CN107823906A - 一种粗煤气变换工艺冷凝液汽提处理系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种粗煤气变换工艺冷凝液汽提处理系统及方法，包括汽提塔、闪蒸罐、第一冷却器、第一气液分离器和换热器，其中，闪蒸罐的入口与工艺冷凝液源连接，闪蒸罐的气体出口与第一冷却器的入口连接，第一冷却器的出口与第一气液分离器的入口连接；闪蒸罐的液体出口与换热器的冷介质入口连接，换热器的冷介质出口与汽提塔的塔顶入口连接；汽提塔的塔釜出口与换热器的热介质入口连接，汽提塔的塔顶气体出口与所述第一冷却器的入口连接；所述闪蒸罐除去工艺冷凝液中的二氧化碳、硫化氢和部分氨气；汽提塔对闪蒸后的工艺冷凝液进行汽提；第一冷却器将汽提塔塔顶蒸气降温至设定温度，使得水蒸气冷凝，并提高氨气在水中的溶解度。

Description

一种粗煤气变换工艺冷凝液汽提处理系统及方法
技术领域
本发明属于工艺冷凝液及解析废气综合处理技术领域，具体涉及一种粗煤气变换工艺冷凝液汽提处理系统及方法。
背景技术
粗煤气中的一氧化碳变换是指在变换工段借助催化剂的作用，在一定温度下与水蒸气反应，生成二氧化碳和氢气。为了使变换反应朝着有利于生成氢气的方向进行，变换反应中的水蒸汽要求过量，变换工艺中会有大量的冷凝液产生。冷凝液中的主要杂质为氨、硫化氢和二氧化碳。这部分冷凝液又回到气化单元粗合成气洗涤碳中，造成工艺冷凝液中及粗合成气系统中氨气含量的循环积累，甚至使工艺冷凝液中的氨的含量高达5000mg/l，给后续生产的长周期稳定运行带来了隐患。通常用蒸汽汽提的方法将这些杂质去除，净化的冷凝液再送回上游的气化装置中回用。
现有的汽提工艺为单塔汽提工艺和双塔汽提工艺，其中，单塔汽提工艺是混合变换冷凝液经加热后进入塔顶，塔底用低压蒸汽供热。顶部产出的含有氨、硫化氢、二氧化碳等的水蒸气经冷凝后进入分离器分离水，分离器顶部的气体排入火炬或硫回收装置，底部污水的排出有两种流程，一种是排出装置外，进入污水处理常，另一种是返回汽提塔，没有污水外排。塔底产物为净化水。该汽提工艺存在以下问题：1、未将变换工艺冷凝液中汽提出的二氧化碳和硫化氢与氨分开，而是从塔顶混合排出，在后续的冷凝过程中，温度低时二氧化碳、硫化氢和氨极易生成铵盐结晶物，造成管道和冷凝器堵塞；2、工艺冷凝液中的氨、硫化氢、二氧化碳等杂质的含量很大，汽提过程需要消耗大量的蒸汽，大大提高了气体成本；3、汽提效果较差，经汽提后的净化水中的氨含量往往较高；4、汽提塔顶的不凝气体通火炬，冷凝水排入污水处理厂，导致氨的浪费，并且对污水处理厂造成较大的压力。所以该汽提工艺只能用于变换冷凝液中氨含量非常低的情况。
