焦炉煤气磷酸脱氨工艺的完善与优化

彭光文

（柳州钢铁股份有限公司焦化厂，广西 柳州 545002）

柳钢焦化厂焦炉煤气脱氨目前有2种工艺，一种是饱和器法硫酸洗氨生产硫酸铵工艺，另一种则是弗萨姆（PHOSAM）法磷酸脱氨工艺，用磷酸脱除焦炉煤气中的氨，回收生成8%～10%的浓氨水作为烧结尾气脱硫的氨源。磷酸脱氨工艺自2010年投用以来取得了显著的效果，检修维护成本大大降低，生产环境得到改善，对节能减排更是具有重要意义。但是受前端工艺的影响，煤气中的杂质及油类易进入循环溶液，氨水生产系统存在易堵塞，抗冲击力差的缺点。只要解决了这一问题，该工艺将有望完全取代本厂的硫酸洗氨工艺，为柳钢的节能环保做出重大贡献。

1 工艺原理及流程简介

工艺原理：磷酸吸收法吸收煤气中的氨，其原理是利用磷酸中的氢原子，在水溶液中可被氨离子逐步取代，形成磷酸铵溶液即NH4H2PO4和(NH4)2HPO4的混合水溶液，利用磷酸二氢铵和磷酸氢二铵之间的转化，通过低温吸收高温解吸，实现煤气中氨的吸收和回收。其反应式为：

工艺流程（图1）：焦炉煤气从吸氨塔下段进入，与循环喷洒的磷酸铵溶液逆流接触，煤气中的氨在上、中、下三段喷洒中被吸收，除氨后的煤气从吸氨塔顶排至下道工序。吸氨塔底部分富液（吸氨后的磷酸铵溶液）通过富液外送泵送至解吸区解吸再生，解吸后的贫液冷却后返回吸氨塔循环。

送至解吸区的富液先经过射流气浮除油器除去富液中的焦油和萘等杂质，干净的富液自流至溶液槽，而夹带焦油、萘泡沫的富液自流至焦油槽通过回送泵送回到除油器继续净化，其中焦油和萘等杂质被人工清除并回送配煤炼焦。溶液槽内净化后的富液送入贫富液换热器，与解吸塔塔底来的贫液（解吸后的磷酸铵溶液）进行热交换，富液被加热到沸腾状态进入分离器，其中少量的酸性气体在此被蒸出回送至吸氨塔。?

图1 柳钢焦化厂焦炉煤气磷酸脱氨工艺流程简图

解吸塔给料泵将分离器内富液送至解吸塔冷凝却器上段与从解吸塔塔顶溢出的氨蒸气进行热交换，富液被再一次加热后进入解吸塔蒸馏，与来自解吸塔底的1.6MPa中压蒸汽逆流接触，氨从富液中解吸出来，塔底贫液先后经过贫富液换热器、贫液冷却器冷却，返回吸氨塔中上段循环使用。

从解吸塔塔顶出来的氨蒸气，在解吸塔冷凝冷却器上段被部分冷凝，随后在下段被冷却水全部冷凝成氨水自流至给料槽，再经氨水冷却器冷却后外送至烧结厂氨水储槽进入下一工序的生产。

2 存在问题及分析改进

2.1 系统堵塞

磷酸脱氨工艺主要分为吸收和解吸两部分，其中解吸主要是对富液进行蒸馏再生同时得到产品氨水，投产两年多解吸生产一直存在管线及换热器堵塞频率高的问题，并由此衍生出了高额的换热器清洗费用。

相比之下，工艺相近的宝钢焦化无水氨系统却很少有堵塞的情况，基本一年才出现一次换热器堵塞。究其原因，我厂的循环溶液杂质较多，焦油槽内浮油及重质的渣含量高。宝化前端煤气工艺与我厂有所不同，初冷器采用的是直冷式，煤气中很多杂质在直接冷却过程中被洗掉。另外吸氨前设有脱硫系统，煤气再次被净化，随煤气进入溶液的杂质量就大大减少了。

前端的煤气净化工艺改造难度较大，为解决系统堵塞的问题，我们从溶液本身的净化着手，重点抓好除油器的调节和人工捞渣工作，对易堵点进行改造完善。解吸塔塔底出口贫液管原设计在底部，并设置了防涡流的十字型结构，这样反而加剧了底部渣的积聚，堵塞管道，导致多次停蒸馏检修。经过实践，将贫液管改为插入式，延缓了渣积聚堵塞的速度，通过定期的换塔清扫，有效减少了因塔底贫液管堵造成的停产检修（塔底贫液管改造前后对比简图见图 2）。

