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吹脱法提取污水氨氮用于烟气脱硫之途径探讨
发布时间:2018-01-23浏览次数:182返回列表

吹脱法提取污水氨氮用于烟气脱硫之途径探讨

张宗平

(抚矿集团西露天矿坑口油厂,辽宁抚顺113001)

  摘 要:简要介绍了油页岩干馏污水吹脱法提取氨氮的方法、氨法脱硫取代现行双碱法烟气脱硫的可行性及两种脱硫方法在页岩干馏装置的特点对比,提出了从污水中提取氨氮用于烟气脱硫的途径,实现污染物处理以废治废的目的。

  关键词:干馏污水;吹脱法;氨氮;烟气脱硫

中图分类号:TE 662.5     文献标识码:B文章编号:1671 - 9816 ( 2009 ) 02 - 0066 - 04

1 概 述

  目前,抚顺矿业集团拥有油页岩低温干馏炼油装置共9套,单套装置年油页岩处理能力100万t,产页岩油9万t,生产运行状况良好,经济效益可观。但生产装置的污染物治理和煤化工装置相似,污水、废气治理难度较大,称之为装置的“软肋”。

  干馏装置产生的污水为高浓度含氨污水(含氨氮约1000mg/L),现阶段仅是经过简单隔油、沉淀处理后,直接用于干馏炉水盆水封,同时通过高温的页岩灰渣冷却、蒸发消耗,虽然实现了装置运行污水的零排放,但污水中氨氮随着污水的使用外溢挥发,造成周围环境污染,氨氮气味较大。

  废气的产生主要为用于干馏炉供热的蓄热式加热炉,燃烧自身产生的干馏煤气,煤气中的硫化氢经过燃烧转化为二氧化硫,汇同烟道废气,经过脱硫除尘装置排往大气。脱硫除尘装置采用钠-钙双碱法对烟气进行脱硫除尘,脱硫效率较理想,二氧化硫脱除率可达80%以上。但因多套干馏装置产生的烟气量大,脱硫剂(纯碱、生石灰)消耗量较大,运行费用较高。

  如果能将装置产生的污水中的氨氮用于烟气脱硫,在治理污水的同时又减少了脱硫剂消耗,实现以废治废的目的,那么对油页岩干馏装置污染物治理将是非常有意义的。

2 页岩干馏污水的产生及特点

2.1 页岩干馏污水的产生

  油页岩经低温干馏炼制页岩油,产生了干馏污水。干馏污水的产生过程主要为以下4种:

  (1)是由干馏炉炉顶导出瓦斯产生的伴生水:由入炉页岩带的水、主风带的水、水盆蒸发入炉水和少量化学反应生成的水组成。这部分伴生水经过页岩干馏和瓦斯产生的全过程,以水蒸汽形式存在。油页岩中有机氮转化为氨,会同进入瓦斯集合管之后才逐渐凝结成氨水,是页岩干馏污水的主要来源。

  (2)回收页岩油时对瓦斯进行洗涤过程中产生的水;

  (3)对瓦斯进行冷却过程中产生的水;

  (4)机泵冷却水。

2.2 页岩干馏污水水质分析

  表1是油页岩干馏装置高浓污水处理场处理后的污水水质分析。

从表1中可以看出:废水污染严重,重量油、有机物、氨氮等含量较高,废水中的氨氮含量在1 000mg/L左右,属于高浓度氨氮污水。按照类似污水处理经验,本污水主要以污油回收和降低氨氮为主,去除氨氮、酚等即可控制气味散发。

3 吹脱法处理高浓度氨氮废水提取氨氮

3.1 工艺原理

  用吹脱法脱除水中氨氮,即将气体通入水中,使气液相互充分接触,使水中溶解的游离氨穿过气液界面,向气相转移,从而达到脱除氨氮的目的。其方法常用空气作载体(若用水蒸气作载体则称汽提)。

  水中的氨氮大多以氨离子(NH■■)和游离氨(NH3)保持平衡的状态而存在。其平衡关系式如下:

式中:Ka—氨离子的电离常数;Kw—水的电离常数;Kb—氨水的电离常数;C—物质浓度。

  式(1)受pH值的影响,当pH值高时,平衡向右移动,游离氨的比例较大,当pH值为11左右时,游离氨大致占90%。

  由式(2)可以看出,pH值是影响游离氨在水中百分率的主要因素之一。另外,温度也会影响反应式①的平衡,温度升高,平衡向右移动。表2列出了不同条件下氨氮的离解率的计算值。表中数据表明,当pH值大于10时,离解率在80%以上,当pH值达11时,离解率高达98%且受温度的影响甚微。

目前常用的吹脱设备为常规填料吹脱塔,其结构如图1所示。

图1 吹脱塔结构

  在塔内放置填料,使空气和废水进行充分接触。在含氨氮废水进人吹脱塔之前一般以石灰作为碱剂进行预处理,使pH值上升到11左右。废水从塔的上部进人,在填料间依次下流,用风机或空气压缩机从塔底向上吹送空气,与废水形成对流。在水、气充分接触的过程中,水滴不断地破坏又形成,游离态的氨呈气态从水中逸出。

  影响氨吹脱效果的因素及参数有:

  (1)pH值:氨吹脱效果随pH值上升而提高,但提高到10.5以上后,去除率提高的速率变得较缓慢。

  (2)水温:氨吹脱效果随水温提高而提高。

  (3)布水负荷率:水从上部流下时,必须以滴状下落,如以幕状下落,脱氨效果较差。当填料层高度在6.0 m以上时,布水负荷率一般不应超过180 m3/(m2·d),设计取值在60 m3/(m2·d)左右。

