變換氣提含氨污水處置方案(上報(bào)).doc

長(zhǎng)青能化變換汽提含氨工藝水技改初步提案1、 運(yùn)行現(xiàn)狀和問題變換工序工藝?yán)淠悍祷貧饣b置，作為氣化爐工藝氣激冷水和磨機(jī)制漿用水，可有效地保護(hù)環(huán)境，提高水資源的利用率。但這同時(shí)也導(dǎo)致工藝煤氣中氨積累，使設(shè)備管道堵塞嚴(yán)重、腐蝕加劇。為此，現(xiàn)代煤化工中，變換工序大多設(shè)置了汽提單元，部分汽提工藝?yán)淠海越档凸に嚸簹庵邪焙?。我公司汽提單元汽提塔頂產(chǎn)生的含氨水設(shè)計(jì)流量為11.293M3/h，正常情況下送熱電裝置作為脫硫補(bǔ)充液，也可作為磨煤制漿水補(bǔ)充到氣化裝置濾液槽中，通過濾液泵送入棒磨機(jī)中。2013年6月中旬系統(tǒng)開車正常后，此部分含氨水送熱電裝置脫硫事故池及循環(huán)槽中。因硫化氫易氧化成單質(zhì)硫磺，產(chǎn)生硫泡沫，運(yùn)行一段時(shí)間后出現(xiàn)脫硫塔阻力增大，硫銨結(jié)晶困難，甚至堵塞內(nèi)件噴頭和管道。9月27日脫硫工藝商江南環(huán)保就此給我方正式函件，要求如使用含氨廢水，應(yīng)控制H2S8mg/L。經(jīng)過兩次脫硫堵塞、停車清理之后，這股含氨水就只好送到氣化裝置濾液槽中，10月下旬，出現(xiàn)濾液槽及濾液泵進(jìn)口管道碳銨結(jié)晶、堵塞嚴(yán)重的現(xiàn)象。最后只好將此股含氨水直接排入地溝中，通過15單元磨煤水池后進(jìn)入14單元，最后再作為磨煤制漿水回到系統(tǒng)中。含氨水送氣化裝置而不作為熱電脫硫補(bǔ)充液，造成氨損失達(dá)60Kg/h以上，同時(shí)造成氣化系統(tǒng)內(nèi)氨積累，加劇了設(shè)備管道的堵塞和腐蝕，其次由于含氨工藝水的溫度高達(dá)70以上，造成氣化地溝進(jìn)液處氨味、硫化氫味很大，嚴(yán)重影響場(chǎng)地操作環(huán)境。2、 變換汽提流程調(diào)查現(xiàn)酸性水汽提所采用的工藝流程分為單塔加壓側(cè)線抽出汽提、雙塔加壓汽提和單塔低壓全吹出汽提三類工藝，其特點(diǎn)如下：2.1單塔低壓全吹出汽提工藝待處理的酸性水經(jīng)換熱后進(jìn)入汽提塔，塔頂含氨酸性氣送至硫回收裝置；塔底得到凈化水回用于上游裝置或排入污水處理。此工藝中塔頂氣冷凝分離后，含氨冷凝液分為全回流、部分回流和無(wú)回流三種形式，很明顯，我廠工藝屬于這種塔頂無(wú)回流的單塔低壓全吹出汽提工藝。山東華魯恒升化工股份有限公司一二期的變換汽提原采用單塔塔頂無(wú)回流法，2008年后采用了所謂的“二次汽提法”，即改造為塔頂部分或全回流法，有效降低了氣化灰水系統(tǒng)的氨氮含量，一期灰水外排水的氨氮含量由過去的400mgL左右降低至2009年1月的270mgL左右。大唐多倫MTP的變換汽提采用了塔頂部分回流，塔頂運(yùn)行壓力0.108MPa（G），110，塔頂全回流，暫時(shí)還沒發(fā)現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象，曾有過塔頂含氨污水送熱電石膏脫硫的想法，但未付諸實(shí)施。包頭神華MTO的變換汽提塔和冷凝器是一體的，塔頂全回流，塔頂換熱器和回流管線腐蝕嚴(yán)重，經(jīng)常出現(xiàn)腐蝕漏點(diǎn)。滕州新能鳳凰汽提塔和冷凝器是一體的，屬于塔頂全回流，腐蝕特別厲害，已經(jīng)更換了兩個(gè)新的冷凝器。內(nèi)蒙古伊東變換汽提塔塔頂冷凝器和汽提塔是單獨(dú)分開的，塔頂全回流，但運(yùn)行的還行。華亭中煦甲醇裝置規(guī)模與我公司相同，且同為東華院設(shè)計(jì)，其變換汽提含氨冷凝液流量設(shè)計(jì)為2610.23kg/h，溫度為45，送污水處理。實(shí)際運(yùn)行中此股水較大，故實(shí)際將塔頂冷凝溫度控制在110以提高氨提出率，減少含氨水流量。