CN101941720A

CN101941720A - 一种管式炉蒸氨工艺及设备

Info

Publication number: CN101941720A
Application number: CN 201010259369
Authority: CN
Inventors: 王柱祥; 商恩霞; 柴云富
Original assignee: TIANJIN CHUANGJU CHEMICAL EQUIPMENT CO Ltd; TIANJIN CHUANGJU SCIENCE AND TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: Tianjin pioneering Polytron Technologies Inc
Priority date: 2010-08-23
Filing date: 2010-08-23
Publication date: 2011-01-12
Anticipated expiration: 2030-08-23
Also published as: CN101941720B

Abstract

本发明提供一种管式炉蒸氨工艺及设备。该蒸氨工艺采用内部为径向侧导喷射塔盘构成的蒸氨塔，先把剩余氨水与蒸氨废水换热，再把剩余氨水送入到管式炉的辐射段进行换热，然后送入蒸氨塔常压或减压操作蒸氨，且在剩余氨水进入到蒸氨塔之前，加入质量浓度30％、质量比为8～9kg碱液/t氨水的氢氧化钠溶液，对剩余氨水中的固定铵盐进行分解，使液相和气相在塔盘上进行多次传热、传质；蒸氨热源来源于蒸氨塔底蒸氨废水与管式炉的热交换，气相中的氨组分被提浓，并输送到下一道工序；塔底废水则经过换热和降温，送到生化处理工序。本发明蒸氨设备适用于本发明管式炉蒸氨工艺，主要包括蒸氨塔和管式炉等。

Description

一种管式炉蒸氨工艺及设备

技术领域

本发明涉及氨水加工技术，具体为一种管式炉蒸氨工艺及设备。该工艺及设备可广泛应用于焦化、化肥和煤气化行业氨水的加工。

背景技术

在焦煤生产过程中，煤炭在高温焦炉中被加热，产生大量的含氮化合物和有机物，焦炭成型后，需要用水来熄焦降温，含氨煤气则进入洗氨塔，这个过程中氨气和其他一部分杂质被水吸收下来，形成含氨废水，一部分需要脱出吸收下来的氨，从而形成剩余氨水。

剩余氨水的传统加工工艺是，利用蒸汽直接通入蒸氨塔底部，或者利用导热油，经过再沸器给蒸氨塔提供热量。这种工艺热量消耗比较大。所使用的塔板目前多采用浮阀塔板，该塔板易被焦油和污染堵塞，塔内部件普遍选择板式结构。目前运行的大多数板式结构塔使用浮阀、泡罩或斜孔塔盘，这类塔盘主要的缺点是易堵塞，不耐磨，容易造成内件部件的脱落，影响塔盘效率，进而影响了剩余氨水的处理效果，导致产能下降，能耗上升。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种管式炉蒸氨工艺及设备。该工艺及设备用于剩余氨水的处理，可充分利用焦化厂自产的焦炉煤气，把高品位的热源直接转化为蒸氨塔的能量来源，并有效利用；可以有效解决该行业类似工段普遍存在的蒸氨工艺能耗大、投资高、氨脱除效率低、检修周期短等问题，进而提高生产效率，增加操作弹性，节能降耗，延长检修周期。

本发明解决所述工艺技术问题的技术方案是，设计一种管式炉蒸氨工艺，该工艺采用内部为径向侧导喷射塔盘构成的蒸氨塔，先把剩余氨水与蒸氨废水换热，再把剩余氨水送入到管式炉的辐射段进行换热，然后送入蒸氨塔常压或减压操作蒸氨，且在剩余氨水进入到蒸氨塔之前，加入质量浓度30％、质量比为8～9kg碱液/t氨水的氢氧化钠溶液，对剩余氨水中的固定铵盐进行分解，使液相和气相在塔盘上进行多次传热、传质；蒸氨热源来源于蒸氨塔底蒸氨废水与管式炉的热交换，气相中的氨组分被提浓，并输送到下一道工序；塔底废水则经过换热和降温，送到生化处理工序。

