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 源头蒸氨气化灰水NH3-N脱除技术
2020-09-14 | 编辑:enablesite | 【

刘金成,缑玉杰,尹元乐,吴延河

(河北阳煤正元化工集团有限公司)

  要:针对实际生产中的外排污水氨氮高的问题,采用高氨氮冷凝液脱氨处理创新技术,对河北正元氢能科技有限公司(原沧州正元股票配资平台有限公司)60-80项目进行了配套改造。该技术应用后可将煤制合成氨系统产生的高氨氮冷凝液中的氨氮由5000mg/L降至100mg/L以下,且处理过程没有增加新的环境污染,大幅降低了气化灰水及排至污水处理站的生产废水的氨氮,保证了污水处理站的正常达标运行;同时减少了气化补水量,并回收一定浓度的氨水送烟气脱硫岗位使用。该技术在国内外整个行业内为首创,经济效益明显、环保效益突出。

关键词:高氨氮冷凝液;脱氨;环保;节能降耗

1 原设计存在的问题

河北正元氢能科技有限公司60-80项目,以煤为原料,产能为年产60万吨合成氨,80万吨尿素。该项目配套建设了污水处理站,采用SBR生化处理工艺,处理规模150m3/h。污水经污水处理站处理合格(废水排放指标:COD≤150mg/LNH3-N≤25mg/L、总氮≤60mg/L)后,外排至化工园区污水输送管道,送至污水处理公司。60-80项目污水处理站投运后,经过近5个月的调试、分析、讨论、调整等工作,污水处理仍不能稳定达标运行。主要原因是进SBR池的污水氨氮高,一般约300400mg/L,而污水处理站设计进水氨氮≤200mg/L,为生产运行造成很大的安全环保隐患。

2 原因探究及技术创新内容

2.1初步排查、解决方案及存在的问题

经过排查有两股污水氨氮高:(1)气化工序外排的废水(灰水)氨氮高,约300400mg/L,严重超出北京航天设计阶段提供的废水水质条件(NH3-N形式的总氨200mg/L);(2)火炬分液罐分离的火炬气冷凝液氨氮高,约30005000mg/L。气化废水正常排放量约100130m3/h,火炬气冷凝液正常排放量约~30m3/d(1.3m3/h)

20158月,针对排查出的问题,经过认真分析、研究及计算,精准施策,确定采用精馏技术脱除气化外排废水中氨氮,实施废水精馏项目。由正元设计院进行设计,精馏塔采用正元公司的专利技术垂直筛板塔,处理废水能力100m3/h

20168月,项目完成改造并投运,装置初始运行时,运行效果较好,外排废水中氨氮可达到150ppm以下,有效解决了污水处理问题。但随着废水精馏装置的长时间运行,又出现了新的问题因气化黑灰水有一定的悬浮物,硬度、碱度、浊度较高,精馏塔塔盘、精馏塔进出口换热器被灰水里的细灰泥堵塞,停车清理频繁,不仅装置不能长周期稳定运行,且操作工劳动强度很大。

2.2深层次分析及解决方案

20172月,对氨氮高的根源进行深层分析,找到了引起气化灰水氨氮高的真正原因:变换系统冷凝液氨氮超高。氨在煤气化过程产生的,随粗煤气进入变换工序,在变换气降温分离过程,氨随冷凝液在气液分离器中分离,当时分析变换末级气液分离器中冷凝液氨氮约为5000-8000mg/L左右。

针对分析结果,去同行业企业进行了考察学习,发现气化废水氨氮高是困扰大部分企业生产的问题,但因各企业污水处理工艺不同,对污水处理站进口污水的氨氮要求不同,脱除氨氮的方式不同,多数采用汽提方法,脱除效果可以,但带来新的问题,汽提气很难处理,放火炬不仅火炬气输送管道堵,还存在环保问题;送硫回收处理易造成管道、设备堵塞;有的企业将汽提气现场放空,严重污染大气环境。

20173月,对废水精馏项目提出了新的改造方案:将变换4#气液分离器(S-2104)冷凝液(含对变换气洗氨后的水)及火炬分液罐冷凝液引入废水精馏系统进行处理(两股冷凝液量约1520m3/h)

2.3高氨氮冷凝液脱氨处理技术方案

2.3.1工艺方案

设计一套废水精馏装置对高氨氮冷凝液(简称:废水)进行脱氨处理,废水处理能力100m3/h,装置布置在气化渣水装置区一楼北侧及四楼空地,占地面积约150m2。主要设备有:精馏塔、再沸器、塔顶回流冷凝器、回流液槽各1台,回流泵(氨水外送泵)及进料/出料热交换器各2台(开一备一),再沸器加入0.5MPa低压饱和蒸汽。

利用原变换4#气液分离器(S-2104)冷凝液排液管路及控制阀,新设减压阀及到气化的压力管线,冷凝液带压进入废水精馏装置;利用原火炬冷凝液至污水的部分外管,继续延长外管路至废水精馏装置,这部分改造只新增了阀门和管线。

 

 

