降低煤氣化裝置灰水系統氨氮含量的措施

張 濤，屈 政

(1.兗礦國宏化工有限責任公司 山東鄒城 273500； 2.兗礦魯南化工有限公司 山東滕州 277527)

兗礦國宏化工有限責任公司(以下簡稱國宏化工公司)500 kt/a甲醇生產裝置采用3臺德士古水煤漿氣化爐制取原料氣，水煤漿與氧氣在氣化爐燃燒室內混合燃燒后，殘渣及粗煤氣一同進入氣化爐激冷室水浴，形成以游離氨和銨離子形式存在的氨氮，整個生產系統中的氨氮最終通過外排灰水排放至污水站進行處理。隨著煤氣化裝置投煤量的增加，煤氣化裝置灰水中的氨氮含量也相應提高，給污水站外排水的達標排放帶來風險。根據裝置的實際情況，通過采取切實可行的措施，在保證系統產能不變的情況下，降低了灰水中的氨氮含量，徹底解決了污水站外排水指標超標的風險。

1 汽提塔系統

如圖1所示：來至變換工序4#氣液分離器的高氨氮含量低溫冷凝液經冷凝液預熱器加熱后從頂部進入汽提塔(填料塔)，0.35 MPa低壓蒸汽從中部入塔，冷凝液與低壓蒸汽在塔內填料段逆流接觸，冷凝液被充分加熱，此時水中的氨氮因溫度的升高而從液相中被汽提分離并隨尾氣出塔，塔釜內低氨氮含量的冷凝液送至除氧器；出塔尾氣經冷凝液預熱器和脫鹽水冷卻器冷卻后，在5#分離器內進行氣液分離，不凝氣(壓力0.18 MPa、溫度40 ℃、質量流量973.32 kg/h)送往火炬，分離出的冷凝液送磨煤系統用作磨煤水。

在該流程中，汽提塔塔釜內冷凝液氨氮質量濃度為150 mg/L左右，5#分離器內的冷凝液氨氮質量濃度為11 000 mg/L。

2 氨氮的處理

2.1 污水站處理

國宏化工公司污水站主要采用SBR工藝處理來自煤氣化裝置的灰水中的氨氮，設計日處理氨氮量為1.20 t，日接收的廢水量為4 800 m3，進水氨氮質量濃度最高為250 mg/L。污水站進、出水指標如表1所示。

圖1 汽提塔流程示意

2.2 高溫燃燒

5#分離器分離出的高氨氮含量冷凝液送至磨煤系統，然后隨水煤漿一起進入氣化爐進行高溫(約1 300 ℃)燃燒、分解。由于氨氮的燃燒是一個可逆的過程，整個燃燒過程所消耗的氨氮量有限，即氨氮的去除效果不明顯，最終還是送至污水站進行處理。

表1 污水站進、出水指標

項目COD/(mg·L-1)BOD/(mg·L-1)氨氮/(mg·L-1)固體懸浮物/(mg·L-1)pH總氰/(mg·L-1)進水8503902501307.44.0出水≤60≤20≤5≤506.0～9.0≤0.2

綜合上述2種處理方式，在系統投煤量不變的情況下，污水站外排水指標均能達標，不存在排放超標的風險。

3 系統存在的問題及解決措施

國宏化工公司于2017年對生產裝置實施了節能挖潛升級改造，系統產能由1 500 t/d提高至2 000 t/d，產能的增加導致投煤量也相應增加。投煤量增加后，煤氣化裝置灰水中的氨氮含量也隨之提高，送至污水站的灰水中氨氮質量濃度由245 mg/L提高至320 mg/L，導致污水站的外排水指標存在超標的風險，嚴重威脅公司環保指標的控制。

為降低污水站外排水指標存在的超標風險，采取了以下幾個方面的措施。

(1) 通過對污水站的運行方式進行優化調整，最終氨氮處理量由1.20 t/d提高至1.44 t/d，即煤氣化裝置外排灰水中的氨氮質量濃度最高可達300 mg/L，此時不會對裝置的生產負荷產生影響。

(2) 將氨、銨的化合物和氨氮由氣相排出，防止其停留在水中。由圖1可知，汽提塔頂部尾氣中氨、銨的化合物和氨氮含量最高，將該部分尾氣進行就地排放，即打開圖1中的閥1，尾氣不經過換熱器直接排放。經流程優化，尾氣中的冷凝液就不會存留在5#分離器中，凝液中的氨氮也不會隨水煤漿再次進入生產系統。該優化措施實施后，灰水中氨氮質量濃度降至280 mg/L，污水站外排水指標超標風險得到解決。但鑒于氨、銨的化合物以及氨氮的本身特性，該方法實施后，導致廠區及周邊環境有嚴重的氨味，對環境造成了一定的污染，故只能作為應急之用。

(3) 通過與鍋爐生產企業的溝通交流，汽提塔頂部的不凝氣可送至鍋爐進行燃燒。為了取得最佳效果，經設計院核算，汽提塔頂部的尾氣溫度控制在90～110 ℃時，均能較好地把氨、銨的化合物以及氨氮從水中提出，最終送至鍋爐進行燃燒。在實際運行過程中，汽提塔頂部的該部分氣體溫度為140 ℃，需適當降溫，以降低進入鍋爐尾氣中的水含量。結合現有工藝流程，對汽提塔工藝流程進行了相應的改造，具體優化改造示意如圖2所示。

圖2 汽提塔工藝流程優化改造示意

由圖2可知：①關閉閥4、打開閥5，可將汽提塔尾氣引至鍋爐；②將脫鹽水冷卻器的旁路閥(閥3)打開，出冷凝液預熱器的汽提塔尾氣不經冷凝可直接進入5#分離器；③通過自調閥(閥1/閥2)相互自動調節，最終確保去鍋爐的汽提塔尾氣溫度控制在90～100 ℃。系統改造完成后，煤氣化裝置灰水中的氨氮含量大幅降低，不僅污水站外排水指標完全可控，不存在超標風險，而且鍋爐運行正常。改造前，控制外排水氨氮質量濃度≤5 mg/L；改造后，SBR工藝恢復原工藝控制指標，對外排水的總氮含量加以控制。改造前、后煤氣化裝置灰水指標對比如表2所示。

4 結語

(1) 通過對污水站的優化操作，犧牲部分不重要的工藝指標(外排水中的總氮)，污水站對氨氮的處理能力由1.20 t/d提高至1.44 t/d，未對裝置的生產負荷造成影響。

(2) 結合汽提塔的運行情況，將汽提塔尾氣改為就地排放，煤氣化裝置灰水中的氨氮質量濃度由320 mg/L降至280 mg/L，污水站外排水超標風險大幅降低。

表2 改造前、后煤氣化裝置灰水指標對比

項目灰水中氨氮/(mg·L-1)污水站外排水/(mg·L-1)氨氮總氮改造前3204.71503184.61803234.8165改造后2402.5602353.1652322.958

(3) 汽提塔尾氣經改造送至鍋爐進行燃燒，最終將煤氣化裝置灰水中的氨氮質量濃度由320 mg/L降至232 mg/L，徹底解決了污水站外排水超標的風險；汽提塔的運行恢復至原流程，解決了生產廠區有氨味的問題；污水站SBR工藝恢復至原控制指標，降低了污水站外排水中的總氮含量。