煤气化废水酚氨回收工艺流程的分析和改进

来源:用户上传      作者:

　　摘 要：在我国社会不断进步，经济迅猛发展的背景下，各项资源的需求也是越来越高，面对各项资源紧缺的情况下，我国现阶段对煤炭的利用不够合理，非常严重的影响了相关工作的落实。
　　关键词：煤气化废水;酚氨回收
　　1 对煤气化污水处理的综述
　　煤氣化污水处理过程中，通常分为三个级别的处理，分别为：一级处理、二级处理以及深度处理。一级处理主要是指有价物质的回收，二级处理主要是生化处理，而深度处理普遍应用的方法是臭氧化法和活性炭吸附法。一级处理包括沉淀、过滤、萃取、汽提等单元，以除去部分灰渣、油类等，属于液态产品分离工艺类别。一级处理中关键注重有价物质的回收，比如用溶剂萃取、汽提、吸附与离子交换等脱酚并实施回收。这不但规避了资源的流失浪费，并且对废水处理相当有利。煤气化废水经过萃取脱酚及蒸汽提a氨之后，废水中挥发酚与挥发氨分别可以除掉99.1%和98.2%以上，COD也可以除掉90%上下，产品类别分为粗酚、氨气、硫化氢与二氧化碳。二级处理关键是生化法，通常经二级处理之后，废水能够贴近排放要求，生化法关键包括有活性污泥法与生物过滤法等。
　　2 流程设计规定
　　以废水处理能力为100 t/h为基准，由于废水水样的污染负荷最高，因此将该水质用于下一步的设计，即废水中挥发酚的浓度为3834 mg/L，非挥发性酚为2665 mg/L，同样选择苯酚和邻苯二酚分别作为挥发酚和非挥发酚的代表。酚回收工艺流程由酚萃取装置，溶剂精馏塔和溶剂汽提塔组成，溶剂精馏塔和溶剂汽提塔构成。根据后续生物处理装置的需求，废水中总酚浓度不应超过400mg/L，而且要尽可能低。溶剂汽提塔处理后废水和溶剂精馏塔塔底粗酚中甲基戊烯酮的含量应分别低于5 mg/L和0.2%。回收后的萃取剂中的酚的含量保持在100mg/L以内。运用Aspen PlusTMV7.2优化过程的重要参数。在软件模拟过程中，各单元设备模块的选择：Sep：萃取塔，Rad Frac：溶剂精馏塔和汽提塔，Heater：加热器和TANK：溶剂储罐。由于体系的不理想性，选择UNIFAC模型来预测模拟中的物理特性。原有酚氨回收技术采取的是双塔模式，能耗相对较高，并且回收效率并未达到预期效果。新流程的改进是把双塔改成单塔侧线抽出，采取了单塔酸脱氨技术，即把脱氨前提到萃取前，并落实在一个塔内同时脱酸侧线出氨，从而为萃取脱酚营造良好的pH环境，以利于萃取的进一步实施。第一，单塔工艺能够有效地完成脱酸脱氨任务，相较于双塔工艺更节能。第二，在塔顶的酸性气中，氨含量能够获得高效掌控，规避了塔顶管线发生碳铵结晶的情况发生，同步塔釜液中酸性气体与氨的含量掌控效果良好，所以提高了氨的回收效率。第三，伴随着粗氨气进入到三级分凝体系，一些挥发酚也会随着三级分凝液循环会流入汽提塔内。
　　3 操作参数的确定
　　萃取性能根据实际的萃取串级实验数据确定，选择Sep模块用于萃取塔的模拟以确定萃余液的组成，具体如下：水0.978;甲基戊烯酮，0.021;苯酚38mg/L;邻苯二酚，48 mg/L。根据当前工业设备的运行数据，结合设备制造商提供的数据。溶剂精馏塔的操作压力设为常压，每层塔盘的压力降约为0.7 kPa。在相同的设计规定前提下，研究了不同操作条件对溶剂精馏塔能量消耗的影响，主要包含塔板数，进料部位和回流比等参数。一般来说，塔板数的增加会导致精馏塔所必须的热量的降低，但会导致设备成本的增加。而对于精馏塔，进料的塔板数是否处于最佳的地方与能量外加量具有直接关系。塔板数目和原料进入的塔板数与塔底再沸器热负荷的关系。当塔板数跨越38块时，所需热负荷减小的速率减慢。当进料位置为第5块塔板时，塔底换热器需要给予的热量是最少的。因此，溶剂精馏塔的最优塔板数和最佳进料位置分别设定为38，5。此时，精馏塔实现操作的回流比应设为0.046以符合设计规定。溶剂精馏塔的其他基本操作参数通过模拟确定，为了满足回收利用的要求，回收溶剂中的苯酚浓度降低到设定浓度。此外，粗酚在甲基戊烯酮中的浓度可以降到0.002左右。相当于，每处理1吨煤化工废水的粗酚中的溶剂损失量小于0.013kg。将萃余相输送到溶剂汽提塔以回收溶解在水相中的甲基戊烯酮。在满足塔底物流溶剂浓度为5 mg/L设计规定下，伴随塔的塔板数增加会帮助必要加热量的变小。当塔板总数大于12块时，热负荷减少趋势变得缓慢。进料位置为1时，再沸器需要供给的热量相比其他达最低值。因此，溶剂气提塔的最适宜塔板总数和进料的塔板数分别设定为12，1。溶解在萃余液中的溶剂几乎可以完全回收，回收溶剂的质量指标也可以满足回收利用的要求。
　　4 结语
　　煤气化产生的粗煤气经洗涤冷却后会出现许多的含酚、氨、二氧化碳、焦油、硫化氢、脂肪酸和粉尘颗粒的废水。这些废水中所含有的物质通常都有很高的回收价值。其间，氨回收通常用汽提法把废水中的氨脱除，再通过分级冷凝净化后生产氨水，关键应用在烟气氨法脱硫和脱销工艺中生产硫铵和硝铵化肥，不但能够回收利用氨气，且通过进一步处理后最终落实废水的循环利用，缩减了氨氮化合物排放给环境带来的污染，还能够减少企业环保重压，并获得一定的经济收益。
　　参考文献：
　　[1]王振宇，樊彩梅.煤气化废水酚氨回收装置中脱酸脱氨塔的操作优化[J].煤化工，2018，46（01）：51-55+76.
　　[2]杨富翔.煤气化废水酚氨回收装置的节能研究[D].青岛：青岛科技大学，2013.
转载注明来源:https://www.xzbu.com/1/view-14890844.htm