三元废水脱氨塔装置的扩能改造及效果

葛玉翠 ，郭智慧，任 伟

(1 陕西煤业化工技术研究院有限责任公司，陕西 西安 710000；2 中石油长庆石化有限公司，陕西 咸阳 712000；3 深圳源禹环保科技有限公司，广东 深圳 518000)

三元前驱体生产线产生的三元废水具有以下特点[1]：废水pH值较高一般为11～13左右，呈碱性[2]，废水中含有少量的镍钴锰离子，一般为0.1～10 mg/L之间，废水中含有大量的硫酸钠盐，浓度高达10wt.%[3]。

随着吉林磐石某三元材料生产企业增产提质，其产生的三元废水量也相应增大，废水量由原来300 t/d扩大到500 t/d，现有脱氨装置不能满足处理要求，且现有脱氨装置脱氨效果不理想。因此，针对该实际情况，我们在充分考察现场实际情况后对其进行了技改。

1 脱氨工艺情况

1.1 废水水质

三元废水水质情况见表1。

表1 三元废水水质及水量指标表

根据处理要求，氨回收成18wt.%工业级氨水并回用，脱氨后废水氨氮含量小于10 mg/L。

1.2 脱氨工艺

三元废水在进脱氨前设有预处理工段，设置预处理工段的目的是为了防止重金属超标，通过加重金属去除剂，去除废水中重金属离子。

废水经过预处理工段后进入废水调节池，经泵提升先与进料换热器换热后送入脱氨塔中部，脱氨塔顶部设置一路冷进料。塔釜设再沸器，低压蒸汽为热源，通过再沸器与废水进行换热，脱氨塔釜出液经进料换热器后送往蒸发工段。塔顶产含氨蒸汽先进入真空喷射器，和循环泵来液进行混合吸收，冷却吸收后液相自流进入真空吸收罐。未吸收含氨蒸汽继续与二级循环泵提升来的循环液同时进入文丘里喷射器进行吸收冷却，冷却吸收后液相自流进入循环吸收罐，如此重复至氨水浓度达到18%以上后送入氨水储罐。

详细工艺流程框图见1。

图1 脱氨工艺流程框图

1.3 脱氨主设备

该工艺下脱氨主设备见表2。

1.4 脱氨装置存在问题

该装置实际运行中存在以下问题：

脱氨废水不达标，经处理后废水中氨氮含量在200 mg/L左右，实际值与设计值10 mg/L，相比存在严重偏差。

能耗较高，处理1 m3废水蒸汽消耗量在150～200 kg/t。

氨水浓度稳定在15wt%左右，达不到18wt%以上。

再沸器未投入使用，采用蒸汽直接进塔方式。

2 PROII模拟计算

2.1 原流程计算

图2为针对原流程进行的模拟。

T1为蒸氨塔模块；BD1为氨回收撬块；HEX为进料换热器；LS为蒸汽；LC为凝液；CWS为循环上水；CWR为循环回水；FEED为进水；NH3-H2O为氨水；W-WATER为脱氨废水；TOP-NH3为脱氨塔顶气；VG为排放尾气

经计算，各节点物料图见表3。

表3 物料组成表

从物料组成表可知，在现存工艺条件下脱氨塔可以处理废水达到10 mg/L以下，对应理论蒸汽耗为133.8 kg/t废水。氨水浓度为14.6wt.%，不能达到18wt.%以上，这是由脱氨塔顶含氨蒸汽浓度决定的。

2.2 提产改造后计算

综合分析原有工艺,考虑脱氨塔塔釜出水不合格原因是填料高度不够，氨水浓度不够是因为没有对塔顶含氨蒸汽提浓[4]，故而改造后脱氨塔计算如图3所示。

T1为蒸氨塔模块；BD1为氨回收撬块；HEX为进料换热器；COOL为冷凝器；LS为蒸汽；LC为凝液；CWS为循环上水；CWR为循环回水；FEED为进水；NH3-H2O为氨水；W-WATER为脱氨废水；TOP-NH3为脱氨塔顶气；VG为排放尾气；H2O为新鲜水

经计算，各节点物料图见表4。

表4 物料组成表

续表4

从物料组成表可知，经提产改造即：增加塔高、改为塔顶进料、增加塔顶冷凝器等，改造后脱氨塔可以处理废水达到 10 mg/L以下，对应理论蒸汽耗为111.2 kg/t废水。氨水浓度为18wt%以上。

3 装置改动情况

3.1 改造说明

改造原则以PROII计算为基础，结合现场实际情况。由于现场可用设备占地面积有限，考虑最大限度利用原有设备，减少新增设备数量。具体改造如下：氨水制备系统利用原有设备，为满足整个新旧系统的需要，更换掉原有的氨水循环泵及配套电器部分。脱氨系统全部采用新增设备，主要新增设备有脱氨塔、塔顶冷凝器、进料换热器(无法利旧)。新增脱氨塔位于原有厂房内吊装孔位置，高度高出原有厂房屋面。换热器、冷凝器位于原有厂房标高8米楼层。

3.2 改造后工艺流程

废水经过预处理工段后进入废水调节池，经泵提升先与进料换热器换热后送入脱氨塔顶部。塔釜不再设置再沸器，低压蒸汽直接进塔。脱氨塔处理后塔釜出液经进料换热器后送往蒸发工段。塔顶产含氨蒸汽先进入冷凝器进行部分冷凝，其目的是对含氨蒸汽进行提浓，然后凝液回塔，提浓后含氨蒸汽与循环泵提升来的循环液同时进入文丘里喷射器进行吸收冷却，冷却吸收后液相自流进入循环吸收罐，如此重复至氨水浓度达到18wt%以上后送入氨水储罐。

改造后工艺流程见图4。

图4 改造后脱氨工艺流程框图式

3.3 新增设备

改造后新增脱氨主设备见表5。

表5 新增设备表

4 改造后实际运行效果

通过上述改造后，该脱氨装置运行平稳，运行效果理想，出水氨氮含量持续稳定达到10 mg/L以下，可以稳定产18wt%以上氨水，蒸汽消耗量控制在120 kg/t废水以内，较未改造节能30wt%左右。

另外，此次改造也对PROII对氨氮废水模拟正确性进行了验证，PROII模拟计算的结果和现场实际情况高度吻合。本次改造通过提高塔高度后，经PROII计算，500 t/d废水处理量塔直径1200 mm即可满足。同时，按照理论计算直径1400 mm脱氨塔可处理850 t/d废水，在现场调试时，将废水处理量提升到850 t/d依然满足塔釜出水合格和塔顶氨水浓度达标的指标。

5 结 论

改造后的脱氨装置能长周期平稳运行，废水中氨氮处理效果良好，达到了污水外排环保一级指标标准。回收的氨水浓度也能满足要求，另外，在节能方面也有显著提高，蒸汽耗量控制在90～120 kg/t废水之间，较改造前吨水消耗蒸汽节约30wt.%左右，是目前三元废水氨氮处理较有效的装置，对该类废水节能处理有指导意义[5]。

另外，也验证了PROII软件模拟对该类废水工艺计算的正确性，其计算结果可以完全指导脱氨废水工艺设备选型。