鲁奇炉煤气化废水脱酸—脱氨及节能降耗改造_王国平.pdf

■ 煤炭深加工 鲁奇炉煤气化废水脱酸脱氨及节能降耗改造 王国平, 崔立国, 王洪坤, 段 炯 伊犁新天煤化工有限责任公司, 新疆 伊犁 835000 摘 要 介绍了煤气化废水脱酸脱氨原理及过程; 实验优化了脱酸脱氨的温度、 压力 参数和操作方式, 降低了蒸汽消耗; 通过加碱试验, 优化了出水固定铵指标, 降低了加碱量和 运行成本; 通过技术改造, 将脱酸脱氨再沸器加热使用的 1. 5 MPa 蒸汽改为过剩的 0. 5 MPa 蒸汽, 降低了脱酸脱氨运行能耗。 关键词 煤气化废水; 脱酸脱氨; 加碱脱氨; 节能降耗 中图分类号 X703 文献标识码 A 文章编号 1005-8397202009-0043-04 收稿日期 2020-03-15 DOI 10. 16200/ j. cnki. 11-2627/ td. 2020. 09. 013 作者简介 王国平1990, 男, 甘肃庆阳人, 2014 年毕业于辽宁石油化工大学化学工程与工艺煤化工方向专业, 工学学士, 伊犁新 天煤化工有限责任公司助理工程师。 引用格式 王国平, 崔立国, 王洪坤, 段 炯. 鲁奇炉煤气化废水脱酸脱氨及节能降耗改造 [J]. 煤炭加工与综合利用, 20209 43 -46. 煤炭在我国一次能源利用中占有较高的比 重。 近年来, 随着煤化工产业及煤炭清洁化利用 的不断发展[1], 处于煤化工行业龙头地位的煤气 化过程会产生大量的含酚、 CO2、 H2S、 氨、 多 种脂肪酸、 油类等高污染性废水。 这些废水必须 经过除气、 油、 尘和回收酚、 氨后, 才能经污水 处理装置处理后循环使用。 1 煤气化废水组成及脱酸脱氨过程 本文以碎煤加压气化炉为例, 介绍煤气化 废水脱酸脱氨过程。 鲁奇炉煤气化废水组成 见表 1。 表 1 鲁奇炉煤气化废水主要污染物组成 主要污染物单元酚多元酚CO2H2S固定铵总氨油类COD 质量浓度/ mgL -1 3 4751 7904 382863248 1253001 00021 875 注 废水为送至酚氨回收装置原料水组分, 因煤种、 操作条件等的不同, 各厂组分可能会不相同。 煤气化废水脱酸脱氨利用气提原理, 在脱 酸脱氨塔内通入蒸汽或采用再沸器加热产生沿 塔内向上蒸汽, 减少酸性气和氨气的在气相中的 分压, 使溶解于废水中的酸性气主要成分为 CO2和氨气逸出, 利用汽提塔内上下的温度差 和压力差, 以及介质中酸性气体和氨气在水中溶 解特性, 达到分离的目的。 塔顶温度在 40 75 ℃和合适的压力下, CO2的相对挥发度大于氨的 相对挥发度, 而氨的溶解度远远大于 CO2的溶解 度, 因此在汽提塔酸性气体精馏段、 塔顶进入的 约 45 ℃的原料水冷进料冷却大部分水蒸气, 并将上升至塔顶填料段的氨吸收转入液相, 随液 流向下移动。 而上行气体中 CO2的摩尔分数逐渐 增大, 绝大部分 CO2等酸性气体最终被汽提至塔 顶得以脱除。 控制适宜的塔体温度, 可在塔中部 形成 NH3质量分数值较大的液相及富氨汽, 这些 富氨汽从塔中侧线采出或随脱酸塔塔釜液进入脱 氨塔后从塔顶采出, 采出的氨水汽经三级冷凝进 一步浓缩为质量分数大于 99 的 NH3。 除去了 酸性气体和大量氨的塔底净化废水可以有效地降 低 pH, 从而为后续萃取工艺的顺利进行创造良 好的条件。 脱酸脱氨分为单塔脱酸脱氨及双塔脱酸 脱氨。 如图 1, 单塔脱酸脱氨中, 来自原料 水贮槽的煤气化废水经过三级换热后, 进入脱酸 脱氨塔第一层塔板, 酸性气从塔顶采出经冷却 34 煤炭加工与综合利用 No. 9, 2020 COAL PROCESSING 出洗氨 塔的变换气中氨含量高, 会造成净化低温甲醇洗 系统碳铵结晶及甲醇再生纯度降低; 外送至水处 理的稀酚水中游离氨含量高会对生化池细菌产生 抑制, 甚至灭活作用[10-11]; 而固定铵含量偏低, 水处理生化池还需投加尿素, 进行平衡。 因此, 外送稀酚水只需要控制游离氨含量, 固定铵含量 可相对控制高一点, 进而减少碱液、 尿素消耗, 达到降本增效的目的; 同时减轻水处理操作人员 工作量, 并保障变换冷却、 煤锁气压缩机和净化 低温甲醇洗装置稳定运行。 近三个月运行结果表 明, 稀酚水游离氨控制在 50 mg/ L 以下, 固定铵 控制在 200 mg/ L 左右可满足上述要求。 4 脱酸脱氨节能改造 根据前期的调试结果, 脱酸脱氨塔的塔釜 温度最低分别在 150 ℃和 148 ℃, 可以保证各项 指标合格。 