胡新亮

(濟(jì)鋼科技質(zhì)量部,山東濟(jì)南250132)

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負(fù)壓蒸氨加堿工藝改造

胡新亮

(濟(jì)鋼科技質(zhì)量部,山東濟(jì)南250132)

摘 要:對(duì)負(fù)壓蒸氨加堿工藝進(jìn)行優(yōu)化后,保證了廢水質(zhì)量,減少了能耗。

關(guān)鍵詞:負(fù)壓;蒸氨;加堿

1 引言

目前,國(guó)內(nèi)負(fù)壓蒸餾技術(shù)飛速發(fā)展,尤其是在石化行業(yè),利用塔內(nèi)維持負(fù)壓來(lái)降低組分的相對(duì)揮發(fā)份,從而大幅降低蒸餾沸騰溫度,減少能耗。

為了進(jìn)一步適應(yīng)節(jié)能減排、綠色化工的要求,借鑒石油化工負(fù)壓蒸餾的經(jīng)驗(yàn),2011 年8月,濟(jì)鋼建成投用負(fù)壓蒸氨工藝,節(jié)能降耗明顯。

然而,負(fù)壓蒸氨在運(yùn)行中,由于降低了蒸餾溫度,影響了蒸餾時(shí)的反應(yīng)速率,加入堿液蒸餾時(shí),反應(yīng)速率降低,廢水質(zhì)量較難穩(wěn)定控制。

2 工藝流程及原因分析

2.1 負(fù)壓蒸氨工藝

蒸氨工藝是針對(duì)處理焦化剩余氨水的蒸餾工藝,廢水經(jīng)過(guò)蒸氨工段處理后,得到成品含8％～16％濃氨水用于脫硫,蒸氨后的廢水氨氮小于300mg/L(見(jiàn)表1)。

濟(jì)鋼化工廠的負(fù)壓蒸氨工藝主要流程如下:

負(fù)壓蒸氨整個(gè)蒸氨系統(tǒng)為密封系統(tǒng),在常壓蒸氨的基礎(chǔ)上增加一臺(tái)真空泵等設(shè)備,將系統(tǒng)內(nèi)不凝氣抽出,同時(shí)維持系統(tǒng)在較高的真空度下運(yùn)行。

表1　剩余氨水蒸餾過(guò)程的原料及其組成

負(fù)壓蒸氨時(shí),進(jìn)塔剩余氨水溫度只有60℃,而塔底溫度為80℃～85℃,相對(duì)于常壓蒸氨,溫度降低,而化學(xué)反應(yīng)需要一定的熱量和時(shí)間,在此相對(duì)較低溫度下進(jìn)行蒸餾,也沒(méi)有給剩余氨水和堿液延長(zhǎng)混合反應(yīng)的時(shí)間,導(dǎo)致廢水質(zhì)量不合格。

圖1　負(fù)壓蒸氨工藝圖

為了保證蒸氨廢水質(zhì)量,開(kāi)始仍采用常壓蒸氨的加堿方法,在剩余氨水泵入口管道上加入一定量的堿液,使剩余氨水與堿液混合后一同進(jìn)入換熱器升溫后入塔進(jìn)行蒸餾,以降低蒸氨廢水氨氮、氰化物、硫化物。塔底溫度控制在85℃,塔頂溫度控制在75℃,塔頂壓力-50kpa,塔底壓力-40kpa。

2.2 產(chǎn)品質(zhì)量

負(fù)壓蒸氨工藝采用常壓蒸氨加堿工藝,其運(yùn)行時(shí)廢水質(zhì)量控制效果見(jiàn)表2所示。

表2　負(fù)壓蒸氨廢水質(zhì)量

從表中可以看出,負(fù)壓蒸氨工藝中,使用常壓蒸氨工藝的加堿方法,無(wú)法滿足廢水控制要求,需要進(jìn)一步優(yōu)化。

2.3 原因分析

經(jīng)過(guò)一段時(shí)間改變操作、化驗(yàn)數(shù)據(jù)分析及查閱相關(guān)資料,查找負(fù)壓蒸氨工藝加堿時(shí)廢水質(zhì)量控制效果不好的影響因素。