2.2雙塔加壓汽提工藝待處理的酸性水首先進(jìn)入硫化氫汽提塔，塔頂酸性氣中氨質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于1%，經(jīng)分液后送至硫回收裝置；塔底污水換熱后再進(jìn)入氨汽提塔，塔頂氣經(jīng)兩級(jí)冷凝冷卻和兩級(jí)分凝后，得到高濃度的粗氨氣，送至氨精制部分進(jìn)一步處理；塔底得到凈化水回用于上游裝置或排入污水處理。2.3 單塔加壓側(cè)線抽出汽提工藝待處理的酸性水分為冷、熱進(jìn)料分別進(jìn)入汽提塔頂部填料段和塔上部，塔頂酸性氣中氨質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于1%，經(jīng)分液后送至硫回收裝置；塔中部抽出的側(cè)線氣經(jīng)過三級(jí)冷凝冷卻和三級(jí)分凝后，得到較高濃度的粗氨氣，送至氨精制部分進(jìn)一步處理；塔底得到凈化水回用于上游裝置或排入污水處理。該流程利用一座汽提塔，根據(jù)汽提塔內(nèi)上下的溫差，以及介質(zhì)中硫化氫和氨的特性，達(dá)到分離的目的。首先將原料污水中的二氧化碳和硫化氫從汽提塔上部汽提出去，隨即控制適宜的塔體溫度，在塔中部形成n(NH3H2S)大于10的液相及富氨氣體，氨氣抽出后，采用三級(jí)冷凝，逐級(jí)提高氨氣濃度。在壓力大于05MPa，溫度小于40的低溫條件下，硫化氫的相對(duì)揮發(fā)度大于氨，而氨的溶解度比硫化氫大38倍，因此在汽提塔塔頂打入冷卻水用以吸收氨，絕大部分氨被吸收后向下移動(dòng)，上行氣體中H2SNH3，的分子比越來(lái)越大，硫化氫絕大部分最終被汽提至塔頂，得到高純度的酸性氣。吸收了氨、少量硫化氫及二氧化碳的冷卻吸收水與塔中部的熱進(jìn)料接觸，在這個(gè)過程中硫化氫、氨反復(fù)受到塔下部上升的高溫氣流的汽提作用和上部向下部流動(dòng)的液流吸收作用。硫化氫、氨不斷被吸收，又不斷被汽提，由于塔盤溫度自上而下越來(lái)越高，塔底的硫化氫、氨也越來(lái)越少，氨則受液流的吸收向塔中部集聚，自上而下NH3H2S的分子比越來(lái)越大。為在塔底獲得合格的凈化水，需在塔底設(shè)置一個(gè)再沸器，使其產(chǎn)生蒸汽汽提作用。塔中部集聚的氨當(dāng)達(dá)到氣液平衡，即液相濃度接近其溶解度時(shí)，就隨液流向塔底移動(dòng)。在塔中部開口抽出氣體，由于氨被抽出后，降低了氣相的氨分壓，原料來(lái)的氣液平衡被打破，液流中的氨迅速向氣相轉(zhuǎn)移，這樣就為氨在塔中部集聚創(chuàng)造了有利條件。汽提塔內(nèi)氨濃度分布在塔中部形成高峰(如右圖所示)，抽出來(lái)的富氨氣體中(NH3)=1520。很明顯，在汽提塔中部形成氨集聚，出現(xiàn)氨峰的基本原因是頂部的低溫、底部的高溫和側(cè)線抽出的作用，這是單塔側(cè)線酸性廢水汽提流程能通過一座汽提塔完成污水凈化，硫化氫和氨分離的技術(shù)關(guān)鍵。2.4三種汽提流程的評(píng)價(jià)單塔低壓全吹出汽提工藝操作彈性大，適合于低濃度的酸性水處理。具有流程簡(jiǎn)單，設(shè)備投資少的特點(diǎn)。但塔頂酸性氣中含氨較高，降低了硫回收率，且氣相管線因降溫時(shí)易于形成碳銨結(jié)晶而堵塞；塔頂含氨水（無(wú)回流形式）中氨含量不高，且含有幾百mg/L的H2S，也限制了氨水的進(jìn)一步利用。單塔側(cè)線抽氨汽提工藝和雙塔汽提工藝適合于中、高濃度的酸性水汽提，這兩種流程可以得到10%以上的粗氨水，得到較高濃度的酸性氣且氨含量不超過1%，使其進(jìn)一步加工利用成為可能。這兩種汽提工藝并沒有本質(zhì)上的區(qū)別，但兩者的蒸汽消耗差異較大。單塔側(cè)線抽氨汽提工藝的蒸汽單耗通常為180kgt(噸酸性廢水計(jì))甚至更低，而雙塔汽提工藝的蒸汽單耗一般在200kgt以上。選擇酸性水汽提工藝流程時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選擇工藝流程較簡(jiǎn)單、裝置投資和能耗較低的單塔加壓側(cè)線抽出工藝。