  (4)气液比:当填料层高度在6.0 m以上时,气液比一般在2 200 ~ 2 300以下,空气流速的上限为1 600 m/min。

3.2 工艺流程简述

  采用污水池体系统密闭,污水在隔油处理后,用少量石灰将pH值为8 ~ 9的污水加碱调至pH值为10.8,用泵输送至填料吹脱塔鼓风吹脱,进行氨氮吹脱回收,用水洗涤变成氨水加以利用。正好利用污水60 ~ 70°C的高温,污水碱性特点,适合吹脱。

  处理水量若按120 t/h计算,选择吹脱塔填料高度8 m,布水负荷180 m3/(m2·d);轴流风机风量300 000 Nm3/h,压力1 500 Pa,功率22 kW(气水比2 200);吹脱塔常规选型。洗涤排下污水进入气浮池处理。

4 蓄热式加热炉钠-钙双碱法烟气脱硫现状

4.1 工艺过程

  烟气湍流通过两级脱硫系统,利用NaOH与SO2反应生成Na2SO3或NaHSO3,其主要化学反应如下:

  钠基吸收SO2的反应:

上2反应式为双碱法的脱硫剂再生反应,实现了脱硫剂的循环利用。产生的硫酸钙抛弃,没有进行回收。

4.2 运行工况分析

  (1)药剂消耗:①烧碱用量600 kg/d;②消石灰用量1 800 kg/d;③药剂费用(估算)3 120元/d。

  (2)电量消耗960 kWh;耗电费用480元/d。

  (3)人工费约200元/d。

  (4)合计费用3 800元/d。

  (5)SO2的处理成本(未含设备折旧费)约为3.2元/kg。

4.3 氨法烟气脱硫工艺过程

  氨在吸收塔的喷淋区发生吸收SO2的反应,将喷淋浆液—饱和的硫酸铵/亚硫酸铵溶液的pH值控制在5.0 ~ 5.9范围,按下列反应式生成硫酸氢铵和亚硫酸氢铵:

在反应式①中,烟气中的二氧化硫(SO2)溶于水并生成亚硫酸。在反应式②、③中,亚硫酸同溶于水中的硫酸铵和亚硫酸铵起反应。

  氨注入吸收塔底部按下列反应中和酸性物质:

氧化空气注入吸收塔底部使亚硫酸铵被氧化成硫酸铵:

污水提取氨氮用于烟气脱硫工艺流程示意图如图2所示。

4.4 污水提取氨氮量与烟气脱硫需要量

  若按单套油页岩干馏装置产生污水30 t/h,氨氮含量1 000 mg/L,提取率90%计,可回收NH3量为:30 × 1 000 × 90% × 10-3 = 27 kg/h;

烟气流量按35 000 m3/h,SO2含量按1 500 mg/m3,脱硫效率按90%计,烟气SO2小时产生量为52.5kg,消耗NH3量:52.5 × 90% × 34 ÷ 64 = 25.1kg/h。(SO2分子量为64,NH3分子量为17)。

  因此,扣除回水过程中有5%的NH3损失,污水提取氨氮量仍可完全满足烟气脱硫需要。

5 氨法脱硫工艺与钠—钙双碱法脱硫工艺的对比

  (1)氨是一种易溶于水的碱,在水中的溶解度,常压下可达到25%(wt)以上的浓度,即每升水的含量可达330g,是石灰石的12000倍。因此,采用氨法的潜在意义在于,与石灰石—石膏法相比,可以显著降低吸收液的循环量,从而显著降低烟气脱硫装置的投资和能耗。

  (2)以氨作为吸收剂其副产品为硫酸铵的烟气脱硫系统,在设计冗余与现在脱硫法相同的条件下,氨法脱硫具有以下特点:一是脱硫塔不易结垢。由于氨具有更高的反应活性,且因硫酸铵的化学溶液特性,决定了可以避免结垢。二是氨法更适合于中高烟气的脱硫。采用现有方法时,油页岩的含硫量越高,石灰石用量就越大,费用也就越高;而采用氨法时,因副产物的价值较高,含硫量越高,其副产品硫酸铵产量越大,也就越经济。三是对环境友好。因为氨法脱硫过程中不仅副产品成为肥料,而且不产生废水。

  (3)氨作为脱硫的原料,同时也是生产氮肥的原料,因此,氨法的脱硫产品是一种氮肥:硫铵化肥,其含氮量为21%,若进行回收,是一种用途很高,附加值很大的产品。

  因此,氨法是一种回收法,是一种“可资源化”的方法。一般而言,氨中氮的价值在20元/N左右,烟气中SO2体现了非常明显的回收价值,一般在400~600元/t。

6 结 论

干馏装置污水处理势在必行。污水中氨的脱除是解决污水回用造成周围“气味”污染的关键。采用回收氨用于烟气脱硫,改变了现在的烟气脱硫方法需消耗大量纯碱、生石灰,既实现了以废治废的目的,也免去了石膏渣的二次污染,若再能对硫铵进行回收,真可谓一举多得。即使不计算硫铵回收,所得氨水代替生石灰消耗每年单套装置也可节约近100万元(每天单套装置消耗生石灰至少1.8 t,单价:800元/t)。

参考文献:

[1]贺永德. 现代煤化工技术手册[M]. 化学工业出版社.

[2]油母页岩低温干馏工艺[M]. 石油化工学院.

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