煤氣化灰水汽提裝置中加堿脫氨技術的應用分析

牛忠義

（山西省化工設計院，山西 太原 030024）

1 煤氣化灰水處理

煤氣化灰水處理裝置十分復雜，本文僅以陜西咸陽化學工業有限公司的煤氣化灰水處理裝置為例，對煤氣化灰水處理裝置進行系統的闡釋，介紹了脫氨工藝的方案設計與工藝流程。

煤氣化灰水處理裝置主要是采用多元水煤漿加壓氣化來實現氣化的工藝流程，氣化操作過程中操作壓力可達到6.5MPa，而經由氣化爐排出的高壓水又會經高級、低級以及真空級蒸發后對其進行有效回收與利用［1-2］。向裝置外排放質量濃度高達270mg/L高濃度灰水，而且在水處理裝置運行過程中，其灰水質量濃度已達到400mg/L～1 000mg/L。根據上述得出的結果，再仔細分析灰水處理裝置的水質成分及濃度，并結合脫氨工藝的方案設計提出對灰水實施加堿工藝。但是，在這種工藝中實行回收氨處理毫無意義，因為氨產量相對較低，因此，在汽提裝置中單獨設置1套單塔低壓［0.3MPa（G）］汽提不回收氨裝置。該裝置的投入使用使得灰水處理中的氨氮含量（氨氮質量濃度降到250mg/L以下）大幅降低，不僅保證了裝置的有效運行，同時也確保了外排水的質量達標。

2 煤氣化灰水處理裝置中的脫氨處理

從化學成分看，煤氣化灰水中存在的陰離子有很多，主要包括C、HC、HS-、Cl-、S等，而陽離子又以銨離子存在最多，因此，存在較多的是銨鹽物質，而銨鹽又分為固定銨鹽與游離銨鹽［3］。灰水中已存在的H2S、NH3、C2進入液化灰水中以NH4HS、NHHCO3、（NH4）2CO3、（NH4）2SO4、NH4NO3的形態存在，而H2S、NH3、CO2是揮發性物質，只有經由液化才能將其變成液態從而轉化為銨鹽形式，這就是灰水處理裝置的原理。但如果為了提高其汽提裝置的提取量而降低凈化水中氨氮含量，其降低的量是有限的。通常情況下，如果不依靠任何藥劑對其進行處理，那么即便耗費無限量的蒸汽也無法將其質量濃度降低到250mg/L以下。原因就是，灰水中原本存在的等酸根離子仍然存在，而其含量依舊保持不變，變成固定銨鹽之后更是無法將其含量減少，因此，無法僅依靠汽提裝置便對其含量有所改變。所以，需得經過其他方法將其固定銨鹽轉變為游離銨鹽，這樣就可以大大降低銨鹽的含量從而降低其氨的濃度。在脫氨工藝的最后、在灰水處理之前調節灰水濃度，可分解固定銨鹽，最終減少銨鹽含量。

3 加堿脫氨工藝的工藝流程以及工藝裝置

3.1 工藝流程

煤氣化灰水處理過程所采用的裝置主要是單塔汽提裝置。如若進行灰水處理不回收氨的工藝，就得將塔頂的氣流全部回流，并控制其氨氣在升溫前的溫度達到90℃左右，以防止銨鹽固化。同時，利用污水處理裝置對廢水進行處理并及時排放。氣體處理裝置的汽提熱源采用氣化灰水處理單元的高壓閃蒸汽，不足部分采用0.7MPa低壓蒸汽，低壓蒸汽用量按高閃汽量為零時的工況設計。

