CN104445272B - 一种含氨气、二氧化碳的变换气冷凝液综合回收利用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种含氨气、二氧化碳的变换气冷凝液综合回收利用方法，冷凝液经减压阀进入脱气罐；减压后分闪蒸混合气、冷进料、热进料三路进入气提塔，外部低压余热蒸汽自塔底进入气提塔，对三路进料进行气提；从塔下段中部氨气最富集的位置将粗氨气侧线抽出，经三级冷却冷凝和分凝后，气体进入高位吸氨器制取浓氨水，分凝液经脱气罐回流塔内；气提出来的二氧化碳、氨气混合气经塔上段填料层洗涤吸收氨气后排出塔外，经塔顶冷凝器进一步冷凝降温后排入硫回收系统脱除硫化氢，剩余的二氧化碳由企业进一步回用。气提后的变换冷凝液达到企业回用水标准，变换冷凝液全部回收利用。
Description
技术领域
本发明属于煤化工、新能源化工、石油化工等化工领域的废水、废气处理环节，具体涉及含氨气、二氧化碳的气化变换气冷凝液中，氨气、二氧化碳的分离和分步提纯方法，以及冷凝液的综合利用方法。
背景技术
煤化工、甲醇、乙醚、二甲醚等新兴能源和化工企业在煤气化和气化气的冷却和洗涤过程中，由于温度下降，压力较高，会有大量氨气、二氧化碳和少量的硫化氢、一氧化碳、氢气等冷凝并溶解到冷凝液中，形成富含氨气、二氧化碳的变换气冷凝液。其中二氧化碳含量在10-20g/L，氨气含量在4-8g/L，硫化氢含量在0.1-0.3g/L，一氧化碳含量在0.2-0.5g/L，氢气含量在0.02-0.1/L。该变换冷凝液属高氨氮废水，无法直接外排，如引入企业的废水生化处理系统，将直接提升生化系统的氨氮负荷，废水无法达标排放，大多数企业都采取了气提蒸氨的方式脱除氨氮和二氧化碳，气提后的合格液回用企业气化系统。由于气提出来的混合气冷凝后温度在60-80℃，氨气含量和含水率较高，使得后期硫回收系统和火炬经常熄火，无法正常运行，并容易形成新的氮氧化物污染；加之气提出来的混合气在塔顶冷凝时，氨基甲酸铵和硫化氢在冷凝器底部大量富集，浓度大大提高，使得冷凝器腐蚀严重，不到三个月就无法使用，为此大多数企业将这部分气体直接排放，形成了更严重的大气污染。随着环保和节能新标准的实施，以及监管力度的加大，这类废水和废气必须加以处理，并实现资源综合利用。为此，积极探索新的处理方法和处理装置，在满足国家环保标准的前提下，实现资源综合利用的目标，成为上述企业和科研机构的重要和急切的任务。
因此，煤化工企业和甲醇、烯烃、二甲醚等新兴能源企业，急需一种方法能将变换冷凝液中的氨气、二氧化碳分别回收，实现资源综合利用和废水零排放；同时投资相对适中，并尽可能实现运行正收益。只有这样，才能保障煤化工产业的长期健康发展。
发明内容
本发明的目的是提供一种含氨气、二氧化碳的变换气冷凝液综合回收利用方法，使冷凝液经处理后完全能达到企业回用要求和国家环保要求，并将氨气、二氧化碳分离和分别回收，实现资源综合利用，从而变废为宝，最终提高生产质量，提升社会和经济效益。
为实现上述目的，本发明采用的方案是：一种含氨气、二氧化碳的变换气冷凝液综合回收利用方法：包括以下步骤：
(1)含氨气、二氧化碳的变换气冷凝液经减压阀进入脱气罐(1)，温度35-45℃，减压后压力0.65-1.8Mpa；
(2)经脱气罐(1)闪蒸出来的二氧化碳、氨气混合气经气动流量调节阀直接进入汽提塔(3)中段上部，由热进料初步吸收其中的氨气后继续上行至塔上段，经过上段填料时氨气被进一步吸收；