而双塔汽提工艺是利用二氧化碳、硫化氢比氨更容易挥发的特点，增加了一个二氧化碳汽提塔，混合变换冷凝液先后经过二氧化碳汽提塔和氨汽提塔进行汽提。二氧化碳汽提塔顶部产出的气体为含有大量二氧化碳、少量氨、少量硫化氢等杂质的水蒸气，经冷凝后进入分离器分离水，顶部气体排入火炬或硫回收工段，底部污水进入氨汽提塔顶部作为进料水。氨汽提塔顶部产出含有大量氨和少量硫化氢、二氧化碳等杂质的水蒸气，依次经高低温冷凝后进入分离器分离水，其中高温水返回氨汽提塔内，低温水作为污水排入污水处理厂。顶部气体排入火炬或硫回收工段，塔底为净化水。该种汽提工艺存在以下问题：1、二氧化碳汽提塔和氨汽提塔的底部都需要通入大量的蒸汽，存在消耗蒸汽多、汽提成本高的问题；2、气体塔顶部的不凝气体主要是排入火炬，冷凝水通往污水处理厂。一方面，造成了氨气的浪费，另一方面，冷凝水中的氨含量很高，给污水处理场造成了很大压力；3、汽提氨气的任务主要是由氨汽提塔完成，同样存在汽提后的净化水中氨含量过高、净化效果不好的问题。
综上所述，现有技术中的粗煤气变换冷凝水的汽提工艺中存在的消耗蒸汽量大、氨的浪费、汽提净化水中氨含量偏高、汽提塔顶冷凝液的污水处理难度较大等技术问题，尚缺乏有效的解决方案。
发明内容
针对上述现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是提供一种粗煤气变换工艺冷凝液汽提处理系统及方法。该系统不但可以解决汽提塔顶冷凝过程中，氨、硫化氢和二氧化碳降温时生成铵盐结晶物，容易造成管道和冷凝器堵塞的问题，还可以解决汽提蒸汽消耗量较大、汽提净化水中氨含量偏高等一系列问题。
为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为：
一种粗煤气变换工艺冷凝液汽提处理系统，包括汽提塔、闪蒸罐、第一冷却器、第一气液分离器和换热器，其中，
闪蒸罐的入口与工艺冷凝液源连接，闪蒸罐的气体出口与第一冷却器的入口连接，第一冷却器的出口与第一气液分离器的入口连接；
闪蒸罐的液体出口与换热器的冷介质入口连接，换热器的冷介质出口与汽提塔的塔顶入口连接；
汽提塔的塔釜出口与换热器的热介质入口连接，汽提塔的塔顶气体出口与所述第一冷却器的入口连接；
所述闪蒸罐提供负压，对工艺冷凝液进行闪蒸，除去工艺冷凝液中的二氧化碳、硫化氢和部分氨气；
汽提塔对闪蒸后的工艺冷凝液进行汽提，以除去工艺冷凝液中剩余的氨气；
第一冷却器将汽提塔塔顶蒸气降温至设定温度，使得水蒸气冷凝，并提高氨气在水中的溶解度。
闪蒸罐对工艺冷凝液进行减压闪蒸，由于二氧化碳和硫化氢比氨更容易挥发，所以在闪蒸过程中，控制相应条件，将工艺冷凝液中的绝大部分二氧化碳和硫化氢闪蒸除去，并将一部分氨气闪蒸除去。一方面，通过闪蒸大大降低了工艺冷凝液中的二氧化碳、硫化氢和氨气的量，减小了后续汽提塔中的负荷，为进一步降低汽提后净化水中氨的含量提供了保证。另一方面，闪蒸过程中部需要通入蒸汽，而且闪蒸过程大大降低了汽提塔的负荷，所以，即使提高了工艺冷凝液的汽提效果，仍然可以节省大量的蒸汽。
由于闪蒸后的工艺冷凝液会适度降温，采用汽提塔塔釜中的净化水对闪蒸后的工艺冷凝液进行加热，一方面回收了塔釜净化水中的热量，更方便后续的利用，另一方面，对闪蒸后工艺冷凝液进行加热，有利于提高汽提效果。
优选的，所述汽提塔的底部设置再沸器。再沸器对塔釜中的净化水进行加热，自产蒸汽，一方面减少外部蒸汽的消耗，并减少了外部蒸汽输送过程中不可避免的热量损失；另一方面，也是在本发明中的主要作用，再沸器对塔釜净化水进行加热产生蒸汽，同时会产生一部分温度较高的液体，该部分液体返回汽提塔塔釜时，会对塔釜净化水产生一定的加热作用，更有利于后续对闪蒸后的工艺冷凝液的加热，进一步提高工艺冷凝液的汽提效果，进而降低净化水中的氨的含量。
