探究煤气化废水酚氨回收装置中脱酸脱氨塔的操作优化

陈俊

【摘要】在煤化工领域中，碎煤固定床加压气化工艺技术在多年发展当中更加成熟，具有煤种适应性广、耗氧量少、产出甲烷含量高等优势。洗气工艺当中会产生大量高浓度煤化工废水，其中含有很多硫化物、酚、焦油等物质，并且这些污染物会随着煤质变化而产生变化。在实际生产当中，酚氨回收装置脱酸脱氨塔很容易出现塔釜液水质超标问题，并且学术界对此类问题的研究也非常少。这就需要对脱酸脱氨塔塔釜液水质超标问题进行针对性的优化操作，并进行合理改造，降低在实际生产中对自然环境的影响。

【关键词】煤气化废水;酚氨回收装置;脱酸脱氨塔;操作优化

1酚氨回收工艺技术概况

对于煤气化污水，工业界主要采用“化工处理+生化处理”相结合的方式来处理。煤气化污水首先经过化工处理，污水中大部分的酚、氨得到回收并脱除CO2、H2S;脱除酚氨后的废水再进入生化处理单元，进一步地降解废水中残留的酚、氨，使其浓度达到排放或循环利用的要求，酚氨回收工段的主要任务是处理煤气水分离后的含酚、氨废水，经萃取、精馏等过程回收废水中的酚、氨，并脱除硫化氢等酸性气体，处理后的废水送下游污水处理站的生化处理单元。为了提高酚的萃取效率，酚氨回收技术在分离的工艺流程、关键设备的选择和萃取剂选择方面均有所不同，按分离工序的不同来划分，主要有三大类。（1）脱酸、萃取、脱氨和溶剂回收。该技术最早从联邦德国引进，消化吸收后由赛鼎工程有限公司自主设计。（2）脱酸、脱氨、萃取和溶剂回收。目前，国内主要有两家科研单位完成该工艺的设计，分别是华南理工大学和青岛科技大学。华南理工大学的酚氨回收工艺为单塔工艺，脱酸、脱氨在同一个塔中进行;青岛科技大学的酚氨回收工艺为双塔工艺，脱酸、脱氨在两个塔中分别进行。（3）酸化、萃取、脱酸、脱氨和溶剂回收。早期鲁奇气化酚氨回收工艺技术由于存在一些弊端和缺陷，已逐步被淘汰。目前国内工业化应用较多的工艺技术有鲁奇公司的鲁奇气化废水酚氨回收工艺、华南理工大学和青岛科技大学的单塔和双塔工艺。

2酚氨回收装置运行存在的问题

（1）装置脱酸、脱氨单元能耗高。为有效脱除废水中溶解的酸性气和氨，并使氨净化装置运行顺畅，脱酸脱氨操作压力为0.5MPa，需使用大量1.5MPa蒸汽加热以保证足够温差，因而酚氨回收装置能耗在全厂能耗中所占比例达25%，对全厂能量有效平衡造成不利影响。（2）脱氨单元碱液消耗量大。煤气化废水中溶解了H2S、CO2、短链脂肪酸等酸性组分，使得氨的离解平衡向离子态方向偏离，即生成了更多的“固定铵”，需加注碱液（质量分数32%的NaOH）将固定铵转化为游离氨。但加碱后的水体碱度增加，pH值达8.5左右，使得酚类在废水中更多以苯氧基形式存在，因而在水中溶解度增加，造成萃取单元萃取脱酚的效率降低。同时，污水脱盐装置负荷增大，回水品质降低，影响后系统运行。