(3)减压后脱气罐(1)的冷凝液分两路进入汽提塔(3)：其中70-85％靠余压进入一级预热器(13)，在一级预热器(13)中与塔底排出的合格废水初步换热，进入一级冷凝冷却器(6)再与塔内侧线抽出的气体二次换热，进入二级预热器(12)并再次与塔底排出的合格高温废水进一步换热后，温度上升到100-125℃，从汽提塔(3)中段上部进入作为热进料，布液后自上而下经过塔内塔盘或填料；温度为127-145℃的外部低压余热蒸汽直接通入汽提塔(3)底部，与塔底高温废水换热后，闪蒸产生的二次蒸汽作为塔内气提介质，自下而上在塔板或填料间对进入塔内向下流动的变换冷凝液进行气提；另外15-30％冷凝液，经冷进料预冷器(2)降温后，温度为35-40℃，靠余压直接进入汽提塔(3)上段最顶部，布液后自上而下经过塔上段填料层，对汽提塔(3)中段气提出来以及脱气罐(1)闪蒸出来进入塔内的氨气、二氧化碳混合气进行降温吸收，大部分氨气被吸收，重新回到下行的冷凝液中，在下降过程中被重新气提；
(4)在汽提塔(3)下段中部，气相中氨气相对最富集、浓度最高，二氧化碳等相对含量较低，为此在汽提塔(3)中下段理论塔板总数的33-40％之间，采用侧线部分出料的方式，将气提出来的含水97-92％，含氨气3-8％的粗氨气侧线抽出，抽出量相当于变换冷凝液总进料量8-13％；抽出的粗氨气在一级冷凝冷却器(6)中与热进料换热后，温度降为105-120℃，进入一级分凝器(9)，在一级分凝器(9)分凝脱水后，通过二级冷凝冷却器(7)进入二级分凝器(10)、三级冷凝冷却器(8)和三级分凝器(11)进一步冷凝和气液分离；二级分凝器(10)、三级分凝器(11)温度分别为70-85℃和35-40℃；一级分凝器(9)、二级分凝器(10)、三级分凝器(11)排出的冷凝液分别由一级、二级、三级冷凝液回流泵(19、20、21)打入脱气罐(1)内；未被冷凝的气体主要是氨气，含少量水和二氧化碳，利用余压进入高位吸氨器(14)；经计算和实验得出，侧线抽出位置位于中下段全部塔盘或填料高度的33-40％之间；
(5)在高位吸氨器(14)内，氨气被自上而下喷淋的除盐水吸收，温度升高，从高位吸氨器(14)底部排出进入氨水冷却器(15)，经循环冷却水降温，氨气被进一步吸收后，进入稀氨水罐(16)；同时从稀氨水罐(16)内抽出部分稀氨水，由氨水循环喷淋泵(23)打入高位吸氨器(14)中段，对氨气进行循环吸收，当稀氨水罐(16)内氨水浓度达到要求时，由氨水进料泵(24)打入成品浓氨水罐(18)储存备用；浓氨水罐(18)上部设置液封器(17)，液封水采用除盐水，该除盐水作为高位吸氨器(14)的吸氨补充水，根据变换冷凝液进料中氨气的浓度通过脱盐水泵(22)进行流量控制；
(6)从汽提塔(3)内抽出部分含氨蒸汽后，剩余蒸汽继续上行，到达塔中段顶部时，二氧化碳在气相中富集到最大程度，该部分蒸汽继续向上通过塔上段的洗涤吸收层，在较低温度下，蒸汽、氨气被从塔顶引入的变换冷凝液冷料吸收，而二氧化碳(含少量硫化氢)被吸收的量很少，纯度较高的二氧化碳气体从塔顶部排出，进入塔顶冷却器(4)和分凝液罐(5)进一步降温冷凝，冷凝下来的冷凝液全部通过一级回流泵(19)打入脱气罐(1)回流塔内；未冷凝的的混合气引入酸性气去硫回收系统由企业进一步回收利用硫，在此过程中一氧化碳燃烧变为二氧化碳、氢气燃烧变为水，因此从硫回收系统排出时，混合气变为纯度较高的二氧化碳气体，企业可以直接加以回收利用；
(7)变换冷凝液自上而下在汽提塔(3)塔板填料间流动，到达塔底部时，冷凝液中的氨气、二氧化碳、硫化氢含量达到设计指标要求，与进入塔内用于加热的蒸汽冷凝下来的冷凝水一起，由塔底排出，进入二级预热器(12)，经热物料初步降温后，进入一级预热器(13)，进一步降温后，温度80-100℃，由企业直接回用生产系统，经过(1)-(7)，可将氨气、二氧化碳、硫化氢完全分开，产率95％以上，生产的氨水浓度15-20％，其中二氧化碳含量低于5％，其他挥发性气体含量低于1％；生产的二氧化碳干基纯度高于98％，达到工业级标准。