為了保證廢水質(zhì)量合格,必須使堿液和剩余氨水充分反應(yīng),有兩種方法:一是提高反應(yīng)溫度,二是增加反應(yīng)時(shí)間。出于節(jié)能考慮,采取增加反應(yīng)時(shí)間的方法。

工藝優(yōu)化試驗(yàn)理論依據(jù):

由于堿液的加入量與利用效率直接影響到塔底氨的含量以及蒸氨效率,加堿量過(guò)小,會(huì)造成氨的脫除率不夠,從而導(dǎo)致蒸氨效率低;而加堿量過(guò)大則不僅造成堿液浪費(fèi),多余的冷態(tài)堿液需要蒸汽來(lái)加熱,還會(huì)消耗更多的蒸汽。同時(shí),過(guò)多的堿液使p H值增高,造成塔底氰離子的含量偏高。所以必須確定合適的加堿量與利用效率。

圖2　不同加堿量和加堿位置的塔內(nèi)揮發(fā)氨濃度分布圖

圖3　不同加堿量和加堿位置的塔內(nèi)氰離子濃度分布圖

圖2和圖3為化工模擬軟件對(duì)蒸氨系統(tǒng)模擬得到的不同加堿位置和同加堿量時(shí),塔底揮發(fā)氨以及塔底氰離子的分布圖。從圖2中曲線的變化趨勢(shì)看,加堿量在350kg/h后,揮發(fā)氨濃度的變化趨于平緩,幾乎呈直線,這表明加入過(guò)多的堿液,并不能提高蒸氨效率。而從圖3中可以看到,在加堿量為450kg/h 后,塔底氰離子濃度有小幅度上升的趨勢(shì),這是由于過(guò)高的p H值影響了氨水中NH4CN 和HCN的電離所致。由此可以確定比較合理的加堿量為350kg/h。

在蒸氨過(guò)程中,加堿的位置直接影響到同定銨鹽的分解和剩余氨水中氨以及氰化氫、氰離子的蒸餾。圖4為加堿位置為第17塊板,加堿量為350kg/h時(shí),氰離子的塔內(nèi)分布。在加料板之后,氰離子不再變化。呈現(xiàn)直線的趨勢(shì).原因是蒸氨塔在加入堿液后,液相中的固定銨鹽獲得了很好的分解。但是廢水中氰化銨和氰化氫很快會(huì)轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的氰化鈉,同時(shí)氨水p H值的升高也增加了氰化氫在液相中的電離。

圖4　蒸氨塔液相氰離子分布圖

3 改進(jìn)措施與效果

(1)為了延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間,將堿液加入位置提前,即將堿液加入剩余氨水槽中進(jìn)行預(yù)反應(yīng),待充分反應(yīng)后再用泵抽送至蒸氨塔進(jìn)行蒸餾。提高了堿液的利用率,可操作性強(qiáng),提高了廢水質(zhì)量。其工藝流程圖見(jiàn)圖5。

(2)首先對(duì)加堿方式進(jìn)行改造,使工藝更加合理,生產(chǎn)穩(wěn)定運(yùn)行。加堿方式的改造使得化學(xué)反應(yīng)速率的提高,是廢水質(zhì)量合格的關(guān)鍵。通過(guò)周密的安排,明確的分工,制訂了詳細(xì)的施工方案和進(jìn)度表,使得工程順利進(jìn)行。

圖5　加堿優(yōu)化后負(fù)壓蒸氨工藝

分別在蒸氨廢水泵出口管、剩余氨水上塔進(jìn)口管和供排水來(lái)剩余氨水管處取了三個(gè)對(duì)比樣,車間自己做化驗(yàn),及時(shí)準(zhǔn)確的得到第一手?jǐn)?shù)據(jù),指導(dǎo)生產(chǎn)操作。

(3)穩(wěn)定剩余氨水處理量。如果進(jìn)行標(biāo)定調(diào)試,首先要穩(wěn)定蒸氨剩余氨水處理量才能得到穩(wěn)定的參數(shù)和較為準(zhǔn)確的對(duì)比數(shù)據(jù)。處理量不同,對(duì)堿液的加入量和需要提供的熱量均不同,必須固定該參數(shù),其它數(shù)據(jù)才能相應(yīng)穩(wěn)定。因此,決定第一步先穩(wěn)定處理量在35t/h左右(與供排水最大送水量相同),再調(diào)節(jié)其它參數(shù)。

