焦化廠蒸氨制濃氨水工藝改進(jìn)與優(yōu)化

焦慶亮，王密軍，馬純迎，許 明

（山東鋼鐵集團(tuán)日照有限公司，山東 日照 276800）

1 前 言

焦化廠蒸氨單元負(fù)責(zé)焦?fàn)t剩余氨水的處理，生產(chǎn)的合格蒸氨廢水供給酚氰廢水站，生產(chǎn)的氨汽供給下游崗位使用或冷凝為濃氨水直接外售。山鋼集團(tuán)日照公司焦?fàn)t煤氣凈化回收系統(tǒng)于2017年11月投產(chǎn)，煤氣凈化區(qū)域采用初冷→電捕→鼓風(fēng)機(jī)→中冷洗萘→磷酸洗氨→終冷脫苯→真空碳酸鉀脫硫工藝流程；剩余氨水處理區(qū)域配備2臺(tái)蒸氨塔，1開1 備，單臺(tái)設(shè)計(jì)處理量140 m3/h，采用管式爐加熱，生產(chǎn)14%～16%的濃氨水外售。開工以來，蒸氨濃氨水因質(zhì)量問題造成產(chǎn)品外售困難，影響到整個(gè)煤氣凈化回收系統(tǒng)的正常生產(chǎn)。因此，對(duì)蒸氨工序存在的問題進(jìn)行分析，并采取了解決方案。

2 蒸氨工序運(yùn)行中存在問題及分析

2.1 運(yùn)行中存在的問題

（1）濃氨水腐蝕性強(qiáng)，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備腐蝕嚴(yán)重。蒸氨產(chǎn)濃氨水腐蝕性強(qiáng)，塔頂分縮器（鈦材）后管道、儀表口、冷凝冷卻器、濃氨水槽、輸送泵、濃氨水外售槽（不銹鋼304材質(zhì)）均出現(xiàn)不同程度漏點(diǎn)，使用測(cè)厚儀檢測(cè)分縮器后管道最薄處由6 mm 減小為3.5 mm，濃氨水槽最薄處由8 mm減小為2.6 mm，檢查設(shè)備腐蝕表面呈坑點(diǎn)狀。2020 年先后對(duì)濃氨水槽和部分濃氨水管線進(jìn)行檢修和材質(zhì)升級(jí)更換，濃氨水槽采用內(nèi)層為鈦材罐槽，濃氨水輸送管線采用內(nèi)防腐技術(shù)措施，較好的維持生產(chǎn)運(yùn)行。隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，蒸氨濃氨水區(qū)域大面積出現(xiàn)滲漏，設(shè)備維修和更換頻繁，運(yùn)行成本逐年增高。

（2）濃氨水含雜質(zhì)多，易黏附阻塞管道。取蒸氨產(chǎn)濃氨水靜置，顏色呈現(xiàn)乳白色，不透明，為乳濁液狀態(tài)。檢查濃氨水外售槽，雜質(zhì)附著在槽體內(nèi)表面，呈層狀分布，排列松軟，厚度達(dá)30 mm 以上，槽底有黏稠狀不溶物。蒸氨濃氨水在運(yùn)輸、使用過程中容易出現(xiàn)沉積及堵塞現(xiàn)象，造成卸車?yán)щy。

（3）蒸氨廢水指標(biāo)波動(dòng)范圍大，堿耗偏高。蒸氨廢水pH 值控制在8～11，氨氮控制在40～200 mg/L。蒸氨廢水pH 值采用兩種方式檢測(cè)，化驗(yàn)室每8 h取樣化驗(yàn)1次，現(xiàn)場(chǎng)每小時(shí)使用廣泛pH試紙檢測(cè)1 次。對(duì)比偏差大，造成加堿量調(diào)節(jié)頻繁，導(dǎo)致指標(biāo)控制不穩(wěn)定，噸水耗堿量在13.7 kg以上。

2.2 原因分析

通過查閱資料和現(xiàn)場(chǎng)模擬試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)造成濃氨水對(duì)設(shè)備管道腐蝕的主要原因是氨分子容易與金屬離子形成配離子[1］，如[Cr（NH3）6］3+、[Ni（NH3）6］2+、[Mn（NH3）6］2+等，這些配離子與氨水中含有的酸性物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，加快了設(shè)備表面的化學(xué)效應(yīng)，在有氧的環(huán)境下形成電化學(xué)腐蝕，故含Cr、Ni、Mn 的不銹鋼在氨水中腐蝕加劇。取樣化驗(yàn)氨水回收系統(tǒng)設(shè)備腐蝕產(chǎn)物主要為FeS和Fe4[Fe（CN）6］3，分析主要受濃氨水中S2-和CN-的作用而發(fā)生腐蝕[2］。

對(duì)濃氨水槽內(nèi)附著物取樣進(jìn)行檢測(cè)，該物質(zhì)呈片層狀，熔點(diǎn)高易升華，不溶于水，確定其主要成分為萘雜質(zhì)。使用氣相色譜法檢測(cè)濃氨水中萘含量[3］，均值為5 759 mg/L，萘含量高。對(duì)蒸氨工藝流程進(jìn)行分析，從焦油氨水分離槽中分離出的剩余氨水依次通過氣浮除油機(jī)、陶瓷膜過濾器進(jìn)行除油凈化。通過管式爐中加熱至120 ℃以上送入蒸氨塔進(jìn)行蒸餾。剩余氨水含油過高，在蒸餾過程中輕質(zhì)組分隨氨氣進(jìn)入濃氨水，造成產(chǎn)品含萘增加。對(duì)剩余氨水含油進(jìn)行檢測(cè)，含油量182 mg/L，陶瓷膜過濾器前后壓差0.07 MPa，除油效率降低。

