鲁奇炉煤气化高氨氮废水处理探讨

山西潞安煤基合成油有限公司 山西 长治 046100

1 引言

在鲁奇炉煤气化工艺生产过程中,原煤经过粉碎研磨之后与水混合形成水煤浆,水煤浆在气化炉内高温、高压环境下与氧气发生化学反应,生成的粗煤气,进入后续的洗涤工段,经后续处理工艺最终形成产品。在此过程中液相组分一部分进入灰水工段,另一部分高氨氮废水则进入制浆系统中。对于该部分高含氨氮的废水处理,是煤气化工艺后续处理工艺中的重点组成部分。

2 高氨氮废水处理工艺分析

统计典型的鲁奇炉煤气化高氨氮废水的特性,原始氨水浓度大约在1.5%～2%范围内,硫化铵含量约在5%,碳酸铵含量约在20%,COD控制在3700～4000mg/L范围内。

2.1 汽提脱酸+双效节能汽提脱氨工艺 针对鲁奇炉煤气化过程中产生的高氨氮废水,部分企业提出使用“汽提脱酸+双效节能汽提脱氨工艺”。此工艺流程不仅可以有效去除高氨氮废水中的硫化氢氨氮和二氧化碳,同时可以有效回收其中的氨气,理论上可得到浓度为15～20%的浓氨水,有利于资源的循环利用。在汽提脱酸工段,可实现二氧化碳和硫化氢等气体的回收,处理后的废水进入生化处理工作。

在实际工程中,多采用单塔加压汽提工艺进行汽提脱酸,高浓度的酸性气体聚集在塔顶部,主要包括二氧化碳和硫化氢,脱酸废水集中于塔底部,经泵送进入双效节能汽提脱氨系统。

(1)汽提脱酸工艺流程。进入汽提脱酸工艺的氨氮废水主要包括两部分,一部分进入汽提脱酸塔,在顶部进行喷淋,反应过程温度控制在30～50℃。另一部分酸性氨氮废水,首先在脱酸塔进行预热,此过程通常与脱氨废水换热升温,其后进行二次预热,直至温度满足反应要求时,进入汽提脱酸塔中部,并与上升蒸汽逆流接触,完成脱酸处理。具体操作参数如下,控制脱酸塔操作压力在0.5MPa,温度控制在155℃,加热蒸汽压控制在1MPa。可借助于废水热量回收系统,回收脱酸废水的部分热能用于汽提脱酸塔内,控制脱酸废水处理后,硫化氢含量小于100mg/L。最后,二氧化碳和硫化氢等酸性气体可借助于塔顶部的冷凝器实现液相回流。

(2)双效节能汽提脱氨系统。在双效节能汽提脱氨系统中,一部分脱酸废水进入汽提脱氨塔中,控制压力在0.5MPa。使用再沸器对完成汽提脱氨塔内上升蒸汽的产生,控制加热蒸汽压在1.0 MPa,此时塔釜内产生的脱氨废水含氨量控制在15mg/L,温度控制在195℃,满足条件的脱氨废水进入塔釜内闪蒸。含氮蒸汽从汽提脱氨塔塔顶泵出后仍具有较高的温度,其中的热能可用作汽提脱氨塔II的热能,在含氮蒸汽作为加热蒸汽参与汽提脱氨塔II处理过程中,最终可得到浓度在50%-60%左右的氨气,这部分氨气可在后续精馏段中继续精馏。

另一部分脱酸废水直接进入II号汽提脱氨塔内,此过程可借助于I号塔顶产生的冷凝热和II号再沸器完成蒸汽的汽提,此过程需精确控制压力,建议在0.05MPa。在汽提脱氨塔II号塔釜内应控制氨含量在15mg/L以下。最后,两个汽提脱氨中的脱氨废水可合并进入脱酸塔的预热器回收多余热量,节省能源。另一方面,在回收热量的过程中,还可对进入提脱氨塔2号塔顶冷凝器的氨气和蒸汽进行冷凝蒸馏,回收90%的氨气。回收的氨气进入氨气吸收塔,可得到浓度在10%～15%的氨水。

要求完成上述处理工艺后,废水中氨气含量应低于15mg/L,硫化物主要是硫化氢的含量,应控制在100mg/L以内。多余的氨气主要通过浓氨水的形式回收,浓度在10～15%的浓氨水,可供其他企业作为化工原料。除此之外,废水中残余的二氧化碳和部分硫化氢混合气体可借助于其他工艺进一步回收。

2.2 氨吹脱+多元金属催化+鸟粪石处理 使用氨吹脱+多元金属催化+鸟粪石处理处理高氨氮废水。

需处理的废水首先进入吹脱工艺段,然后进入多元催化工段,在此工段中需加入多种药剂提升催化效率,此后进入鸟粪石沉淀工段,最后进行生化处理。具体分析如下。

(1)氨吹脱。在氨吹脱工艺过程中,通过控制温度和压力,并在废水中通入空气,促使废水中的氨氮游离解析。此过程的基本原理分析如下:氨吹脱工艺主要依据传质速度理论和气液相平衡理论,在一定的温度和压力条件下,气相和液相会达到平衡状态,此时气相中的分压正比于该气体在液相中的浓度。常使用吹脱池和吹脱塔两种常见的吹脱装置。影响吹脱工艺的因素包括,油类物质含量,表面活性剂,气液比,酸碱度和温度等。该种工艺在处理过程中,主要优势体现在结构简单,技术成熟,具有较高的氨氮去除效率;缺点在于能耗需求高,二次污染较为严重。

(2)鸟粪石沉淀。高氨氮废水是引起水体富营养化的主要因素之一,统计我国现阶段受污染的水体,氨氮是主要的污染因素。在鸟粪石沉淀工段,主要借助于沉淀的形式,去除高氨氮废水中的氨氮,优势在于反应速度快,操作较为简单,同时能够对废水中的氨氮进行回收,提升经济效益。

氨吹脱+多元金属催化+鸟粪石处理组合工艺不仅能够有效去除高氨氮废水中的COD和氨氮,同时能够通过氨氮回收,达到资源循环利用和变废为宝的目的,大大降低了高氨氮废水的处理成本,体现出循环经济和绿色发展的内在要求。

3 结语

通过上文的分析,可以看到有效的处理鲁奇炉煤气化的高氨氮废水,体现了生态环保的内在要求。本文中探讨的“汽提脱酸+双效节能汽提脱氨工艺”和“氨吹脱+多元金属催化+鸟粪石处理”两项高氨氮废水处理工艺,表现出较高的氨氮去除能力,同时技术原理较为简洁,工艺流程较为成熟。尤其是后一种工艺处理,可实现资源的回收利用,降低处理成本。