优选的，所述汽提处理系统还包括第二冷却器和第二气液分离器，闪蒸罐的气体出口替换为与第二冷却器的入口连接，第二冷却器的出口与第二气液分离器的入口连接。
闪蒸罐对工艺冷凝液进行减压闪蒸，由于二氧化碳和硫化氢比氨更容易挥发，所以在闪蒸过程中，控制相应条件，将工艺冷凝液中的绝大部分二氧化碳和硫化氢闪蒸除去，并将一部分氨气闪蒸除去。闪蒸罐的气体出口与第二冷却器连接，汽提塔的顶部气体出口与第一冷却器连接，采用该种技术方案，使得闪蒸罐蒸出的气体与汽提塔汽提出的气体分开，即，将二氧化碳和硫化氢与大部分的氨气分开，减缓了蒸汽冷凝过程中，产生铵盐结晶物，造成管道和冷凝器堵塞的问题。
同时，在闪蒸过程中，工艺冷凝液会产生大量的水蒸汽，在后续的降温冷凝过程中，水蒸汽冷凝成液体，蒸汽中的氨气溶解进入冷凝水中。由于氨气在冷凝水中的溶解度较高，而且冷凝水的温度越低，氨气在其中的溶解度越高。所以，通过控制冷凝水的温度，提高氨气在冷凝水中的溶解度，尽量降低不凝气体中的氨气的量。当不凝气体中氨气的含量减小到一定程度时，即使在气体的降温过程中，都不足以产生足够多的铵盐结晶物造成管道和冷凝器的堵塞。
优选的，所述汽提塔为浮阀塔。浮阀塔是在筛板塔的基础上，在每个筛孔处安装一个可以上下移动的阀片，当筛孔气速高时，阀片被顶起上升，空速低时，阀片因自身重而下降。所以，浮阀塔的操作弹性大，特别是在低负荷时，仍能保持正常操作。
优选的，所述再沸器、第一冷却器、第二冷却器和换热器均为列管管壳式换热器。
优选的，所述第一气液分离器和第二气液分离器的液体出口通过管道与烟气脱硫脱硝塔的顶部连通，将冷凝得到的含氨污水用于烟气的脱硫脱硝。
由于该冷凝后的含氨污水中氨的浓度很大，如果直接通往污水处理场进行处理时，会对污水处理场造成很大的压力，既浪费了氨资源，又造成了环境污染。将含氨污水输送至烟气脱硫脱硝塔进行烟气的脱硫脱硝时，既可有效利用含氨污水中的氨，又可降低污水处理场的压力，减少对环境的污染，同时还可以得到硫酸铵、硝酸铵等铵盐，取得一定的经济效益。
进一步优选的，所述第二气液分离器的气体出口与烟气脱硫脱硝塔的顶部连通。第二气液分离器中的气体中氨的浓度较大，而且纯度较高，与含氨污水配合进行烟气的脱硫脱硝时，既节省了烟气脱硫脱硝的成本，又减少了氨气的浪费，并降低了对环境的污染。
优选的，换热器的热介质出口的降温后的净化水通往上游的气化装置中回用。
一种粗煤气变换工艺冷凝液汽提处理方法，包括如下步骤：
1)粗煤气变换工艺中得到的工艺冷凝液进入闪蒸罐中进行减压闪蒸，压力降至0.6-0.7Mpa，闪蒸出95％以上的CO2和H2S，闪蒸出1/3-1/2的氨气，并闪蒸得到大量的水蒸汽，得到的混合蒸汽通入第二冷却器中进行降温冷凝，并通过第二气液分离器进行气液分离；
2)闪蒸后的工艺冷凝液与汽提塔塔釜中的净化水换热后，通往汽提塔的塔顶，与汽提塔内的水蒸气逆流汽提；汽提产生的混合蒸汽通过顶部出口进入第一冷却器中降温冷凝，并通过第一气液分离器进行气液分离。
