煤氣化廢水酚氨回收裝置氨回收單元工藝的優(yōu)化

李碧云， 謝 星， 魯思達

(西安航天源動力工程有限公司 陜西西安 710100)

在碎煤加壓氣化過程中，氣化爐出口的粗煤氣中含有大量的水蒸氣和焦油、油、酚、脂肪酸、溶解性氣體、無機鹽類等有機副產(chǎn)物，而且溫度較高，故需要用大量的水洗滌和冷卻，以降低粗煤氣溫度并回收熱量。在粗煤氣洗滌冷卻過程中，雜質(zhì)成分進入洗滌水中，形成了氣、液、固三態(tài)存在的成分復雜的煤氣化廢水(煤氣水)，一般轉(zhuǎn)化1 t煤會產(chǎn)生0.8～1.1 t煤氣水[1-2]。煤氣水由于毒性大、有機物含量高、成分復雜，無法直接進行生化處理，而且其中焦油/油、酚類、氨等物質(zhì)含量高，具有較高的經(jīng)濟價值。因此，有必要對煤氣水中的焦油、酚和氨等物質(zhì)進行回收利用，同時去除煤粉塵、H2S等雜質(zhì)[3]。針對我國采用碎煤加壓氣化工藝的煤氣化企業(yè)，特別是在水資源短缺的省份，如何有效提高煤氣水的處理效果，實現(xiàn)廢水的循環(huán)利用，是企業(yè)節(jié)能減排、降本增效、實現(xiàn)廢水“零排放”目標的重要保障。

酚氨回收裝置的任務(wù)就是對經(jīng)煤氣水分離裝置除氣、除油和除塵后廢水中的H2S和CO2等酸性氣體、游離氨、固定氨、酚類及其他有機污染物等進行脫除和回收[4]，得到相關(guān)副產(chǎn)品，并將合格稀酚水送往下游生化處理系統(tǒng)進一步處理后回用。某化肥企業(yè)采用固定床碎煤加壓氣化工藝生產(chǎn)合成氣，酚氨回收裝置氨回收單元在運行過程中存在一些問題，導致系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備腐蝕嚴重，系統(tǒng)運行不穩(wěn)定，副產(chǎn)的稀氨水指標波動大，無法滿足熱電系統(tǒng)脫硫裝置的使用要求。

1 氨回收單元存在的問題

1.1 工藝流程

原設(shè)計氨回收單元工藝流程見圖1。

從上游煤氣水分離裝置送來的煤氣水首先送至酸水汽提單元進行脫酸、脫氨，酸水汽提塔側(cè)線采出的氨蒸氣再送至氨回收單元進行精制、提純。酸水汽提單元采用汽提原理，將煤氣水中的CO2、H2S等酸性氣體汽提出來并從酸水汽提塔頂部采出，同時將煤氣水中絕大部分的游離氨汽提出來并從塔體中部側(cè)線采出。氨回收單元主要是對酸水汽提塔側(cè)線采出的氨蒸氣進行精制、提純，最終得到產(chǎn)品氨水。

原料煤氣水分為兩股，一股直接從酸水汽提塔的上部進入塔內(nèi)，另一股經(jīng)過換熱升溫至140 ℃左右從一級塔盤的上部進入塔內(nèi)。來自配堿系統(tǒng)質(zhì)量分數(shù)20%～22%的堿液(NaOH溶液)從塔的中部進入塔內(nèi)，將煤氣水中的固定氨轉(zhuǎn)化成游離氨，以提高氨的回收率。

酸水汽提塔的塔釜再沸器采用1.3 MPa(表壓)、220 ℃的次中壓蒸汽對塔釜內(nèi)的煤氣水進行間接加熱，上升蒸汽與塔頂下來的煤氣水逆流接觸進行傳質(zhì)傳熱，將煤氣水中的CO2、H2S等酸性氣體汽提出來并從酸水汽提塔頂部采出，經(jīng)酸性氣冷凝器冷凝、氣液分離后送至廠區(qū)火炬進行無害化處理，煤氣水中的氨被汽提出來后從塔的中部側(cè)線采出。經(jīng)酸水汽提塔脫酸、脫氨后的酚水經(jīng)塔釜泵升壓、換熱冷卻后送至萃取單元。

酸水汽提塔側(cè)線采出的氨蒸氣首先經(jīng)過氨蒸氣換熱器換熱，再依次經(jīng)過三級分凝器冷凝，最終氨蒸氣進入氨凈化塔。分凝器產(chǎn)生的氨冷凝液與酸性氣冷凝器產(chǎn)生的冷凝液送至冷凝液槽儲存，最終由冷凝液泵送至原料煤氣水罐循環(huán)利用。

進入氨凈化塔中的氨蒸氣在塔底部經(jīng)低壓蒸汽加熱后，通過塔內(nèi)填料上升，利用中部自身冷凝的氨水經(jīng)氨水循環(huán)泵加壓后作為氨凈化塔回流，吸收提高氨水濃度。氨凈化塔底部的稀氨水經(jīng)氨凈化塔塔釜泵加壓后與冷凝液泵出口稀氨水混合，再一并送至原料煤氣水罐循環(huán)利用。