2.5附：氨精制工藝經(jīng)酸性水汽提得到的粗氨氣進(jìn)入氨精制塔，塔內(nèi)溫度通過液氨儲(chǔ)罐來(lái)的液氨進(jìn)行蒸發(fā)降溫維持-100的操作溫度，在低溫工況下通過低溫洗滌(或結(jié)晶)，氨氣中的硫化氫由氣相轉(zhuǎn)入液相得以脫除，塔頂氨氣中硫化氫濃度一般為100200mg/m3，脫除率達(dá)99%以上，再經(jīng)過脫硫吸附器以脫除氨氣中的少量硫化氫，出口氨氣中硫化氫質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般不大于3g/g，經(jīng)過氨精制后的氨氣，大部分裝置采用壓縮機(jī)壓縮并冷凝冷卻得到液氨產(chǎn)品，個(gè)別裝置(如齊魯石化)通過氨蒸餾塔替代壓縮機(jī)，塔頂?shù)玫桨睔?，再進(jìn)入氨冷凝器，冷凝冷卻后得到液氨產(chǎn)品。3、 變換汽提運(yùn)行數(shù)據(jù)3.1 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)我公司變換汽提設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)如下：物料平衡點(diǎn)項(xiàng)目COH2CO2N2CH4H2SCOSARNH3H2O干基濕基g/mol28244281634604017182110汽提尾氣Nm3/h200.47131.39447.420.550.22150.460.5310.4853.35806.52859.87mol%24.86%16.29%55.48%0.07%0.03%1.86%0.06%0.07%1.30%100%Kg/h250.5911.731878.860.6870.15722.771.2320.9467.95442.871174.91217.82111含氨水w%0.00%0.00%0.02%0.00%0.00%0.01%0.00%0.00%0.91%99.06%Kg/h0.0102.31001.10.010108.711811112.09119232109塔頂氣水總和Kg/h250.611.731881.170.6870.15723.871.2420.946116.611854128713141Nm3/h200.48131.39448.590.550.2215.720.4640.53153.614751951.615703mol%21.07%13.81%47.14%0.06%0.02%1.65%0.05%0.06%16.15%100.00%從上表可看出，塔頂汽提尾氣和含氨水總量為13141kg/h，其中NH3總量為116.6kg/h，H2S總量為23.87kg/h。如含氨污水不外排，采用全循環(huán)，則可導(dǎo)致汽提尾氣中NH3含量由1.30%劇升至16.15%，在塔頂換熱器及后續(xù)管道中容易形成碳銨結(jié)晶。3.2 實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)含氨污水管道沒有安裝流量計(jì)，近一段時(shí)間為提高NH3提出率，減少氨積累，塔頂溫度操作從設(shè)計(jì)的70提高到100以上，這導(dǎo)致氣化地溝進(jìn)液處汽水共沸，表觀感覺流量很大。汽提分析取樣點(diǎn)現(xiàn)僅策劃了一個(gè)點(diǎn)，三個(gè)檢驗(yàn)項(xiàng)目：序號(hào)取樣點(diǎn)位號(hào)樣品名稱取樣點(diǎn)位置分析項(xiàng)目及控制指標(biāo)分析頻率備 注15A-2116含氨工藝水V-2107送熱電含氨工藝水NH3100mg/LH2S500mg/LPH：810需要時(shí)實(shí)際僅有2013年10月和11月的分析數(shù)據(jù)，平均數(shù)據(jù)如下：編號(hào)樣品名稱取樣時(shí)間取樣次數(shù)檢測(cè)平均值PHH2S（mg/l)氨(g/L)1含氨工藝水10月309.16667351.01760.84872含氨工藝水11月299.24138410.43835.951710月份和11月份含氨工藝水中氨含量差別達(dá)25g/L，這有可能跟汽提溫度有關(guān)，塔頂冷凝器冷凝溫度越高則氨含量越低。以12m3/h的塔頂含氨水進(jìn)行計(jì)算， H2S按400mg/L，則每小時(shí)含氨水中H2S達(dá)4.8kg/h，是設(shè)計(jì)值1.1Kg/h的4倍多；含氨水中NH3以48g/L計(jì)算，則每小時(shí)含氨水中NH3達(dá)到576kg/h，是設(shè)計(jì)值108.66kg/h的5倍。