三元廢水脫氨塔裝置的擴能改造及效果

葛玉翠 ，郭智慧，任 偉

(1 陜西煤業化工技術研究院有限責任公司，陜西 西安 710000；2 中石油長慶石化有限公司，陜西 咸陽 712000；3 深圳源禹環?？萍加邢薰?，廣東 深圳 518000)

三元前驅體生產線產生的三元廢水具有以下特點[1]：廢水pH值較高一般為11～13左右，呈堿性[2]，廢水中含有少量的鎳鈷錳離子，一般為0.1～10 mg/L之間，廢水中含有大量的硫酸鈉鹽，濃度高達10wt.%[3]。

隨著吉林磐石某三元材料生產企業增產提質，其產生的三元廢水量也相應增大，廢水量由原來300 t/d擴大到500 t/d，現有脫氨裝置不能滿足處理要求，且現有脫氨裝置脫氨效果不理想。因此，針對該實際情況，我們在充分考察現場實際情況后對其進行了技改。

1 脫氨工藝情況

1.1 廢水水質

三元廢水水質情況見表1。

表1 三元廢水水質及水量指標表

根據處理要求，氨回收成18wt.%工業級氨水并回用，脫氨后廢水氨氮含量小于10 mg/L。

1.2 脫氨工藝

三元廢水在進脫氨前設有預處理工段，設置預處理工段的目的是為了防止重金屬超標，通過加重金屬去除劑，去除廢水中重金屬離子。

廢水經過預處理工段后進入廢水調節池，經泵提升先與進料換熱器換熱后送入脫氨塔中部，脫氨塔頂部設置一路冷進料。塔釜設再沸器，低壓蒸汽為熱源，通過再沸器與廢水進行換熱，脫氨塔釜出液經進料換熱器后送往蒸發工段。塔頂產含氨蒸汽先進入真空噴射器，和循環泵來液進行混合吸收，冷卻吸收后液相自流進入真空吸收罐。未吸收含氨蒸汽繼續與二級循環泵提升來的循環液同時進入文丘里噴射器進行吸收冷卻，冷卻吸收后液相自流進入循環吸收罐，如此重復至氨水濃度達到18%以上后送入氨水儲罐。

詳細工藝流程框圖見1。

圖1 脫氨工藝流程框圖

1.3 脫氨主設備

該工藝下脫氨主設備見表2。

1.4 脫氨裝置存在問題

該裝置實際運行中存在以下問題：

脫氨廢水不達標，經處理后廢水中氨氮含量在200 mg/L左右，實際值與設計值10 mg/L，相比存在嚴重偏差。

能耗較高，處理1 m3廢水蒸汽消耗量在150～200 kg/t。

氨水濃度穩定在15wt%左右，達不到18wt%以上。

再沸器未投入使用，采用蒸汽直接進塔方式。

2 PROII模擬計算

2.1 原流程計算

圖2為針對原流程進行的模擬。

T1為蒸氨塔模塊；BD1為氨回收撬塊；HEX為進料換熱器；LS為蒸汽；LC為凝液；CWS為循環上水；CWR為循環回水；FEED為進水；NH3-H2O為氨水；W-WATER為脫氨廢水；TOP-NH3為脫氨塔頂氣；VG為排放尾氣

經計算，各節點物料圖見表3。

表3 物料組成表

從物料組成表可知，在現存工藝條件下脫氨塔可以處理廢水達到10 mg/L以下，對應理論蒸汽耗為133.8 kg/t廢水。氨水濃度為14.6wt.%，不能達到18wt.%以上，這是由脫氨塔頂含氨蒸汽濃度決定的。

2.2 提產改造后計算

綜合分析原有工藝,考慮脫氨塔塔釜出水不合格原因是填料高度不夠，氨水濃度不夠是因為沒有對塔頂含氨蒸汽提濃[4]，故而改造后脫氨塔計算如圖3所示。

T1為蒸氨塔模塊；BD1為氨回收撬塊；HEX為進料換熱器；COOL為冷凝器；LS為蒸汽；LC為凝液；CWS為循環上水；CWR為循環回水；FEED為進水；NH3-H2O為氨水；W-WATER為脫氨廢水；TOP-NH3為脫氨塔頂氣；VG為排放尾氣；H2O為新鮮水

經計算，各節點物料圖見表4。

表4 物料組成表

續表4

從物料組成表可知，經提產改造即：增加塔高、改為塔頂進料、增加塔頂冷凝器等，改造后脫氨塔可以處理廢水達到 10 mg/L以下，對應理論蒸汽耗為111.2 kg/t廢水。氨水濃度為18wt%以上。

3 裝置改動情況

3.1 改造說明

改造原則以PROII計算為基礎，結合現場實際情況。由于現場可用設備占地面積有限，考慮最大限度利用原有設備，減少新增設備數量。具體改造如下：氨水制備系統利用原有設備，為滿足整個新舊系統的需要，更換掉原有的氨水循環泵及配套電器部分。脫氨系統全部采用新增設備，主要新增設備有脫氨塔、塔頂冷凝器、進料換熱器(無法利舊)。新增脫氨塔位于原有廠房內吊裝孔位置，高度高出原有廠房屋面。換熱器、冷凝器位于原有廠房標高8米樓層。

3.2 改造后工藝流程

廢水經過預處理工段后進入廢水調節池，經泵提升先與進料換熱器換熱后送入脫氨塔頂部。塔釜不再設置再沸器，低壓蒸汽直接進塔。脫氨塔處理后塔釜出液經進料換熱器后送往蒸發工段。塔頂產含氨蒸汽先進入冷凝器進行部分冷凝，其目的是對含氨蒸汽進行提濃，然后凝液回塔，提濃后含氨蒸汽與循環泵提升來的循環液同時進入文丘里噴射器進行吸收冷卻，冷卻吸收后液相自流進入循環吸收罐，如此重復至氨水濃度達到18wt%以上后送入氨水儲罐。

改造后工藝流程見圖4。

圖4 改造后脫氨工藝流程框圖式

3.3 新增設備

改造后新增脫氨主設備見表5。

表5 新增設備表

4 改造后實際運行效果

通過上述改造后，該脫氨裝置運行平穩，運行效果理想，出水氨氮含量持續穩定達到10 mg/L以下，可以穩定產18wt%以上氨水，蒸汽消耗量控制在120 kg/t廢水以內，較未改造節能30wt%左右。

另外，此次改造也對PROII對氨氮廢水模擬正確性進行了驗證，PROII模擬計算的結果和現場實際情況高度吻合。本次改造通過提高塔高度后，經PROII計算，500 t/d廢水處理量塔直徑1200 mm即可滿足。同時，按照理論計算直徑1400 mm脫氨塔可處理850 t/d廢水，在現場調試時，將廢水處理量提升到850 t/d依然滿足塔釜出水合格和塔頂氨水濃度達標的指標。

5 結 論

改造后的脫氨裝置能長周期平穩運行，廢水中氨氮處理效果良好，達到了污水外排環保一級指標標準?；厥盏陌彼疂舛纫材軡M足要求，另外，在節能方面也有顯著提高，蒸汽耗量控制在90～120 kg/t廢水之間，較改造前噸水消耗蒸汽節約30wt.%左右，是目前三元廢水氨氮處理較有效的裝置，對該類廢水節能處理有指導意義[5]。

另外，也驗證了PROII軟件模擬對該類廢水工藝計算的正確性，其計算結果可以完全指導脫氨廢水工藝設備選型。