焦化蒸氨熱泵蒸餾技術(shù)

　  煤在煉焦過(guò)程中產(chǎn)生氨氮、氰化物、硫化物、酚和COD濃度都較高的剩余氨水、由于生化進(jìn)水中氨氮含量高，使生化菌的活性大幅下降。一般廢水的氨氮含量應(yīng)降至300mg/L以下才能進(jìn)入生化工序，故剩余氨水需要經(jīng)過(guò)加堿蒸氨工藝脫除其中的氨氮。剩余氨水蒸氨是蒸餾過(guò)程，需要以蒸汽或煤氣為熱源，每處理1噸剩余氨水約需耗200kg蒸汽，屬于能耗高的化工單元。提高蒸氨工序的能源利用率、降低蒸氨能耗已成為人們普遍關(guān)注的問(wèn)題。 1 蒸氨工藝流程及存在問(wèn)題 　　來(lái)自脫酚工序的剩余氨水與蒸氨塔塔底的蒸氨廢水換熱，再與堿液混合后進(jìn)入蒸氨塔。由導(dǎo)熱油加熱蒸氨塔塔底的蒸氨廢水產(chǎn)生的蒸汽返回蒸氨塔塔底，將廢水中氨汽提至塔頂。塔頂氨汽在全凝器中用中溫水冷卻，然后進(jìn)入冷卻器，再用低溫水冷卻至常溫得到成品氨水，部分回流，部分送至脫硫工序作為堿源。 　　另有工藝是塔頂氨汽進(jìn)入分縮器用中溫水部分冷凝產(chǎn)生回流，未冷卻氨汽進(jìn)入硫銨飽和器。分縮器的冷凝液直接回流至蒸氨塔。塔底蒸氨廢水中的氮氮含量降至 200mg/L以下。后經(jīng)廢水泵抽出，小部分送至再沸器由導(dǎo)熱油加熱汽化為飽和蒸汽后，返回蒸氨塔塔底提供熱量;大部分與原料剩余氨水換熱后再經(jīng)廢水冷卻器進(jìn)一步冷卻后送生化處理。 　　一般情況下，每處理1噸剩余氮水需要消耗蒸汽200kg，相當(dāng)于處理1噸剩余氨水需要約46×104kJ的熱量。對(duì)于120萬(wàn)t/a的焦化廠，剩余氨水處理量約為35m3/h，則蒸汽消耗量約7t/h, 需要 1610×104kJ/h的熱量，需要煤氣提供相當(dāng)于5590kW的熱量。對(duì)蒸氮工藝進(jìn)行物料和熱量衡算可知，由于水蒸汽的汽化潛熱高，塔頂氨汽帶出的能量占蒸氨工序輸入熱量的70%～80%，甚至更高。回收氨汽帶出的熱量可降低蒸氨系統(tǒng)的能耗。但長(zhǎng)期以來(lái)，蒸氨塔塔頂氨汽為95～105℃的低壓飽和蒸汽，品質(zhì)低，且因含氨、硫化氫和氰化氫等氣體，腐蝕性強(qiáng)，很難利用，需要使用冷卻水將其熱量帶出，既浪費(fèi)了能源，也增加了中溫水的消耗?；厥绽冒逼酂崾墙档驼舭焙臒崃康囊粋€(gè)重要途徑。我廠研究開(kāi)發(fā)了焦化剩余氨水熱泵蒸餾技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了氨汽余熱的回收利用，取得了較好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益?！? 2 剩余氨水熱泵蒸餾技術(shù)開(kāi)發(fā)思路 2.1 熱泵蒸餾工藝原理 　　熱泵蒸餾是化工行業(yè)有效的節(jié)能減排技術(shù)，利用熱泵技術(shù)可將低溫?zé)嵩醋優(yōu)楦邷責(zé)嵩矗瑫r(shí)節(jié)約大量高品位能源，是一種對(duì)低溫?zé)嵩炊卫玫挠行Ъ夹g(shù)。