优选的，步骤1)中，第二冷却器中对混合蒸汽降温后的温度为15-30℃。
当降至该温度时，氨气在水中的溶解度较大，闪蒸得到的水蒸汽冷凝后得到的水可以将闪蒸出的大部分氨气溶解，不凝气体中大部分是二氧化碳和硫化氢，此时，即使闪蒸出大量的氨气，也不会存在产生大量铵盐结晶对管道和冷凝器造成堵塞。
优选的，所述汽提塔中的水蒸气由安装在汽提塔塔釜的再沸器制备。
优选的，步骤1)中，进入闪蒸罐之前的工艺冷凝液的压力为3-4MPa。
本发明的有益效果为：
1、实现了粉煤气化粗合成气工艺冷凝液连续除氨，避免了系统中氨含量的循环积累，工艺冷凝液中的氨含量降至10ppm以下，保证了后工序生产的长周期稳定运行。
2、汽提塔增加再沸器，自产蒸汽对工艺冷凝液进行汽提，减少外部蒸汽消耗，同时可以对汽提塔塔釜的液体进行加热，便于后续的换热过程。
3、利用闪蒸罐将冷凝液中大部分NH3、CO2、H2S闪蒸出来，减少了汽提塔的负荷，可以降低蒸汽消耗0.5吨/h左右。
4、产生的含氨污水和解析废气通入烟气脱硫脱硝系统，达到零排放，解决了环境污染的问题。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1是本发明第一种实施方式的结构示意图；
图2是本发明第二种实施方式的结构示意图。
其中，1、汽提塔，2、再沸器，3、第一冷却器，4、第一气液分离器，5、闪蒸罐，6、换热器，7、泵，8、第二冷却器，9、第二气液分离器。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
实施例1
如图1所示，一种粗煤气变换工艺冷凝液汽提处理系统，包括汽提塔1、闪蒸罐5、第一冷却器3、第一气液分离器4和换热器6，其中，闪蒸罐5的入口与工艺冷凝液源连接，
闪蒸罐5的气体出口与第一冷却器3的入口连接，第一冷却器3的出口与第一气液分离器4的入口连接；闪蒸罐5的液体出口与换热器6的冷介质入口连接，换热器6的冷介质出口与汽提塔1的塔顶入口连接；汽提塔1的塔釜出口与换热器6的热介质入口连接，汽提塔1的塔顶气体出口与所述第一冷却器3的入口连接；所述闪蒸罐5提供负压，对工艺冷凝液进行闪蒸，除去工艺冷凝液中的二氧化碳、硫化氢和部分氨气；汽提塔1对闪蒸后的工艺冷凝液进行汽提，以除去工艺冷凝液中剩余的氨气；第一冷却器3将汽提塔1塔顶蒸气降温至设定温度，使得水蒸气冷凝，并提高氨气在水中的溶解度。
汽提塔1塔釜的净化液温度较高，闪蒸罐5闪蒸后的液体的温度较低，利用换热器6对汽提塔1塔釜的净化液与闪蒸后的液体进行换热，此时，汽提塔1塔釜的净化液为热介质，由换热器6的热介质入口进入，由换热器6的热介质出口流出；闪蒸后的液体为冷介质，从换热器6的冷介质入口进入，由换热器6的冷介质出口流出。经过加热后的冷介质通入汽提塔1的顶部。