图2 解吸塔底部贫液出口管改造简图

含油量较大的富液进入解吸塔高温蒸馏后，其中的油类杂质遇高温结焦硬化，随溶液经过贫富液换热器冷却时，易在换热管内积聚堵塞。贫富液换热器原设计为U形管式换热器卧式安装，封头用隔板隔成三室，贫液冷却过程经过三室四程，相当于要经过两道U型弯道，由于存在U形且温差较大，弯管处易堵难清。平均每月清洗换热器12台，既影响系统的生产稳定，也带来了高额的清洗成本。为解决这一问题，根据生产的实际情况重新选型，将换热器内列管改为直管，并做立式安装，富液路内设折流板，贫液侧封头仍用隔板隔成三室，换热效果好，取消了U型弯道，大大减小了堵塞的几率，降低了清洗成本（换热器结构对比见图3）。另外在溶液槽内部加设隔板，使除油器净化后的溶液入口管与升压泵进口管分处于两个室，并定期对槽底积渣进行清理，减少因溶液搅动或积渣过厚造成槽底重质杂质进入贫富液换热器的机会。

图3 贫富液换热器结构对比图

2.2 操作不稳定产量低

中压蒸汽是解吸蒸馏部分的主要能源消耗，供汽压力、温度的稳定性直接决定了解吸蒸馏的效果和生产的稳定。中压蒸汽压力波动较大时容易造成解吸系统堵塔和液泛，仅2012年7月就因蒸汽压力问题影响解吸生产2次。为解决这一问题，一方面加强与供汽干熄焦岗位的协调联系，减少蒸汽温度和压力的波动；另一方面增加一个供汽点，由两个干熄焦岗位同时供汽，当某个系统异常时，另外一个可以确保蒸汽压力稳定，减少解吸系统停产的机率。

系统负荷加大后出现了多次解吸塔液泛，分析主要是溶液含油量大，在解吸塔内起泡液泛，加消泡剂只能减轻，不能从根本上避免。还得从源头的除油抓起，加强除油器的调节，定期对各槽进行清渣。另外岗位职工操作水平参差不齐，对液泛的判断与处理能力不足，初期未能及时采取措施，造成事故扩大影响各系统生产。通过总结分析几次液泛时的参数变化，制定解吸塔液泛的判断标准与预防措施，对职工进行培训指导，取得较好效果，大大降低了液泛的次数。

系统自2010年建成以来，受烧结用氨水需求量影响，一直处于低负荷状态生产。随着烧结新脱硫生产线的投用及高硫矿的使用，氨水耗量大大增加，生产的氨水已不能满足烧结厂烟气脱硫用量需求。系统原设计将剩余氨水蒸馏的氨气直接引入吸氨塔，因温度较高造成系统水平衡失衡，且杂质含量较大加剧了系统的堵塞而停用。蒸氨氨气中油和酚的含量远大于解吸蒸馏氨水中的含量（见表1对比数据），这部分物质进入到烧结脱硫系统中，不仅影响生产，还导致废物转移更加难以处理。如果能有效解决这一问题，将这部分氨源转化为氨水，产量可提高30%以上。通过分析考察，对蒸氨氨气的走向进行改造，引入到鼓风机前负压段的洗萘塔下段，在这里氨气跟煤气混合再进入到后续的吸氨塔，提高了煤气中氨的含量，最终增加了氨水产量。同时经过洗萘和电捕的除油除萘操作，杂质含量大大降低。本厂洗萘工艺为氨水洗萘，蒸氨氨气引入的酚大部分进入到洗萘循环氨水中，最终送到废水处理系统，既保证了氨水质量，又避免了废物的转移。

表1 蒸氨氨气冷凝氨水与解吸氨水参数对比

3 效果分析

通过一系列的改进，整个系统运行情况得到大大改善，停产检修次数由原来的平均每月2～3次减少到现在的基本一个季度1次。

解吸塔堵塔的情况再也没有出现，换热器清洗频率也逐步降低，由6月堵塞18台减少到10月的1台，特别是新选型的立式换热器投用2个月以来还未出现过堵塞的情况，月节省清洗成本约2万元。

自从2012年8月对蒸氨氨气走向进行改造后，氨水产量大幅提高，9月、10月产量均在11 m3·h-1以上，提高了70%，完全满足烧结脱硫用量需求。

表2 工艺优化前后效果对比

4 结语

（1）柳钢焦炉煤气磷酸脱氨工艺经过一系列的完善与优化后，堵塞问题得到了有效解决，运行稳定，对烧结烟气脱硫具有重要的促进作用。

（2）焦炉煤气磷酸脱氨生产氨水工艺比饱和器硫酸铵工艺更节能环保，特别是与烧结烟气脱硫为配套工程，在烧结厂用氨水需求足够的情况下，本厂的饱和器硫酸铵工艺已可以完全淘汰。