煤氣化污水單塔加壓處理脫酸脫氨工藝

　　在煤制甲醇、煤制油、合成二甲醚等煤炭深加工中，煤炭氣化是煤炭進(jìn)行轉(zhuǎn)化的有效途徑之一。在此過程中會(huì)排放出大量的污水，其中包含大量的酚、二氧化碳、硫化氫、氨和多種有機(jī)質(zhì)。如果直接對(duì)這些污水進(jìn)行排放，就會(huì)對(duì)環(huán)境造成非常大的污染。因此需要進(jìn)行脫酸、氨、酚處理。目前在實(shí)際脫除工藝處理中，很難達(dá)到良好的脫除效果，廢水的排放質(zhì)量也很難保證。如果采用單塔加壓汽提工藝，則可以有效解決該問題。

　　1、煤氣化廢水體系的特點(diǎn)

　　通過對(duì)煤氣化長(zhǎng)污水排放的成分監(jiān)察，發(fā)現(xiàn)其中酚和氨的濃度往往會(huì)比較高，污水的pH值在9以上。其中酚屬于一種劇毒物質(zhì)，如果水體中的酚含量超過了一定的濃度，有機(jī)生物將難以生存。由于這些物質(zhì)會(huì)對(duì)環(huán)境造成非常大的傷害，因此需要對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步的污水處理，有效脫除其中的酚、氨，這樣才能進(jìn)入下一步的生化處理段。

　　在傳統(tǒng)的煤氣化水處理過程中，經(jīng)常通過脫酸塔來(lái)去除其中的酸性氣體，然后采用二異丙醚來(lái)萃取脫酚，之后再采用蒸氨法來(lái)去除其中的氨，利用萃取劑進(jìn)行回收。在將其中的酸性成分、氨和酚回收完畢后，再進(jìn)行生化處理。雖然該處理工藝已經(jīng)得到了多年的實(shí)際應(yīng)用，但還是有不完善之處。在脫酸塔脫除其中大量的酸后，溶液的pH值會(huì)集中在9到10.5之間，這會(huì)極大影響到酚的脫除效果。如果污水的pH值超過了12，酚就基本上不能被脫除，這會(huì)對(duì)后續(xù)的生化處理有非常大的影響。因此，需要在萃取酚之前有效去除其中的酸性氣體和氨，這樣才能讓污水的pH值保持在一個(gè)比較合適的范圍，滿足生化處理對(duì)酚的要求。

　　為了有效解決這個(gè)問題，設(shè)計(jì)了一種單塔測(cè)抽氨的設(shè)備，可以同時(shí)去除污水中的氨和酸性成分，是一種比較理想的處理工藝。該工藝在石油煉化生產(chǎn)中已經(jīng)得到了成功的應(yīng)用，單煤氣化水體系和石化行業(yè)中廢水成分并不相同：

　　1)煤氣化污水的成分更為復(fù)雜。煤氣化水中的成分主要以CO2為主，其中硫化氫的量往往較低，CO2在常溫下水中的溶解度更低，因此如果采用汽提的方法更容易脫除其中的酸性氣體。此外，石化廢水中的氨成分往往會(huì)比較復(fù)雜，其中除了存在游離態(tài)的氨之外，還存在大量離子態(tài)的氨。

　　2)煤氣化污水中酚類物質(zhì)濃度更多，且成分更為復(fù)雜。

　　3)煤氣化廢水中含有一定量的脂肪酸和油類物質(zhì)。其中脂肪酸的成分濃度較高，還有很多細(xì)小的粉塵不能完全沉降分離。在實(shí)際生產(chǎn)的過程中，各種有機(jī)質(zhì)和粉塵進(jìn)行混合，很容易發(fā)生乳化反應(yīng)，讓設(shè)備產(chǎn)生嚴(yán)重的結(jié)垢現(xiàn)象，堵塞塔板和管道，從而大大影響汽液的傳質(zhì)效率，降低對(duì)污水的處理能力。

　　2、單塔汽提側(cè)線脫氨的工藝原理

　　在該工藝中，主要是利用了汽提塔內(nèi)上下的溫差，和酸性氣體和氨在水中溶解度的特性，從而有效達(dá)到分離的目的。在壓力為0.5MPa的狀態(tài)下，CO2在60°下?lián)]發(fā)度大于氨的揮發(fā)度，而氨在溶液中的溶解度要大于CO2的溶解度。因此，在進(jìn)入到汽提塔酸性氣體的精餾段，會(huì)使大量的水蒸氣和氨轉(zhuǎn)入液相而隨液體向下流動(dòng)。大部分的CO2等酸性氣體會(huì)被汽提到塔頂處得以去除。如果對(duì)塔體的溫度進(jìn)行有效的控制，塔的中部會(huì)形成氨的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較大的液相和富氨汽，這些富氨汽將從塔中間側(cè)線采出并采用三級(jí)冷凝進(jìn)行進(jìn)一步的濃縮。在有效去除污水中酸性氣體和氨后，能夠有效降低污水的pH值，有利于后續(xù)萃取工藝的順利進(jìn)行。

　　在該工藝的實(shí)際進(jìn)行中，對(duì)富氨抽出位置的選擇和抽出量的選取非常重要，這是汽提塔優(yōu)化過程中的一個(gè)重要量，其會(huì)直接影響塔的實(shí)際操作效果。為此，我將要在中對(duì)該量的選擇進(jìn)行重點(diǎn)的介紹。

