劉光前（四川樂(lè)山金石集團(tuán)焦化有限公司）

一、焦?fàn)t煤氣傳統(tǒng)脫氨工藝的優(yōu)勢(shì)與面臨問(wèn)題

硫銨法脫氨以其反應(yīng)不可逆，可將氨吸收變?yōu)楫a(chǎn)品兩大優(yōu)勢(shì)而成為焦化行業(yè)脫氨的主流工藝，然而隨著焦化業(yè)的發(fā)展，其面臨的問(wèn)題日漸突出，主要有：產(chǎn)品市場(chǎng)問(wèn)題，硫酸銨為酸性肥料，長(zhǎng)期使用會(huì)導(dǎo)致土壤結(jié)塊，僅適用堿性土壤，因而市場(chǎng)面窄，隨著產(chǎn)量的擴(kuò)大使供大于求矛盾加劇，銷(xiāo)售困難；運(yùn)行成本問(wèn)題，其生產(chǎn)主要原料硫酸為危險(xiǎn)化學(xué)品，國(guó)家對(duì)其監(jiān)管的日益嚴(yán)格，決定了其價(jià)格居高不下，加上其腐蝕性強(qiáng)，對(duì)設(shè)備材質(zhì)及維護(hù)要求高，因而運(yùn)行成本高，與銷(xiāo)售收入倒掛；投資相比現(xiàn)有新的脫氨工藝要大，因此產(chǎn)生了新的工藝技術(shù)需求。

二、脫氨新工藝及其與傳統(tǒng)工藝比較

目前脫氨新工藝主要有：水洗氨、氨分解焚燒聯(lián)合流程，酸洗氨生產(chǎn)無(wú)水氨流程，水洗氨、化學(xué)吹脫脫氮聯(lián)合流程。

2.1 氨分解工藝是由德國(guó)斯蒂爾公司開(kāi)發(fā)的。石家莊焦化廠和唐山焦化廠從德國(guó)K.K公司引進(jìn)了該項(xiàng)技術(shù)，此工藝是通過(guò)AS循環(huán)洗滌系統(tǒng)將氨蒸汽送入氨分解爐中，在鎳基催化劑的作用下將NH3分解，所得分解氣體送入余熱鍋爐中產(chǎn)生蒸汽，氨分解焚燒需要消耗大量蒸汽和特種催化劑，且產(chǎn)生氫氣極易發(fā)生爆炸，因而能耗高并且對(duì)安全操作要求非常嚴(yán)格。

2.2 生產(chǎn)無(wú)水氨的弗薩姆工藝是由美鋼聯(lián)開(kāi)發(fā)的，其工藝為焦?fàn)t煤氣導(dǎo)入吸收塔，磷酸銨溶液與煤氣直接接觸，吸收煤氣中的氨，然后經(jīng)解析、精餾制取純度高達(dá)99.98%的產(chǎn)品無(wú)水氨。由于介質(zhì)具有一定的腐蝕性，且解吸、精餾操作要求在195-201℃溫度，1.6MPa的壓力下進(jìn)行，故對(duì)設(shè)備材質(zhì)要求較高。該工藝的經(jīng)濟(jì)性受生產(chǎn)規(guī)模影響較大，規(guī)模過(guò)小時(shí)，既不經(jīng)濟(jì)也不易操作。

表1 金石集團(tuán)60萬(wàn)噸焦化脫氨工藝方案比較表

表2 硫銨與化學(xué)脫氨氮運(yùn)行費(fèi)用比較（單位：萬(wàn)元/年）

2.3 化學(xué)吹脫脫氨法為山西綠威環(huán)境科技有限公司研發(fā)的專(zhuān)利脫除氨氮技術(shù)，2005年申請(qǐng)獲國(guó)家專(zhuān)利，至今已在全國(guó)12家焦化企業(yè)建成投運(yùn)，09年通過(guò)山西省環(huán)保局組織的專(zhuān)家評(píng)審，獲得山西省環(huán)境準(zhǔn)入。其工藝簡(jiǎn)單，操作方便，運(yùn)行成本較低。

2.4 現(xiàn)將水洗氨、化學(xué)脫氮工藝與硫銨工藝、酸洗法無(wú)水氨工藝、水洗氨、氨分解法作經(jīng)濟(jì)對(duì)比：

如表1。

三、水洗氨、化學(xué)脫氮工藝技術(shù)可行性分析

3.1 化學(xué)吹脫脫氮的可行性

3.1.1 化學(xué)脫氮原理

化學(xué)吹脫法脫氮，是多步驟、多途徑的反應(yīng)過(guò)程，在均相脫氮催化劑作用下，氨溶液與空氣中氧作用，發(fā)生一系列反應(yīng)，最終轉(zhuǎn)化為氮?dú)夂退Ｏ窗备话彼褪Ｓ喟彼邪钡ǔＲ凿@鹽（NH4+）和游離氨（NH3）兩種形態(tài)存在，在加入堿后氨水中的NH4+離子與OH-離子發(fā)生如下反應(yīng)：

NH4++OH-=NH3+H2O

氨是極性分子，在水中溶解度很大，如果能使其從水中不斷脫除，則上述反應(yīng)的平衡始終向右移動(dòng)，從而達(dá)到氨水溶液中脫氨的目的。

氮氧化物中一氧化氮不穩(wěn)定，遇濕、遇熱與氧進(jìn)一步反應(yīng)生成二氧化氮，在水中生成硝酸，遇堿可生成硝酸鈉和亞硝酸鈉；但從試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析結(jié)果看出，出水中硝酸鹽氮并不高于進(jìn)水，說(shuō)明本脫氮催化劑對(duì)氨被氧化生成氮?dú)夂退臍庖合嘟绶磻?yīng)具有特別效果。而生成的氮在水中的溶解度要比氨低得多，很容易被吹脫，從而達(dá)到在氨水溶液的吹脫氣中無(wú)氨的目的。