本发明的主要特点在于：先将变换冷凝液中气提出来的氨气在汽提塔中段侧线抽出，经二到三级冷凝净化后进入高位吸氨器，用除盐水进行循环喷淋吸收，将氨气以高纯度浓氨水的形式进行回收，由企业直接加以利用或外售；将变换冷凝液中气提出来的二氧化碳和硫化氢从汽提塔顶部排出，通过企业自身的硫回收系统直接将硫回收，并将一氧化碳转变为二氧化碳、氢气转变为水，从而进一步回收高纯度的二氧化碳；三是先将变换冷凝液减压脱气，减少了流体加热过程中管道的振动，有助于调节系统压力；四是在较低温度和压力下进行气提，既可以利用企业的低压低温蒸汽直接加热，减少蒸汽耗费，节约能源，又可以降低设备要求，减少投资；五是该装置具有显著的经济效益和社会效益，一年左右即可收回投资，并实现环保全面达标；六是该装置可用于类似废液的综合处理利用。
附图说明
图1为本发明实施例实验装置结构示意图。
具体实施方式：
一种含氨气、二氧化碳的变换气冷凝液综合回收利用方法,其特征在于：包括以下步骤：
(1)变换气冷凝液压力约6.12Mpa，经减压阀进入脱气罐1，减压后压力约0.65-1.8Mpa，温度约40℃；
(2)减压后二氧化碳、氨气混合气(含微量硫化氢)被闪蒸出来，经气动流量调节阀进入汽提塔3中段上部，由热进料初步吸收其中的氨气后继续上行至塔上段，经过上段填料时氨气被进一步吸收；
(3)减压后从脱气罐1出来的冷凝液分两路进入汽提塔3：其中约五分之四靠余压先进入冷凝液-合格液一级预热器13，与塔底排出的合格高温废水初步换热，进入一级冷凝冷却器6再与塔内侧线抽出的气体二次换热，进入二级预热器12并再次与塔底排出的合格高温废水进一步换热后，温度上升到100-125℃，从汽提塔3中段上部进入塔内，布液后自上而下经过塔内塔盘或填料；外部低压余热蒸汽(温度127-145℃)直接通入汽提塔3底部，与塔底高温废水换热后，闪蒸产生的二次蒸汽作为塔内气提介质，自下而上在塔板或填料间对进入塔内的废水进行气提；另外约五分之一冷凝液经冷进料预冷器2降温后，温度35-40℃，靠余压直接进入汽提塔3上段最顶部，布液后自上而下经过塔上段填料层，对汽提塔3中段气提出来以及脱气罐1闪蒸出来进入塔内的氨气、二氧化碳混合气进行降温吸收，大部分氨气被吸收重新回到下行的冷凝液中，在下降过程中被重新气提；
(4)在汽提塔3下段中部，气相中氨气相对最富集、浓度最高，二氧化碳等相对含量较低，为此在汽提塔3中下段塔板总数的33-40％之间，采用侧线部分出料的方式，将气提出来的粗氨气(含水97-92％，含氨气3-8％)侧线抽出，抽出量相当于变换冷凝液总进料量的8-13％；抽出的粗氨气在一级冷凝冷却器6中与热进料换热后，温度降为105-120℃，在一级分凝器9分凝脱水后，进入二级冷凝冷却器7、二级分凝器10、三级冷凝冷却器8和三级分凝器11进一步冷凝和气液分离。二级分凝器10、三级分凝器11温度分别为70-85℃和35-40℃；一级分凝器9、二级分凝器10、三级分凝器11排出的冷凝液分别由一级、二级、三级冷凝液回流泵19、20、21打入脱气罐1回流塔内；未冷凝的气体主要是氨气，含少量水和二氧化碳(部分含有极微量的硫化氢)，利用余压进入高位吸氨器14；
(5)在高位吸氨器14内，氨气被自上而下喷淋的除盐水吸收，温度升高，从高位吸氨器14底部排出进入氨水冷却器15，经循环冷却水降温，氨气被进一步吸收后，进入稀氨水罐16；同时从稀氨水罐16内抽出部分稀氨水，由氨水循环喷淋泵23打入高位吸氨器14中段，对氨气进行循环吸收，当稀氨水罐16内氨水浓度检测仪显示氨水浓度达到要求时，由氨水进料泵24打入成品浓氨水罐18储存备用；浓氨水罐18上部设置液封器17，液封水采用除盐水，该除盐水通过脱盐水泵22打入高位吸氨器14作为高位吸氨器14的吸氨补充水，根据变换冷凝液进料中氨气的浓度进行流量控制；