氨氣從氨凈化塔頂部出來后進入氨氣吸收器中，利用脫鹽水對氨氣進行吸收，得到的氨水經(jīng)循環(huán)冷卻水冷卻后進入氨水槽中。氨水槽中的氨水一部分經(jīng)氨凈化塔回流泵加壓后送回氨凈化塔，作為塔頂部回流；另一部分則直接經(jīng)氨水泵加壓后，送至熱電鍋爐煙氣脫硫系統(tǒng)。

1.2 存在問題

原設(shè)計氨回收單元在實際運行過程中主要存在以下問題：

(1)氨回收單元運行不穩(wěn)定，副產(chǎn)稀氨水指標波動大，大部分氨水只能送回原料煤氣水罐不斷循環(huán)，造成酚氨回收裝置負荷增大，能耗增加；

(2)副產(chǎn)稀氨水中酚、油、含硫化合物等雜質(zhì)含量高，氨水品質(zhì)差，無法滿足脫硫裝置使用要求；

(3)氨在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)富集，造成氨回收單元設(shè)備腐蝕，尤其是氨凈化塔內(nèi)填料腐蝕嚴重，導致塔吸收效率降低，腐蝕掉落的填料堵塞循環(huán)泵管道，嚴重威脅系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行，進一步加重系統(tǒng)運行壓力。

2 氨回收單元的改造

2.1 改造后工藝流程

針對原氨回收單元存在的一系列問題，對氨回收單元工藝流程進行了改造，改造部分如圖2中虛線框內(nèi)所示。

(1)三級分凝器內(nèi)增設(shè)除沫器，以減少氨蒸氣霧滴夾帶，降低進入氨回收單元中酚、油、含硫化合物等雜質(zhì)的含量；

(2)氨凈化塔內(nèi)填料重新選型、整體更換，以適應氨回收系統(tǒng)最差運行工況為基準；

(3)增設(shè)堿洗系統(tǒng)，主要包括堿氨混合器、堿洗沉降槽、冷卻器、堿洗泵等，去除氨氣中夾帶的酚、油、含硫化合物等雜質(zhì)；

(4)氨凈化塔增設(shè)下段循環(huán)洗滌，加強洗滌循環(huán)，保證氨氣洗滌凈化效率。

來自三級分凝器的氨氣從底部進入氨凈化塔，依次通過下段洗滌段和上段洗滌段，與循環(huán)洗滌氨水逆流接觸，氨氣中的油、酚、H2S、CO2和少量的水、氨被吸收到稀氨水中，凈化后的氨氣從氨凈化塔頂部采出。氨凈化塔上部回流所用的新鮮稀氨水來自氨水槽，氨凈化塔上段洗滌所用的稀氨水是從塔的中部取出，下段洗滌所用的稀氨水是由塔釜泵抽出。氨凈化塔塔釜中多余的含硫、酚稀氨水從塔釜泵出口管線的分支送至原料煤氣水罐循環(huán)利用。

從氨凈化塔塔頂采出的氨氣與堿洗泵送來的堿液(NaOH溶液)一起進入堿氨混合器，在混合器中氣液兩相完成接觸傳質(zhì)。混合后的堿和氨經(jīng)冷卻器冷卻降溫后送至堿洗沉降槽中，與來自配堿系統(tǒng)的堿液逆流接觸，洗滌去除氨氣中殘存的油、酚、含硫化合物等雜質(zhì)，最后在氨氣吸收器中制備稀氨水。堿洗沉降槽底部的堿液經(jīng)堿洗泵加壓后一部分送至堿氨混合器中，其余送至酸水汽提塔中。

改造氨回收單元新增設(shè)備、材料見表1。

2.2 改造后主要設(shè)計參數(shù)

改造后氨回收單元主要設(shè)計參數(shù)見表2。

表2 改造后氨回收單元主要設(shè)計參數(shù)

2.3 改造前后指標對比

氨回收單元經(jīng)過改造后，有效緩解了酚氨回收裝置的運行壓力，降低了裝置的運行負荷，提高了酚、氨回收率，氨回收單元副產(chǎn)的稀氨水品質(zhì)顯著提升。改造前后氨水指標和酚、氨回收率的對比分別見表3和表4(以酚氨回收裝置負荷130 m3/h計)。

表3 改造前后氨水指標對比 mg/L

表4 改造前后酚、氨回收率對比 %

3 結(jié)語

碎煤加壓氣化廢水酚氨回收裝置氨回收單元工藝流程改造后，經(jīng)實際運行得到以下結(jié)論：

(1)優(yōu)化了氨回收單元運行方式，提高了氨回收單元運行穩(wěn)定性，保障了稀氨水指標的穩(wěn)定性。

(2)氨回收單元副產(chǎn)稀氨水品質(zhì)顯著提升，可滿足熱電脫硫裝置使用要求，達到了節(jié)能環(huán)保和降本增效的目的。

(3)稀氨水品質(zhì)穩(wěn)定達標，無需再返回原料煤氣水罐不斷循環(huán)，有效解決了酚氨回收裝置長期超負荷運行的問題，減輕了設(shè)備運行壓力，提高了酚氨回收裝置的處理效率。經(jīng)初步測算，裝置酚、氨回收率分別提高了2.6%和14.5%，經(jīng)濟效益顯著。