煤氣化酚氨廢水處理萃取單元優(yōu)化分析

王小會(遼寧大唐國際阜新煤制天然氣有限責(zé)任公司，遼寧 阜新 123000)

1 煤氣化產(chǎn)生廢水的特點

1.1 廢水量大

酚氨回收主要接收氣化、變換、低甲來料，氣化一期共計16臺氣化爐，廢水排放量600 t/h，去生化裝置排水量484.6 m3/h，最大排放量580 m3/h。

1.2 廢水污染物含量復(fù)雜

廢水中的污染物會隨著氣化爐使用的煤種、原料煤中各組分的含量以及加壓氣化操作條件的不同而改變。此廢水除含有酚類外，主要還有焦油、煤塵、氨、CO2、H2S等成分，主要污染物及濃度平均值如表1所示。從表1可以看出，廢水中酚、氨、COD含量較高，必須通過有效的處理使其達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。

表1 廢水主要污染物及濃度平均值 單位：mg/L(pH除外)

1.3 處理難度大

我國水資源十分緊張，為控制水體污染，國家相繼制定并實施了越來越嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)，對排水量及排放廢水中污染物濃度都做了嚴(yán)格的規(guī)定。煤化工項目耗水量較大，將面臨巨大挑戰(zhàn)。現(xiàn)有企業(yè)自2015年1月1日起執(zhí)行下表所規(guī)定的水污染物水污染排放限值[1]。

如表2所示，煤氣化廢水處理面臨的難度大，技術(shù)要求高，需要對現(xiàn)有技術(shù)進行不斷的優(yōu)化。

表2 新建企業(yè)水污染排放濃度限值及單位產(chǎn)品基準(zhǔn)排水量單位：mg/L(pH除外)

2 煤氣化廢水處理萃取單元流程

2.1 廢水脫酚處理流程

萃取單元設(shè)計2臺填料萃取塔，塔內(nèi)填料三段，為TJG-30規(guī)整格柵填料，并連形式進料，選用二異丙基醚(DIPE)作為萃取劑，萃取塔設(shè)計的最大相比(醚∶水)為1∶7。溶劑萃取法是從高濃度含酚廢水中回收酚類物質(zhì)的主要方法，該法利用酚在萃取劑中的溶解度大于在水中的溶解度的特性，使廢水中酚類物質(zhì)轉(zhuǎn)移至萃取劑中，從而實現(xiàn)酚的脫除。

煤氣化廢水首先進入煤氣水分離裝置進行冷卻、膨脹分離煤氣水中的溶解氣、固體顆粒及焦油/中油。分離后的煤氣水去酚氨裝置，首先進入脫酸、脫氨單元脫除廢水中的酸性氣及氨，含酚廢水冷卻至40～55 ℃之間，pH在7左右，從萃取塔的上部進入，溶劑從萃取塔的下部進入，兩相介質(zhì)逆流接觸進行液液萃取，萃取相進入精餾塔對溶劑進行回收循環(huán)利用并得到產(chǎn)品粗酚送出，萃余相進入溶劑汽提塔對溶劑進行回收，塔釜脫酚后稀酚水送生化進一步處理，其總酚含量降至700 mg/L以下[2]。

2.2 萃取單元與克旗公司工藝對比

由于我公司現(xiàn)未進入試車階段，故依據(jù)相同工藝條件的內(nèi)蒙古克旗公司廢水處理萃取單元運行情況進行對比分析。

克旗萃取單元分預(yù)萃取和萃取兩部分。脫酸脫氨后的酚水在靜態(tài)混合器與萃取塔的萃取相混合后進入油水分離器進行澄清分層，預(yù)萃取后的酚水從上部進入萃取塔，與底部進入的萃取劑二異丙基醚進行逆向接觸，完成萃取后的稀酚水從塔底部抽出送往水塔。在2015年我公司利用克旗公司的取水進行了標(biāo)定，相比接近7∶1(平均值為6.7∶1)標(biāo)定52 h，裝置出口稀酚水總酚含量663.5 mg/L(平均值)，也滿足有機污水處理裝置進水總酚含量≤700 mg/L的要求。

我公司與克旗公司萃取單元在流程設(shè)計上的區(qū)別在于缺少預(yù)萃取部分，萃取效率較克旗會更低，故我公司萃取單元工藝亟待優(yōu)化改進，以保證試車環(huán)保排放指標(biāo)。

3 問題分析

3.1 標(biāo)定過程簡介

3.1.1 酚氨回收裝置91/92單元主要標(biāo)定過程

此次標(biāo)定過程以克旗公司91/92單元達(dá)到100%設(shè)計負(fù)荷，相比為7∶1，出口稀酚水指標(biāo)達(dá)到設(shè)計值，滿足有機污水處理裝置運行要求為基準(zhǔn)。

標(biāo)定過程為2015年10月28日上午08:00時到11月1日上午08:00時結(jié)束，總標(biāo)定時間為96 h，并對96 h萃取單元數(shù)據(jù)進行了采集和分析。

3.1.2 91/92單元標(biāo)定數(shù)據(jù)

(1)原料酚水。酚氨回收裝置91/92單元原料酚水化驗指標(biāo)如表3所示。

表3 酚氨回收裝置91/92單元原料酚水化驗指標(biāo) 單位：mg/L(pH除外)

