蒸氨系統工藝優化及設備改造

李王霞

（金牛天鐵煤焦化有限公司，河北涉縣 056404）

蒸氨系統工藝優化及設備改造

李王霞

（金牛天鐵煤焦化有限公司，河北涉縣 056404）

通過對金牛天鐵蒸氨系統存在問題進行分析，將原直接蒸汽蒸氨工藝改為管式爐蒸氨工藝，并對蒸氨塔塔盤進行了改造，使蒸氨處理效果顯著提高，大大降低了運行費用，提高了煤氣化產回收水平，實現了高效、低耗、節能及環保生產。

蒸氨 冷凝 蒸汽 管式爐

1 引言

金牛天鐵采用直接蒸汽蒸氨，即以外購蒸汽作為蒸餾介質，直接從蒸氨塔底通入，與從塔頂進入的原料氨水充分接觸，將其中的揮發銨蒸出，同時管路中加入5%的NaOH溶液分解原料氨水中的固定銨，從而降低原料氨水中的氨氮含量。蒸氨塔結構為傳統浮閥式塔盤，塔徑DN2000，共31層，單塔設計處理量為50 m3/h。直接蒸汽蒸氨工藝較簡單，投資較少，但經過2年使用后，暴露出運行費用大、處理效果不達標、處理量大幅下降等諸多問題，嚴重影響生產。因此，公司在2011年對蒸氨系統工藝及設備進行了改造。

2 蒸氨系統存在問題及分析

（1）浮閥式蒸氨塔在使用過程中，因氨水腐蝕，浮閥架會變形或損壞，導致浮閥脫落，使安裝孔變為直通；同時由于氨水中攜帶少量焦油，浮閥與塔體或浮閥架粘結，使浮閥作用失效，達不到設計的傳質傳熱效果，導致蒸氨塔處理能力下降，最大處理量只能達到25 m3/h，工序后廢水COD、氨氮指標嚴重超標。

（2）直接蒸汽蒸氨每處理1 t剩余氨水約需300 kg的蒸汽,蒸汽冷凝后在塔底與廢水混合后去生化進行處理，管路中便會多產生約300 kg廢水。在生產過程中通入的是蒸汽,排出的是冷凝下來的廢水,能源使用很不合理。運行過程中增加的廢水量，使生化廢水處理負荷增加。

（3）蒸氨操作過程中塔壓過高，出現液泛、淹塔現象，操作溫度過高，出現壓力與溫度互相制約的惡性循環，檢修時可見塔內壁及塔盤有積油、積垢現象。

（4）蒸氨塔效率降低，氨氣產量下降，導致后序硫銨產量降低。

（5）所用蒸汽為外購，壓力和流量不太穩定，蒸氨塔塔壓升高，蒸汽耗量明顯增加，處理量不升反降。

針對現存問題，公司通過對國內其他焦化廠蒸氨工藝的考察和比較，為了徹底解決制約生產的瓶頸，決定對現用蒸氨塔塔盤結構進行改造，同時采用管式爐蒸氨工藝代替蒸汽直接蒸氨工藝，可減少外購蒸汽費用，降低廢水量，降低生產成本。

3 蒸氨塔塔盤結構改造

3.1 改造方案

為徹底解決浮閥塔的結構缺陷，同時投資少、見效快，原塔體、受液盤、降液系統和塔盤支撐不變，只改浮閥式塔盤為徑向側導噴射塔盤。為保證氣液相的充分混合及更好的傳質傳熱效果，出口堰由原50 mm高降至15 mm，同時增加45 mm的進口堰。見圖1。

圖1 蒸氨塔塔盤改造圖

3.2 徑向側導噴射塔盤的傳質原理

氣體由下一層塔盤上升至上一層塔盤，從板孔進入帽罩，由于截面積驟然變小，使氣體流速變快，高流速的氣體流動在帽罩內外兩側產生了壓力差，使塔盤上堆積的原料氨水由帽罩底部預留的縫隙處擠壓進入帽罩內部，同時與高速上升的氣流接觸后改變方向，并被拉升成環狀液膜，一起向上運動。在拉伸向上運動過程中,液膜與分離板不斷撞擊，發生多次破碎，成為不同大小的液滴。帽罩內原料氨水液滴的不斷變化及氣流的高速運動使氣液兩相得到了充分的接觸、混合,再經過帽罩體上分布的篩孔垂直噴射,使氣體和液體開始分離,分離出來的氣體上升至上一層塔盤，重復以上動作，而液滴落回下層塔板。塔盤傳質原理圖見圖2。

圖2 徑向側導噴射塔盤傳質原理圖

3.3 塔盤改造后效果

改造后蒸氨塔正常處理能力為50 m3/h，最大處理量可達到60 m3/h；操作彈性較大，當焦爐產量調整較大時，處理效果仍能保證；在進蒸氨塔廢水含氨氮約5 000 mg/L左右時，出塔廢水全氨含量可保證小于150 mg/L。

3.4 塔盤改造主要特點

3.4.1 處理能力變大

氣液分離在氣體帶動液體上升離開帽罩過程中進行，氣體呈水平或向下方向從帽罩噴出，使氣液兩相的接觸時間和接觸面積拉大，減少了氣體霧沫夾帶分離效果較好。氣體裹挾液體同時進入帽罩,減少了降液管液泛的可能性，降液系統流暢，蒸氨塔處理量顯著提高。