通過(guò)熱泵將蒸餾塔塔頂蒸汽加壓升溫，使其用作塔底再沸器的熱源，回收塔頂蒸汽的冷凝潛熱。 　　熱泵精餾是一種高效的節(jié)能技術(shù)。一般在塔頂和塔底溫差小于36℃、塔頂溫度在38～138℃、塔底溫度在300℃以下、蒸餾塔需要較多的塔盤(pán)及較大回流比才能得到合格的產(chǎn)品時(shí)，應(yīng)用熱泵精餾才能取得較好的經(jīng)濟(jì)效益。精餾塔塔頂與塔底溫差越小，使用熱泵精餾取得的經(jīng)濟(jì)效益就越好。蒸氨塔塔頂?shù)臏囟纫话銥?7～102℃，塔底溫度在105～l10℃，塔頂、塔底溫差較小，僅7～8℃?；亓鞅葹?.8 ,且塔頂氨汽的潛熱高，符合應(yīng)用熱泵精餾的條件，為研究應(yīng)用剩余氨水熱泵蒸餾技術(shù)提供了基礎(chǔ)。 2.2 技術(shù)開(kāi)發(fā)思路 　　　　利用熱泵蒸餾的工作原理，研究應(yīng)用熱泵回收氨汽潛熱，生產(chǎn)高品質(zhì)熱源，為蒸氨塔塔底提供蒸餾熱量，從而降低蒸氨能量輸入，降低工序的能耗。 2.3 剩余氨水熱泵的蒸餾方案　 　　蒸氨塔塔頂氨汽主要是水蒸汽，含揮發(fā)氨10%～16%，還含有少量的硫化氫和氰化氫等酸性氣體，具有較強(qiáng)的腐蝕性。根據(jù)這一特點(diǎn)，利用熱泵可利用低品位熱能直接驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生低壓蒸汽或高溫?zé)崴奶匦?。以不增加廢水量為原則，確定剩余氨水熱泵的蒸氨方案為：以循環(huán)熱水為熱載體，用熱泵回收蒸氨塔塔頂氨汽的余熱加熱循環(huán)熱水，由循環(huán)熱水通過(guò)再沸器加熱來(lái)自塔底的蒸氨廢水，使之汽化為低壓蒸汽返回蒸氨塔塔底提供蒸餾熱量，從而降低原蒸氨能量的輸入?！　? 3 剩余氨水熱泵蒸餾技術(shù) 3.1 剩余氨水熱泵蒸餾工藝流程 　　剩余氨水熱泵蒸氨裝置包括吸收式熱泵、循環(huán)熱水泵、再沸器及其附屬的管道及閥門(mén)。用熱泵代替塔頂全凝器，熱泵與原蒸氨全凝器并聯(lián)。將蒸氨塔塔頂?shù)陌逼胛帐綗岜?，在熱泵?nèi)通過(guò)吸收劑溶液濃度的變化，吸收氨汽余熱以加熱循環(huán)熱水，實(shí)現(xiàn)氨汽余熱的回收利用。氨汽經(jīng)吸收式熱泵后溫度降低，冷凝液及未冷凝乏汽一起進(jìn)入全凝器和冷卻器，進(jìn)一步冷卻后得到氨水。吸熱后的循環(huán)熱水溫度升高，進(jìn)入再沸器加熱來(lái)自塔底的蒸氨廢水，使之汽化返回塔底提供蒸餾熱量，溫度降低后的循環(huán)熱水經(jīng)泵加壓后返回?zé)岜脵C(jī)組循環(huán)加熱，從而實(shí)現(xiàn)了塔頂氨汽余熱的回收利用，降低了中溫水消耗。其工藝流程圖見(jiàn)圖1。 3.2 剩余氨水熱泵蒸餾的工藝特點(diǎn) 　　　(1)實(shí)現(xiàn)了蒸氨塔塔頂氨汽余熱的回收利用。以蒸氨塔塔頂氨汽直接驅(qū)動(dòng)吸收式熱泵加熱循環(huán)熱水，被加熱的循環(huán)熱水通過(guò)再沸器加熱塔底蒸氨廢水，產(chǎn)生的低壓蒸汽返回塔內(nèi)提供蒸餾熱量，實(shí)現(xiàn)了蒸氨塔塔頂氨汽潛熱的回收利用。