煤气化灰水汽提装置中加碱脱氨技术的应用分析

牛忠义

（山西省化工设计院，山西 太原 030024）

1 煤气化灰水处理

煤气化灰水处理装置十分复杂，本文仅以陕西咸阳化学工业有限公司的煤气化灰水处理装置为例，对煤气化灰水处理装置进行系统的阐释，介绍了脱氨工艺的方案设计与工艺流程。

煤气化灰水处理装置主要是采用多元水煤浆加压气化来实现气化的工艺流程，气化操作过程中操作压力可达到6.5MPa，而经由气化炉排出的高压水又会经高级、低级以及真空级蒸发后对其进行有效回收与利用［1-2］。向装置外排放质量浓度高达270mg/L高浓度灰水，而且在水处理装置运行过程中，其灰水质量浓度已达到400mg/L～1 000mg/L。根据上述得出的结果，再仔细分析灰水处理装置的水质成分及浓度，并结合脱氨工艺的方案设计提出对灰水实施加碱工艺。但是，在这种工艺中实行回收氨处理毫无意义，因为氨产量相对较低，因此，在汽提装置中单独设置1套单塔低压［0.3MPa（G）］汽提不回收氨装置。该装置的投入使用使得灰水处理中的氨氮含量（氨氮质量浓度降到250mg/L以下）大幅降低，不仅保证了装置的有效运行，同时也确保了外排水的质量达标。

2 煤气化灰水处理装置中的脱氨处理

从化学成分看，煤气化灰水中存在的阴离子有很多，主要包括C、HC、HS-、Cl-、S等，而阳离子又以铵离子存在最多，因此，存在较多的是铵盐物质，而铵盐又分为固定铵盐与游离铵盐［3］。灰水中已存在的H2S、NH3、C2进入液化灰水中以NH4HS、NHHCO3、（NH4）2CO3、（NH4）2SO4、NH4NO3的形态存在，而H2S、NH3、CO2是挥发性物质，只有经由液化才能将其变成液态从而转化为铵盐形式，这就是灰水处理装置的原理。但如果为了提高其汽提装置的提取量而降低净化水中氨氮含量，其降低的量是有限的。通常情况下，如果不依靠任何药剂对其进行处理，那么即便耗费无限量的蒸汽也无法将其质量浓度降低到250mg/L以下。原因就是，灰水中原本存在的等酸根离子仍然存在，而其含量依旧保持不变，变成固定铵盐之后更是无法将其含量减少，因此，无法仅依靠汽提装置便对其含量有所改变。所以，需得经过其他方法将其固定铵盐转变为游离铵盐，这样就可以大大降低铵盐的含量从而降低其氨的浓度。在脱氨工艺的最后、在灰水处理之前调节灰水浓度，可分解固定铵盐，最终减少铵盐含量。

3 加碱脱氨工艺的工艺流程以及工艺装置

3.1 工艺流程

煤气化灰水处理过程所采用的装置主要是单塔汽提装置。如若进行灰水处理不回收氨的工艺，就得将塔顶的气流全部回流，并控制其氨气在升温前的温度达到90℃左右，以防止铵盐固化。同时，利用污水处理装置对废水进行处理并及时排放。气体处理装置的汽提热源采用气化灰水处理单元的高压闪蒸汽，不足部分采用0.7MPa低压蒸汽，低压蒸汽用量按高闪汽量为零时的工况设计。

汽提装置中的废水包括气化灰水处理的气化废水和管线排放气冷凝液和分液管冷凝液。气化灰水装置处理的气化废水，其排放量平均为70m3/h，其中，最大排放量为90m3/h，经由连续输送，由灰水贮槽不经过冷却，直接送往汽提单元；对于管线冷凝液和分液罐内冷凝液，间断排放，排放量较少，最大也仅为20m3/h。废水混合后，被送至汽提塔，将塔顶灰水温度从70℃升温至103℃；另一路质量分数30%的NaOH溶液自新鲜碱液罐抽出，由碱液泵计量后，送入加热后的气化灰水中。两者在管道混合器内充分混合后（进塔灰水pH＝11～12），一起进入废水汽提塔顶的第6块塔盘上，为防止塔盘堵塞，汽提塔采用筛板塔盘。灰水在塔内沿塔盘向下流动，高压闪蒸汽（0.8MPa、173℃）和少量的低压蒸汽0.7MPa从塔底送入，与灰水逆向接触，气液两相在塔盘上进行充分混合，传质传热。废水汽提塔内，溶解在灰水中的NH3和高压闪蒸汽中的H2S、CO、H2、CO2、CH4被汽提提出，以气相形式上升至塔顶。

3.2 主要装置

汽提装置主要为汽提塔，其工艺参数包括进料温度、塔顶工作压力、塔底压力、塔底温度。对于汽提塔结构形式的选择主要考虑到进塔灰水的浓度及含量。其结构形式采用筛板塔盘，对原料进行进一步加工，汽提塔上端主要接受来自塔顶的回流液，而下端主要接受来自气化的灰水。

4 运行分析及总结

4.1 运行效果

该装置于2013年3月开始施工，同年6月30日竣工验收合格后投入试运行，2013年下半年汽提塔出口氨氮质量浓度最高达316.14mg/L，高于预期的＜250mg/L。主要为汽提运行过程中多次发生塔盘结垢堵塞问题所致。

4.2 运行中出现的问题

1）塔盘结垢，造成气路不通

装置运行过程中会出现塔盘结垢问题，一旦塔盘结垢严重就会导致装置运行缓慢，造成液位居高不下的现象，而当每次分析其灰水含量浓度时又会发现氨氮含量严重升高，并高于进塔水中氨氮含量。

2）运行周期短

整个汽提装置的运行周期短，其中，较长时间为15d，较短的时间仅为7d。而造成周期短的主要原因应该是塔盘结垢进而塔盘底部被堵造成运行严重滞缓，最终导致水中的氨含量严重超标。灰水进料处6层到12层的塔盘结垢严重，尤其是6层塔盘最为严重。而后，对其结垢物进行分析，研究表明其大量是钙盐。

3）补救方法

解决塔盘结垢的问题，采用新技术与新工艺结合的新机器——德国特拉多姆公司的WELLAN2000量子水处理器。此处理器用于进塔管线上，能够使水中的离子特性发生变化，减少阴、阳离子之间的结合，减少固定铵盐的含量，使得盐类离子的结合越来越困难，达到析出晶体的目的，最终减少塔盘结垢的危害。

5 结语

汽提装置的灰水处理中加碱脱氨技术的应用经由实践验证，从装置出来的灰水中氨氮含量有明显增加，并有良好的运行收益，而且对于污水处理排放也有一定的正面影响。加碱脱氨技术在处理煤气化装置产生的高氨氮灰水时，运行效果良好，实现了化工污水的达标排放，但是同时也暴露出了许多不足，仍需不断加强技术的改进，实现汽提装置的逐步完善并达到能够长期稳定运行的状态。

［1］ 吴莉娜，史枭，柳婷，等.煤化工污水特性和处理技术研究［J］.科学技术与工程，2015（9）：136-141，147.

［2］ 王云刚，王剑锋.加碱脱氨技术在煤气化灰水汽提装置的应用［J］.煤化工，2015，43（1）：43-45，56.

［3］ 康海涛.煤气化污水化工处理的加碱汽提过程研究［J］.化工管理，2015（7）：185.