煤氣化污水單塔加壓處理脫酸脫氨工藝

　　在煤制甲醇、煤制油、合成二甲醚等煤炭深加工中，煤炭氣化是煤炭進行轉(zhuǎn)化的有效途徑之一。在此過程中會排放出大量的污水，其中包含大量的酚、二氧化碳、硫化氫、氨和多種有機質(zhì)。如果直接對這些污水進行排放，就會對環(huán)境造成非常大的污染。因此需要進行脫酸、氨、酚處理。目前在實際脫除工藝處理中，很難達到良好的脫除效果，廢水的排放質(zhì)量也很難保證。如果采用單塔加壓汽提工藝，則可以有效解決該問題。

　　1、煤氣化廢水體系的特點

　　通過對煤氣化長污水排放的成分監(jiān)察，發(fā)現(xiàn)其中酚和氨的濃度往往會比較高，污水的pH值在9以上。其中酚屬于一種劇毒物質(zhì)，如果水體中的酚含量超過了一定的濃度，有機生物將難以生存。由于這些物質(zhì)會對環(huán)境造成非常大的傷害，因此需要對其進行進一步的污水處理，有效脫除其中的酚、氨，這樣才能進入下一步的生化處理段。

　　在傳統(tǒng)的煤氣化水處理過程中，經(jīng)常通過脫酸塔來去除其中的酸性氣體，然后采用二異丙醚來萃取脫酚，之后再采用蒸氨法來去除其中的氨，利用萃取劑進行回收。在將其中的酸性成分、氨和酚回收完畢后，再進行生化處理。雖然該處理工藝已經(jīng)得到了多年的實際應(yīng)用，但還是有不完善之處。在脫酸塔脫除其中大量的酸后，溶液的pH值會集中在9到10.5之間，這會極大影響到酚的脫除效果。如果污水的pH值超過了12，酚就基本上不能被脫除，這會對后續(xù)的生化處理有非常大的影響。因此，需要在萃取酚之前有效去除其中的酸性氣體和氨，這樣才能讓污水的pH值保持在一個比較合適的范圍，滿足生化處理對酚的要求。

　　為了有效解決這個問題，設(shè)計了一種單塔測抽氨的設(shè)備，可以同時去除污水中的氨和酸性成分，是一種比較理想的處理工藝。該工藝在石油煉化生產(chǎn)中已經(jīng)得到了成功的應(yīng)用，單煤氣化水體系和石化行業(yè)中廢水成分并不相同：

　　1)煤氣化污水的成分更為復(fù)雜。煤氣化水中的成分主要以CO2為主，其中硫化氫的量往往較低，CO2在常溫下水中的溶解度更低，因此如果采用汽提的方法更容易脫除其中的酸性氣體。此外，石化廢水中的氨成分往往會比較復(fù)雜，其中除了存在游離態(tài)的氨之外，還存在大量離子態(tài)的氨。

　　2)煤氣化污水中酚類物質(zhì)濃度更多，且成分更為復(fù)雜。

　　3)煤氣化廢水中含有一定量的脂肪酸和油類物質(zhì)。其中脂肪酸的成分濃度較高，還有很多細小的粉塵不能完全沉降分離。在實際生產(chǎn)的過程中，各種有機質(zhì)和粉塵進行混合，很容易發(fā)生乳化反應(yīng)，讓設(shè)備產(chǎn)生嚴重的結(jié)垢現(xiàn)象，堵塞塔板和管道，從而大大影響汽液的傳質(zhì)效率，降低對污水的處理能力。

　　2、單塔汽提側(cè)線脫氨的工藝原理

　　在該工藝中，主要是利用了汽提塔內(nèi)上下的溫差，和酸性氣體和氨在水中溶解度的特性，從而有效達到分離的目的。在壓力為0.5MPa的狀態(tài)下，CO2在60°下?lián)]發(fā)度大于氨的揮發(fā)度，而氨在溶液中的溶解度要大于CO2的溶解度。因此，在進入到汽提塔酸性氣體的精餾段，會使大量的水蒸氣和氨轉(zhuǎn)入液相而隨液體向下流動。大部分的CO2等酸性氣體會被汽提到塔頂處得以去除。如果對塔體的溫度進行有效的控制，塔的中部會形成氨的質(zhì)量分數(shù)較大的液相和富氨汽，這些富氨汽將從塔中間側(cè)線采出并采用三級冷凝進行進一步的濃縮。在有效去除污水中酸性氣體和氨后，能夠有效降低污水的pH值，有利于后續(xù)萃取工藝的順利進行。

　　在該工藝的實際進行中，對富氨抽出位置的選擇和抽出量的選取非常重要，這是汽提塔優(yōu)化過程中的一個重要量，其會直接影響塔的實際操作效果。為此，我將要在中對該量的選擇進行重點的介紹。