结合工厂实际状况, 0. 5 MPa 饱和蒸汽160 ℃主要产生于各装置废锅及高能级的蒸汽冷凝 液乏汽, 属于废热回收, 处于过剩状态而被就地 54 2020 年第 9 期王国平, 等 鲁奇炉煤气化废水脱酸脱氨及节能降耗改造 排放掉。 这种情况在夏季伴热及采暖系统热负荷 较低或停用时尤为突出过剩 180 t/ h, 不仅造 成能源浪费且脱盐水系统需要大量补水才能维持 平衡。 而能级较高的 1. 5 MPa 过热蒸汽则大部分 由各装置抽汽式汽轮机副产及高压蒸汽减压而 来, 使用成本较高。 鉴于此, 本次改造将脱酸 脱氨塔原使用的 1. 5 MPa240 ℃ 加热蒸汽用 0. 5 MPa160 ℃蒸汽进行替换, 以达到进一步 回收利用各装置废热、 优化用能结构、 降低装置 运行成本的目的。 改造前后的蒸汽及冷凝液系统 示意图见图 3。 图 3 煤气化废水脱酸-脱氨蒸汽改造示意 改造后脱酸脱氨塔运行参数见表 6。 表 6 蒸汽改造后脱酸脱氨塔运行参数及指标 塔名 0. 5 MPa 蒸汽 消耗量/ t 塔釜 温度/ ℃ 塔釜出料指标/ mgL -1 CO2H2S总氨 负荷/ th -1 脱酸塔30. 8150. 6218. 832. 2200 脱氨塔60. 5148. 0163. 3200 注 再沸器蒸汽量不足部分可由直通蒸汽补充。 根据表 6 的数据分析, 使用 0. 5 MPa 蒸汽加 热后, 脱酸脱氨塔运行参数可达到目标值, 相 关指标合格, 说明使用能级较低的 0. 5 MPa 蒸汽 能够满足脱酸脱氨要求, 本次改造取得了成功。 调试结果表明, 180 t 过剩 0. 5 MPa 蒸汽可替代约 100 t 1. 5 MPa 蒸汽, 按照夏季 0. 5 MPa 蒸汽过剩 4 000 h 计算, 年可节约 1. 5 MPa 蒸汽约 40 万 t, 节能效果明显。 5 结 论 1双塔工艺存在装置占地面积大、 设备多、 流程复杂、 能耗高、 投资大等缺点, 但较单塔脱 酸脱氨工艺而言, 双塔脱酸脱氨工艺运行更 稳定, 脱酸脱氨效果更好。 2通过脱酸脱氨塔降温降压实验操作, 得 出脱酸脱氨塔温度分别降至 150 ℃和 148 ℃ 可 以满足脱酸脱氨要求的结论, 并且降温降压操 作可节省 1. 5 MPa 蒸汽约 13. 6 , 有较明显的节 能降耗效果。 3通过脱氨塔加碱量调整实验验证, 脱氨塔 降低加碱量, 提高脱氨水固定铵含量, 可以较好 地解决污水处理盐平衡问题, 且不影响其它相关 装置的正常运行, 有助于降低脱氨过程碱液消耗 量及运行成本。 4通过脱酸脱氨塔蒸汽改造结果表明, 使 用能级低的 0. 5 MPa 蒸汽加热, 可以满足脱酸 脱氨要求。 此次改造避免了蒸汽浪费, 优化了能 源结构, 并降低了脱酸脱氨蒸汽消耗成本, 取 得了较好的经济效益。 参考文献 [1] 陆小泉.我国煤炭清洁开发利用现状及发展建议 [J]. 煤炭工程, 2016, 483 8-10, 14. [2] 王振宇, 等.煤气化废水酚氨回收装置中脱酸脱氨塔 的操作优化 [J]. 煤化工, 2018, 461 51-55, 76. [3] 冯大春, 等.煤气化污水单塔加压处理脱酸脱氨的研 究 [J]. 化学工程, 2010. 389 86-90. [4] 刘忠生, 等.炼油厂酸性水处理技术的应用和研究发展 [J]. 当代化工, 2001. 352 134-138. [5] 王云刚, 等.加碱脱氨技术在煤气化灰水汽提装置的应 用 [J] 煤化工, 2015, 431 43-45. [6] 董卫果, 等.固定床气化废水酚回收技术的现状及发展 [J]. 洁净煤技术, 2017, 231 91-94. [7] 刘永健, 等. 煤制天然气酚氨回收工艺分析与探讨 [J]. 化工进展, 2019, 385 2501-2514. [8] 秦江艳, 等. 碎煤加压气化酚氨回收技术工艺探讨 [J]. 能源化工, 2015, 366 14-19. [9] 刘 宁, 等. 煤气化废水酚氨分离回收系统的强化工艺 [J]. 工业水处理, 2019, 395 84-87. [10] 孙洪伟, 等.游离氨对硝化菌活性的抑制及可逆性影响 [J]. 中国环境科学, 2015, 351 95-100. [11] 郑彭生, 等.煤气化废水短程同步脱氮试验研究 [J]. 煤炭科学技术, 2017, 459 209-214. 64 煤炭加工与综合利用2020 年第 9 期