　　3、側(cè)線及其抽出位置的選擇

　　根據(jù)實(shí)際對(duì)工藝裝置的研究中發(fā)現(xiàn)，側(cè)線富氨汽采出的位置與塔頂氣相采出氨質(zhì)量分?jǐn)?shù)、塔底凈化水中的氨存在著一定的關(guān)系。隨著側(cè)線采出位置的下移，塔頂氣中中氨的質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈現(xiàn)出下降的趨勢(shì)，這會(huì)有利于氨的脫除。但如果其采出位置下降超過了一定的值，塔底中的氨成分含量會(huì)急劇上升。由于塔內(nèi)的溫度從上到下是逐漸升高的，因此側(cè)線位置的選擇應(yīng)該考慮到塔的實(shí)際分離效果，如果將位置適當(dāng)?shù)纳弦?，?huì)讓側(cè)富氨汽會(huì)帶走更少的熱，從而減少塔的熱負(fù)荷。但如果過于考上，就會(huì)對(duì)酸性氣體成分的分布造成較大的影響。在通常的情況下，如果側(cè)線的位置越高，氨中酸性氣體的成分含量會(huì)有增加的趨勢(shì)，因此在確定側(cè)線的位置時(shí)，應(yīng)該綜合考慮多種因素。

　　4、側(cè)線采儲(chǔ)量

　　側(cè)線氨的采出量將影響塔下部汽提的強(qiáng)度和蒸汽的消耗量。隨著抽出量的逐漸增加，塔底凈化水氨質(zhì)量分?jǐn)?shù)也會(huì)呈現(xiàn)出下降的趨勢(shì)。當(dāng)側(cè)線的采取量超過進(jìn)料量的9%時(shí)，塔底凈化水中氨的質(zhì)量濃度會(huì)低于100mg/L，水質(zhì)情況得到明顯的好轉(zhuǎn)。如果繼續(xù)增加采出量，蒸汽的單耗和側(cè)線的凝液量也會(huì)隨之增加，循環(huán)液中的氨含量也會(huì)有所增加，因此過分加大側(cè)線抽出量是不合適的。在通常的情況下，會(huì)將側(cè)線抽出量維持在進(jìn)料總質(zhì)量的9%左右。

　　5、三級(jí)冷凝系統(tǒng)

　　三級(jí)分凝系統(tǒng)主要用于脫除氨中的酸性氣體和水蒸氣，從而提高氣相中氨的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。因此需要做好對(duì)操作溫度和操作壓力的控制，這對(duì)提高三級(jí)分凝系統(tǒng)出口處氨氣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)和降低其中酸性氣體的含量，有較大的作用，有效降低后續(xù)氨精制系統(tǒng)負(fù)荷，對(duì)三級(jí)分凝液的循環(huán)量液也會(huì)有較大的影響。在通常的情況下，較低的溫度和較高的溫度將更有利于氨的濃縮。根據(jù)后續(xù)氨精制工藝的要求，一般會(huì)將溫度選擇在40~50℃。在經(jīng)過3級(jí)分凝后，氨中的酸性氣體和揮發(fā)酚就會(huì)全部溶解在分凝液中，并最終返回到單塔系統(tǒng)，氨在濃縮后的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可以達(dá)到99%以上，為后續(xù)的氨精制打下了一個(gè)非常好的基礎(chǔ)。

　　6、實(shí)際工業(yè)運(yùn)行分析

　　該工藝在實(shí)際生產(chǎn)過程中，已經(jīng)替代了原有的工藝流程。該加壓塔的設(shè)計(jì)處理量為80t/h，該塔直徑為2.2m，塔高為37m。經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的生產(chǎn)研究，最終將塔頂?shù)膲毫x定在0.6MPa，塔底的溫度為160℃，塔頂?shù)倪\(yùn)行溫度為80℃，側(cè)線抽出量的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為9%。該工藝在進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行段后，原來(lái)工藝處理后廢水中氨和二氧化碳的質(zhì)量濃度分別為450mg/L和1500mg/L。在新的工藝流程中，氨的質(zhì)量分?jǐn)?shù)下降到30mg/L，二氧化碳的含量已經(jīng)非常少。經(jīng)過工藝改造后，廢水的pH值得到了顯著的降低，可以維持在7左右，有利于后續(xù)萃取工藝的進(jìn)行。

　　為了對(duì)采出口的數(shù)量和位置進(jìn)行確定，使用了相關(guān)的工藝模擬軟件。結(jié)果表明，在采用3個(gè)采出口后，切換采出側(cè)線的位置對(duì)實(shí)際操作影響并不大。之后的工業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐，也非常好的證實(shí)了該結(jié)論，因此僅設(shè)計(jì)1~2個(gè)側(cè)線采出口即可。

　　采用進(jìn)料板的第28塊板采出，通過對(duì)側(cè)線采出富氨汽的分析，經(jīng)過軟件模擬的結(jié)果和實(shí)際結(jié)果，氨氣中的二氧化碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.5%和0.9%，而氨的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為16.9%和15.7%。側(cè)線氨氣的氨質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，這樣更有利于氨的濃縮和提純，軟件模擬結(jié)果可以很好反應(yīng)側(cè)線氨氣的實(shí)際組成。

　　7、結(jié)語(yǔ)

　　在傳統(tǒng)對(duì)煤化氣污水中，往往難以得到很好的處理效果。如果采用汽提塔煤氣化廢水處理系統(tǒng)，將側(cè)線的抽出量控制在9%左右，就可以得到較好的處理效果，能夠有效清除廢水中的酸性氣體和氨，并降低污水的pH值，這非常有利于后續(xù)工藝的進(jìn)行。該工藝在實(shí)際的使用過程中，對(duì)各種參數(shù)的選擇非常重要，尤其是對(duì)抽出量和位置的選擇。在實(shí)際選擇的過程中，應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇，如果有條件，可以進(jìn)行工藝生產(chǎn)軟件模擬，從而找到最佳的量，達(dá)到理想的工藝處理效果。(來(lái)源：蒲城清潔能源化工有限責(zé)任公司)