(2)萃取單元萃取效率。

3.2 萃取效率分析

在對克旗公司性能標(biāo)定報告時可知，在滿負(fù)荷運行時，52 h平均萃取效率為86.3%，達(dá)不到設(shè)計的90%。酚氨回收裝置入口原料酚水中總酚含量設(shè)計為5 160 mg/L，但標(biāo)定報告中的原料酚水化驗指標(biāo)96 h平均總酚含量為6 500 mg/L左右，即使達(dá)到90%的萃取效率，出口稀酚水中的總酚指標(biāo)也不能滿足≤500 mg/L的設(shè)計值[3]。

3.3 醚水相比分析

酚氨回收裝置萃取塔設(shè)計的最大相比(醚∶水)為1∶7，標(biāo)定中的相比已達(dá)到為1∶6，投醚量已經(jīng)高出了設(shè)計值。回收溶劑的酚塔最大設(shè)計負(fù)荷為47.5 m3/h，1∶6時已經(jīng)達(dá)到50 m3/h，超出了酚塔的最大負(fù)荷，再提高投醚量，會影響酚塔頂部醚的純度，不會提高萃取效率。

3.4 萃取級數(shù)分析

(1)克旗酚回收裝置整個萃取單元的實際萃取級數(shù)接近2級，萃取塔的實際萃取級數(shù)略大于1級，遠(yuǎn)不足二級。(2)原料酚水總酚含量72 h平均為6 461 mg/L，三級仿逆流萃取實驗的總酚含量在500 mg/L左右，若低于500 mg/L，按500 mg/L計，萃取效率在92.26%左右。(3)當(dāng)相比1∶6時，二異丙基醚的三級錯流萃取的平均萃取效率為94.1%。(4)綜合以上分析，如果阜新煤氣水水質(zhì)與克旗相似，我公司酚回收裝置的萃取級數(shù)須不小于三級才能保證稀酚水達(dá)標(biāo)。

4 不更改萃取劑的優(yōu)化方案

4.1 原萃取塔(TJG-3)的優(yōu)化措施

通過研究萃取塔的裝配圖和現(xiàn)場實地測量，發(fā)現(xiàn)萃取塔內(nèi)的3段填料的段與段之間留有約1.1 m高度的空隙，以方便拆裝填料。建議用格柵填料將此2段空隙填滿。其作用如下：(1)依據(jù)“傳質(zhì)單元高度和傳質(zhì)單元數(shù)的乘積即為完成給定分離任務(wù)所需的設(shè)備接觸傳質(zhì)段高度”，相當(dāng)于增加了1.6 m高的接觸傳質(zhì)段，將填料高度由15 m提高到16.6 m，理論上可以提高萃取效率。(2)在填料萃取塔中，傳質(zhì)過程是在分散相液滴群和連續(xù)相之間進行的。填料的作用在于控制返混和促進液滴群的分散-聚合-再分散循環(huán)，而原設(shè)計中的2段空隙不但起不到上述作用，反倒加速了徑向混合和軸向返混，使萃取效率下降。(3)雖然使用散堆填料裝填2段空隙比較簡單省事，但相比之下，規(guī)整填料堆砌規(guī)則，流道均勻，可以有效抑制徑向混合和軸向返混，使分散相液滴在填料內(nèi)流動更加規(guī)則，傳質(zhì)效率更高。故推薦用規(guī)整填料。

4.2 增大酚塔處理量措施

增加醚水的相比，可以提高萃取效果，但要加大投醚量，酚塔必須增加處理量。克旗公司塔內(nèi)件廠家對酚塔的核算結(jié)果是，酚塔的處理量可以提高到55 m3/h，并完成了酚塔1～20#層塔盤增加開孔率的改造。在實際運行中效果良好。

4.3 增加萃取塔措施

在問題分析第2項萃取級數(shù)分析中可知，如果我公司的原酚水與克旗類似的話，要處理到設(shè)計值以下(總酚≤500 mg/L)并保持穩(wěn)定，實際萃取級數(shù)必須≥3級。目前使用的萃取塔實際萃取級數(shù)較低，只是略大于1級，在現(xiàn)有萃取塔上優(yōu)化很難達(dá)到要求。原哈氣化萃取塔采用FG格柵填料，在萃取塔已連續(xù)運行5年，填料部分堵塞的情況下，進行了模擬多級逆流萃取實驗，結(jié)論是FG填料實際萃取級數(shù)可以確定至少為二級。故建議在原萃取塔后再串聯(lián)一組采用FG格柵填料的萃取塔，使整個萃取單元的萃取級數(shù)達(dá)到3級。

5 結(jié)語

目前我國煤炭資源中褐煤和長焰煤等所占比較最大，約占60%以上。然而碎煤加壓氣化后產(chǎn)生的大量廢水制約著企業(yè)的發(fā)展，而攻克污水達(dá)標(biāo)排放工藝技術(shù)至關(guān)重要，需要不斷探索改進，也是我們需要長期持續(xù)關(guān)注的問題。我公司現(xiàn)已增加預(yù)萃取部分，未進入試車階段，綜上措施僅供后續(xù)試車生產(chǎn)期間提供借鑒及參考。