煤气化灰水提氨技术的探索与应用_赵蓉.pdf
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1、氮肥与合成气第 51 卷第 2 期2023 年 2 月作者简介:赵蓉(1988),女,助理工程师,主要从事煤气化生产控制工作;394582292 qqcom煤气化灰水提氨技术的探索与应用赵蓉,张波,李晓鹏(新疆天智辰业化工有限公司,新疆石河子832000)摘要:通过分析煤气化工艺,了解煤气化灰水中氨的来源,在碱性环境中,除去钙镁杂质,再采取正压汽提法脱除灰水中的氨,回收氨水作为锅炉脱硝处理剂。利用后工段产生的二氧化碳中和灰水 pH 后使灰水能够返回系统再利用,降低了后工段二氧化碳的排放量,提高了灰水利用率,实现煤化工清洁生产。关键词:煤气化;灰水;提氨;氨水中图分类号:X703文献标志码:B文
2、章编号:2096-3548(2023)02-0031-03DOI:1019910/jcnkiISSN2096-3548202302012煤气化工艺是实现煤炭清洁、高效利用的良好途径,也是以煤为原料生产化工产品的主要途径之一。近年来,随着以煤制油、煤制乙二醇、煤制烯烃为主的新建、扩建项目大量落地,煤化工技术得到快速发展。煤炭资源的使用情况及分布状况决定了开发和使用现代化先进煤气化技术的必要性。发展具有清洁能源、煤炭能源化工一体化的新型洁净煤技术,是当前煤化工发展的主要方向。新疆天智辰业化工有限公司煤气化装置采用水煤浆气流床加压气化技术,气化炉采用四流道组合式烧嘴与膜式水冷壁相结合,以纯氧作为气化
3、剂,在高温、高压下完成气化过程,粗煤气中有效气(CO+H2)含量高,碳转化率高,不产生焦油、萘和酚水等,是一种环境友好型的气化技术。1灰水中氨的来源及对系统的影响气化装置以水为媒介、以水煤浆为原料,在富氧环境中进行加压气化。原煤的元素分析显示,煤中的氮质量分数为 0.54%0.96%,在水煤浆气化过程中,氮气与气化产生的氢气合成产生少量的氨气。高温的合成气和灰渣在出气化炉燃烧室后,与灰水进行激冷降温,经过洗涤除尘后将含尘质量浓度小于 1 mg/m3的合成气送往下游工段,激冷水和洗涤黑水经过闪蒸、沉降除去灰渣后循环利用。氨极易溶于水,通过灰水的循环利用,煤气化产生的氨会在系统中富集1-2。在气化
4、炉锁斗排渣过程中,溶解于灰水中的氨气随灰渣一起进入捞渣机,在粗渣干燥过程中大量挥发,造成现场环境氨氮含量超标。氨具有刺激性和毒性,由于嗅觉疲劳,员工对长期接触的低浓度氨不敏感,容易引起氨中毒,严重影响员工身体健康。氨对系统的影响主要是在煤气变换工段和低温甲醇洗工段。出气化洗涤塔的合成气由于温度高(232),一部分氨会随合成气带至煤气变换工段和低温甲醇洗工段。随着合成气净化洗涤降温,氨被浓缩,在煤气变换工段的变换水冷器及低温甲醇洗工段的冷却器处以铵盐的形式结晶析出,附着在换热器列管上,影响换热器的换热效率,造成低温甲醇洗系统崩溃,合成气脱硫脱碳不合格,甚至结晶严重堵塞换热器,造成系统阻力过大,装
5、置无法运行。目前气化装置低压灰水数据见表 1。2灰水提氨提出的背景国家规定废水排放氨质量浓度必须小于15 mg/L。根据灰水测样显示,气化灰水氨氮含量较高,污水处理难度大,气化多余灰水排放将会造成污水氨氮处理负荷加重3。新疆天智辰业化工有限公司有 3 套 200 MW的动力锅炉,锅炉脱硝技术采用选择性催化还原(SC)脱硝和选择性非催化还原(SNC)脱硝相组合的工艺,氨水作为还原剂大量用于锅炉的脱13氮肥与合成气第 51 卷第 2 期2023 年 2 月表 1低压灰水数据分析表序号化学需氧量(COD)/(mgL1)氨氮质量浓度/(mgL1)氯根质量浓度/(mgL1)碱度/(mmolL1)pH浊度
6、/NTU悬浮物质量浓度/(mgL1)167121 1146221455238293435703200262121 1595222662620591634602300372734730829908640592125103000471211 1454820703303290026902900556061 0668950410287288426202400685101 1544713003290293429401900平均值69061 0190126357396691529652617硝工艺中。氨水来源主要为外购,这为系统氨的回收提供有利条件。综上所述,进行灰水提氨回收氨水,不仅可以保障气化系统高效
7、稳定运行、改善现场环境、降低污水处理压力,而且生产 15%20%(质量分数,下同)氨水供动力分厂脱硝使用,可以实现废物利用、变废为宝的循环经济模式。3灰水提氨工艺根据煤气化灰水的性质,向其中加 pH 调节剂,调节溶液 pH 至碱性。根据氨水特性,在碱性环境下,溶液中游离的氨氮以水分子(NH3H2O)形式存在。然后加热含氨溶液,使其分解转化成氨气和水,在受热状态下,氨气从水中逃逸出来,以含氨水蒸气形式排出提氨塔,氨蒸汽经过冷凝和吸收塔收集浓缩至 15%20%的氨水,具体反应式为:NH4OHNH3H2O(1)NH3H2ONH3+H2O(2)提氨塔采用正压汽提的方法,由加药除硬、汽提、酸洗 3 个工
8、序组成,其工艺流程见图 1。图 1工艺流程简图3.1除硬工序煤气化灰水与碱液和碳酸钠进入澄清池第一反应室内,灰水中携带的小颗粒在絮凝剂的作用下形成较大的絮粒,再被涡流提升到第二反应室中,经折流到澄清区进行固液分离,清水上升由集水槽排入灰水缓冲罐。泥渣在澄清区下部由刮泥机刮集到泥斗,通过池底排泥阀控制排出。除硬反应式为:CO23+Ca2+=CaCO3(3)2OH+Mg2+=Mg(OH)2(4)灰缓冲罐中的清液经提升泵升压后进入管道混合器,在管道混合器内与 30%烧碱混合,将灰水 pH 调节至 12 以上,然后通过布袋过滤器拦截灰水中杂质,随后送入汽提工序。3.2汽提工序经过过滤器的灰水经废水换热
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