刘金成，缑玉杰，尹元乐，吴延河

（河北阳煤正元化工集团有限公司）

摘  要：针对实际生产中的外排污水氨氮高的问题，采用高氨氮冷凝液脱氨处理创新技术，对河北正元氢能科技有限公司（原沧州正元化肥有限公司）60-80项目进行了配套改造。该技术应用后可将煤制合成氨系统产生的高氨氮冷凝液中的氨氮由5000mg/L降至100mg/L以下，且处理过程没有增加新的环境污染，大幅降低了气化灰水及排至污水处理站的生产废水的氨氮，保证了污水处理站的正常达标运行；同时减少了气化补水量，并回收一定浓度的氨水送烟气脱硫岗位使用。该技术在国内外整个行业内为首创，经济效益明显、环保效益突出。

关键词：高氨氮冷凝液；脱氨；环保；节能降耗

1 原设计存在的问题

河北正元氢能科技有限公司60-80项目，以煤为原料，产能为年产60万吨合成氨，80万吨尿素。该项目配套建设了污水处理站，采用SBR生化处理工艺，处理规模150m³/h。污水经污水处理站处理合格（废水排放指标：COD≤150mg/L、NH3-N≤25mg/L、总氮≤60mg/L）后，外排至化工园区污水输送管道，送至污水处理公司。60-80项目污水处理站投运后，经过近5个月的调试、分析、讨论、调整等工作，污水处理仍不能稳定达标运行。主要原因是进SBR池的污水氨氮高，一般约300～400mg/L，而污水处理站设计进水氨氮≤200mg/L，为生产运行造成很大的安全环保隐患。

2 原因探究及技术创新内容

2.1初步排查、解决方案及存在的问题

经过排查有两股污水氨氮高：（1）气化工序外排的废水（灰水）氨氮高，约300～400mg/L，严重超出北京航天设计阶段提供的废水水质条件（NH₃-N形式的总氨200mg/L）；（2）火炬分液罐分离的火炬气冷凝液氨氮高，约3000～5000mg/L。气化废水正常排放量约100～130m³/h，火炬气冷凝液正常排放量约～30m³/d(1.3m³/h)。

2015年8月，针对排查出的问题，经过认真分析、研究及计算，精准施策，确定采用精馏技术脱除气化外排废水中氨氮，实施废水精馏项目。由正元设计院进行设计，精馏塔采用正元公司的专利技术垂直筛板塔，处理废水能力100m³/h。

2016年8月，项目完成改造并投运，装置初始运行时，运行效果较好，外排废水中氨氮可达到150ppm以下，有效解决了污水处理问题。但随着废水精馏装置的长时间运行，又出现了新的问题因气化黑灰水有一定的悬浮物，硬度、碱度、浊度较高，精馏塔塔盘、精馏塔进出口换热器被灰水里的细灰泥堵塞，停车清理频繁，不仅装置不能长周期稳定运行，且操作工劳动强度很大。

2.2深层次分析及解决方案

2017年2月，对氨氮高的根源进行深层分析，找到了引起气化灰水氨氮高的真正原因：变换系统冷凝液氨氮超高。氨在煤气化过程产生的，随粗煤气进入变换工序，在变换气降温分离过程，氨随冷凝液在气液分离器中分离，当时分析变换末级气液分离器中冷凝液氨氮约为5000-8000mg/L左右。

针对分析结果，去同行业企业进行了考察学习，发现气化废水氨氮高是困扰大部分企业生产的问题，但因各企业污水处理工艺不同，对污水处理站进口污水的氨氮要求不同，脱除氨氮的方式不同，多数采用汽提方法，脱除效果可以，但带来新的问题，汽提气很难处理，放火炬不仅火炬气输送管道堵，还存在环保问题；送硫回收处理易造成管道、设备堵塞；有的企业将汽提气现场放空，严重污染大气环境。

2017年3月，对废水精馏项目提出了新的改造方案：将变换4^#气液分离器（S-2104）冷凝液（含对变换气洗氨后的水）及火炬分液罐冷凝液引入废水精馏系统进行处理(两股冷凝液量约15～20m³/h)。

2.3高氨氮冷凝液脱氨处理技术方案

2.3.1工艺方案

设计一套废水精馏装置对高氨氮冷凝液（简称：废水）进行脱氨处理，废水处理能力100m³/h，装置布置在气化渣水装置区一楼北侧及四楼空地，占地面积约150m²。主要设备有：精馏塔、再沸器、塔顶回流冷凝器、回流液槽各1台，回流泵（氨水外送泵）及进料/出料热交换器各2台（开一备一），再沸器加入0.5MPa低压饱和蒸汽。

利用原变换4^#气液分离器（S-2104）冷凝液排液管路及控制阀，新设减压阀及到气化的压力管线，冷凝液带压进入废水精馏装置；利用原火炬冷凝液至污水的部分外管，继续延长外管路至废水精馏装置，这部分改造只新增了阀门和管线。