　　3、側(cè)線及其抽出位置的選擇

　　根據(jù)實際對工藝裝置的研究中發(fā)現(xiàn)，側(cè)線富氨汽采出的位置與塔頂氣相采出氨質(zhì)量分數(shù)、塔底凈化水中的氨存在著一定的關(guān)系。隨著側(cè)線采出位置的下移，塔頂氣中中氨的質(zhì)量分數(shù)呈現(xiàn)出下降的趨勢，這會有利于氨的脫除。但如果其采出位置下降超過了一定的值，塔底中的氨成分含量會急劇上升。由于塔內(nèi)的溫度從上到下是逐漸升高的，因此側(cè)線位置的選擇應(yīng)該考慮到塔的實際分離效果，如果將位置適當(dāng)?shù)纳弦?，會讓?cè)富氨汽會帶走更少的熱，從而減少塔的熱負荷。但如果過于考上，就會對酸性氣體成分的分布造成較大的影響。在通常的情況下，如果側(cè)線的位置越高，氨中酸性氣體的成分含量會有增加的趨勢，因此在確定側(cè)線的位置時，應(yīng)該綜合考慮多種因素。

　　4、側(cè)線采儲量

　　側(cè)線氨的采出量將影響塔下部汽提的強度和蒸汽的消耗量。隨著抽出量的逐漸增加，塔底凈化水氨質(zhì)量分數(shù)也會呈現(xiàn)出下降的趨勢。當(dāng)側(cè)線的采取量超過進料量的9%時，塔底凈化水中氨的質(zhì)量濃度會低于100mg/L，水質(zhì)情況得到明顯的好轉(zhuǎn)。如果繼續(xù)增加采出量，蒸汽的單耗和側(cè)線的凝液量也會隨之增加，循環(huán)液中的氨含量也會有所增加，因此過分加大側(cè)線抽出量是不合適的。在通常的情況下，會將側(cè)線抽出量維持在進料總質(zhì)量的9%左右。

　　5、三級冷凝系統(tǒng)

　　三級分凝系統(tǒng)主要用于脫除氨中的酸性氣體和水蒸氣，從而提高氣相中氨的質(zhì)量分數(shù)。因此需要做好對操作溫度和操作壓力的控制，這對提高三級分凝系統(tǒng)出口處氨氣的質(zhì)量分數(shù)和降低其中酸性氣體的含量，有較大的作用，有效降低后續(xù)氨精制系統(tǒng)負荷，對三級分凝液的循環(huán)量液也會有較大的影響。在通常的情況下，較低的溫度和較高的溫度將更有利于氨的濃縮。根據(jù)后續(xù)氨精制工藝的要求，一般會將溫度選擇在40~50℃。在經(jīng)過3級分凝后，氨中的酸性氣體和揮發(fā)酚就會全部溶解在分凝液中，并最終返回到單塔系統(tǒng)，氨在濃縮后的質(zhì)量分數(shù)可以達到99%以上，為后續(xù)的氨精制打下了一個非常好的基礎(chǔ)。

　　6、實際工業(yè)運行分析

　　該工藝在實際生產(chǎn)過程中，已經(jīng)替代了原有的工藝流程。該加壓塔的設(shè)計處理量為80t/h，該塔直徑為2.2m，塔高為37m。經(jīng)過長時間的生產(chǎn)研究，最終將塔頂?shù)膲毫x定在0.6MPa，塔底的溫度為160℃，塔頂?shù)倪\行溫度為80℃，側(cè)線抽出量的質(zhì)量百分數(shù)為9%。該工藝在進入穩(wěn)定運行段后，原來工藝處理后廢水中氨和二氧化碳的質(zhì)量濃度分別為450mg/L和1500mg/L。在新的工藝流程中，氨的質(zhì)量分數(shù)下降到30mg/L，二氧化碳的含量已經(jīng)非常少。經(jīng)過工藝改造后，廢水的pH值得到了顯著的降低，可以維持在7左右，有利于后續(xù)萃取工藝的進行。

　　為了對采出口的數(shù)量和位置進行確定，使用了相關(guān)的工藝模擬軟件。結(jié)果表明，在采用3個采出口后，切換采出側(cè)線的位置對實際操作影響并不大。之后的工業(yè)生產(chǎn)實踐，也非常好的證實了該結(jié)論，因此僅設(shè)計1~2個側(cè)線采出口即可。

　　采用進料板的第28塊板采出，通過對側(cè)線采出富氨汽的分析，經(jīng)過軟件模擬的結(jié)果和實際結(jié)果，氨氣中的二氧化碳質(zhì)量分數(shù)分別為0.5%和0.9%，而氨的質(zhì)量分數(shù)為16.9%和15.7%。側(cè)線氨氣的氨質(zhì)量分數(shù)較高，這樣更有利于氨的濃縮和提純，軟件模擬結(jié)果可以很好反應(yīng)側(cè)線氨氣的實際組成。

　　7、結(jié)語

　　在傳統(tǒng)對煤化氣污水中，往往難以得到很好的處理效果。如果采用汽提塔煤氣化廢水處理系統(tǒng)，將側(cè)線的抽出量控制在9%左右，就可以得到較好的處理效果，能夠有效清除廢水中的酸性氣體和氨，并降低污水的pH值，這非常有利于后續(xù)工藝的進行。該工藝在實際的使用過程中，對各種參數(shù)的選擇非常重要，尤其是對抽出量和位置的選擇。在實際選擇的過程中，應(yīng)該根據(jù)實際情況進行選擇，如果有條件，可以進行工藝生產(chǎn)軟件模擬，從而找到最佳的量，達到理想的工藝處理效果。(來源：蒲城清潔能源化工有限責(zé)任公司)