關于酚氨回收脫酸塔穩(wěn)定操作的研究

王冬冬

摘 ?要：酚氨回收作為煤氣化廢水中脫氨、脫酚、脫酸性氣的重要環(huán)節(jié)，需要借助氣提塔，精餾塔，吸收塔，萃取塔等塔設備作為基礎實現煤氣廢水預處理的作用，各個塔器工況穩(wěn)定是酚氨回收最重要的工作，但酚氨回收在實際操作中，塔器工況不容易控制，自動化程度不高，本文主要講訴怎樣使塔器盡可能穩(wěn)定生產，發(fā)生波動如何實際調整，為實際工業(yè)生產提供操作參考。

關鍵詞：煤氣化廢水;脫酸塔穩(wěn)定操作;達標排放

1引言

酚氨回收主要任務就是脫出廢水中的酸性氣、氨酚物質、防止設備腐蝕結垢，防止微生物處理受到抑制、為后續(xù)生化微生物進一步降解做準備，其中酸性氣主要指硫化氫和二氧化碳，氨類物質包括固定氨和游離氨通過氣提方法從廢水中脫除，酚類物質包括單元酚和多元酚通過萃取方法脫除，萃取過程的溶劑回收采用精餾工藝，氨氣脫除后會帶有很多雜質，通過凈化吸收塔提純氨氣濃度，配成氨水自用或者外賣。實際操作中各個工藝指標都有設計要求，但由于熱源以及原料組分都是不穩(wěn)定的，時常變化，脫酸過程主要涉及泛塔導致酸性氣脫除不完全，脫氨過程主要涉及氨水中其他組分包括油、酸性氣、酚類物質超標以及塔釜出料總氨指標異常，萃取部分異常酚類物質超標，凈化吸收塔異常導致氨水濃度及雜質含量超標。這些異常情況嚴重影響酚氨回收裝置的處理負荷，嚴重時會限制煤氣制造產量。本文主要針對脫酸工藝過程講訴如何可能的防止異常發(fā)生及合理處置異常的操作方法。

2脫酸塔穩(wěn)定操作分析

煤氣化廢水中含有酸性氣體主要包括二氧化碳和硫化氫，以大唐克旗煤制天然氣水樣設計值做參考：二氧化碳含量5090mg/L，硫化氫含量100mg/L，水溶液中在溫度小于60℃時，二氧化碳會與水中的氨生成氨基甲酸銨，在溫度小于30℃時二者反應生成碳酸氫氨，反應過程如下：

2NH3+CO2+H2O=NH2CO2NH4

NH3+CO2+H2O=NH4HCO3

氨基甲酸銨和碳酸氫銨是白色固體，會造成設備結垢堵塞并加速設備腐蝕，由于酚氨工藝目前多是先脫酸后脫氨最后脫酚的順序，如果脫酸塔中二氧化碳及硫化氫脫出效果不佳，在氨氣精制制備氨水及液氨時會造成純度降低，達不到制備產品要求，克旗煤制天然氣項目氨水中硫化氫設計要求含量小于50mg/L，二氧化碳含量設計要求小于20mg/L，并且有研究顯示硫化氫及二氧化硫的存在會和溴反應，在酚氨出水總酚的測定中主要方法是溴化法，硫化氫脫除效果不佳會導致總酚含量的測量誤差較大，基于酸性氣體會造成設備腐蝕結垢及對后續(xù)處理上的諸多干擾，酸性氣體必須有效脫除。二氧化碳及硫化氫在水溶液中都是揮發(fā)性弱電解質，在水溶液中部分二氧化碳和水反應生成碳酸，碳酸會部分電離產生HC03-及C032-，硫化氫在水溶液中則電離產生HS-和S-，所以水溶液中不光有游離態(tài)的酸性氣體分子還有其水溶液下產生的離子態(tài)，如果把煤氣化廢水近似看作符合亨利定律的稀溶液，根據亨利定律計算在40℃時，當原料廢水中二氧化碳含量為5090mg/L時，與此平衡的氣相中二氧化碳的飽和分壓約為0.92Kpa。但亨利定律要求總壓一般不大于0.5MPa，并且氣液相物質分子態(tài)應該相同，由于實際脫酸塔壓力控制值為0.5-0.57MPa及酸性物質水溶液部分電離導致和氣相分子狀態(tài)不同，亨利定律會有一定誤差，計算出的結果只做粗略參考。因酸性氣體在水溶液中特別是高溫時具有比較高的揮發(fā)性，也可以理解為在高溫下酸性氣體在水溶液上方所產生的平衡分壓比較高，用亨利定律描述即為：溫度升高，導致亨利系數變大，酸性氣體的溶解度下降，氣相中分子摩爾數增多而液相中分子摩爾數減少。也正是由于在一定溫度和壓力下，硫化氫和二氧化碳在水溶液中的揮發(fā)度大于氨氣，并且氨在水中的溶解度遠遠大于硫化氫和二氧化碳，才可以保證在脫出酸性氣時不至于同時帶出比較多的氨氣，防止了碳氨結晶的產生，并保證了酸性氣和氨氣各自的純度。

顯然單純增加塔板數是無法達到指標控制要求的，正因為如此，克旗煤制天然氣酚氨回收脫酸塔采用實際28層塔盤。利用吸收的原理增加溫度使氣體的溶解度下降，酸性氣體水溶液電離方程也是升高溫度的情況下反應向電離反向移動，所以升溫是比較好的方法，經過模擬在溫度為150℃以上時，脫酸塔釜液中的酸性氣體指標合格。

根據吸收原理加壓是會促進吸收的，但是同時升溫和升壓的過程中，升溫對脫吸的促進效果要明顯高于增壓對吸收的促進效果，所以導致總的酸性氣脫出效果會變好。利用水蒸氣對脫酸塔塔內廢水升溫升壓，所需壓力多是煤氣化廢水中的水蒸氣在氣相形成的，用水蒸氣通過再沸器間接對塔釜廢液加熱，加熱后的氣液混合物中，液向進入塔釜由泵加壓打出進行后續(xù)處理，氣相則帶著熱量向塔上方傳遞熱量，上升的蒸汽和塔盤上的液體接觸換熱，使溫度向塔上部傳遞，在蒸汽傳熱的過程中，酸性氣體及氨氣大部分從廢水中揮發(fā)，原本氣相的平衡體系被破壞，由亨利定律可知，一定溫度下溶質的氣相分壓和液體組成是成平衡的，這也導致液相中溶質脫除困難的一個原因，但水蒸汽在傳熱的過程中，占據了大部分氣體空間，將酸性氣及氨氣等揮發(fā)性氣體及時帶走至上層，減小了酸性氣及氨氣等氣體的氣相分壓，這樣導致原本平衡被破壞，液向中的溶質不斷向氣相中轉移，達到更好的脫除效果，這就是汽提的過程，因此脫酸塔也叫汽提塔，后續(xù)的脫氨，溶劑回收也都利用汽提的原理分離物質，因此也都叫汽提塔。如果沒有蒸汽作為載氣進行汽提酸性氣及氨氣，在高壓下，與氣相平衡的液相中溶質的組分也會比較高，因此脫酸塔是多種原理共同作用而實現物質達到分離指標的裝置。

3結語

酚氨回收脫酸塔的穩(wěn)定保證了酸性氣體的有效脫除，為后續(xù)酚氨的處理創(chuàng)造了有利條件，本文主要講訴了脫酸塔的一些基本設計原理及一些控制方法及原因，使操作時實際和理論共同作用，達到控制指標穩(wěn)定，安全生產的目的。

參考文獻：

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