类蒸汽汽提法预处理变换单元高氨氮酸性冷凝液

2018-07-19冯正坤周永松

石油石化绿色低碳 2018年1期

冯正坤，周永松

（中国石化巴陵分公司化肥事业部，湖南岳阳 414003）

某粉煤气化装置的变换单元采用低水汽比工艺，其工艺冷凝液经汽提塔汽提后，汽提液再经汽提塔分离器分离，约2 t/h的高浓度氨氮废水与系统内甲醇废水汇合送往废水处理装置。由于该股废水中氨氮化物、硫化物及COD均超高，有时氨氮浓度高达10 000 mg/L以上，易对生化废水的处理工艺造成冲击，导致总排出口的总氮含量超标。

1 废水处理技术

常见的氨氮废水处理技术如表1所示，这些方法都能有效去除废水中的氨氮，但真正应用于煤化工废水处理的并不多，特别是煤化工的高浓度氨氮废水，其处理技术的选择取决于高氨氮、高COD和含硫化物等的综合处理。

国内多采用吹脱法、汽提法、化学沉淀法和生物脱氮法处理高浓度氨氮废水，国外则以化学沉淀法和生物脱氮法为主[2]。汽提精馏脱氨成套技术在工业应用中可将氨氮含量为2 000～25 000 mg/L的废水处理为氨氮含量不高于15 mg/L，并可回收浓度为15%～20%的浓氨水[3]。汽提法采用精馏原理实现含氨氮废水脱氨的目的。影响氨氮脱除效率的因素包括装置设计是否合理、废水流量、蒸汽量、吹脱（分离）温度、气液分离空间以及氨处理系统是否适宜[4]。

表1 氨氮废水处理技术

2 类蒸汽汽提法原理

氨汽提法是氨氮废水处理物理法的一种。在高温状态下，利用空气中氨的分压与废水中氨浓度相当的平衡分压的压差，使水中溶解气体和挥发性溶质穿过气液界面向气相转移，从而达到脱除污染物的目的。类蒸汽汽提法是在汽提法的基础上根据煤化工工艺装置的特点，将变换单元的气相组成换热后，介质温度仍高于100℃，从而不需要外引热源（蒸汽），就能在分离塔中达到气液分离的目的。

废水中的氨氮通常以铵离子（NH4+）和游离氨（NH3）的状态存在。在分离塔中，气相与火炬管线相通，压力接近大气压，根据道尔顿分压定律，溶质气体在液面上的分压随着气体的压力下降而大大降低；根据亨利定律，由于液面上溶质气体的分压降低，为保持气液平衡，水中溶解的氨不断从液相逸出而进入气相，使废水中氨氮浓度随着分压降低而降低，因此通过控制分离过程，使其中的氨挥发逸出，氨在水中的溶解度与温度的关系如图1所示。

图1 氨在水中的溶解度与温度的关系

图2 变换单元工艺冷凝液废水处理流程

3 变换单元高氨氮酸性冷凝液对生化废水处理的影响

某煤气化装置变换单元及低温甲醇洗单元产生的工艺冷凝液送入汽提塔（T-2101），经低压蒸汽汽提后，塔顶蒸汽经塔顶除沫器进入汽提塔冷凝器管侧，被循环水冷却为汽提液，进入汽提塔分离器（F-2106），分离出的高浓度氨氮酸性冷凝液送废水处理装置，不冷凝的酸性气体去酸性气火炬。

目前，F-2106分离出的酸性冷凝液与界区内甲醇废水汇合后，送往生化废水处理装置，由于F-2106酸性冷凝液属于高浓度氨氮废水，氨氮含量为11 200 mg/L，硫化物含量为526 mg/L，COD含量为3 230 mg/L，超出了生化废水装置现有处理能力，造成外排口总氮含量超标。变换单元工艺冷凝液废水处理流程见图2。

4 改造及优化措施

将T-2101塔顶经E-2110冷却后的汽提液温度由50℃提升至105℃，尽可能将高氨氮成分带进气相，直排火炬系统焚烧。循环水换热器更换为脱盐水换热器（E-2118）；F-2106分离后的液相通过管道送往气化装置储槽，在气化污废水分离系统中重新进行汽提闪蒸，再送生化污水处理装置处理实现达标排放。

改造后变换单元工艺冷凝液含高氨氮污废水处理流程见图2，虚线部分为新增和改造设施，脱盐水换热器E-2118采用温度调节阀TV-2140对其壳程出口汽提液进行调温，在75～105℃实现自由调控，以保障设备及装置的正常运行。

表2 汽提塔分离器出口气液相组成 %

5 改造效果

为确保现有装置运行稳定，工艺方案选定时，选取了75℃和105℃ 2个换热温度条件进行对比，不同温度下汽提塔分离器出口气液相组成见表2。

从表2可以看出，在50℃时，排火炬的气相中NH3体积分数只有0.000 2%，75℃为0.002 3%，105℃为0.024 8%，浓度成10倍级增加，总量则从75℃时的1 092.3 kg/h提高到105℃时的1 282.2 kg/h；液相中75℃为0.081 6%，105℃为0.057 8%，总量则从75℃时的234.7 kg/h下降到105℃时的44.8 kg/h，保证了F-2106外排的废水与甲醇来的废水混合后，经生化处理后能达标排放。

分离处理后废水中逸出的氨气因含硫高、继续回收其中的氨投资太大，因此暂送火炬系统焚烧处理。此类蒸汽汽提法适用于处理连续排放的高浓度氨氮废水，其操作条件与吹脱法类似，氨氮去除率高。

T-2101顶部出口汽提气的温度为148℃，存在着继续提温空间，继续提温后汽提塔分离器分离出口气/液相组成见表3。从表3可以看出，135℃的液相总量为27.0 kg/h，而138℃的液相总量更是低至9.0 kg/h，大幅降低了生化处理量。而若将脱盐水换热器E-2118切出，塔顶出口汽提气不经冷却148℃直接进火炬系统，液相总量将基本没有。