发布时间 : 星期二 文章煤气吹脱解析法处理一百万吨焦化厂剩余氨水工艺设计更新完毕开始阅读99782c0952ea551810a68768
武汉科技大学本科毕业设计
前 言
最近几年，科技日新月异，经济迅速发展，特别是我国，基础建设规模日益庞大，钢铁用量则空前增长，用于炼钢炼铁原料的焦碳自然用量剧增。随之而来的是一系列环境问题，如温室效应、光化学烟雾、江河湖水污染变臭、噪音污染等问题正威胁着人类和社会的健康发展。因此，优化工厂生产工艺流程，减少污染物排放量，积极治理环境污染已经是刻不容缓。
在这些环境污染中，水污染是一个重要的因素。而含氮废水的量一般较大，而且含氮废水中的氮容易造成水体富营养化，导致水质恶化，大量水生生物死亡。
焦化废水的来源主要有3部分：煤干馏煤气冷却过程中产生的剩余氨水；煤气净化过程中产生的煤气终冷水及粗苯分离水；焦油、粗苯等精制过程中产生的污水。其中剩余氨水的污染量占总污染量的一半以上，它既是焦化污水的主要来源，同时又是冶金钢铁行业含氨氮较高的污染源。剩余氨水中主要含有煤焦油、酚、氰化物、挥发氨和固定氨、硫化氢以及少量的含锗化合物，在排放到自然界之前，这些物质都必须进行回收处理，以免造成环境污染。焦化厂废水中的氨和铵盐，对金属设备和管道有腐蚀作用，并影响生物脱酚的正常操作，直接排放又严重污染环境。如何寻找一条脱除氨氮，并配合切实可行的生化方法，是各企业急于探求的目标。
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1 总论
1.1 概述
国内焦化厂中，为脱除剩余氨水中的氨，一般都采用传统的直接蒸汽汽提法蒸氨，蒸氨废水经生化处理后循环使用或外排。但是此法存在蒸汽耗量大，设备腐蚀严重和操作费用高等问题。许多焦化厂也都建有蒸氨装置，但由于存在蒸汽不足，设备腐蚀和堵塞等问题而长期未开工。剩余氨水不经任何处理，直接送生化装置处理后外排。致使生化装置因进水的污染物含量高，而难以达到理想的处理效果，造成外排水多项指标长年超标排放。
焦化废水的来源主要有3部分：煤干馏煤气冷却过程中产生的剩余氨水；煤气净化过程中产生的煤气终冷水及粗苯分离水；焦油、粗苯等精制过程中产生的污水。其中剩余氨水的污染量占总污染量的一半以上，它既是焦化污水的主要来源，同时又是冶金钢铁行业含氨氮较高的污染源。废水中氨氮的处理技术一直是各国学者研究的热门课题。脱氨方法有很多，目前在工业上应用的主要有蒸氨法、吹脱法、生物脱氮法、折点加氯法、离子交换法、烟道气治理法等等。生物脱氮法适用于处理含有机物的低氨氮浓度废水，该法技术可靠，处理效果好，主要应用于化工废水和生活污水的处理。对于高浓度无机氨氮废水，如化肥废水、催化剂废水，目前工业应用较多采用吹脱法。国内焦化厂为脱除剩余氨水中的氨氮，一般均采用蒸氨法。
考虑到本设计在技术和经济上的合理性，有必要进行设计之前的技术资料准备工作，以蒸氨工艺为参考，考虑预处理后的生化处理的联运，从工艺，设备及相关资料普查入手，经计算整理，设计一条利用煤气吹脱解析法处理100万吨焦化厂剩余氨水的工艺道路。由中试“煤气吹脱解析法处理剩余氨水”的试验结果可知，吹脱法处理的剩余氨水明显减轻了生化处理装置的负担，生化出水的水质也得到了明显的改善，外排水水质全部达标。而且大大降低了蒸汽耗量，降低工艺生产费用。
1.2 剩余氨水的来源，特点及质量组成
在焦炉煤气初冷过程中形成了大量氨水，其中大部分用做循环氨水喷洒冷却集气管的煤气，多余部分称剩余氨水。剩余氨水组成与焦炉操作制度、煤气初冷方式、初冷后煤气温度和初冷冷凝液的分离方法有关。其一般组成范围见表1.1 。
表1.1剩余氨水组成表
组 成, 克/升
[1]
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初冷工艺
初冷后煤气温度℃
全氨
挥发氨
CO2
H2S
HCN
酚
吡啶
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煤气的初冷 初冷冷凝液单独
