多級變溫吸收氨回收技術在煤氣化裝置的應用

蔡可慶

(江蘇索普化工股份有限公司，江蘇鎮江 212006)

近年來，以GE、多噴嘴為代表的水煤漿氣化技術在國內煤化工企業得到廣泛應用。變換工序作為甲醇、合成氨等化工產品生產的重要組成部分，可以通過變換反應控制合成氣中合理的氫碳比。由于變換反應時要求水蒸氣過量，因此在變換工序會有大量的變換冷凝液產生[1]。變換冷凝液中通常含有氨、硫化氫、二氧化碳等組分。變換冷凝液經過汽提后，會產生一定量的高氨氮含量的含氨廢水，含氨廢水送至磨煤工序進行制漿。實踐證明，該處理方式會造成氣化廢水中氨氮含量明顯增加，大大增加污水處理裝置的壓力。尤其在《長江保護法》等法律法規陸續出臺的背景下，如何守住達標排放的生命線，是各化工企業迫切需要解決的問題。

1 現有含氨廢水處理工藝

現有變換冷凝液汽提工藝采用單塔汽提工藝，主要設備為單層填料塔，塔頂操作壓力為0.25 MPa，塔頂溫度為131 ℃。來自凈化洗氨塔的廢水和變換冷凝液從冷凝液汽提塔上部進入，在填料層中與底部來的0.65 MPa蒸汽直接換熱，脫除氨氮、硫化氫和二氧化碳的冷凝液從塔底部排出，經泵加壓后送至氣化蒸發熱水塔。

含有大量氨氮、硫化氫和二氧化碳的汽提氣經塔頂冷凝器冷卻至80～90 ℃后，不凝氣送火炬或硫回收工序，冷凝液送氣化磨煤工序。

2 存在的問題

隨著甲醇聯合裝置負荷的提高，變換工序冷凝液汽提塔已不能滿足生產需要，產生的含氨廢水中的氨氮質量濃度持續升高，由10 000 mg/L 增加至28 000 mg/L，給生產運行及環保產生了較為嚴重的影響。

氣化裝置外排廢水中氨氮質量濃度由 220 mg/L 增加到450 mg/L，給污水處理裝置帶來極大的壓力。

氣化灰水中氨氮含量的增加，導致灰水堿度上升，氣化系統結垢嚴重(如沉降槽內壁)，影響了氣化裝置的連續穩定運行。

含氨廢水由于氨氮含量較高，磨煤廠房周圍氨味較大。

3 氨回收技術的選擇及設計

3.1 氨回收技術的選擇

從材質選擇、運行可靠程度、投資等多方面對以上3種技術進行了對比，最終確定采用上海化工研究院開發的加堿汽提工藝。該工藝在傳統工藝的基礎上進行了優化，采用了多級變溫吸收氨回收專利技術，吸收效率更高、尾氣排放控制更好。

3.2 加減汽提工藝流程

氨回收裝置主要由中和系統、熱回收系統、精餾系統、冷凝系統及多級變溫吸收系統組成，工藝流程見圖1。

圖1 氨回收裝置工藝流程簡圖

含氨廢水在中和系統被堿液中和后，將廢水的 pH調至 12.5 以上，進入熱回收系統，與熱回收系統與精餾系統排放出的高溫廢水換熱后進入精餾系統。精餾系統的核心設備為高效脫氨塔，物料在塔底被直接進塔的蒸汽加熱，從塔頂蒸出的物料經冷凝系統冷凝后，可以得到質量分數為15%～20%的高濃度純凈氨水。從冷凝系統排出的尾氣(主要是不凝性氣體及少量的氨)進入多級變溫吸收系統，尾氣中的氨被吸收，得到純凈的氨水產品，尾氣達到無嗅排放。脫氨后廢水中的氨質量濃度可以降到150 mg/L以下，從脫氨塔底部離開精餾系統進入熱回收系統，在熱回收系統被進塔的廢水冷卻降溫，其所攜帶的熱量被回收，降溫后的廢水送至污水處理工序。

3.3 氨回收裝置設計參數

含氨廢水各組分質量濃度見表1，其中物料的pH為9.5,溫度為90 ℃。排放廢水的組分質量分數見表2。

3.4 氨回收設計方案對比

氨回收設計方案對比見表3。

表1 含氨廢水組成

表2 排放廢水組成

表3 氨回收設計方案對比

由表3可以看出：2個方案的區別主要在于塔底排放廢水中氨氮含量，物料消耗相差較大。方案二比方案一的蒸汽消耗量增加了約10.5%，氫氧化鈉消耗量增加了約10.8%。結合污水處理裝置能力及運行經濟性等方面因素綜合考慮，最終確定了方案一為實施方案。

4 氨回收裝置運行情況

氨回收裝置于2017年底建成投產，運行至今總體穩定可靠。日產質量分數為25%～30%的高濃度純凈氨水約10 t，全部用于熱電脫硝工序。氨回收裝置排放廢水中氨氮質量分數<150×10-6，達到了設計要求。氨回收裝置投用前后1個月廢水指標的變化情況見表4。

表4 氨回收裝置投用前后廢水指標的變化情況

由表4可以看出：氨回收裝置投用后氣化外排廢水中氨氮含量、堿度及pH都出現了明顯下降。其中氨氮質量濃度由408 mg/L降至295 mg/L，下降了約27.7%，脫氨效果顯著，極大緩解了后續污水處理工序的壓力。

由于經驗不足等多方面原因，在運行過程中也出現了一些問題，主要為：(1) 由于pH計指示不準，加堿量不足，導致塔頂換熱器堵塞。通過對進口氨氮含量進行分析結合pH計對加堿量進行控制解決了問題。(2) 在技術論證時認為含氨廢水中氯離子不會到達塔頂，因此塔頂換熱器最初選擇了304L材質，運行8個月后發現換熱器列管出現了腐蝕穿孔現象。對該換熱器升級為TA2材質后，運行至今未發生腐蝕和泄漏。

5 結語

多級變溫吸收氨回收技術在國內煤化工行業應用至今，已累計運行3 a以上，工藝技術成熟可靠。該技術的成功應用為降低廢水氨氮含量，確保達標排放，解決氣化系統結垢問題，延長裝置運行周期提供了新的途徑，也為含氨廢水的綜合利用提供了新的思路。