3.4.2 傳質效率高

蒸氨塔在運行過程中，帽罩內氣、液相分布均勻，尤其在氣液混合物撞擊分離板過程中動力能的不斷變化過程中，使液膜不斷破碎、更新,氣液兩相得到了很好的混合、再分離過程，接觸面積增大；而且在氣液分離后液滴下降過程中，也是與上升氣體的混合、接觸及傳質過程。塔板空間在這個過程中得到了充分的利用，總效率比浮閥塔高出15%以上，塔的處理效果得到明顯提升。

3.4.3 抗結垢、防堵塞能力強，塔阻力低

由于塔盤、帽罩及緊固件材質均選用316L，塔盤開孔較大且無活動部件,不存在浮閥塔盤閥體卡死和脫落的現象，也不會因磨損、震動等原因造成部件脫落。而氣體、液體均是以上升噴射狀態離開帽罩，流速較高,使氣流本身便具有自沖洗能力。

3.4.4 操作彈性好

與其他塔盤相比，徑向側導噴射塔盤有效利用了氣液體的動力能，不易出現降液管液泛或氣液相分離不好等不正?，F象。當塔的操作氣液相負荷在正常操作負荷的60%～125%范圍內變化時，仍然能夠安全、穩定的操作運行。

3.4.5 減少能耗，降低成本

通過導向噴射，使塔盤上的液面梯度大大降低，氣體分布更加均勻，因為噴射出的液體運動方向與塔盤上液體的流動方向一致，改造的出口堰與進口堰，有效保持液層厚度，使塔板的總體壓降降低，全塔阻力變小，可降低塔底操作溫度，從而減少蒸汽耗量、降低運行成本投入。

4 管式爐蒸氨工藝改造

金牛天鐵采用直接蒸汽蒸氨工藝所需蒸汽均需外購，每處理1 t廢水需要消耗蒸汽約300 kg,每年僅蒸汽消耗費用一項就是800多萬元；且蒸汽冷凝后成為廢水，以10 t/h計算，一年產生的廢水量約為87 600 t，還需增加廢水處理費用；當地屬于嚴重缺水地區，水資源使用非常不合理。公司通過對各種蒸氨工藝的設備投資、節能效果等詳細比較，選用了管式爐蒸氨工藝：該工藝可充分利用焦化廠的副產品煤氣，減少蒸汽外購費用，降低生產運行費用。

4.1 管式爐蒸氨工藝流程（見圖3）

圖3 管式爐蒸氨工藝流程圖

從氨水槽出的剩余氨水經過原料氨水泵加壓后，與蒸氨塔底外排的高溫蒸氨廢水換熱，進入蒸氨塔的上部。塔底不采用以往用蒸汽進行蒸餾，而是用泵將塔底一部分蒸氨廢水，送入廢水加熱裝置即管式爐，加熱到125～130℃后，返回蒸氨塔底部進行蒸餾，同時堿液經過流量計進入原料氨水泵，分解剩余氨水中的固定銨。蒸氨塔底的外排廢水與原料氨水換熱后，經過蒸氨廢水冷卻器冷至40℃，送至酚氰污水處理站。蒸氨塔頂出來的氨汽，經氨分縮器冷卻濃縮后，送入硫銨飽和器裝置。

4.2 改造前后比較及節能分析

管式爐蒸氨工藝與直接蒸汽蒸氨工藝相比較，蒸氨效果基本相同，但一次性投資較大：需增加管式爐1座，廢水循環泵2臺，煤氣鼓風機1臺、儀電控制及管路；但因不用蒸汽，而采用焦化副產品焦爐煤氣，運行費用降低。

管式爐蒸氨工藝改造后與原直接蒸氨工藝主要消耗指標比較見表1。

由表1可知，工藝改造后每年的運行費用比改造前可減少約1/3，增加的設備投資僅需1年即可收回，解決了焦化廠焦爐煤氣過剩而蒸汽供應不足的問題，且管式爐蒸氨工藝不增加蒸汽冷凝產生的廢水，降低了廢水處理系統的負荷，節省了大量的水資源。雖然前期設備投資較大，但運行費用卻大大降低，經濟效益明顯。

5 結束語

實踐證明，采用管式爐蒸氨工藝并對蒸氨塔盤改造后，蒸氨系統蒸汽的壓力和流量及蒸氨塔處理量、處理效果均得到了保證，使生產穩定性增加；同時節省了大量的水資源，提高了煤氣化產回收水平，實現了高效、低耗、清潔節能及環保生產。

[1]王玉萍，曹友寶，盧元儉.管式爐法無蒸汽蒸氨新工藝在寧鋼的實踐[J].寶鋼技術，2010（4）：20-22.

[2]徐作鋒，王淑榮.管式爐蒸氨工藝的探討[J].燃料與化工，2010（4）：57.

Process and Equipment Modification of Ammonia Distillation System

Li Wangxia

(Jinniu Tiantie Coking Company Limited,She County, Hebei Province 056404,China)

The author analyzes the existing problems in ammonia distillation system of Jiniu Tiantie.The old direct steam ammonia distillation process was changed into tubular furnace type and ammonia still tray modified.Then ammonia treatment effect was prominently lifted,which resulted in much lower running cost and higher gas recovery level.High efficient,low consumed,energy saving and environment protective production was achieved.

ammonia distillation,condensation,steaming, tubular furnace

李王霞，女，工程師，1996年畢業于華北工學院，現在金牛天鐵煤焦化有限公司設材科負責設備管理工作。

（收稿 2012-03-27 編輯 崔建華）