1、氮肥与合成气第 51 卷第 2 期2023 年 2 月作者简介:蔡可庆(1983)，男，工程师，主要从事煤化工生产管理、技术改造工作;ckq110 aliyuncom多级变温吸收氨回收技术在煤气化装置的应用蔡可庆(江苏索普化工股份有限公司，江苏镇江212006)摘要:针对现有含氨废水处理工艺存在的问题，对气化装置产生的影响进行了分析，确定了改造方案。结果表明:多级变温吸收氨回收技术成熟可靠，装置投用后气化外排废水中氨氮含量、碱度及 pH 都出现了明显下降，其中氨氮质量浓度由 408 mg/L 降至 295 mg/L，下降了约 27.7%，脱氨效果显著，极大缓解了污水处理的压力。关键词:变换冷凝
2、液;含氨废水;氨回收中图分类号:X703文献标志码:B文章编号:2096-3548(2023)02-0018-02DOI:1019910/jcnkiISSN2096-3548202302008近年来，以 GE、多喷嘴为代表的水煤浆气化技术在国内煤化工企业得到广泛应用。变换工序作为甲醇、合成氨等化工产品生产的重要组成部分，可以通过变换反应控制合成气中合理的氢碳比。由于变换反应时要求水蒸气过量，因此在变换工序会有大量的变换冷凝液产生1。变换冷凝液中通常含有氨、硫化氢、二氧化碳等组分。变换冷凝液经过汽提后，会产生一定量的高氨氮含量的含氨废水，含氨废水送至磨煤工序进行制浆。实践证明，该处理方式会造成气
3、化废水中氨氮含量明显增加，大大增加污水处理装置的压力。尤其在 长江保护法 等法律法规陆续出台的背景下，如何守住达标排放的生命线，是各化工企业迫切需要解决的问题。1现有含氨废水处理工艺现有变换冷凝液汽提工艺采用单塔汽提工艺，主要设备为单层填料塔，塔顶操作压力为0.25 MPa，塔顶温度为 131。来自净化洗氨塔的废水和变换冷凝液从冷凝液汽提塔上部进入，在填料层中与底部来的0.65 MPa 蒸汽直接换热，脱除氨氮、硫化氢和二氧化碳的冷凝液从塔底部排出，经泵加压后送至气化蒸发热水塔。含有大量氨氮、硫化氢和二氧化碳的汽提气经塔顶冷凝器冷却至 8090 后，不凝气送火炬或硫回收工序，冷凝液送气化磨煤工序
4、。2存在的问题随着甲醇联合装置负荷的提高，变换工序冷凝液汽提塔已不能满足生产需要，产生的含氨废水中的氨氮质量浓度持续升高，由10 000 mg/L增加至 28 000 mg/L，给生产运行及环保产生了较为严重的影响。气化 装 置 外 排 废 水 中 氨 氮 质 量 浓 度 由220 mg/L 增加到450 mg/L，给污水处理装置带来极大的压力。气化灰水中氨氮含量的增加，导致灰水碱度上升，气化系统结垢严重(如沉降槽内壁)，影响了气化装置的连续稳定运行。含氨废水由于氨氮含量较高，磨煤厂房周围氨味较大。3氨回收技术的选择及设计3.1氨回收技术的选择现有含氨废水的处理技术主要有加碱汽提工艺、三塔汽提
5、工艺和侧线抽提工艺 3 种2。加减汽提工艺主要通过加入氢氧化钠，将含氨废水中的铵根(NH+4)转化为游离态的氨(NH3)，然后经过汽提冷凝生产氨水。三塔汽提工艺设置有脱酸塔、脱氨塔和吸收塔，含氨废水先经过脱氨塔脱除硫化氢和二氧化碳，再经脱氨塔将氨从水中蒸出，经冷却后，高纯度的氨气经吸收塔生产氨水。侧81氮肥与合成气第 51 卷第 2 期2023 年 2 月线抽提工艺是利用氨-硫化氢-二氧化碳-水弱电解质物系的相平衡特点，利用 1 座汽提塔，实现从塔顶抽出酸性组分(硫化氢和二氧化碳)3-4，从侧线抽出含高浓度氨的混合气体，经冷凝后生产氨水。从材质选择、运行可靠程度、投资等多方面对以上 3 种技术
6、进行了对比，最终确定采用上海化工研究院开发的加碱汽提工艺。该工艺在传统工艺的基础上进行了优化，采用了多级变温吸收氨回收专利技术，吸收效率更高、尾气排放控制更好。3.2加减汽提工艺流程氨回收装置主要由中和系统、热回收系统、精馏系统、冷凝系统及多级变温吸收系统组成，工艺流程见图 1。图 1氨回收装置工艺流程简图含氨废水在中和系统被碱液中和后，将废水的 pH 调至 12.5 以上，进入热回收系统，与热回收系统与精馏系统排放出的高温废水换热后进入精馏系统。精馏系统的核心设备为高效脱氨塔，物料在塔底被直接进塔的蒸汽加热，从塔顶蒸出的物料经冷凝系统冷凝后，可以得到质量分数为15%20%的高浓度纯净氨水。从
7、冷凝系统排出的尾气(主要是不凝性气体及少量的氨)进入多级变温吸收系统，尾气中的氨被吸收，得到纯净的氨水产品，尾气达到无嗅排放。脱氨后废水中的氨质量浓度可以降到 150 mg/L 以下，从脱氨塔底部离开精馏系统进入热回收系统，在热回收系统被进塔的废水冷却降温，其所携带的热量被回收，降温后的废水送至污水处理工序。3.3氨回收装置设计参数含氨废水各组分质量浓度见表 1，其中物料的 pH 为 9.5，温度为 90。排放废水的组分质量分数见表 2。3.4氨回收设计方案对比氨回收设计方案对比见表 3。表 1含氨废水组成项目数值(NH3-NH+4)/(gL1)10(Cl)/(gL1)124(S)/(gL1)