本发明解决所述设备技术问题的技术方案是，设计一种蒸氨设备，该设备适用于权利要求1-3任一项所述的管式炉蒸氨工艺，主要包括：蒸氨塔、分缩器、管式炉、循环泵、废水冷却器、氨水预热器、碱液计量泵、剩余氨水泵、剩余氨水罐、焦油泵、碱液槽；蒸氨塔经循环泵与管式炉下方的辐射段管接，构成循环回路；管式炉上方的对流段一端与蒸氨塔的上方管接，另一端依次经氨水预热器、剩余氨水泵与剩余氨水罐管接，剩余氨水罐与焦油泵管接；氨水预热器的一端与废水冷却器管接，另一端管接到循环泵输出到管式炉下方辐射段的连接管路上；碱液槽经碱液计量泵与蒸氨塔的上方管接

与现有技术相比，本发明成功地把管式炉直接供热技术和径向侧导喷射塔盘技术引进到剩余氨水的蒸氨处理工艺及设备中，具有工艺简单、成本降低、抗堵塞、提高塔的蒸氨效率、增加操作弹性、改善产品质量、节约蒸氨汽提过程的能量消耗、延长检修周期等特点。工业应用实践表明，本发明蒸氨工艺及设备在蒸氨效率提高20％以上的基础上，可以同时降低能源费用70％以上(参见表1)，大幅减少污染，具有良好的工业推广应用价值。

附图说明

图1为本发明管式炉蒸氨工艺及设备一种实施例的工艺流程示意图。

具体实施方式

本发明设计的管式炉蒸氨工艺(简称蒸氨工艺，参见图1)，采用内部为径向侧导喷射塔盘构成的蒸氨塔，先把剩余氨水与蒸氨废水换热，再把剩余氨水送入到管式炉的辐射段进行换热，然后送入蒸氨塔进行常压或减压操作蒸氨，且在剩余氨水进入到蒸氨塔之前，加入质量浓度30％、质量比为8～9kg碱液/t氨水的氢氧化钠溶液，对剩余氨水中的固定铵盐进行分解，使液相和气相在塔盘上进行多次传热、传质；蒸氨热源来源于蒸氨塔底蒸氨废水与管式炉的热交换，气相中的氨组分被提浓，并输送到下一道工序；塔底废水则经过换热和降温，送到生化处理工序。

本发明蒸氨工艺的主要特征是：

a.在原料氨水加热后，进入蒸氨塔1之前的入口处，要加入质量浓度为30％、质量比为8～9kg碱液/t氨水的氢氧化钠溶液，以分解固定铵盐。

b.蒸氨塔1的操作压力可以是常压或者减压状态操作；减压操作可以通过真空泵进行减压，塔顶压力范围为绝压30kpa～100Kpa。

c.蒸氨塔1的塔底热源为蒸氨废水在管式炉3中间接加热循环产生的蒸汽；取消了直接蒸汽加热和导热油加热方式。

d.原料剩余氨水在与蒸氨废水换热后，进入管式炉3的上段进行加热。

e.蒸氨塔1的内部构造采用了申请人的在先专利技术“一种径向侧导喷射塔盘”(ZL200620025314.8；参见其说明书相关说明)。

f.氨汽在分缩器2中用冷却水冷凝后进入到下一工序。

g.原料剩余氨水加入的位置是靠近蒸氨塔1的入口处，目的是为了防止铵盐或者反应生成的矿物质堵塞管道。

h.蒸氨塔1塔顶的氨汽在分缩器2中用冷却水冷凝后再进入到下一工序。

本发明同时设计了适用于所述蒸氨工艺使用的蒸氨设备(参见图1)，主要包括：蒸氨塔1、分缩器2、管式炉3、循环泵4、废水冷却器5、氨水预热器6、碱液计量泵7、剩余氨水泵8、剩余氨水罐9、焦油泵10、碱液槽11；蒸氨塔1经循环泵4与管式炉3下方的辐射段管接，构成循环回路；管式炉3上方的对流段一端与蒸氨塔1的上方管接，另一端依次经氨水预热器6、剩余氨水泵8与剩余氨水罐9管接，剩余氨水罐9与焦油泵10管接；氨水预热器6的一端与废水冷却器5管接，另一端管接到循环泵4输出到管式炉3下方辐射段的连接管路上；碱液槽11经碱液计量泵7与蒸氨塔1的上方管接。

