煤氣化污水化工處理的加堿汽提過程研究

康海濤(哈爾濱石油學院， 黑龍江 哈爾濱 150100)

煤氣化污水化工處理的加堿汽提過程研究

康海濤(哈爾濱石油學院， 黑龍江 哈爾濱 150100)

本文對原煤氣化污水處理工藝進行了論述，指出了這一工藝的缺陷；針對新工藝設計和工業應用，分別從熱力學模型及單塔模擬分析與工業應用兩個方面加以探究，對應用中注意的問題進行了詳細分析。

煤氣化污水；污水處理；加堿汽提

1 原煤氣化污水處理工藝

在原煤氣化污水分離工藝流程當中，煤氣化廢水以冷、熱2股的形式分別自上部及中上部流入脫酸塔，待汽提出二氧化碳、硫化氫等酸性氣體后再將其冷卻至50℃左右，然后轉入轉盤萃取塔在二異丙醚的作用下萃取脫酚。萃取相泵入酚塔對溶劑加以回收，精餾分離粗酚、二異丙醚以及二異丙醚則需要回用。萃余相進入水塔，從頂端位置采出溶解及夾帶的二異丙醚，待其冷凝后回用；從側線部位采出氨水汽，經過釜液處理后的廢水則進入下一環節的生化處理工序。這一分離工藝主要分為汽提脫酸、萃取脫酚、脫氨和溶劑回收4個階段[1]。在處理過程中，該分離工藝并不能做到十全十美，而是存在著一些不足，主要包括以下幾個方面：第一，脫酸塔對于酸性氣體，即二氧化碳和硫化氫的脫除率較低；第二，脫酸塔塔釜出水的pH值偏高，不利于萃取塔的萃取效率的提高，甚至會降低；第三，水塔的加堿量過大，加堿量以達到3t/d，因此無形中加大了生產成本方面的負擔；第四，等到處理完畢之后，會出現廢水酚含量和COD值超標的現象。一般來說，酚質量的濃度大約為800～400mg/L，而COD質量的濃度約為6000mg/L，這樣的濃度已遠遠超出后續生化工段處理能力的上限，同時也會造成酚的浪費；第五，碳銨結晶的使用會引起塔及換熱器等設備的嚴重結垢和堵塞問題，對設備的正常使用造成不利影響，降低了工作效率；第六，在運行過程當中，有時還會發生塔設備出現液泛或側采帶液等問題。

2 新工藝設計和工業應用

2.1 熱力學模型

煤氣化廢水體系的建立，是以熱力學模型為重要的技術基礎，重點考慮的問題應在于其水質的復雜性。水質的組成成分與石油或石化工業的含硫污水有較大區別，其中含有大量的酚、氨、二氧化碳、脂肪酸等物質，而硫化氫的含量則相對少得多，同時還有一些以漂浮物形式存在的細煤灰和油等物質存在其中。酚、氨、二氧化碳、硫化氫、脂肪酸等都屬于極性物質，尤其氨、二氧化碳和硫化氫在水溶液中是以帶有揮發性的弱電解質形式存在的[2]。揮發性的弱電介質是以離子和分子為基本構成。在常規的溫度及壓力環境下，離子形式的揮發性電解質無法存在，氣相中只能存在分子形式的揮發性電解質。計算氣液平衡時，需要應用溶液的相平衡、液相的化學平衡方程以及質量平衡。如果對煤氣化廢水進行水質方面的全方位分析，并將其與含硫氨污水進行對照，從熱力學的角度出發，需注意以下幾點：

首先，由于酸性氣體以二氧化碳為主，而硫化氫的含量較低。氨類物質多以離子的形式存在，因而通過汽提的方式易于進行脫除。

其次，廢水中大量存在酚類物質，且多具有揮發性。如果脫氨工序提前，汽提塔內的pH值就會下降至7以下，因此，揮發酚能夠以分子形式存在，可忽視酚的離解平衡。

最后，脂肪酸類物質中乙酸含量超標，進一步降低了整個體系的pH值，給固定氨轉化為離子脫除帶來困難。

2.2 單塔模擬分析和工業應用

在單塔模擬分析系統中，引入了ASPENPLUS來分析單塔脫酸脫氨工藝。可以發現，該工藝是由石油工業污水化工分離工藝引入，但在廢水體系及處理標準上存在較大差異，需要另外設置合適的工藝參數。其中煤氣化廢水中硫化氫的含量較少，而三級分凝系統此時的核心功能并非是在于處理含硫氨污水中的固硫作用，而是對氨提濃過程的同時進行脂肪酸及酚類物質的脫除作用[3]。由于煤氣化廢水中大量存在脂肪酸類成分，使得塔釜液的pH偏低，不僅使氨類的脫除過程帶來困難，同時也會破壞塔釜出水的水質，進而給后續萃取工藝帶來負面影響。而如果采用化學的手段來處理，就比較容易達到塔釜出水指標。而在實際工業領域，還需添加質量分數為25%～30%的氫氧化鈉溶液。

3 結語

本文通過對煤氣化污水化工處理的加堿汽提過程進行研究分析，指出應對現有的煤氣化污水化工處理進行改進，從而避免產生問題。本文對原煤氣化污水處理工藝進行了簡要的概述，指出了這一處理方法的不足之處，同時又對新工藝設計和工業應用展開探討，提出應將新工藝和新設計積極應用于工業實踐。這一過程運用了石油石化工業領域處理含硫氨污水的汽提裝置，但在設計理念方面有一定差異。

[1]蓋恒軍，江燕斌，錢宇，章莉娟，楊楚芬.煤氣化廢水處理過程瓶頸及改進措施分析[J].化學工程，2012，15(08)：165-166.

[2]錢宇，周志遠，陳赟，余振江.煤氣化廢水酚氨分離回收系統的流程改造和工業實施[J].化工學報，2011，27(07)：108-109.

[3]任小花，崔兆杰.煤氣化高濃度含酚廢水萃取/反萃取脫酚技術研究[J].山東大學學報(工學版)，2010，10(01)：71-73.