汽提塔1的汽提过程中需要用到大量的水蒸气，本文中在汽提塔1的底部设置再沸器2，再沸器2对塔釜中的净化水进行加热，自产蒸汽，一方面减少外部蒸汽的消耗，并减少了外部蒸汽输送过程中不可避免的热量损失；另一方面，也是在本发明中的主要作用，再沸器2对塔釜净化水进行加热产生蒸汽，同时会产生一部分温度较高的液体，该部分液体返回汽提塔1塔釜时，会对塔釜净化水产生一定的加热作用，更有利于后续对闪蒸后的工艺冷凝液的加热，进一步提高工艺冷凝液的汽提效果，进而降低净化水中的氨的含量。
优选的，汽提塔1为浮阀塔，只要满足使用要求，也可以为其他形式的汽提塔。
该汽提处理系统对粗煤气变换工艺冷凝液进行综合处理的工艺，步骤如下：
1)变换、粗煤气单元产生的工艺冷凝液，其中，氨浓度为5000mg/l，温度为40℃，压力为3.5MPa，流量为54m3/h，进入闪蒸罐进行减压闪蒸，压力降至0.7MPa，闪蒸气经调节阀控制压力后与汽提塔解析尾气混合送往动力锅炉脱硫脱硝回收利用。闪蒸后的工艺冷凝液进入换热器6，与汽提塔1塔釜的净化液换热提温后进入汽提塔1顶部。
2)再沸器2通过蒸汽加热汽提塔1底部净化液，使之产生蒸汽，自下而上与来自塔顶得工艺冷凝液逆流接触，使工艺冷凝液中NH3、CO2、H2S进行汽提解析，解析尾气自塔顶部出来进入第一冷却器3降温后进入第一气液分离器4，分离下来的含氨污水及解析废气不凝气送往动力锅炉脱硫脱硝回收利用。
4)汽提后的工艺冷凝液，氨含量降至5ppm，自塔底部出来进入汽提冷凝液冷却器，降温后经汽提冷凝液泵送往气化工序循环利用。
使用的蒸汽量为13吨/h。
对比例1
与实施例1的区别为，直接从外部向汽提塔1中通入蒸汽，不设置再沸器2，使用的蒸汽量为13.5吨/h，净化后的工艺冷凝液中氨含量为100ppm。是因为直接从外界通入蒸汽，难以对汽提塔1塔釜的净化液进行加热，所以在换热器6中对闪蒸后的液体的加热效果不佳，影响汽提效果。
对比例2
与实施例1的区别为，不设置闪蒸罐5，直接将变换、粗煤气单元产生的工艺冷凝液通入汽提塔1中进行汽提，使用的蒸汽量为13.3吨/h，净化后的工艺冷凝液中氨含量为300ppm。
实施例2
如图2所示，一种粗煤气变换工艺冷凝液汽提处理系统，包括汽提塔1、闪蒸罐5、第一冷却器3、第一气液分离器4和换热器6，其中，闪蒸罐5的入口与工艺冷凝液源连接，闪蒸罐5的气体出口与第二冷却器8的入口连接，第二冷却器8的出口与第二气液分离器9的入口连接；闪蒸罐5的液体出口与换热器6的冷介质入口连接，换热器6的冷介质出口与汽提塔1的塔顶入口连接；汽提塔1的塔釜出口与换热器6的热介质入口连接，汽提塔1的塔顶气体出口与所述第一冷却器3的入口连接；所述闪蒸罐5提供负压，对工艺冷凝液进行闪蒸，除去工艺冷凝液中的二氧化碳、硫化氢和部分氨气；汽提塔1对闪蒸后的工艺冷凝液进行汽提，以除去工艺冷凝液中剩余的氨气；第一冷却器3将汽提塔1塔顶蒸气降温至设定温度，使得水蒸气冷凝，并提高氨气在水中的溶解度。同时在汽提塔1的塔釜处设置再沸器2。粗煤气变换工艺中得到的工艺冷凝液进入闪蒸罐5中进行减压闪蒸，压力降至0.4Mpa，闪蒸出95％以上的CO2和H2S，闪蒸出1/2的氨气，并闪蒸得到大量的水蒸汽，得到的混合蒸汽通入第二冷却器8中进行降温冷凝，并通过第二气液分离器9进行气液分离；闪蒸后的工艺冷凝液与汽提塔1塔釜中的净化水换热后，通往汽提塔1的塔顶，与汽提塔1内的水蒸气逆流汽提；汽提产生的混合蒸汽通过顶部出口进入第一冷却器3中降温冷凝，并通过第一气液分离器4进行气液分离。