本发明蒸氨设备的核心设备之一是蒸氨塔1。蒸氨塔1采用CJST塔盘。CJST塔盘为申请人的在先专利，即“一种径向侧导喷射塔盘”(ZL200620025314.8；参见其说明书相关说明)。CJST塔盘的主要结构为，在塔板上开有矩形孔，孔上是矩形帽罩，成规则的顺排，罩顶为平顶，帽罩的三个侧面(两个侧面和沿着液体流动方向的一个立面)开有雾沫分离孔。雾沫分离孔为圆形，帽罩底部开有缝隙以便液体流通。顶部盖板起阻止气液向上流动作用。罩体和塔板上的板孔同心固定。板孔尺寸小于罩体尺寸。帽罩在塔板上矩形排列。

CJST塔盘的工作原理和过程是：CJST为气液并流喷射塔盘，气相为连续相、液相为分散相，其操作工况简单描述是：由下一层塔板上升的气体从板孔进入帽罩，由于气体通过板孔时被加速，能量转化，板孔附近的静压强降低，致使帽罩内外两侧产生压差，使板上液体由帽罩底部缝隙被压入帽罩内，并与上升的高速气流接触后，改变方向被提升拉成环状膜，向上运动。在此过程中，极不稳定的液膜被高速气流拉动撞击分离板后被破碎成直径不等的液滴，气液两相在帽罩内进行充分的接触、混合，然后经罩体筛孔垂直喷射，气液开始分离，气体上升进入上一层塔板，液滴落回原塔板液层中。其传质经历了以下过程：

托液拉膜段：液体进入帽罩内被气体向上拉膜提升；

破膜粉碎段：气体将液体破碎成液滴；

气液喷射段：气体和液滴上升碰撞分离板并折返，与上升的气液激烈碰撞；

气液分离段：气体和液滴从帽罩体的侧面喷射板喷射而出；

在罩间，喷出罩体的气体和液滴对喷射、相互碰撞；

喷出罩体的气体和液滴，在分离板的作用下液滴回落至板面流向下层塔板，气体绕过分离板上升至上层塔板。

在塔板至罩顶的立体空间中，液体经过拉膜---破碎---碰顶返回---喷射---对喷---分离六个步骤和气体完成传质，其空间利用率达50％以上。

本发明蒸氨设备的另一核心设备是管式炉3。管式炉3的结构及功能是：管式炉3主要由炉膛、炉管和烟道组成。传热部分分为下方的辐射段和上方的对流段。煤气通过管道输送到下方的辐射段炉膛内的火嘴，燃烧后产生的热量直接传给辐射段的炉管，加热蒸氨塔1底部来的蒸氨废水，废水过热后再回到蒸氨塔1内闪蒸，产生蒸汽。由于烟道气含有大量的余热，因此设计把烟道气送入上方的对流段，用烟道气的余热进一步加热已经用废水预热过的氨水，然后再把氨水送入蒸氨塔1中。这种设计提高了蒸氨效果，节省了蒸汽，减少了污染。

显然，本发明蒸氨设备在所述的连接管路上可以设置必要的控制阀门、计量仪表、连接部件等零部件。该蒸氨设备的连接方式本身为化工领域的通用方式。此外，蒸氨塔1的上部开有冷却水进口和冷却水出口，顶部开有蒸汽出口；管式炉3的下部接有煤气输入管路；废水冷却器5的另一端接入废水生化处理工序；剩余氨水罐9的上部接有剩余氨水输入管，剩余氨水罐9下部的焦油泵10外接焦油管路。所述的分缩器2的型式为耐腐蚀的螺旋板换热器。

本发明蒸氨设备适用于本发明所述的蒸氨工艺。管道内的物料按图1所示箭头方向依次通过各功能设备分别完成换热、传质等任务。

本发明实施例为90立方米剩余氨水的蒸氨过程，通过以下流程实现剩余氨水的蒸氨处理：先把40～45℃的剩余氨水在剩余氨水槽9内静置3～5小时，以使剩余氨水与焦油分离，沉降的焦油由焦油泵10外送至焦油回收工序。剩余氨水泵8则把原料氨水输送至氨水预热器6与蒸氨废水进行热交换，温度升至80℃，再经过管式炉3的上段加热到100℃，与来自与碱液槽11的质量浓度为30％的氢氧化钠溶液进行混合，从蒸氨塔1的顶部进入蒸氨塔1内。

