褐煤气化废水预处理装置的改进

云南解化化工分公司（简称解化公司）以小龙谭褐煤为原料，采用鲁奇气化和碎煤熔渣气化工艺生产化肥、甲醇、二甲醚等产品。这两种气化工艺具有能耗低、氧耗少、冷煤气效率高、煤种适用广等优点，但在生产过程中会产生大量的高污染废水，含有酚、氨、CO2、脂肪酸、油类等污染物。解化公司原采用中油萃取脱酚，再进行常压脱酸脱氨的预处理工艺，降低污染物负荷后，再进行生化处理，但由于水质水量的变化，原有的煤气化废水预处理装置已经不能满足生产工艺的要求，大大限制了生化装置的处理能力，并影响其正常运行，不能满足环保法规日益严格的要求。对解化公司原有煤气化废水预处理常压脱酸脱氨段的加压工艺的装置改造于年底开工建设，由赛鼎工程有限公司（原化学工业第二设计院）设计，年6月建成并开始化工投料试车。通过装置的改造，提高了废水中氨与酸性气体的脱除率，满足了生化工艺的要求，副产的粗氨气经精制可以加工成液氨而得以回收利用。该装置的改造，可为加压熔渣气化技术推广使用奠定一定的基础，为相关企业的污水治理提供参考。

01

原酚回收装置脱酸脱氨段工艺流程

原设计采取下图所示流程对废水进行汽提脱酸和脱氨，脱酸塔和脱氨塔都采取微正压操作，从中油预洗来的酚水分成两路，一路经换热器与循环水换热冷却至37~40℃，作为脱酸塔填料上段冷进料，以控制塔顶温度；另一路经两次换热至80℃左右，作为脱酸塔的热进料。塔顶出来的酸性气经冷却器冷却到40~60℃进入分液罐，分离出凝液，酸性气体靠自压送至废气焚烧炉焚烧排放。脱酸塔底用蒸汽加热控制温度，控制塔底废水中CO2质量浓度小于2.0g/L后送脱氨塔。

脱酸塔来废水进入脱氨塔。脱氨塔塔底再沸器用低压蒸汽加热，控制塔底温度℃，保证煤气水中氨质量浓度小于mg/L，进入后续装置。

脱酸塔和脱氨塔主要操作参数见下表。

进入系统的废水中酸性气体和氨质量浓度：NH3约00mg/L、CO2约10mg/L、H2S约mg/L。出脱酸、脱氮装置设计指标为：CO2质量浓度mg/L、NH3质量浓度mg/L。实际运行中，脱酸和脱氨效果很不理想，CO2脱除率不到90％，残留的CO2质量浓度在mg/L以上，残留氨质量浓度超过mg/L，不但造成后续氨精制段结晶堵塞问题，使氨精制装置难以正常生产，还严重影响生化系统的运行，设计处理能力m3/h的生化装置仅能达标处理35~40m3/h含酚废水。

02

原设计中脱酸脱氨工序存在的问题

(1)

脱酸时的温度和压力过低

CO2在废水中以离子态和游离态两大类型存在，存在以下电离平衡关系：

在设计操作温度下，在脱酸塔塔釜液相中的CO2主要以HCO3-等各种离子态存在，游离态CO2含量极少，而离子态的CO2因不具有挥发性而无法直接脱除。要提高CO2脱除率，必须促使CO2由离子态向游离态转化，即降低反应平衡常数、促进式（2-9）~式（2-11）所描述的反应平衡向左偏移。温度是影响反应平衡常数的主要因素，根据平衡常数与温度间的关系，适当提高脱酸塔的操作温度，理论上能提高CO2脱除率。

(2)

脱酸塔塔板数不足

脱酸塔的塔板数只有9块，经计算分析，塔板数严重不足，提高塔板数可以明显提升脱酸效率，但塔板数提高至30块时，脱除效率的提升已经不明显。

(3)

脱氨塔的塔板数不足，且稀氨水采出浓度过低

脱氨塔中设置了30块斜孔塔板。实际生产中，该塔的分离能力不能满足工艺需要。为了降低废水中氨的残留量，被迫将塔顶采出率提高至30％，而相似的工业体系中，设置一级回流时的采出率只有12％~16％。采出率过高，一方而造成了能耗过高，另一方面降低了塔顶回收稀氨水的浓度和利用价值。因此，有必要提高该塔的塔板数以提高塔的分离能力。

另外，为了降低后续氨精制的负荷，考虑采取多级分凝技术以改善粗氨质量，这就需要汽提出的氨蒸汽具有较高的温度和压力，因而，脱氨塔的操作压力也需适当提高。

(4)

脱酸塔塔顶的洗涤塔未发挥作用

原设计中，脱酸塔塔顶的酸性气体经部分冷凝后，酸性气体还需进入洗涤塔，由温度较低的废水将酸气中的氨气洗涤下来。但实际应用中，该部分装置的管线由于碳铵结晶而堵塞，一直未使用。

因此，决定取消洗涤塔，并控制脱酸塔塔顶温度不高于60℃，以减少塔顶酸性气中的氨含量。

03

改进方案

根据鲁奇气化工艺的低压蒸汽富余而中压蒸汽不足的特点，仍采取了双塔配置进行脱酸脱氨，对两塔的操作压力的改造，在设计中都作了提高调整，脱酸塔用低压蒸汽加热，以节约中压蒸汽消耗，脱氨塔则使用中压蒸汽，以满足塔加压提温的工艺要求。改进后的处理流程见下图。改进后脱酸塔和脱氨塔的关键工艺参数设计值分别见下面两个表。

为了对脱氨塔塔板数进行优化，研究了在保证氨残留量为mg/L的前提下，塔板数与脱氨塔再沸器热负荷的关系见下图。从图中可以看出，热负荷随着塔板数的增加而呈现不断降低的趋势，因而，增加塔板数司以降低能耗。但当塔板数增加至48块时，变化趋势已不明显，故脱氨塔设置48块塔板。

04

改造效果

（1）加压脱酸脱氮单元正常处理负荷达m3/h左右（装置设计能力m3/h），出水中的氨质量浓度能稳定在mg/L以下，残留的CO2基本检测不出，残留的H2S质量浓度低于50mg/L，完全满足了生化段的相关要求，生化装置的处理负荷由40m3/h提高至90m3/h以上，且实现了长期稳定运行。

（2）该装置副产的粗氮气体积分数达98％以上，经氨精制系统处理，可以加工成质量分数为99.5％的液氨，可以作商品销售或作为锅炉烟气脱硫原料使用，每年可以直接回收利用液氨约18万t，经济效益可观。