變換冷凝液汽提工藝改進探討

崔道輝

(安徽六國化工股份有限公司, 安徽銅陵 244023)

在合成氨生產(chǎn)中，在催化劑的作用下，通過變換工藝將來自氣化工段工藝氣中的一氧化碳與水蒸氣在適宜的溫度下反應(yīng)生成二氧化碳及氫氣，再將合格的變換氣送至低溫甲醇洗工段。此過程中，通過廢熱鍋爐將變換反應(yīng)產(chǎn)生的熱量分別生產(chǎn)出4.0 MPa、2.5 MPa和0.5 MPa壓力等級的蒸汽，此時變換氣中含有多種有害氣體的蒸汽被逐級冷凝下來。這些冷凝液中的主要雜質(zhì)為氨[1]、硫化氫和二氧化碳。通常用蒸汽汽提的方法將這些雜質(zhì)去除，汽提后的冷凝液再送回上游的氣化裝置中回收利用，氣體排放至火炬焚燒。

1 變換冷凝液汽提常見方法

目前，水煤漿氣化配套的變換冷凝液汽提工藝都是采用一次汽提的方法，區(qū)別只在于采用單塔汽提或者雙塔汽提。

1.1 單塔汽提工藝

單塔汽提工藝簡單，變換冷凝液進入汽提塔塔頂，塔底用低壓蒸汽供熱。頂部產(chǎn)出的含有氨、硫化氫、二氧化碳等的水蒸氣經(jīng)冷凝后進入分離器，分離器頂部的氣體排入火炬或硫回收裝置，底部污水可直接送往污水處理系統(tǒng)或制漿系統(tǒng)利用。單塔汽提工藝的特點是工序簡單(見圖1)，但是存在弊端。

圖1 單塔汽提工藝簡圖

(1) 外排污水中氨氮值高，污水處理難度大且處理成本高。

(2) 冷凝液中堿度較高，其含有的氨氮和硫化物在磨機給水槽中冷卻后會沉淀，極易堵塞磨機給水泵的進出口管線，導(dǎo)致制漿不穩(wěn)定，很難制得高濃度煤漿；同時在制漿現(xiàn)場解吸出部分硫化氫、氨氣，對環(huán)境影響較大；混合液中殘存的氨氮和硫化物進入磨機，制漿后又重新返回氣化系統(tǒng)，引起部分管線結(jié)垢，影響系統(tǒng)長周期運行。

(3) 汽提后的冷凝液送至下游的硫黃回收裝置處理，裝置必須采用燒氨工藝，投資成本大；冷凝液中的硫含量不穩(wěn)定，很難形成經(jīng)濟效益[2]。

1.2 雙塔汽提工藝

在單塔汽提基礎(chǔ)上，雙塔汽提工藝對存在的問題進行了改進。利用二氧化碳、硫化氫比氨更易揮發(fā)的特性，增加了二氧化碳汽提塔。變換冷凝液先后經(jīng)過二氧化碳汽提塔和氨汽提塔進行汽提。冷凝液經(jīng)加熱后先進入二氧化碳汽提塔塔頂，塔底用氨汽提，塔頂產(chǎn)出的二次蒸汽作為汽提蒸汽。二氧化碳汽提塔頂部產(chǎn)出的水蒸氣中含有大量二氧化碳、少量氨、少量硫化氫等雜質(zhì)，經(jīng)冷凝后進入分離器，頂部氣體排入火炬或硫回收工段，底部污水進入氨汽提塔頂部作為進料水。氨汽提塔底部由低壓蒸汽供熱，頂部產(chǎn)出含有大量氨、少量硫化氫、少量二氧化碳雜質(zhì)的水蒸氣，依次經(jīng)高低溫冷凝后進入分離器，其中，高溫水返回氨汽提塔內(nèi)，低溫水排入污水處理系統(tǒng)。頂部氣體排入火炬或硫回收工段。雙塔汽提工藝見圖2。

圖2 雙塔汽提工藝簡圖

與單塔汽提工藝相比，雙塔汽提后的水蒸氣中，氨和硫化氫等含量較高。雙塔汽提工藝流程復(fù)雜[3]，同時所用設(shè)備多且復(fù)雜，造價成本高。

2 改進思路

水煤漿氣化中，變換冷凝液中的氨和硫化氫含量較高，如果將其直接排入污水系統(tǒng)，必須增加配套的處理措施；如果直接回系統(tǒng)利用，又會減少氣化系統(tǒng)的運行時間。在采用一次汽提時，不論采用單塔汽提工藝、雙塔汽提工藝還是單塔汽提側(cè)線抽氨工藝[4]，都不能很好地解決上述生產(chǎn)及環(huán)保問題。

為此，在原有設(shè)備基礎(chǔ)上，在變換汽提塔冷凝液分離罐液相出口處增加汽提塔，對變換冷凝液進行二次汽提。具體實施方法：在汽提塔分離罐液位調(diào)節(jié)閥處增加一條管線，通過離心泵輸送到二次汽提塔內(nèi)，冷凝液從二次汽提塔的塔盤上部進入；通過手動閥門控制，作為汽提介質(zhì)的低壓蒸汽和低壓氮氣分別由管網(wǎng)接入二次汽提塔內(nèi)；汽提后含有氨和硫化氫的廢氣通過壓力調(diào)節(jié)閥的控制去火炬排放；汽提后的液體經(jīng)過循環(huán)水冷卻器冷卻降溫，再經(jīng)液位調(diào)節(jié)閥輸送到制漿工段循環(huán)利用。二次汽提工藝見圖3。

圖3 二次汽提工藝簡圖

3 改進效果

二次汽提前后，變換冷凝液中有害物質(zhì)的質(zhì)量見表1。

表1 二次汽提前后變換冷凝液所含物質(zhì)質(zhì)量 kg/h

由表1可知：二次汽提后變換冷凝液中有害物質(zhì)的含量極低，可以直接回收利用，節(jié)約了生產(chǎn)成本；工藝流程簡單，操作控制穩(wěn)定；所用的設(shè)備少而且簡單，投入低。

采用二次汽提后，汽提出的含有氨和硫化氫等廢氣的氣體排放到火炬，經(jīng)過火炬的灼燒不會對環(huán)境產(chǎn)生任何影響；經(jīng)過汽提后的液體中有害物質(zhì)含量極低，不會對生產(chǎn)的穩(wěn)定運行產(chǎn)生影響，同時也有效地凈化了現(xiàn)場環(huán)境，減少了污水的處理量，降低了生產(chǎn)成本。

4 結(jié)語

傳統(tǒng)水煤漿氣化變換冷凝液汽提工藝已經(jīng)不能滿足日益嚴峻的環(huán)保要求，同時汽提后的冷凝液回收利用會影響穩(wěn)定生產(chǎn)。采用二次汽提工藝，有效改善了磨煤制漿工段的工作環(huán)境和后續(xù)氣化系統(tǒng)的水質(zhì)，延長氣化爐的運行周期，有利于環(huán)境保護。