(6)从汽提塔3内抽出部分含氨蒸汽后，剩余蒸汽继续上行，到达塔中段顶部时，二氧化碳(含少量硫化氢)在气相中富集到最大程度，该部分蒸汽和脱气罐闪蒸进入塔内的混合气一起继续向上通过塔上段的洗涤吸收层，在较低温度下，蒸汽、氨气被从塔顶引入的变换冷凝液冷料吸收，而二氧化碳和硫化氢被吸收的量很少，纯度较高的二氧化碳气体从塔顶部排出(含有极微量的一氧化碳、硫化氢、氨气)，进入塔顶冷却器4和分凝液罐5进一步降温冷凝，冷凝下来的冷凝液全部通过一级回流泵19打入脱气罐1回流塔内；未冷凝的的混合气引入酸性气去硫回收系统由企业进一步回收利用硫，在此过程中一氧化碳燃烧变为二氧化碳、氢气燃烧变为水，因此从硫回收系统排出时，混合气变为纯度较高的二氧化碳气体，企业可以直接加以回收利用；
(7)变换冷凝液自上而下在汽提塔3填料(塔板)间流动，到达塔底部时，冷凝液中的氨气、二氧化碳、硫化氢含量达到设计指标要求，与进入塔内用于加热的蒸汽冷凝下来的冷凝水一起，由塔底排出，进入合格液-热物料二级预热器12，经热物料初步降温后，进入合格液-热物料一级预热器13，进一步降温后，温度80-100℃，由企业直接回用生产系统。
经过(1)-(7)，氨气、二氧化碳、硫化氢被完全分开：生产的氨水浓度15-20％，产率95％以上，其中二氧化碳含量低于5％，其他挥发性气体含量低于1％；回收的二氧化碳干基纯度高于98％，产率98％以上，达到工业级标准。
本发明主要设备包括：
1、变换冷凝液减压脱气和物料分配系统：由减压阀、脱气罐1和闪蒸气气动调节阀、冷凝液气动调节阀组成；
2、变换冷凝液汽提塔3：根据变换冷凝液流量及氨气、二氧化碳含量确定塔径、塔高、塔板或填料层数及厚度等塔体参数及塔内操作参数，塔体采取三级变径设计，三级塔径比为1：0.75-0.9：0.55-0.65；
3、变换冷凝液一级预热器13、二级预热器12、预冷器2；
4、氨气侧线抽出和三级冷凝系统：包括一、二、三级冷凝冷却器6、7、8和一、二、三级分凝器9、10、11以及分凝器回流泵19、20、21；
5、氨水制备系统：包括高位吸氨器14、喷淋系统、氨水冷却器15、稀氨水罐16、浓氨水罐18、循环喷淋泵23、脱盐水泵22、液封器17、氨水进料泵24等设备；
6、塔顶混合气冷凝系统：包括塔顶冷却器4、分凝液罐5、回流泵等设备；
7、混合气脱硫系统：由企业自身的脱硫系统替代；
8、二氧化碳排放和回收系统：由企业自身二氧化碳排放和回收系统替代；
9、电气、仪表控制系统：由电气系统、DCS控制系统和控制阀门、控制仪表等组成。
本发明装置中，热进料第一级、第二级预热器、及热进料、侧线气换热器全部由系统自身余热供热，侧线气冷凝和热物料间接相互换热；系统外部热源采用低压预热蒸汽，消耗量不超过200kg/M3废水；汽提塔3采用变径设计；系统本身无物料富集问题。
Claims (1)
1.一种含氨气、二氧化碳的变换气冷凝液综合回收利用方法,其特征在于：包括以下步骤：
(1)含氨气、二氧化碳的变换气冷凝液经减压阀进入脱气罐(1)，温度35-45℃，减压后压力0.65-1.8Mpa；
(2)经脱气罐(1)闪蒸出来的二氧化碳、氨气混合气经气动流量调节阀直接进入汽提塔(3)中段上部，由热进料初步吸收其中的氨气后继续上行至塔上段，经过上段填料时氨气被进一步吸收；
