魯奇爐煤氣化高氨氮廢水處理探討

山西潞安煤基合成油有限公司 山西 長(zhǎng)治 046100

1 引言

在魯奇爐煤氣化工藝生產(chǎn)過(guò)程中,原煤經(jīng)過(guò)粉碎研磨之后與水混合形成水煤漿,水煤漿在氣化爐內(nèi)高溫、高壓環(huán)境下與氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng),生成的粗煤氣,進(jìn)入后續(xù)的洗滌工段,經(jīng)后續(xù)處理工藝最終形成產(chǎn)品。在此過(guò)程中液相組分一部分進(jìn)入灰水工段,另一部分高氨氮廢水則進(jìn)入制漿系統(tǒng)中。對(duì)于該部分高含氨氮的廢水處理,是煤氣化工藝后續(xù)處理工藝中的重點(diǎn)組成部分。

2 高氨氮廢水處理工藝分析

統(tǒng)計(jì)典型的魯奇爐煤氣化高氨氮廢水的特性,原始氨水濃度大約在1.5%～2%范圍內(nèi),硫化銨含量約在5%,碳酸銨含量約在20%,COD控制在3700～4000mg/L范圍內(nèi)。

2.1 汽提脫酸+雙效節(jié)能汽提脫氨工藝 針對(duì)魯奇爐煤氣化過(guò)程中產(chǎn)生的高氨氮廢水,部分企業(yè)提出使用“汽提脫酸+雙效節(jié)能汽提脫氨工藝”。此工藝流程不僅可以有效去除高氨氮廢水中的硫化氫氨氮和二氧化碳,同時(shí)可以有效回收其中的氨氣,理論上可得到濃度為15～20%的濃氨水,有利于資源的循環(huán)利用。在汽提脫酸工段,可實(shí)現(xiàn)二氧化碳和硫化氫等氣體的回收,處理后的廢水進(jìn)入生化處理工作。

在實(shí)際工程中,多采用單塔加壓汽提工藝進(jìn)行汽提脫酸,高濃度的酸性氣體聚集在塔頂部,主要包括二氧化碳和硫化氫,脫酸廢水集中于塔底部,經(jīng)泵送進(jìn)入雙效節(jié)能汽提脫氨系統(tǒng)。

(1)汽提脫酸工藝流程。進(jìn)入汽提脫酸工藝的氨氮廢水主要包括兩部分,一部分進(jìn)入汽提脫酸塔,在頂部進(jìn)行噴淋,反應(yīng)過(guò)程溫度控制在30～50℃。另一部分酸性氨氮廢水,首先在脫酸塔進(jìn)行預(yù)熱,此過(guò)程通常與脫氨廢水換熱升溫,其后進(jìn)行二次預(yù)熱,直至溫度滿足反應(yīng)要求時(shí),進(jìn)入汽提脫酸塔中部,并與上升蒸汽逆流接觸,完成脫酸處理。具體操作參數(shù)如下,控制脫酸塔操作壓力在0.5MPa,溫度控制在155℃,加熱蒸汽壓控制在1MPa。可借助于廢水熱量回收系統(tǒng),回收脫酸廢水的部分熱能用于汽提脫酸塔內(nèi),控制脫酸廢水處理后,硫化氫含量小于100mg/L。最后,二氧化碳和硫化氫等酸性氣體可借助于塔頂部的冷凝器實(shí)現(xiàn)液相回流。

(2)雙效節(jié)能汽提脫氨系統(tǒng)。在雙效節(jié)能汽提脫氨系統(tǒng)中,一部分脫酸廢水進(jìn)入汽提脫氨塔中,控制壓力在0.5MPa。使用再沸器對(duì)完成汽提脫氨塔內(nèi)上升蒸汽的產(chǎn)生,控制加熱蒸汽壓在1.0 MPa,此時(shí)塔釜內(nèi)產(chǎn)生的脫氨廢水含氨量控制在15mg/L,溫度控制在195℃,滿足條件的脫氨廢水進(jìn)入塔釜內(nèi)閃蒸。含氮蒸汽從汽提脫氨塔塔頂泵出后仍具有較高的溫度,其中的熱能可用作汽提脫氨塔II的熱能,在含氮蒸汽作為加熱蒸汽參與汽提脫氨塔II處理過(guò)程中,最終可得到濃度在50%-60%左右的氨氣,這部分氨氣可在后續(xù)精餾段中繼續(xù)精餾。