分离 初冷冷凝液与集气管循环氨水混
合分离 硫铵流程 氨水流程 煤气直接初冷 初冷循环氨水与洗氨氨水混合分
离
30~40
7~9
6~8
2~4
1~3
0.1~0.2
1~2 0.2~0.4
30~40 20~25
2~5
1~2 2~3
1~2 1.5~3
0.2~2 0.5~2.5
0.04~0.14 0.1~0.2
25~30 4~6 0.4~1.4 0.1~0.24
1.3 车间规模组成及主要装备水平
本工艺适用于硫铵车间，用来取代蒸氨工艺，装备水平为100万吨焦化厂硫铵工段装备水平。
1.4 节能技术与环保
煤气吹脱解析法脱氨氮比蒸氨法脱氨成本要低，蒸氨法的直接气耗量为160～200公斤/米3原料氨水，按市场平均价格算，每吨蒸气的价格约为90元人民币，也就是说每处理一吨氨水，光消耗蒸汽就要花费18元。按60万吨焦化厂计，仅耗蒸汽约300万元。采用煤气吹脱法，通入的是焦化厂本身就产生的焦炉煤气，利用焦炉煤气本身的热量和余压对剩余氨水进行吹脱。节约了能源，保护了环境，降低了成本。
另外，蒸氨法工艺流程较复杂，设备较大。而煤气吹脱解吸法工艺流程简单，与整个水处理工艺能联运循环。
总之，煤气吹脱法比蒸氨法成本明显要低，工艺要更为合理优化。
1.5 主要技术方案综述
1.5.1 主要技术的叙述 [8]
当废水中含有可挥发性物质(如硫化氢、氨气等)时，可以用向废水中通入蒸汽的方法将之提取出来，这就是“吹脱”，带出来的挥发性物质可以通过适当的方法加以回收利用。
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氨氮的去除率是指通过处理，从废水中除掉的氨氮的量占原废水中氨氮总量的百分比。
废水中的氨氮多数是以铵离子(NH4+) 和游离氨(NH3) 的状态存在，并且它们之间存在如下的平衡关系：
???NH3?H2O?????NH4??OH NH3?H2O????显然，游离氨的浓度与废水的pH 值有关系,pH 值越高，游离氨的浓度越高。常温时，当PH值为7左右时氨氮大多数以铵离子状态存在，而PH为11左右时，游离氨大致占90％。
当水的PH值升高，呈游离状态的氨易于逸出。若加以搅拌，曝气等物理作用更可促使氨从水中溢出。在实际工程中，大多采用吹脱塔。吹脱塔的构造一般采用气液接触装置，通常以石灰作为碱剂处理，经石灰调节PH值后的水从塔的上部淋撒到填料上而形成水滴，而下部的煤气鼓泡而出与水逆流接触，完成传质过程，使氨由液相转变为气相，随煤气而出，完成吹脱过程。
吹脱是一种对流传质过程，根据有效膜理论，其推动力是溶质组分的液相浓度与气相浓度差，根据资料，常温下氨水系统的平衡方程式为：
Y＝1.2X （1.1）式中：Y――氨在空气中的摩尔分率； X――氨在水中的摩尔分率
由上式可以计算出，当氨氮去除率达到95％时的最小气液比为0.79，即气液比为980：1，由于氨吹脱属气相阻力控制，因此通常情况其实际生产过程的气液比可能还要大。
1.5.2 吹脱工艺流程，设备及其特点
本工艺流程大致为：于剩余氨水中投入碳酸钠，调节耗PH值后流经漩流式反应器，经反应后进入吹脱塔与煤气进行逆流接触，脱氨后用鼓风机抽至硫氨工段。
本工艺流程中煤气的走向大体上可以说是一个循环的过程，即利用硫氨工段后的贫氨煤气对剩余氨水进行吹脱，吹脱后的富氨煤气再送到硫氨工段脱氨，从而达到对剩余氨水的处理效果。采用的都是一些较新型的设备，如陶瓷膜过滤器，漩流式反应器，吹脱塔等。而且与传统直接蒸汽蒸氨法相比．具有运行成本低、工艺简单、便于操作等优点。
吹脱塔的形式有填料塔，筛板塔等。废水自塔顶喷下，煤气自塔底通入，在塔内废水与煤气进行逆流接触，废水吹脱后从塔底经水封管排出，自塔顶排出的气体进入到下一工段。单位时间吹脱的气体量，正比于气液两相的浓度差（或分压差）和两相的接触面积。
即 G＝K·A·△C （1.2）
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