3煤气化废水酚氨回收装置中脱酸脱氨塔的操作优化

3.1脱酸脱氨过程

煤气化是煤化工的基础，煤气化过程伴生多种污染物，煤气废水富含有多种有机物、硫化物、氨、固体悬浮物等，是煤化工的主要污染物之一，治理难度极大。以某企业采用碎煤加压气化工艺日产1200万立方米煤制天然气项目为背景，探析煤气废水走酚氨回收工艺路线时的经济平衡点。项目煤气废水主要来自煤气化反应工段、冷却装置系统以及低温甲醇洗预冷却系统，三股废水总产量约300t/h，其中煤气化反应工段的废水产量相对最少，悬浮物含量相对最高;冷却装置系统煤气废水产量相对最大，酚、油含量相对最高;低温甲醇洗预冷却系统煤气废水产量居中，氨、氮含量相对最高，悬浮物含量相对较低。其中的脱酸、脱氨为酚氨回收的主工艺，具体如下：（1）脱酸过程。从物化预处理工序来的煤气废水进入脱酸工序时分成两路，一路经循环冷却水冷却至37℃进入脱酸塔填料上段作为控制塔顶温度的冷进料;另一路废水依次经过三级相互串级的换热器预热至145℃后进入脱酸塔第一块塔盘作为脱酸塔的热进料。脱酸塔塔顶馏出物经冷凝器冷凝、酸性气分液罐分液后，不凝气送至界区外，分凝液返回至物化预处理工序。（2）脱氨部分。脱酸塔的塔釜重组分经泵升压，再与脱氨塔塔釜液换热降温至130℃后进入脱氨塔上部。从脱氨塔塔顶馏出的粗氨气依次经过三级冷却器冷却、三级分液罐，不凝气进入氨气净化塔。一级分液罐和二级分液罐的液相出料经循环水深度冷却后，与三级分液罐液相一起进入氨凝液分油罐除油。氨凝液分油罐中的轻油相和重油相定期排至轻油罐;除油后的氨凝液经泵升压输送至脱氨塔的塔顶回流液。脱氨塔塔釜再沸器采用表压1.0MPa、温度184℃的蒸汽作为热源，塔釜废水依次经酚水二级换热器、脱氨水冷却器冷却至35-55℃进入后续萃取环节。

3.2脱酸脱氨塔的操作优化

3.2.1工程案例

某酚氨回收装置在日常运行中，处理水量为60t/h，每年运行时间为7200h，本装置的入水水质当中的游离氨占据总氨质量分数的90%以上，采用Aspenplus模拟计算方案，但是在实际操作当中，固定氨被忽略，将游离氨替代总氨。脱硫脱氨后水中游离氨质量浓度设定低于30mg/L，酸性气体质量浓度设置低于200mg/L。

3.2.2操作压力优化

在试验过程中，仅调节脱酸脱氨操作压力，其他各项参数都保持不变，压力设定分别为：0.3MPa、0.4MPa、0.5MPa、0.7MPa，通过不同加压操作分析脱酸脱氨塔塔釜液水质中各类物质含量以及塔耗能情况。其中，在操作压力在0.2MPa和0.3MPa时，由于相比三级冷凝压力更小，所以在试验当中需要对三级冷凝操作进行修改，确保试验的精准性。通过试验对比可知，压力和塔釜温度成正比，压力越大、温度越高，但是游离氨数量逐渐降低，与二者成反比关系，这是因为随着加压提升温度，高温环境下更有利于游离氨分离、脱除。所以通过加压可以提升塔的生产效率。通过对各个压力操作环境的参数分析可知，在压力为0.3MPa时，塔釜液当中各类分子含量都达到了脱酸脱氨之后的出水标准，但是在后续三级冷凝、氨气净化当中会降压，所以操作压力在0.3MPa时无法满足最终操作标准。在操作压力在0.4MPa-0.7MPa之间时，脱酸脱氨塔能耗有了明显提升，0.4MPa能耗为5900kW、0.7MPa能耗为7200kW，所以操作压力和能耗成正比。在能够满足生产标准的基础上，考虑经济性因素，操作压力控制在0.4MPa-0.5MPa最为合适。

3.2.3侧线采出量优化

侧线采出量为变量，其余参数皆不变的基础上，考察1000kg/h-8000kg/h的塔釜液氨含量以及能耗变化趋势。通过分析可知，侧线采出率和塔釜液氨含量成反比，侧线采出率越高、氨含量越低。在侧线采出率为10%时，塔釜液氨含量质量分为0.38×10-6，在侧线采出率为12.1%、13.0%时，氨质量分数皆小于1×10-6，可见侧线采出率在10%以上为最佳。再者，通过分析可知侧线采出率增加，能耗也随之上升，二者成正比。所以同时考虑工艺要求和成本，建议增加一定的侧线采出率范围，侧线采出率应为10%-13%为最佳，如果在13%以上则会产生较大功耗。

4结束语

综上所述，脱酸脱氨塔最优操作参数应为：操作压力0.4MPa-0.5MPa、侧线采出率为10%-13%、时最为科学，可以同时满足生产要求和成本要求。对酚氨回收装置脱酸脱氨塔塔釜液水质超标等问题，需要不断对脱酸脱氨塔进行优化设计，保证煤深加工的质量以及环保性。探究煤气化废水酚氨回收装置中，脱酸脱氨塔的优化操作。

参考文献：

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