所述蒸氨塔1采用为申请人的“径向侧导喷射塔盘(ZL200620025314.8)”。氨水进入蒸氨塔1内，以穿流的方式逐级进行气液接触，液相中的氨分子受热后从液相逸出并被不断提浓，经过分缩器2冷凝后进入到下一道工序。蒸氨塔1底部的蒸氨废水经过循环泵4打入管式炉3的下段换热，燃料气从煤气进口管进入管式炉3内，液体被加热到130℃后蒸发，产生蒸汽再送入塔釜内，以为蒸氨塔1提供热量，部分蒸氨废水经过氨水预热器6和废水冷却器5二级降温进入生化处理工序。蒸氨塔1的工艺设计是：操作压力保持在常压或负压状态，塔顶压力在绝压30～105kpa，塔顶温度在65～98℃之间，塔底温度在80～110℃之间。

以下表1是传统蒸氨工艺与本发明蒸氨工艺的主要技术指标对比表：

表1本发明蒸氨工艺与传统蒸氨工艺主要技术指标对比表

对比项目	(本发明)管式炉蒸氨技术	传统蒸氨技术
			氨水处理量	20t/h	20t/h
工艺流程	管式炉加热塔釜循环废水	直接加热工艺
			塔内件	一种径向侧导喷射塔盘	泡罩、浮阀
蒸氨塔径	φ1200	φ1400
			板层数	20-24层	28-32层
热源	焦炉煤气	蒸汽
			蒸氨废水指标	40ppm	150-200ppm
热源消耗	15m³剩余焦炉煤气/t氨水	175kg/t氨水
			热源消耗量	剩余煤气300m³/h	蒸汽3.5t/h
热源价格	0.35元/m³	130元/t
			运行费用主要是热源	105元/h	450元/h
年运行费用	92万元	394万元
			塔底废水量	19.6t/h	23.1t/h
年外排废水量	17.2万吨/年	20.3万吨/年
			废水处理费用	15元/t废水	15元/t废水
废水处理费	258万元	304.5万元

从表1中可以看出，本发明蒸氨工艺在运行中用煤气直接加热替代蒸汽加热，能耗和运行成本大幅降低，废水含氨也减少，处理效率提高，完全可以满足生化处理工序对于废水指标的要求。由于该工艺配合采用本公司在先的径向侧导喷射塔盘专利技术，塔板效率和抗堵性能也均得到很大的提高，设备投资大大降低，检修周期得到延长，具有良好的经济和环境效益。

本发明未述及之处适用于现有技术。

Claims

1.一种管式炉蒸氨工艺，该工艺采用内部为径向侧导喷射塔盘构成的蒸氨塔，先把剩余氨水与蒸氨废水换热，再把剩余氨水送入到管式炉的辐射段进行换热，然后送入蒸氨塔常压或减压操作蒸氨，且在剩余氨水进入到蒸氨塔之前，加入质量浓度30％、质量比为8～9kg碱液/t氨水的氢氧化钠溶液，对剩余氨水中的固定铵盐进行分解，使液相和气相在塔盘上进行多次传热、传质；蒸氨热源来源于蒸氨塔底蒸氨废水与管式炉的热交换，气相中的氨组分被提浓，并输送到下一道工序；塔底废水则经过换热和降温，送到生化处理工序。

2.根据权利要求1所述管式炉蒸氨工艺，其特征在于：将CJST专利塔盘成功应用于蒸氨塔；采用创新设计的管式炉应用于蒸氨系统，操作稳定、节能效果显著；蒸氨流程设计合理。

3.根据权利要求1所述管式炉蒸氨工艺，其特征在于所述的蒸氨工艺对于常压、减压蒸氨项目都适用。

4.一种蒸氨设备，该设备适用于权利要求1-3任一项所述的管式炉蒸氨工艺，主要包括：蒸氨塔、分缩器、管式炉、循环泵、废水冷却器、氨水预热器、碱液计量泵、剩余氨水泵、剩余氨水罐、焦油泵、碱液槽；蒸氨塔经循环泵与管式炉下方的辐射段管接，构成循环回路；管式炉上方的对流段一端与蒸氨塔的上方管接，另一端依次经氨水预热器、剩余氨水泵与剩余氨水罐管接，剩余氨水罐与焦油泵管接；氨水预热器的一端与废水冷却器管接，另一端管接到循环泵输出到管式炉下方辐射段的连接管路上；碱液槽经碱液计量泵与蒸氨塔的上方管接。

5.根据权利要4所述的蒸氨设备，其特征在于所述分缩器的型式为耐腐蚀、抗堵性好、高效率的螺旋板换热器。