另一部分脫酸廢水直接進(jìn)入II號(hào)汽提脫氨塔內(nèi),此過(guò)程可借助于I號(hào)塔頂產(chǎn)生的冷凝熱和II號(hào)再沸器完成蒸汽的汽提,此過(guò)程需精確控制壓力,建議在0.05MPa。在汽提脫氨塔II號(hào)塔釜內(nèi)應(yīng)控制氨含量在15mg/L以下。最后,兩個(gè)汽提脫氨中的脫氨廢水可合并進(jìn)入脫酸塔的預(yù)熱器回收多余熱量,節(jié)省能源。另一方面,在回收熱量的過(guò)程中,還可對(duì)進(jìn)入提脫氨塔2號(hào)塔頂冷凝器的氨氣和蒸汽進(jìn)行冷凝蒸餾,回收90%的氨氣。回收的氨氣進(jìn)入氨氣吸收塔,可得到濃度在10%～15%的氨水。

要求完成上述處理工藝后,廢水中氨氣含量應(yīng)低于15mg/L,硫化物主要是硫化氫的含量,應(yīng)控制在100mg/L以內(nèi)。多余的氨氣主要通過(guò)濃氨水的形式回收,濃度在10～15%的濃氨水,可供其他企業(yè)作為化工原料。除此之外,廢水中殘余的二氧化碳和部分硫化氫混合氣體可借助于其他工藝進(jìn)一步回收。

2.2 氨吹脫+多元金屬催化+鳥糞石處理 使用氨吹脫+多元金屬催化+鳥糞石處理處理高氨氮廢水。

需處理的廢水首先進(jìn)入吹脫工藝段,然后進(jìn)入多元催化工段,在此工段中需加入多種藥劑提升催化效率,此后進(jìn)入鳥糞石沉淀工段,最后進(jìn)行生化處理。具體分析如下。

(1)氨吹脫。在氨吹脫工藝過(guò)程中,通過(guò)控制溫度和壓力,并在廢水中通入空氣,促使廢水中的氨氮游離解析。此過(guò)程的基本原理分析如下:氨吹脫工藝主要依據(jù)傳質(zhì)速度理論和氣液相平衡理論,在一定的溫度和壓力條件下,氣相和液相會(huì)達(dá)到平衡狀態(tài),此時(shí)氣相中的分壓正比于該氣體在液相中的濃度。常使用吹脫池和吹脫塔兩種常見的吹脫裝置。影響吹脫工藝的因素包括,油類物質(zhì)含量,表面活性劑,氣液比,酸堿度和溫度等。該種工藝在處理過(guò)程中,主要優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,技術(shù)成熟,具有較高的氨氮去除效率;缺點(diǎn)在于能耗需求高,二次污染較為嚴(yán)重。

(2)鳥糞石沉淀。高氨氮廢水是引起水體富營(yíng)養(yǎng)化的主要因素之一,統(tǒng)計(jì)我國(guó)現(xiàn)階段受污染的水體,氨氮是主要的污染因素。在鳥糞石沉淀工段,主要借助于沉淀的形式,去除高氨氮廢水中的氨氮,優(yōu)勢(shì)在于反應(yīng)速度快,操作較為簡(jiǎn)單,同時(shí)能夠?qū)U水中的氨氮進(jìn)行回收,提升經(jīng)濟(jì)效益。

氨吹脫+多元金屬催化+鳥糞石處理組合工藝不僅能夠有效去除高氨氮廢水中的COD和氨氮,同時(shí)能夠通過(guò)氨氮回收,達(dá)到資源循環(huán)利用和變廢為寶的目的,大大降低了高氨氮廢水的處理成本,體現(xiàn)出循環(huán)經(jīng)濟(jì)和綠色發(fā)展的內(nèi)在要求。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)上文的分析,可以看到有效的處理魯奇爐煤氣化的高氨氮廢水,體現(xiàn)了生態(tài)環(huán)保的內(nèi)在要求。本文中探討的“汽提脫酸+雙效節(jié)能汽提脫氨工藝”和“氨吹脫+多元金屬催化+鳥糞石處理”兩項(xiàng)高氨氮廢水處理工藝,表現(xiàn)出較高的氨氮去除能力,同時(shí)技術(shù)原理較為簡(jiǎn)潔,工藝流程較為成熟。尤其是后一種工藝處理,可實(shí)現(xiàn)資源的回收利用,降低處理成本。