8、009(CO23)/(gL1)365(HCO3)/(gL1)035表 2排放废水组成项目数值w(H2O)/%9721w(NH3)498106w(NaCl)/%018w(Na2CO3)/%042w(NaHCO3)/%015w(Na2SO3)/%003表 3氨回收设计方案对比项目方案一方案二氨水质量分数/%15301530蒸汽消耗质量流量/(kgh1)1 3301 47030%氢氧化钠消耗质量流量/(kgh1)185205工艺水消耗质量流量/(kgh1)300190塔底排放氨氮质量分数15010615106(下转第 30 页)91氮肥与合成气第 51 卷第 2 期2023 年 2 月4结语从曝气生
9、物滤池的工艺原理、主要形式及其优缺点等方面对其在污水处理中的应用进行了阐述。曝气生物滤池是常见的污水处理技术，其能去除多种有害物质，具有出水水质好、高效节能、成本低等诸多优势，因而在污水处理中得到日益广泛的应用4。在曝气生物滤池中作用最大的部分无疑是滤料，但为了给微生物提供足够的溶解氧，曝气器在污水处理中也充当着极其重要的作用，只有布气均匀，才能使微生物发挥氧化降解作用和对悬浮物的截留作用，进而使污水的出水水质达标。通过运行一段时间后证明，新换的单孔膜曝气器不受池内温度影响，不受滤池高度及挂膜生物陶粒滤料空隙率控制，气泡直径小、分布匀称并且分布范围大，因曝气器出口凹凸不平，所以曝气器气孔不易被
10、堵塞，避免了挂膜生物陶粒滤料的堆压，减少了支管支架断裂的风险，保证了系统的稳定运行。参考文献 1朱崟莹 曝气生物滤池生物脱氮过程机理模型研究D重庆:重庆大学，2018 2徐亚明，蒋彬 曝气生物滤池的原理及工艺J 工业水处理，2002，22(6):1-5 3齐兵强，王占生 曝气生物滤池在污水处理中的应用J给水排水，2000，26(10):4-8 4祝烨烨 污水处理中曝气生物滤池应用研究J 北方环境，2020，32(7):39-41(收稿日期2022-03-29)(上接第 19 页)由表 3 可以看出:2 个方案的区别主要在于塔底排放废水中氨氮含量，物料消耗相差较大。方案二比方案一的蒸汽消耗量增加
11、了约 10.5%，氢氧化钠消耗量增加了约 10.8%。结合污水处理装置能力及运行经济性等方面因素综合考虑，最终确定了方案一为实施方案。4氨回收装置运行情况氨回收装置于 2017 年底建成投产，运行至今总体稳定可靠。日产质量分数为 25%30%的高浓度纯净氨水约 10 t，全部用于热电脱硝工序。氨回收装置排放废水中氨氮质量分数150106，达到了设计要求。氨回收装置投用前后1 个月废水指标的变化情况见表 4。表 4氨回收装置投用前后废水指标的变化情况项目投用前投用后氨氮质量浓度/(mgL1)408295碱度/(mmolL1)126103pH8582由表 4 可以看出:氨回收装置投用后气化外排废水
12、中氨氮含量、碱度及 pH 都出现了明显下降。其 中 氨 氮 质 量 浓 度 由 408 mg/L 降 至295 mg/L，下降了约 27.7%，脱氨效果显著，极大缓解了后续污水处理工序的压力。由于经验不足等多方面原因，在运行过程中也出现了一些问题，主要为:(1)由于 pH 计指示不准，加碱量不足，导致塔顶换热器堵塞。通过对进口氨氮含量进行分析结合 pH 计对加碱量进行控制解决了问题。(2)在技术论证时认为含氨废水中氯离子不会到达塔顶，因此塔顶换热器最初选择了 304L 材质，运行 8 个月后发现换热器列管出现了腐蚀穿孔现象。对该换热器升级为 TA2材质后，运行至今未发生腐蚀和泄漏。5结语多级变
13、温吸收氨回收技术在国内煤化工行业应用至今，已累计运行 3 a 以上，工艺技术成熟可靠。该技术的成功应用为降低废水氨氮含量，确保达标排放，解决气化系统结垢问题，延长装置运行周期提供了新的途径，也为含氨废水的综合利用提供了新的思路。参考文献 1史彦辉，邹荣，马小东 一氧化碳变换高含氨废水处置的研究J 安徽化工，2015，43(3):57-61 2张云杉，刘振华，李艳华 酸性水汽提装置单塔侧线抽氨工艺运行研究 J 山东化工，2008，37(9):40-44 3陈莉，肖珍平，李忠燕 一氧化碳变换冷凝液汽提工艺技术改进探讨 J 化工设计，2012，23(2):3-6 4徐超 汽提塔闪蒸汽凝液制备氨水项目J 氮肥与合成气，2022，50(6):20-21，26(收稿日期2022-07-22)03