通過現(xiàn)場(chǎng)觀察，分析蒸氨廢水pH 值波動(dòng)的原因。對(duì)各型自調(diào)閥、流量計(jì)、pH在線檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行篩選，選用耐腐蝕性寬范圍流量表，定期對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)校，使調(diào)節(jié)精準(zhǔn)可靠。升級(jí)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)設(shè)備，使用在線pH檢測(cè)設(shè)備對(duì)廢水pH值進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，代替原有的手動(dòng)試紙檢測(cè)，設(shè)備靈敏度大幅提升，并能通過pH值變化趨勢(shì)提前進(jìn)行調(diào)整，方便指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)操作。跟蹤總結(jié)堿液槽液位變化對(duì)泵出口流量變化，隨著現(xiàn)場(chǎng)堿液槽液位降低，輸送泵出口流量呈下降趨勢(shì)，引起蒸氨廢水pH值波動(dòng)，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)節(jié)頻繁。

3 蒸氨系統(tǒng)優(yōu)化措施

3.1 蒸氨塔改造

針對(duì)氨水中腐蝕離子高，對(duì)蒸氨塔進(jìn)行工藝改造。在原蒸氨塔基礎(chǔ)上增加脫酸段（見圖1），對(duì)濃氨水進(jìn)行脫酸處理，控制脫酸塔塔頂溫度93～96 ℃，脫除其中的S2-和CN-等酸性物質(zhì)，送至初冷器前煤氣系統(tǒng)進(jìn)行凈化，減少對(duì)氨水系統(tǒng)管道設(shè)備的腐蝕；同時(shí)氨汽作為側(cè)線采出，提高了產(chǎn)品的品質(zhì)，控制氨氣分縮器后溫度103 ℃左右，濃氨水濃度由原來的14%～16%，提高到20.3%以上。

圖1 蒸氨塔改造后工藝流程

3.2 陶瓷膜過濾器反沖洗改造

針對(duì)陶瓷膜過濾器壓差大、除油效率低進(jìn)行改造。將原有單一蒸汽反沖洗改為蒸氨廢水反沖洗和蒸汽反沖洗相結(jié)合的方式。反沖洗時(shí)首先使用蒸氨廢水反沖洗，清洗原有陶瓷膜附著的大油滴，放空清洗液后，再使用蒸汽進(jìn)行反沖洗，進(jìn)一步去除附著在陶瓷膜上的微小油滴，提高清洗效果。改造后檢測(cè)陶瓷膜壓差減小為0.045 MPa，陶瓷膜后檢測(cè)含油量減小為56 mg/L，除油效果增強(qiáng)，為蒸氨塔穩(wěn)定運(yùn)行提供保障。

3.3 采用吸附除萘工藝

針對(duì)濃氨水產(chǎn)品中含萘高，采用分子篩微晶吸附塔進(jìn)行凈化，設(shè)置3 臺(tái)微晶吸附塔（2 開1 備），單臺(tái)處理能力3 m3/h。采用間歇運(yùn)行離線再生模式，每臺(tái)吸附塔運(yùn)行5 d 對(duì)填料進(jìn)行蒸汽再生，再生蒸汽采用0.6 MPa、150 ℃以上蒸汽，再生液送冷凝單元進(jìn)行凈化，處理后濃氨水顏色由渾濁變澄清，檢測(cè)含萘均值降低至361 mg/L。

3.4 設(shè)計(jì)液堿高置槽

針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)原料堿槽液位變化，引起離心輸送泵出口壓力波動(dòng)問題，采用增加高置堿槽的方式，穩(wěn)定泵的壓力和輸送流量[4］，方便及時(shí)對(duì)應(yīng)調(diào)節(jié)。同時(shí)對(duì)蒸氨區(qū)域進(jìn)行自動(dòng)化升級(jí)改造，選用蒸氨廢水pH值和氨氮在線自動(dòng)檢測(cè)儀，實(shí)現(xiàn)蒸氨廢水實(shí)時(shí)在線測(cè)量，并與廢水處理量、加堿量調(diào)控閥建立反饋調(diào)節(jié)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控操作，主控人員根據(jù)實(shí)時(shí)pH值進(jìn)行調(diào)節(jié)，保障廢水指標(biāo)控制穩(wěn)定。優(yōu)化蒸氨廢水氨氮和pH值控制指標(biāo)，協(xié)同生化廢水處理系統(tǒng)摸索生產(chǎn)中最優(yōu)氨氮控制范圍，降低蒸氨廢水pH值，實(shí)現(xiàn)生化廢水處理碳氮磷在100∶5∶1范圍。

4 改進(jìn)后應(yīng)用效果

通過對(duì)蒸氨區(qū)域的工藝改造與優(yōu)化，蒸氨系統(tǒng)設(shè)備腐蝕緩解，濃氨水含萘大幅下降，生產(chǎn)的高品質(zhì)濃氨水滿足燒結(jié)煙氣脫硫、焦?fàn)t脫硫脫硝等工序使用要求；蒸氨廢水氨氮控制在70～110 mg/L，pH值控制在7.5～9.0，噸水堿耗量降低到10.2 kg 以下，解決了蒸氨系統(tǒng)存在的問題，生產(chǎn)運(yùn)行穩(wěn)定。