熱泵可回收蒸氨塔塔頂氨汽余熱的45%～50%，而塔頂氨汽帶出熱量約為蒸氨耗熱量的70%～80%，則熱泵可回收蒸氨耗熱量的約32%～40%，節(jié)能量略?xún)?yōu)于負(fù)壓蒸氨。 　　(2)降低中溫水用量。用吸收式熱泵代替原蒸氨分縮器，部分熱量傳遞給循環(huán)熱水，分縮器用中溫水量降低約50%，減少了中溫水循環(huán)冷卻過(guò)程中因蒸發(fā)、漂水、排污等造成的水耗，并適當(dāng)降低了中溫水輸送電能。 　　(3)不增加廢水量。剩余氨水熱泵蒸餾工藝以循環(huán)熱水為載體，通過(guò)再沸器汽化蒸氨塔塔底的蒸氨廢水，返回蒸氨塔內(nèi)提供蒸餾耗熱量，不增加廢水總量，不增加廢水的處理成本。 　　(4)設(shè)備維修方便。以熱泵回收蒸氨塔塔頂氨汽余熱，除功率不大的溶液泵及循環(huán)熱水泵外，沒(méi)有轉(zhuǎn)動(dòng)部件，設(shè)備維修方便，與蒸汽加壓式相比，耗電量小。 　　(5)比負(fù)壓蒸氨更適于改造。剩余氨水熱泵蒸餾只需用熱泵代替原全凝器或分縮器，與負(fù)壓蒸氨相比不用換塔，工程小，投資低，施工方便，比負(fù)壓蒸氨更適合于改造。 3.3 剩余氨水熱泵蒸餾的應(yīng)用效果 　　(1)應(yīng)用情況。剩余氨水熱泵蒸餾技術(shù)應(yīng)用于我廠8、9號(hào)焦?fàn)t的剩余氨水蒸氨，投運(yùn)后運(yùn)行穩(wěn)定。剩余氨水處理量約35m3/h，循環(huán)熱水量為97.5m3/h，循環(huán)熱水溫差約11.3～11.8℃，回收利用能量468×104kJ / h，中溫水量降低165 m3/h，增加用電24kWh/h。 　　(2)能量回收效率分析。剩余氨水處理量35m3/h, 蒸氨塔塔頂溫度97℃，塔底105℃，成品氨水含氨13.5%，回流量2.5 m3/h，原料進(jìn)塔溫度84℃。對(duì)蒸氨塔進(jìn)行物料衡算和熱平衡計(jì)算，輸入蒸氨塔的熱量為1350×104kJ /h，其中塔頂帶出了1107×104kJ /h，約占蒸餾耗熱量的82%。采用熱泵蒸餾技術(shù)后，回收利用余熱468×104kJ /h，回收利用了塔頂氨汽帶出熱量的42.3%，回收了蒸氨塔輸入熱量的34.7%。 　　(3)經(jīng)濟(jì)效益分析。采用熱泵蒸氨技術(shù)后，回收利用余熱468×104kJ /h，降低中溫水165m3/h。對(duì)導(dǎo)熱油蒸氨可降低煤氣消耗量約344m3/h，降低水耗3.3 m3/h。雖增加用電24kWh/h，以濟(jì)鋼內(nèi)部?jī)r(jià)格計(jì)算，年降成本172萬(wàn)元。由于降低了中溫水系統(tǒng)的負(fù)荷，具有一定的間接效益。項(xiàng)目節(jié)能量為180.6 kgce/h，相當(dāng)于減排CO2 451 kg/h, SO2 3kg/h, 剩余氨水熱泵蒸餾項(xiàng)目具有較好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益?！?