負壓蒸氨加堿工藝改造

胡新亮

(濟鋼科技質量部,山東濟南250132)

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負壓蒸氨加堿工藝改造

胡新亮

(濟鋼科技質量部,山東濟南250132)

摘 要:對負壓蒸氨加堿工藝進行優化后,保證了廢水質量,減少了能耗。

關鍵詞:負壓;蒸氨;加堿

1 引言

目前,國內負壓蒸餾技術飛速發展,尤其是在石化行業,利用塔內維持負壓來降低組分的相對揮發份,從而大幅降低蒸餾沸騰溫度,減少能耗。

為了進一步適應節能減排、綠色化工的要求,借鑒石油化工負壓蒸餾的經驗,2011 年8月,濟鋼建成投用負壓蒸氨工藝,節能降耗明顯。

然而,負壓蒸氨在運行中,由于降低了蒸餾溫度,影響了蒸餾時的反應速率,加入堿液蒸餾時,反應速率降低,廢水質量較難穩定控制。

2 工藝流程及原因分析

2.1 負壓蒸氨工藝

蒸氨工藝是針對處理焦化剩余氨水的蒸餾工藝,廢水經過蒸氨工段處理后,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(見表1)。

濟鋼化工廠的負壓蒸氨工藝主要流程如下:

負壓蒸氨整個蒸氨系統為密封系統,在常壓蒸氨的基礎上增加一臺真空泵等設備,將系統內不凝氣抽出,同時維持系統在較高的真空度下運行。

表1　剩余氨水蒸餾過程的原料及其組成

負壓蒸氨時,進塔剩余氨水溫度只有60℃,而塔底溫度為80℃～85℃,相對于常壓蒸氨,溫度降低,而化學反應需要一定的熱量和時間,在此相對較低溫度下進行蒸餾,也沒有給剩余氨水和堿液延長混合反應的時間,導致廢水質量不合格。

圖1　負壓蒸氨工藝圖

為了保證蒸氨廢水質量,開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入換熱器升溫后入塔進行蒸餾,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 產品質量

負壓蒸氨工藝采用常壓蒸氨加堿工藝,其運行時廢水質量控制效果見表2所示。

表2　負壓蒸氨廢水質量

從表中可以看出,負壓蒸氨工藝中,使用常壓蒸氨工藝的加堿方法,無法滿足廢水控制要求,需要進一步優化。

2.3 原因分析

經過一段時間改變操作、化驗數據分析及查閱相關資料,查找負壓蒸氨工藝加堿時廢水質量控制效果不好的影響因素。

為了保證廢水質量合格,必須使堿液和剩余氨水充分反應,有兩種方法:一是提高反應溫度,二是增加反應時間。出于節能考慮,采取增加反應時間的方法。

工藝優化試驗理論依據:

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,加堿量過小,會造成氨的脫除率不夠,從而導致蒸氨效率低;而加堿量過大則不僅造成堿液浪費,多余的冷態堿液需要蒸汽來加熱,還會消耗更多的蒸汽。同時,過多的堿液使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揮發氨濃度分布圖

圖3　不同加堿量和加堿位置的塔內氰離子濃度分布圖

圖2和圖3為化工模擬軟件對蒸氨系統模擬得到的不同加堿位置和同加堿量時,塔底揮發氨以及塔底氰離子的分布圖。從圖2中曲線的變化趨勢看,加堿量在350kg/h后,揮發氨濃度的變化趨于平緩,幾乎呈直線,這表明加入過多的堿液,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,這是由于過高的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,氰離子的塔內分布。在加料板之后,氰離子不再變化。呈現直線的趨勢.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轉化為穩定的氰化鈉,同時氨水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 改進措施與效果

(1)為了延長反應時間,將堿液加入位置提前,即將堿液加入剩余氨水槽中進行預反應,待充分反應后再用泵抽送至蒸氨塔進行蒸餾。提高了堿液的利用率,可操作性強,提高了廢水質量。其工藝流程圖見圖5。

(2)首先對加堿方式進行改造,使工藝更加合理,生產穩定運行。加堿方式的改造使得化學反應速率的提高,是廢水質量合格的關鍵。通過周密的安排,明確的分工,制訂了詳細的施工方案和進度表,使得工程順利進行。

圖5　加堿優化后負壓蒸氨工藝

分別在蒸氨廢水泵出口管、剩余氨水上塔進口管和供排水來剩余氨水管處取了三個對比樣,車間自己做化驗,及時準確的得到第一手數據,指導生產操作。

(3)穩定剩余氨水處理量。如果進行標定調試,首先要穩定蒸氨剩余氨水處理量才能得到穩定的參數和較為準確的對比數據。處理量不同,對堿液的加入量和需要提供的熱量均不同,必須固定該參數,其它數據才能相應穩定。因此,決定第一步先穩定處理量在35t/h左右(與供排水最大送水量相同),再調節其它參數。

(4)保持剩余氨水槽液位穩定。要保持剩余氨水槽液位穩定,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定后才能得到有對比性的實驗數據。

(5)穩定廢水PH值。在上塔處理量穩定后,剩余氨水槽液位處于可控狀態,也就具備了穩定調節廢水PH值的條件。PH值高即說明液相中OH-多,相應地H+少,因此化學平衡向有利于生成CN-的方向移動,使得氰化物在蒸氨廢水中主要以NaCN等無機鹽的形式存在,增加了氰化物蒸出的難度。因此,調試過程中,保證剩余氨水處理量35t/h的前提下,先實驗把PH值控制在9.2 ～9.5之間?？上葟目刂芇H值在9.5開始,逐步調低加堿量,控制PH值緩慢向下,每次調節穩定一個班次以上時間,觀察每次PH值調整后帶來的化驗數據變化,尋找最佳的PH值控制點并做好記錄。

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

(7)針對前期化驗過程中PH值控制高時或低時均出現氰化物合格的現象,為保證調試期間化驗數據能夠跟上,有一定的對比性,車間自己做化驗,及時指導生產操作。蒸氨廢水指標不僅保證了氨氮含量在300mg/l以下高標準,而且基本能夠維持在200mg/l以內,氰化物控制在20mg/l以內。

實踐證明,延長反應時間能夠使堿液和剩余氨水充分反應,并達到了預期的效果。其廢水質量控制效果見表3所示。

表3　負壓蒸氨加堿工藝優化后的廢水質量

4 結語

負壓蒸氨加堿工藝實施方便、操作性強,是一種有效的降低蒸氨廢水氨氮的方法。對該工藝進行優化后,保證了廢水質量,工序運行更穩定,使負壓蒸氨技術更加成熟,達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

作者簡介:胡新亮,高級工程師,主要從事焦化工藝技術研究,全面質量及ISO9001、ASME、API質量體系管理的工作。

文章編號:1001-5108(2016)01-0016-05

中圖分類號:TQ520

文獻標識碼:B