2.3.3工艺流程简述

来自变换及火炬系统的冷凝液经热交换器进入废水精馏塔中部,与来自塔釜的蒸汽逆流接触,液体中的轻组分(氨)进入气相,蒸汽中的重组分(水)进入液相;从塔顶引出的蒸气进塔顶回流冷凝器,用外界来的循环水冷却,馏出液(氨水)进入回流冷凝液槽,不凝气放空进火炬管线;一部分馏出液通过回流泵送至精馏塔塔顶作为塔顶回流液,用以控制塔顶温度,其余馏出液(氨水)即为废水精馏产品送至烟气脱硫的氨水槽;精馏塔底引出部分液体经再沸器气化,气体沿塔上升,部分液体作为塔底残液(实际氨氮含量≤20ppm)经热交换器回收热量后送回气化作为补水使用。

2.3.4主要控制方案

1)设精馏塔塔釜温度自动(手动)控制,通过自动调节蒸汽加入量控制精馏塔塔釜温度;

2)设精馏塔塔釜液位自动(手动)控制,通过自动调节塔釜外排液量控制精馏塔塔釜液位;

3)设精馏塔塔顶温度远程手动调节阀,调节控制精馏塔塔顶回流量控制馏塔塔顶温度;

4)设精馏塔塔顶压力自动控制,通过调节回流冷凝器不凝气放空气量调节;

5)采用DCS集中控制,DCS布置在60-80项目的中央控制室。

2.3.5 主要工艺控制指标

精馏塔塔釜温度:120148℃;精馏塔塔顶温度:115140

精馏塔塔顶压力:0.10.2 MPa;精馏塔塔釜液位:12002100mm

回流冷凝器液相出口温度:7085℃;外送氨水浓度:≤10%

塔釜残液(处理后冷凝液)氨氮含量:≤100ppm

3 高氨氮冷凝液脱氨处理创新技术的应用及效果

该项创新技术已在河北正元氢能60-80项目中应用,于20181月全部改造完成并投运,至今稳定达标运行。

1)利用精馏原理,只设计了一台精馏塔及必须附属设备,工艺简单,变换冷凝液及火炬冷凝液输送基本利用原60-80项目配置,只进行了简单管线改造。

2)操作简便,无新增操作人员,依托原操作,中控操作由原气化中控操作工负责,巡检由原气化渣水现场巡检工负责。

3)应用了正元公司的专利技术,精馏塔采用垂直筛板塔,传质传热效果突出。

4)变废为宝,每日回收浓度5%左右的氨水平均约28m3,作为本公司锅炉烟气脱硫脱硝原料使用,折合合成氨约1.424t

5)可将变换冷凝液和火炬冷凝液量约1520m3/h全部处理,高氨氮废水精馏后的塔釜排出液氨氮≤100mg/L(指标),实际≤20mg/L;气化灰水系统外排水量从110150m3/h减少到8090m3/h的情况下,气化灰水系统氨氮稳定控制≤150ppm(一般在110-140ppm);保证了污水处理站污水处理能力及处理指标。

6)重点解决了变换冷凝液汽提气难处理、汽提气放空污染环境、污水处理站不能稳定运行及企业外排污水超标的环保问题。

7)随着气化装置灰水氨氮含量降低,减少了气化外排废水量(改造前因氨氮高而被迫排水),至少节约补水约40m3/h

4 关键技术及创新点

1)分析研究找出了煤制合成氨装置中高氨氮废水产生点及排放点,有的放矢,依据特定水质进行设计。

2)应用精馏原理处理高氨氮废水,降低了废水氨氮,得到可利用的稀氨水。

3)变换冷凝液及火炬冷凝液,不仅氨氮高,还含有二氧化碳、硫化物、氰化物等粗煤气及变换气中的部分组份,成份复杂,采用正元公司优化的垂直筛板精馏技术,彻底解决了此废水的处理。

4)根据所处理的变换冷凝液及火炬冷凝液的特性,科学设计了精馏塔、回流冷却器的操作参数,制定了合适的氨水浓度,才能保证废水精馏装置的正常运行。

5 经济效益分析

该项目经济效益主要包括如下几方面:

1)回收氨

根据实际运行数据,按日回收氨1.424t计算、液氨价格2500/吨计算:

1.424×330×2500/10000=117.5万元/年。

2)减少废水排放

气化减少了废水排放,减少系统补水约40m3/h,淡水按10/ m3计算:40×24×330×10=316.8万元/年。

3)减低排污费

减少了企业外排污水量约40m3/h,排污费3.0/ m340×24×330×3=95.04万元/年。

4)增加消耗

电费按0.57/Kwh核算。15×24×330×0.57=6.77万元/年;则该项目实际年经济效益为:117.5+316.8+95.04-6.77≈523万元。

该技术于20173月在河北正元氢能60-80项目的装置中进行创新引用,20181月全部完成应用,截至2019年底共计获得经济效益1045万元。

6 结论

河北正元氢能科技有限公司60-80项目采用正元公司自主创新的高氨氮冷凝液脱氨处理技术,该技术流程简单、操作性简便、投资少、冷凝液氨氮脱除彻底,变废为宝,无二次污染,运行稳定可靠,真正解决了氨氮的污染,为合成氨装置在严峻的环保形势下满负荷运行奠定了基础,为生产系统的的长周期、节能、环保、安全稳定运行提供了保障,具有突出的社会效益。

 

 
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