，可通過(guò)增加萃取理論級(jí)數(shù)、增加萃取劑的用量、選擇最佳萃取劑以及優(yōu)化萃取條件等四方面進(jìn)行。具體闡述如下：

2.1 萃取理論級(jí)數(shù)的優(yōu)選

當(dāng)前焦化廢水處理工藝流程中所選用的萃取劑為二異丙醚，理論上該萃取劑級(jí)數(shù)與焦化廢水中酚含量之間的關(guān)系如下頁(yè)圖2 所示。

圖2 萃取級(jí)數(shù)與焦化廢水中酚類(lèi)含量的關(guān)系

如圖2 所示，隨著萃取塔中萃取級(jí)數(shù)的增加對(duì)應(yīng)焦化廢水中酚類(lèi)物質(zhì)的含量不斷降低；同時(shí)，酚類(lèi)物質(zhì)含量降低的幅度不斷減緩。當(dāng)萃取級(jí)數(shù)為10 級(jí)時(shí)，對(duì)應(yīng)的焦化廢水中酚類(lèi)質(zhì)量濃度仍然高達(dá)700 mg/L，與400 mg/L 的要求差距較大；而且一味地增加萃取級(jí)數(shù)需要增加萃取塔的高度以及設(shè)備數(shù)量，極大地增加了廢水處理成本。

2.2 萃取比的優(yōu)選

萃取比可通過(guò)增加溶劑的流量達(dá)到提高的目的，二異丙醚萃取比的增加對(duì)應(yīng)焦化廢水中酚類(lèi)物質(zhì)含量之間的關(guān)系如圖3 所示。

圖3 萃取比與焦化廢水中酚類(lèi)含量的關(guān)系

如圖3 所示，增加二異丙醚萃取劑的萃取比可降低焦化廢水中的酚類(lèi)物質(zhì)含量；但是，當(dāng)溶劑量增加到170t/h 時(shí)，焦化廢水中酚類(lèi)物質(zhì)含量仍然有600mg/L，無(wú)法達(dá)到預(yù)期的400 mg/L 的效果。同時(shí)，一味地增加二異丙醚萃取劑的用量會(huì)加重后續(xù)萃取劑的回收的負(fù)荷，增加萃取劑的使用成本。

2.3 改善萃取條件

溫度和pH 值為影響脫酚效率的關(guān)鍵工藝參數(shù)。目前，反應(yīng)溫度已經(jīng)控制在40 ℃的最佳溫度。從理論上講，當(dāng)pH 值大于8 時(shí)對(duì)應(yīng)的萃取分配系數(shù)下降明顯，從而影響脫酚效果；目前，焦化廢水的pH 值一般在8.5～9.5 之間，需要加入大量的酸性物質(zhì)才能夠達(dá)到降低pH 值的目的，其成本太高。

綜上所述，目前通過(guò)對(duì)萃取工藝條件、萃取理論級(jí)數(shù)以及萃取比等參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化達(dá)到提高焦化廢水脫酚效率的可操作性不強(qiáng)。因此，主要通過(guò)對(duì)萃取劑進(jìn)行優(yōu)選達(dá)到提高脫酚效率的目的。

3 萃取劑的優(yōu)選

目前，在工業(yè)中脫酚操作中可采用的萃取劑種類(lèi)包括有辛醇、碳酸二甲酯、磷酸三丁酯以及辛基吡咯烷酮等。在選取萃取劑，重點(diǎn)關(guān)注萃取劑的分配系數(shù)、化學(xué)性質(zhì)的穩(wěn)定性、回收情況以及性?xún)r(jià)比等；在焦化廢水的脫酚需求所選的萃取劑中應(yīng)重點(diǎn)考慮萃取劑的經(jīng)濟(jì)性和分配系數(shù)兩項(xiàng)指標(biāo)。本章節(jié)分別對(duì)二異丙醚、乙酸乙酯、MIBK 以及30%TBP-煤油4 種萃取劑對(duì)應(yīng)焦化廢水中脫酚效果進(jìn)行對(duì)比，對(duì)比結(jié)果如圖4所示。

圖4 不同萃取劑對(duì)應(yīng)焦化廢水處理后酚含量對(duì)比

如圖4 所示，除了二異丙醚外，其余3 種萃取劑對(duì)焦化廢水中酚的脫除效率處于同一水平。定量分析：采用二異丙醚最低可將焦化廢水中酚含量降低至700 mg/L 左右；而采用其余3 種萃取劑可將焦化廢水中酚含量降低至300 mg/L 左右。

通過(guò)對(duì)比上述三種萃取劑的回收方式，乙酸乙酯對(duì)應(yīng)精餾的沸點(diǎn)為126 ℃，MIBK 對(duì)應(yīng)精餾的沸點(diǎn)為116 ℃，30%TBP-煤油堿洗對(duì)應(yīng)的沸點(diǎn)為289 ℃。

綜合對(duì)比上述三種萃取劑對(duì)焦化廢水中酚類(lèi)物質(zhì)的去除效果和回收方式，最終確定選用MIBK 萃取劑對(duì)焦化廢水中的酚類(lèi)物質(zhì)進(jìn)行脫除。

根據(jù)重新選擇的萃取劑確定處理工藝的操作條件，具體如表2 所示。

表2 酚氨回收工藝操作條件

實(shí)踐表明，對(duì)工藝進(jìn)行優(yōu)化后酚類(lèi)物質(zhì)的回收率從之前的76%增加為93%；出口處酚的質(zhì)量分?jǐn)?shù)從1 300×10-6降低為350×10-6。

4 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)當(dāng)前焦化廢水處理工藝流程中脫酚效率較低影響后續(xù)廢水生化處理效果的問(wèn)題，重點(diǎn)對(duì)焦化廢水酚氨回收工藝流程中萃取工藝環(huán)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化，并總結(jié)如下：

1）經(jīng)現(xiàn)狀分析，當(dāng)前焦化廢水處理工藝對(duì)應(yīng)處理后污水中酚的含量高達(dá)1 000 mg/L。

2）以二異丙醚為萃取劑時(shí)，對(duì)萃取工藝條件、萃取理論級(jí)數(shù)以及萃取比等參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化達(dá)到提高焦化廢水脫酚效率的可操作性不強(qiáng)。通過(guò)綜合考慮脫酚效率和萃取劑的回收方式確定采用MIBK 為萃取劑。

3）對(duì)工藝進(jìn)行優(yōu)化后酚類(lèi)物質(zhì)的回收率從之前的76%增加為93%；出口處酚的質(zhì)量分?jǐn)?shù)從1 300×10-6降低為350×10-6。