2.3.3工艺流程简述

来自变换及火炬系统的冷凝液经热交换器进入废水精馏塔中部，与来自塔釜的蒸汽逆流接触，液体中的轻组分（氨）进入气相，蒸汽中的重组分（水）进入液相；从塔顶引出的蒸气进塔顶回流冷凝器，用外界来的循环水冷却，馏出液（氨水）进入回流冷凝液槽，不凝气放空进火炬管线；一部分馏出液通过回流泵送至精馏塔塔顶作为塔顶回流液，用以控制塔顶温度，其余馏出液（氨水）即为废水精馏产品送至烟气脱硫的氨水槽；精馏塔底引出部分液体经再沸器气化，气体沿塔上升，部分液体作为塔底残液（实际氨氮含量≤20ppm）经热交换器回收热量后送回气化作为补水使用。

2.3.4主要控制方案

（1）设精馏塔塔釜温度自动（手动）控制，通过自动调节蒸汽加入量控制精馏塔塔釜温度；

（2）设精馏塔塔釜液位自动（手动）控制，通过自动调节塔釜外排液量控制精馏塔塔釜液位；

（3）设精馏塔塔顶温度远程手动调节阀，调节控制精馏塔塔顶回流量控制馏塔塔顶温度；

（4）设精馏塔塔顶压力自动控制，通过调节回流冷凝器不凝气放空气量调节；

（5）采用DCS集中控制，DCS布置在60-80项目的中央控制室。

2.3.5 主要工艺控制指标

精馏塔塔釜温度：120～148℃；精馏塔塔顶温度：115～140

精馏塔塔顶压力：0.1～0.2 MPa；精馏塔塔釜液位：1200～2100mm

回流冷凝器液相出口温度：70～85℃；外送氨水浓度：≤10%

塔釜残液（处理后冷凝液）氨氮含量：≤100ppm

3 高氨氮冷凝液脱氨处理创新技术的应用及效果

该项创新技术已在河北正元氢能60-80项目中应用，于2018年1月全部改造完成并投运，至今稳定达标运行。

（1）利用精馏原理，只设计了一台精馏塔及必须附属设备，工艺简单，变换冷凝液及火炬冷凝液输送基本利用原60-80项目配置，只进行了简单管线改造。

（2）操作简便，无新增操作人员，依托原操作，中控操作由原气化中控操作工负责，巡检由原气化渣水现场巡检工负责。

（3）应用了正元公司的专利技术，精馏塔采用垂直筛板塔，传质传热效果突出。

（4）变废为宝，每日回收浓度5%左右的氨水平均约28m³，作为本公司锅炉烟气脱硫脱硝原料使用，折合合成氨约1.424t。

（5）可将变换冷凝液和火炬冷凝液量约15～20m³/h全部处理，高氨氮废水精馏后的塔釜排出液氨氮≤100mg/L（指标），实际≤20mg/L；气化灰水系统外排水量从110～150m³/h减少到80～90m³/h的情况下，气化灰水系统氨氮稳定控制≤150ppm（一般在110-140ppm）；保证了污水处理站污水处理能力及处理指标。

（6）重点解决了变换冷凝液汽提气难处理、汽提气放空污染环境、污水处理站不能稳定运行及企业外排污水超标的环保问题。

（7）随着气化装置灰水氨氮含量降低，减少了气化外排废水量（改造前因氨氮高而被迫排水），至少节约补水约40m³/h。

4 关键技术及创新点

（1）分析研究找出了煤制合成氨装置中高氨氮废水产生点及排放点，有的放矢，依据特定水质进行设计。

（2）应用精馏原理处理高氨氮废水，降低了废水氨氮，得到可利用的稀氨水。

（3）变换冷凝液及火炬冷凝液，不仅氨氮高，还含有二氧化碳、硫化物、氰化物等粗煤气及变换气中的部分组份，成份复杂，采用正元公司优化的垂直筛板精馏技术，彻底解决了此废水的处理。

（4）根据所处理的变换冷凝液及火炬冷凝液的特性，科学设计了精馏塔、回流冷却器的操作参数，制定了合适的氨水浓度，才能保证废水精馏装置的正常运行。

5 经济效益分析

该项目经济效益主要包括如下几方面：

（1）回收氨

根据实际运行数据，按日回收氨1.424t计算、液氨价格2500元/吨计算：

1.424×330×2500/10000=117.5万元/年。

（2）减少废水排放

气化减少了废水排放，减少系统补水约40m³/h，淡水按10元/ m³计算：40×24×330×10=316.8万元/年。

（3）减低排污费

减少了企业外排污水量约40m³/h，排污费3.0元/ m³；40×24×330×3=95.04万元/年。

（4）增加消耗

电费按0.57元/Kwh核算。15×24×330×0.57=6.77万元/年；则该项目实际年经济效益为：117.5+316.8+95.04-6.77≈523万元。

该技术于2017年3月在河北正元氢能60-80项目的装置中进行创新引用，2018年1月全部完成应用，截至2019年底共计获得经济效益1045万元。

6 结论

河北正元氢能科技有限公司60-80项目采用正元公司自主创新的高氨氮冷凝液脱氨处理技术，该技术流程简单、操作性简便、投资少、冷凝液氨氮脱除彻底，变废为宝，无二次污染，运行稳定可靠，真正解决了氨氮的污染，为合成氨装置在严峻的环保形势下满负荷运行奠定了基础，为生产系统的的长周期、节能、环保、安全稳定运行提供了保障，具有突出的社会效益。