采用该技术方案，将闪蒸罐5产生的气体(大部分的二氧化碳、硫化氢和部分氨气)和汽提塔1(极少的二氧化碳、硫化氢和部分氨气)中产生的气体分开，解决了硫化氢和二氧化碳与氨反应容易生成铵盐结晶物，容易造成管道和冷凝器的堵塞的问题。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种粗煤气变换工艺冷凝液汽提处理系统，其特征在于：包括汽提塔、闪蒸罐、第一冷却器、第一气液分离器和换热器，其中，
闪蒸罐的入口与工艺冷凝液源连接，闪蒸罐的气体出口与第一冷却器的入口连接，第一冷却器的出口与第一气液分离器的入口连接；
闪蒸罐的液体出口与换热器的冷介质入口连接，换热器的冷介质出口与汽提塔的塔顶入口连接；
汽提塔的塔釜出口与换热器的热介质入口连接，汽提塔的塔顶气体出口与所述第一冷却器的入口连接；
所述闪蒸罐提供负压，对工艺冷凝液进行闪蒸，除去工艺冷凝液中的二氧化碳、硫化氢和部分氨气；
汽提塔对闪蒸后的工艺冷凝液进行汽提，以除去工艺冷凝液中剩余的氨气；
第一冷却器将汽提塔塔顶蒸气降温至设定温度，使得水蒸气冷凝，并提高氨气在水中的溶解度。
2.根据权利要求1所述的汽提处理系统，其特征在于：所述汽提塔的底部设置再沸器。
3.根据权利要求1所述的汽提处理系统，其特征在于：所述汽提处理系统还包括第二冷却器和第二气液分离器，闪蒸罐的气体出口替换为与第二冷却器的入口连接，第二冷却器的出口与第二气液分离器的入口连接。
4.根据权利要求1所述的汽提处理系统，其特征在于：所述汽提塔为浮阀塔。
5.根据权利要求1所述的汽提处理系统，其特征在于：所述第一气液分离器和第二气液分离器的液体出口通过管道与烟气脱硫脱硝塔的顶部连通，将冷凝得到的含氨污水用于烟气的脱硫脱硝。
6.根据权利要求1所述的汽提处理系统，其特征在于：换热器的热介质出口的降温后的净化水通往上游的气化装置中回用。
7.一种粗煤气变换工艺冷凝液汽提处理方法，其特征在于：包括如下步骤：
1)粗煤气变换工艺中得到的工艺冷凝液进入闪蒸罐中进行减压闪蒸，压力降至0.6-0.7Mpa，闪蒸出95％以上的CO2和H2S，闪蒸出1/3-1/2的氨气，并闪蒸得到大量的水蒸汽，得到的混合蒸汽通入第二冷却器中进行降温冷凝，并通过第二气液分离器进行气液分离；
2)闪蒸后的工艺冷凝液与汽提塔塔釜中的净化水换热后，通往汽提塔的塔顶，与汽提塔内的水蒸气逆流汽提；汽提产生的混合蒸汽通过顶部出口进入第一冷却器中降温冷凝，并通过第一气液分离器进行气液分离。
8.根据权利要求7所述的汽提处理方法，其特征在于：步骤1)中，第二冷却器中对混合蒸汽降温后的温度为15-30℃。
9.根据权利要求7所述的汽提处理方法，其特征在于：所述汽提塔中的水蒸气由安装在汽提塔塔釜的再沸器制备。
10.根据权利要求7所述的汽提处理方法，其特征在于：步骤1)中，进入闪蒸罐之前的工艺冷凝液的压力为3-4MPa。
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