汽提裝置中的廢水包括氣化灰水處理的氣化廢水和管線排放氣冷凝液和分液管冷凝液。氣化灰水裝置處理的氣化廢水，其排放量平均為70m3/h，其中，最大排放量為90m3/h，經由連續輸送，由灰水貯槽不經過冷卻，直接送往汽提單元；對于管線冷凝液和分液罐內冷凝液，間斷排放，排放量較少，最大也僅為20m3/h。廢水混合后，被送至汽提塔，將塔頂灰水溫度從70℃升溫至103℃；另一路質量分數30%的NaOH溶液自新鮮堿液罐抽出，由堿液泵計量后，送入加熱后的氣化灰水中。兩者在管道混合器內充分混合后（進塔灰水pH＝11～12），一起進入廢水汽提塔頂的第6塊塔盤上，為防止塔盤堵塞，汽提塔采用篩板塔盤。灰水在塔內沿塔盤向下流動，高壓閃蒸汽（0.8MPa、173℃）和少量的低壓蒸汽0.7MPa從塔底送入，與灰水逆向接觸，氣液兩相在塔盤上進行充分混合，傳質傳熱。廢水汽提塔內，溶解在灰水中的NH3和高壓閃蒸汽中的H2S、CO、H2、CO2、CH4被汽提提出，以氣相形式上升至塔頂。

3.2 主要裝置

汽提裝置主要為汽提塔，其工藝參數包括進料溫度、塔頂工作壓力、塔底壓力、塔底溫度。對于汽提塔結構形式的選擇主要考慮到進塔灰水的濃度及含量。其結構形式采用篩板塔盤，對原料進行進一步加工，汽提塔上端主要接受來自塔頂的回流液，而下端主要接受來自氣化的灰水。

4 運行分析及總結

4.1 運行效果

該裝置于2013年3月開始施工，同年6月30日竣工驗收合格后投入試運行，2013年下半年汽提塔出口氨氮質量濃度最高達316.14mg/L，高于預期的＜250mg/L。主要為汽提運行過程中多次發生塔盤結垢堵塞問題所致。

4.2 運行中出現的問題

1）塔盤結垢，造成氣路不通

裝置運行過程中會出現塔盤結垢問題，一旦塔盤結垢嚴重就會導致裝置運行緩慢，造成液位居高不下的現象，而當每次分析其灰水含量濃度時又會發現氨氮含量嚴重升高，并高于進塔水中氨氮含量。

2）運行周期短

整個汽提裝置的運行周期短，其中，較長時間為15d，較短的時間僅為7d。而造成周期短的主要原因應該是塔盤結垢進而塔盤底部被堵造成運行嚴重滯緩，最終導致水中的氨含量嚴重超標。灰水進料處6層到12層的塔盤結垢嚴重，尤其是6層塔盤最為嚴重。而后，對其結垢物進行分析，研究表明其大量是鈣鹽。

3）補救方法

解決塔盤結垢的問題，采用新技術與新工藝結合的新機器——德國特拉多姆公司的WELLAN2000量子水處理器。此處理器用于進塔管線上，能夠使水中的離子特性發生變化，減少陰、陽離子之間的結合，減少固定銨鹽的含量，使得鹽類離子的結合越來越困難，達到析出晶體的目的，最終減少塔盤結垢的危害。

5 結語

汽提裝置的灰水處理中加堿脫氨技術的應用經由實踐驗證，從裝置出來的灰水中氨氮含量有明顯增加，并有良好的運行收益，而且對于污水處理排放也有一定的正面影響。加堿脫氨技術在處理煤氣化裝置產生的高氨氮灰水時，運行效果良好，實現了化工污水的達標排放，但是同時也暴露出了許多不足，仍需不斷加強技術的改進，實現汽提裝置的逐步完善并達到能夠長期穩定運行的狀態。

［1］ 吳莉娜，史梟，柳婷，等.煤化工污水特性和處理技術研究［J］.科學技術與工程，2015（9）：136-141，147.

［2］ 王云剛，王劍鋒.加堿脫氨技術在煤氣化灰水汽提裝置的應用［J］.煤化工，2015，43（1）：43-45，56.

［3］ 康海濤.煤氣化污水化工處理的加堿汽提過程研究［J］.化工管理，2015（7）：185.