(3)减压后脱气罐(1)的冷凝液分两路进入汽提塔(3)：其中70-85％靠余压进入一级预热器(13)，在一级预热器(13)中与塔底排出的合格废水初步换热，进入一级冷凝冷却器(6)再与塔内侧线抽出的气体二次换热，进入二级预热器(12)并再次与塔底排出的合格高温废水进一步换热后，温度上升到100-125℃，从汽提塔(3)中段上部进入作为热进料，布液后自上而下经过塔内塔盘或填料；温度为127-145℃的外部低压余热蒸汽直接通入汽提塔(3)底部，与塔底高温废水换热后，闪蒸产生的二次蒸汽作为塔内气提介质，自下而上在塔板或填料间对进入塔内向下流动的变换冷凝液进行气提；另外15-30％冷凝液，经冷进料预冷器(2)降温后，温度为35-40℃，靠余压直接进入汽提塔(3)上段最顶部，布液后自上而下经过塔上段填料层，对汽提塔(3)中段气提出来以及脱气罐(1)闪蒸出来进入塔内的氨气、二氧化碳混合气进行降温吸收，大部分氨气被吸收，重新回到下行的冷凝液中，在下降过程中被重新气提；
(4)在汽提塔(3)下段中部，气相中氨气相对最富集、浓度最高，二氧化碳、硫化氢相对含量较低，为此在汽提塔(3)中下段理论塔板总数的33-40％之间，采用侧线部分出料的方式，将气提出来的含水97-92％，含氨气3-8％的粗氨气侧线抽出，抽出量相当于变换冷凝液总进料量的8-13％；抽出的粗氨气在一级冷凝冷却器(6)中与热进料换热后，温度降为105-120℃，进入一级分凝器(9)，在一级分凝器(9)分凝脱水后，通过二级冷凝冷却器(7)进入二级分凝器(10)、三级冷凝冷却器(8)和三级分凝器(11)进一步冷凝和气液分离；二级分凝器(10)、三级分凝器(11)温度分别为70-85℃和35-40℃；一级分凝器(9)、二级分凝器(10)、三级分凝器(11)排出的冷凝液分别由一级、二级、三级冷凝液回流泵(19、20、21)打入脱气罐(1)内；未被冷凝的气体主要是氨气，含少量水和二氧化碳，利用余压进入高位吸氨器(14)；经计算和实验得出，侧线抽出位置位于中下段全部塔盘或填料高度的33-40％之间；
(5)在高位吸氨器(14)内，氨气被自上而下喷淋的除盐水吸收，温度升高，从高位吸氨器(14)底部排出进入氨水冷却器(15)，经循环冷却水降温，氨气被进一步吸收后，进入稀氨水罐(16)；同时从稀氨水罐(16)内抽出部分稀氨水，由氨水循环喷淋泵(23)打入高位吸氨器(14)中段，对氨气进行循环吸收，当稀氨水罐(16)内氨水浓度达到要求时，由氨水进料泵(24)打入成品浓氨水罐(18)储存备用；浓氨水罐(18)上部设置液封器(17)，液封水采用除盐水，该除盐水作为高位吸氨器(14)的吸氨补充水，根据变换冷凝液进料中氨气的浓度通过脱盐水泵(22)进行流量控制；
(6)从汽提塔(3)内抽出部分含氨蒸汽后，剩余蒸汽继续上行，到达塔中段顶部时，二氧化碳在气相中富集到最大程度，该部分蒸汽继续向上通过塔上段的洗涤吸收层，在较低温度下，蒸汽、氨气被从塔顶引入的变换冷凝液冷料吸收，而二氧化碳被吸收的量很少，纯度较高的二氧化碳气体从塔顶部排出，进入塔顶冷却器(4)和分凝液罐(5)进一步降温冷凝，冷凝下来的冷凝液全部通过一级回流泵(19)打入脱气罐(1)回流塔内；未冷凝的的混合气引入酸性气去硫回收系统由企业进一步回收利用硫，在此过程中一氧化碳燃烧变为二氧化碳、氢气燃烧变为水，因此从硫回收系统排出时，混合气变为纯度较高的二氧化碳气体，企业直接加以回收利用；
(7)变换冷凝液自上而下在汽提塔(3)塔板填料间流动，到达塔底部时，冷凝液中的氨气、二氧化碳、硫化氢含量达到设计指标要求，与进入塔内用于加热的蒸汽冷凝下来的冷凝水一起，由塔底排出，进入二级预热器(12)，经热物料初步降温后，进入一级预热器(13)，进一步降温后，温度80-100℃，由企业直接回用生产系统，经过步骤(1)-步骤(7)，可将氨气、二氧化碳、硫化氢完全分开，产率95％以上，生产的氨水浓度15-20％，其中二氧化碳含量低于5％，其他挥发性气体含量低于1％；生产的二氧化碳干基纯度高于98％，达到工业级标准。
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