(4)保持剩余氨水槽液位穩(wěn)定。要保持剩余氨水槽液位穩(wěn)定,只有控制好剩余氨水槽在固定液位,加入堿量恒定以及上塔處理量穩(wěn)定后才能得到有對(duì)比性的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

(5)穩(wěn)定廢水PH值。在上塔處理量穩(wěn)定后,剩余氨水槽液位處于可控狀態(tài),也就具備了穩(wěn)定調(diào)節(jié)廢水PH值的條件。PH值高即說(shuō)明液相中OH-多,相應(yīng)地H+少,因此化學(xué)平衡向有利于生成CN-的方向移動(dòng),使得氰化物在蒸氨廢水中主要以NaCN等無(wú)機(jī)鹽的形式存在,增加了氰化物蒸出的難度。因此,調(diào)試過(guò)程中,保證剩余氨水處理量35t/h的前提下,先實(shí)驗(yàn)把PH值控制在9.2 ～9.5之間?？上葟目刂芇H值在9.5開(kāi)始,逐步調(diào)低加堿量,控制PH值緩慢向下,每次調(diào)節(jié)穩(wěn)定一個(gè)班次以上時(shí)間,觀察每次PH值調(diào)整后帶來(lái)的化驗(yàn)數(shù)據(jù)變化,尋找最佳的PH值控制點(diǎn)并做好記錄。

(6)穩(wěn)定蒸餾操作。如果前面措施仍然沒(méi)有效果,說(shuō)明蒸餾過(guò)程存在一定問(wèn)題,部分氰化物沒(méi)有蒸出;說(shuō)明蒸餾過(guò)程中塔底加熱量沒(méi)有跟上,氰化物、硫化物等仍殘留在廢水中。在上面幾條穩(wěn)定的情況下適當(dāng)提高蒸氨塔底溫度,逐步升高,尋找最佳的溫度控制點(diǎn)并做好記錄。

(7)針對(duì)前期化驗(yàn)過(guò)程中PH值控制高時(shí)或低時(shí)均出現(xiàn)氰化物合格的現(xiàn)象,為保證調(diào)試期間化驗(yàn)數(shù)據(jù)能夠跟上,有一定的對(duì)比性,車間自己做化驗(yàn),及時(shí)指導(dǎo)生產(chǎn)操作。蒸氨廢水指標(biāo)不僅保證了氨氮含量在300mg/l以下高標(biāo)準(zhǔn),而且基本能夠維持在200mg/l以內(nèi),氰化物控制在20mg/l以內(nèi)。

實(shí)踐證明,延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間能夠使堿液和剩余氨水充分反應(yīng),并達(dá)到了預(yù)期的效果。其廢水質(zhì)量控制效果見(jiàn)表3所示。

表3　負(fù)壓蒸氨加堿工藝優(yōu)化后的廢水質(zhì)量

4 結(jié)語(yǔ)

負(fù)壓蒸氨加堿工藝實(shí)施方便、操作性強(qiáng),是一種有效的降低蒸氨廢水氨氮的方法。對(duì)該工藝進(jìn)行優(yōu)化后,保證了廢水質(zhì)量,工序運(yùn)行更穩(wěn)定,使負(fù)壓蒸氨技術(shù)更加成熟,達(dá)到了降低能耗的目的。

信息

Improvement of the Negative Pressures Distillation Ammonia and Alkalization Process

HU Xin-liang
(Technology& Quality Department of Jigang,Jinan 250132,Shandong China)

Abstract:After the optimization of the negative pressures steaming ammonia and alkalization process,the waste water quality has been ensured and energy consumption has been reduced.

Key words:negative pressure;distillation ammonia;alkalization

作者簡(jiǎn)介:胡新亮,高級(jí)工程師,主要從事焦化工藝技術(shù)研究,全面質(zhì)量及ISO9001、ASME、API質(zhì)量體系管理的工作。

文章編號(hào):1001-5108(2016)01-0016-05

中圖分類號(hào):TQ520

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B