汽提塔頂含氨工藝水中NH3、H2S遠(yuǎn)比設(shè)計(jì)值高，其原因是系統(tǒng)氨積累，但也不排除設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)問題。4、 改造初步提案根據(jù)我公司實(shí)際情況，現(xiàn)從易到難提出以下三種技改方案。4.1 解決操作環(huán)境此法僅僅解決操作環(huán)境問題，但投資最少。在現(xiàn)過濾機(jī)廠房北側(cè)含氨水進(jìn)地溝的管線前，增加管道混合器，用灰水槽40-50的低溫灰水與其混合，降低其溫度到60以下，可減少進(jìn)入地溝處的氨和硫化氫揮發(fā)量，改善操作環(huán)境。如沒有合適的低溫水可用，可以在地溝下部安裝一條6-8米長(zhǎng)、開許多5mm小孔的管道，象蒸汽打洗澡水一樣給這股水含氨水降溫，此段開孔管道腐蝕較嚴(yán)重后及時(shí)更換即可。汽提塔頂含氨水通過15單元，在磨機(jī)水池中形成碳銨結(jié)晶混入煤渣中，這也是目前較好的處置辦法。4.2 塔頂回流法在現(xiàn)變換汽提V-2107(汽提塔分離器)底部液相管線上增加兩臺(tái)泵，泵出口接在C-2102(汽提塔)進(jìn)料管線上（N1口，PC-21011-150），達(dá)到塔頂部分或全回流。如達(dá)到全回流，則解決了此股水出處問題，但帶來(lái)的危害是E-2110(汽提塔冷凝器)及其后設(shè)備、管線腐蝕加劇，易產(chǎn)生碳銨結(jié)晶堵塞。但目前報(bào)道腐蝕較為嚴(yán)重的，多是汽提塔和塔頂冷凝器一體化的廠家，值得一試。4.3 增加H2S汽提塔成為局部雙塔流程從3.2實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)來(lái)看，可認(rèn)為現(xiàn)汽提塔起預(yù)濃縮酸性水的作用，我公司所得含氨水H2S含量約為400mg/L（4.8kg/h），NH3含量約為40-60g/L（576kg/h），與煉油廠原料酸性水相比，氨含量相當(dāng)，但H2S含量則低了很多。故我們是否考慮將此股水適當(dāng)脫硫后再送熱電煙氣脫硫，即只增加雙塔汽提工藝中的H2S汽提塔部分，而不考慮H2S的回收，H2S汽提塔塔頂酸性氣進(jìn)現(xiàn)濕酸氣火炬管線。據(jù)青島科技大學(xué)學(xué)報(bào)2004年4月份期刊，含硫污水汽提過程模擬與分析論文的模擬數(shù)據(jù)，H2S汽提塔脫硫效率可達(dá)98.93%，依此計(jì)算，我公司此股含氨水可脫硫至4.26mg/L，從而滿足熱電煙氣脫硫?qū)彼囊?。依此思路，在現(xiàn)有裝置流程基礎(chǔ)上改造如下圖，圖中右側(cè)C-2103、P-2103、P-2104及E-2113為新增的設(shè)備，V-2107至新增的H2S汽提塔C-2102之間可能需要增加泵P-2104（H2S汽提塔可能需要在0.5MPa下運(yùn)行），如設(shè)計(jì)院核算H2S汽提塔可在0.2MPa下運(yùn)行則可以取消此泵。4.4 單塔側(cè)線抽氨單塔側(cè)線抽氨，塔頂汽提出酸性氣，塔中間產(chǎn)出氨，這在石油行業(yè)廣泛應(yīng)用，其流程見下圖。酸性水分冷熱兩股進(jìn)入汽提塔，冷物流（37）送入塔頂，用于吸收上升蒸汽中的氨，使頂部得到較高濃度的酸性氣。熱酸性水進(jìn)入第44塊塔盤，氨富集氣自26層塔盤處抽出，經(jīng)三級(jí)冷卻、三級(jí)分離后的氣氨進(jìn)氨精制塔,在塔的下段與成品氨水逆流接觸,由濃氨水洗掉氣氨中攜帶的硫化氫,洗滌后的氣氨再經(jīng)過脫硫劑床層,進(jìn)一步脫掉氣氨后的含硫氨水返回原料水罐中。精制后的氣氨注入軟化水吸收后,形成氨水。氨水經(jīng)過氨水冷卻器冷至40后,進(jìn)入氨水罐,氨水由氨水泵從氨水罐底部抽出,一部分去氨精制塔作貧吸收劑,另一部分作為產(chǎn)品送出裝置。從上圖及工藝描述可看出，此流程較長(zhǎng)，需要增加十多臺(tái)設(shè)備，尤其是現(xiàn)汽提塔不能使用。中間抽氨的汽提塔至少需要3層填料，最好采用上部一層填料，下部塔