焦化蒸氨热泵蒸馏技术.docx

　  煤在炼焦过程中产生氨氮、氰化物、硫化物、酚和COD浓度都较高的剩余氨水、由于生化进水中氨氮含量高，使生化菌的活性大幅下降。一般废水的氨氮含量应降至300mg/L以下才能进入生化工序，故剩余氨水需要经过加碱蒸氨工艺脱除其中的氨氮。剩余氨水蒸氨是蒸馏过程，需要以蒸汽或煤气为热源，每处理1吨剩余氨水约需耗200kg蒸汽，属于能耗高的化工单元。提高蒸氨工序的能源利用率、降低蒸氨能耗已成为人们普遍关注的问题。
1 蒸氨工艺流程及存在问题
　　来自脱酚工序的剩余氨水与蒸氨塔塔底的蒸氨废水换热，再与碱液混合后进入蒸氨塔。由导热油加热蒸氨塔塔底的蒸氨废水产生的蒸汽返回蒸氨塔塔底，将废水中氨汽提至塔顶塔顶氨汽在全凝器中用中温水冷却，然后进入冷却器，再用低温水冷却至常温得到成品氨水，部分回流，部分送至脱硫工序作为碱源。
　　另有工艺是塔顶氨汽进入分缩器用中温水部分冷凝产生回流，未冷却氨汽进入硫铵饱和器。分缩器的冷凝液直接回流至蒸氨塔。塔底蒸氨废水中的氮氮含量降至 200mg/L以下。后经废水泵抽出，小部分送至再沸器由导热油加热汽化为饱和蒸汽后，返回蒸氨塔塔底提供热量;大部分与原料剩余氨水换热后再经废水冷却器进一步冷却后送生化处理。
　　一般情况下，每处理1吨剩余氮水需要消耗蒸汽200kg，相当于处理1吨剩余氨水需要约46×104kJ的热量。对于120万t/a的焦化厂，剩余氨水处理量约为35m3/h，则蒸汽消耗量约7t/h, 需要 1610×104kJ/h的热量，需要煤气提供相当于5590kW的热量。对蒸氮工艺进行物料和热量衡算可知，由于水蒸汽的汽化潜热高，塔顶氨汽带出的能量占蒸氨工序输入热量的70%～80%，甚至更高。回收氨汽带出的热量可降低蒸氨系统的能耗。但长期以来，蒸氨塔塔顶氨汽为95～105℃的低压饱和蒸汽，品质低，且因含氨、硫化氢和氰化氢等气体，腐蚀性强，很难利用，需要使用冷却水将其热量带出，既浪费了能源，也增加了中温水的消耗。回收利用氨汽余热是降低蒸氨耗热量的一个重要途径。我厂研究开发了焦化剩余氨水热泵蒸馏技术，实现了氨汽余热的回收利用，取得了较好的经济和社会效益　
2 剩余氨水热泵蒸馏技术开发思路
2.1
热泵蒸馏工艺原理
　　热泵蒸馏是化工行业有效的节能减排技术，利用热泵技术可将低温热源变为高温热源，同时节约大量高品位能源，是一种对低温热源二次利用的有效技术。通过热泵将蒸馏塔塔顶蒸汽加压升温，使其用作塔底再沸器的热源，回收塔顶蒸汽的冷凝潜热。
　　热泵精馏是一种高效的节能技术。一般在塔顶和塔底温差小于36℃、塔顶温度在38～138℃、塔底温度在300℃以下、蒸馏塔需要较多的塔盘及较大回流比才能得到合格的产品时，应用热泵精馏才能取得较好的经济效益。精馏塔塔顶与塔底温差越小，使用热泵精馏取得的经济效益就越好。蒸氨塔塔顶的温度一般为97～102℃，塔底温度在105～l10℃，塔顶、塔底温差较小，仅7～8℃。回流比为2.8 ,且塔顶氨汽的潜热高，符合应用热泵精馏的条件，为研究应用剩余氨水热泵蒸馏技术提供了基础。

