熱泵閃蒸汽提脫氨技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用

張三華，劉文彬，倪 黎，涂 娟

(中國石化催化劑有限公司長嶺分公司，湖南 岳陽 414012)

本文重點(diǎn)介紹熱泵閃蒸汽提脫氨技術(shù)在煉油催化劑廢水處理中的工業(yè)應(yīng)用。

1 熱泵汽提脫氨技術(shù)工藝原理

對于高氨氮廢水，近年來越來越多地采用蒸汽汽提脫氨法[6-7]，將氨氮廢水通過蒸汽汽提后，經(jīng)過硫酸吸收成為硫酸銨回用，或經(jīng)過精餾后生產(chǎn)一定濃度的氨水回收利用[6]。廢水熱泵閃蒸汽提脫氨裝置包括廢水預(yù)處理、閃蒸汽提、氨汽吸收和精餾制氨(MVR技術(shù))，工藝原理：來自煉油催化劑生產(chǎn)裝置的高氨氮(NH3-N含量大于2 000 mg·L-1)廢水進(jìn)行混和-調(diào)合-沉降，除去大部分固體顆粒，進(jìn)一步用液堿將pH調(diào)節(jié)至11～12，水溶液中的銨離子轉(zhuǎn)變?yōu)橛坞x氨，再進(jìn)入熱泵閃蒸汽提脫氨系統(tǒng)，在蒸汽的傳質(zhì)傳熱作用下，經(jīng)過閃蒸和汽提，游離氨由液相進(jìn)入氣相，形成含氨蒸汽。含氨蒸汽一部分進(jìn)入飽和吸收系統(tǒng)，利用硫酸吸收，形成硫酸銨溶液(25%～30%)并回用至催化劑生產(chǎn)系統(tǒng)；另一部分進(jìn)入冷凝制氨系統(tǒng)，通過壓縮-冷凝(MVR)將含氨蒸汽冷凝成稀氨水(10%～15%)并回用至催化劑生產(chǎn)系統(tǒng)。經(jīng)汽提脫氨后的廢水進(jìn)入低氨廢水綜合處理系統(tǒng)或直接外排。

2 工業(yè)應(yīng)用及效能分析

2.1 主要操控條件與處理能力

從催化劑生產(chǎn)裝置來的催化劑廢水經(jīng)混和-調(diào)合-沉降，控制其溶解性固體小于70 mg·L-1，并用液堿調(diào)節(jié)pH=11～12，再由進(jìn)料泵向閃蒸-汽提塔送料，同時蒸汽進(jìn)閃蒸-汽提塔。汽提段溫度(90～100) ℃，汽提塔廢水進(jìn)料(70～120) m3·h-1。

汽提系統(tǒng)主要操控條件如表1所示。

表1 汽提系統(tǒng)主要操控條件Table 1 Main operating conditions of stripping tower

2.2 氨氮去除效果

汽提裝置進(jìn)水氨氮含量(856～3 356) mg·L-1，平均2 100 mg·L-1。為保障汽提塔工況穩(wěn)定，通過調(diào)和將汽提塔進(jìn)水氨氮控制在(2 000～3 000) mg·L-1。經(jīng)過閃蒸-汽提處理后廢水氨氮為(0.1～3.4) mg·L-1，平均0.8 mg·L-1，氨氮去除率超過99.9%(見表2)，處理后的廢水氨氮含量能夠滿足國家排放標(biāo)準(zhǔn)要求(GB31571-2015)。

表2 汽提裝置進(jìn)出廢水氨氮Table 2 Ammonia nitrogen data in inlet and outlet of stripping unit

2.3 處理成本

高氨氮廢水經(jīng)過熱泵閃蒸汽提脫氨裝置處理，其主要消耗為液堿(30%)、濃硫酸(98%)、工業(yè)蒸汽(0.4MPa)、工業(yè)水和電力消耗，同時副產(chǎn)硫酸銨(25%～30%)和氨水(10%～15%)，這些產(chǎn)品直接回用于上游催化劑生產(chǎn)裝置。

以2019年為例，蒸汽閃蒸汽提裝置生產(chǎn)消耗成本如表3所示。按照每噸硫酸銨(25%)240元、每噸氨水(10%)160元計算，每處理噸污水可產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益6.33元，因此，汽提裝置處理高氨氮廢水的生產(chǎn)消耗成本26.75元·m-3。

表3 汽提裝置生產(chǎn)消耗成本(2019年)Table 3 Production consumption cost of stripping unit(2019)

3 結(jié) 論

煉油催化劑廢水蒸汽汽提脫氨裝置自2018年底開車后，裝置運(yùn)行平穩(wěn)，已累計處理催化劑廢水超過700 kt。整個裝置包括精餾制氨部分均穩(wěn)定運(yùn)行，各主要工序工藝條件操控平穩(wěn)，波動范圍較小。

(1) 催化劑廢水熱泵閃蒸汽提脫氨技術(shù)包括廢水預(yù)處理部分、閃蒸汽提部分、氨汽吸收部分和精餾制氨(MVR技術(shù))部分，工藝技術(shù)可靠，各工序可操作性強(qiáng)，控制平穩(wěn)，工業(yè)裝置實(shí)現(xiàn)了安全平穩(wěn)生產(chǎn)。

(2) 工業(yè)裝置廢水處理能力超過100 m3·h-1，全年廢水處理能力超過700 kt，氨氮脫除率超過99.9%，可將廢水氨氮由大于2 000 mg·L-1脫至小于8 mg·L-1，達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)要求(GB31571-2015)。

(3) 采用熱泵閃蒸汽提脫氨裝置處理煉油催化劑生產(chǎn)廢水中的氨氮，生產(chǎn)消耗成本可低至30元·t-1以下，同時副產(chǎn)可觀數(shù)量的硫酸銨和氨水回用于生產(chǎn)裝置，減少了氨氮的排放，具有較好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。