2.2
技术开发思路
　　　　利用热泵蒸馏的工作原理，研究应用热泵回收氨汽潜热，生产高品质热源，为蒸氨塔塔底提供蒸馏热量，从而降低蒸氨能量输入，降低工序的能耗。
2.3
剩余氨水热泵的蒸馏方案　
　　蒸氨塔塔顶氨汽主要是水蒸汽，含挥发氨10%～16%，还含有少量的硫化氢和氰化氢等酸性气体，具有较强的腐蚀性。根据这一特点，利用热泵可利用低品位热能直接驱动产生低压蒸汽或高温热水的特性。以不增加废水量为原则，确定剩余氨水热泵的蒸氨方案为：以循环热水为热载体，用热泵回收蒸氨塔塔顶氨汽的余热加热循环热水，由循环热水通过再沸器加热来自塔底的蒸氨废水，使之汽化为低压蒸汽返回蒸氨塔塔底提供蒸馏热量，从而降低原蒸氨能量的输入。　　
3 剩余氨水热泵蒸馏技术
3.1
剩余氨水热泵蒸馏工艺流程
　　剩余氨水热泵蒸氨装置包括吸收式热泵、循环热水泵、再沸器及其附属的管道及阀门。用热泵代替塔顶全凝器，热泵与原蒸氨全凝器并联。将蒸氨塔塔顶的氨汽引入吸收式热泵，在热泵内通过吸收剂溶液浓度的变化，吸收氨汽余热以加热循环热水，实现氨汽余热的回收利用。氨汽经吸收式热泵后温度降低，冷凝液及未冷凝乏汽一起进入全凝器和冷却器，进一步冷却后得到氨水。吸热后的循环热水温度升高，进入再沸器加热来自塔底的蒸氨废水，使之汽化返回塔底提供蒸馏热量，温度降低后的循环热水经泵加压后返回热泵机组循环加热，从而实现了塔顶氨汽余热的回收利用，降低了中温水消耗。其工艺流程图见图1。
3.2
剩余氨水热泵蒸馏的工艺特点
　　　(1)实现了蒸氨塔塔顶氨汽余热的回收利用。以蒸氨塔塔顶氨汽直接驱动吸收式热泵加热循环热水，被加热的循环热水通过再沸器加热塔底蒸氨废水，产生的低压蒸汽返回塔内提供蒸馏热量，实现了蒸氨塔塔顶氨汽潜热的回收利用。热泵可回收蒸氨塔塔顶氨汽余热的45%～50%，而塔顶氨汽带出热量约为蒸氨耗热量的70%～80%，则热泵可回收蒸氨耗热量的约32%～40%，节能量略优于负压蒸氨。
　　(2)降低中温水用量。用吸收式热泵代替原蒸氨分缩器，部分热量传递给循环热水，分缩器用中温水量降低约50%，减少了中温水循环冷却过程中因蒸发、漂水、排污等造成的水耗，并适当降低了中温水输送电能。
　　(3)不增加废水量。剩余氨水热泵蒸馏工艺以循环热水为载体，通过再沸器汽化蒸氨塔塔底的蒸氨废水，返回蒸氨塔内提供蒸馏耗热量，不增加废水总量，不增加废水的处理成本。
　　(4)设备维修方便。以热泵回收蒸氨塔塔顶氨汽余热，除功率不大的溶液泵及循环热水泵外，没有转动部件，设备维修方便，与蒸汽加压式相比，耗电量小。
　　(5)比负压蒸氨更适于改造。剩余氨水热泵蒸馏只需用热泵代替原全凝器或分缩器，与负压蒸氨相比不用换塔，工程小，投资低，施工方便，比负压蒸氨更适合于改造。

3.3
剩余氨水热泵蒸馏的应用效果
　　(1)应用情况。剩余氨水热泵蒸馏技术应用于我厂8、9号焦炉的剩余氨水蒸氨，投运后运行稳定。剩余氨水处理量约35m3/h，循环热水量为97.5m3/h，循环热水温差约11.3～11.8℃，回收利用能量468×104kJ / h，中温水量降低165 m3/h，增加用电24kWh/h。
　　(2)能量回收效率分析。剩余氨水处理量35m3/h, 蒸氨塔塔顶温度97℃，塔底105℃，成品氨水含氨13.5%，回流量2.5 m3/h，原料进塔温度84℃。对蒸氨塔进行物料衡算和热平衡计算，输入蒸氨塔的热量为1350×104kJ /h，其中塔顶带出了1107×104kJ /h，约占蒸馏耗热量的82%。采用热泵蒸馏技术后，回收利用余热468×104kJ /h，回收利用了塔顶氨汽带出热量的42.3%，回收了蒸氨塔输入热量的34.7%。
　　(3)经济效益分析。采用热泵蒸氨技术后，回收利用余热468×104kJ /h，降低中温水165m3/h。对导热油蒸氨可降低煤气消耗量约344m3/h，降低水耗3.3 m3/h。虽增加用电24kWh/h，以济钢内部价格计算，年降成本172万元。由于降低了中温水系统的负荷，具有一定的间接效益。项目节能量为180.6 kgce/h，相当于减排CO2 451 kg/h, SO2 3kg/h, 剩余氨水热泵蒸馏项目具有较好的经济和社会效益。