將上述反應(yīng)組合，可得如下綜合反應(yīng)：

NH4++OH-+3NH3+3O2=2N2+7H2O

從以上分析，初步認(rèn)定化學(xué)脫氮技術(shù)理論上可能的。

3.1.2 化學(xué)吹脫脫氮工業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐

吹脫量的平衡量測(cè)算：根據(jù)生產(chǎn)廠家提供參數(shù)計(jì)算吹脫量為 289KG/小時(shí)，計(jì)算式如下：11×4+35×7，按硫銨法產(chǎn)量計(jì)算出煤氣中需脫除量為 274KG/小時(shí)，計(jì)算式如下：36÷132×7600÷8000×18÷17，需脫除量小于脫除量，因此吹脫是充分的，參數(shù)是平衡吻合的。

吹脫脫除后水質(zhì)及排出氣體檢驗(yàn)結(jié)果，經(jīng)環(huán)境監(jiān)測(cè)多次對(duì)使用廠家抽檢，排氣筒氮氧化物末檢出，氨排放速率0.002—0.01KG/H,達(dá)到GB14554—1993標(biāo)準(zhǔn)要求，脫氮塔出口氨最高濃度為11MG/L，達(dá)到大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.2 工藝流程的變化對(duì)上、下流程的影響分析

3.2.1 工藝變化

原硫酸法工藝路線為：預(yù)熱——硫酸法脫氨——終冷，另冷鼓產(chǎn)生的剩余氨水采用蒸氨將其蒸出成氣態(tài)返回煤氣中，變更后工藝流程為：由脫硫及硫回收工段送來(lái)的煤氣經(jīng)煤氣洗氨塔用水對(duì)氨時(shí)行洗滌回收，使煤氣中氨含量由6-8克/升減為50毫克/升，氨富集于水中形成富氨水，經(jīng)加堿，脫氮?jiǎng)?，升溫?0度在吹脫塔內(nèi)將氨分解為氮?dú)馀懦觯涔に嚶肪€為：水洗氨——化學(xué)吹脫法脫氨，剩余氨水也按此工藝吹脫，使其達(dá)到污水處理?xiàng)l件進(jìn)入生化污水處理工序。

3.2.2 變更后對(duì)前工序的影響分析

脫氨前為脫硫工序，原方案采用硫銨法對(duì)冷鼓產(chǎn)生的剩余氨水是通過(guò)蒸氨將其返回脫硫前煤氣中作為補(bǔ)充堿源，取消蒸氨則減少了堿量，需論證對(duì)脫硫影響，按通常煤氣H2S含量6克/立方米計(jì)算脫除需NH3理論量為6克，而實(shí)際煤氣中氨含量為8克/立米左右，理論上可提供足夠量堿源，再?gòu)膶?shí)現(xiàn)運(yùn)行效果檢驗(yàn)，東義為向離石市供城市煤氣，其脫硫勻能滿(mǎn)足后續(xù)工藝要求。

3.2.3 變更后對(duì)后工序的影響分析

脫苯為化產(chǎn)回收效益最佳工序，如脫氨不好會(huì)造成洗油鹵化，增加洗苯成本，因此需對(duì)其脫氨效果進(jìn)行調(diào)研，氨為極易常溶解于水物質(zhì)，通過(guò)洗氨塔內(nèi)水與煤氣接觸，氨能被水充分吸收，且水洗氨為傳統(tǒng)成熟的脫氨工藝，因此對(duì)工藝前后的影響問(wèn)題可以排除。

四、水洗氨化學(xué)脫氮聯(lián)合工藝與傳統(tǒng)工藝經(jīng)濟(jì)性比較

4.1 投資分析：蒸氨加硫銨加終冷投資為1400萬(wàn)元，其中硫銨1000,蒸氨及終冷塔400萬(wàn)元，水洗氨加化學(xué)吹脫脫氨投資為850萬(wàn)元，其中水洗氨200萬(wàn)元,吹脫系統(tǒng)650萬(wàn)元，變更后可節(jié)約投資550萬(wàn)元。

4.2 能耗分析：硫銨動(dòng)力裝機(jī)為315KW，水洗氨加化學(xué)吹脫動(dòng)力140KW，正常運(yùn)行節(jié)約動(dòng)力消耗175KW/小時(shí)。化學(xué)吹脫消耗蒸汽量為4蒸噸，蒸氨及硫銨消耗蒸汽量為8.5蒸噸，蒸汽節(jié)約4.5蒸噸/小時(shí)。

4.3 運(yùn)行費(fèi)用分析比較，見(jiàn)下表2：

水洗氨化學(xué)吹脫流程同比硫銨工藝年運(yùn)行費(fèi)用減少75萬(wàn)元。

五、結(jié)論

綜上所述，焦?fàn)t煤氣脫氨新工藝，以水洗氨、化學(xué)吹脫脫氮聯(lián)合流程技術(shù)成熟，工藝路線簡(jiǎn)單，投資省，運(yùn)行費(fèi)用低；硫銨法工藝路線長(zhǎng)，化產(chǎn)系統(tǒng)阻力較大，運(yùn)行成本即費(fèi)用高，以化學(xué)吹脫法替代原硫銨工藝不僅節(jié)約投資和節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用，具有顯著經(jīng)濟(jì)效益，而且節(jié)約能耗，具有一定社會(huì)效益。

[1]《煉焦設(shè)計(jì)參考手冊(cè)》..........冶金工業(yè)出版社

[2]《化學(xué)吹脫法脫氨氮技術(shù)》..............山西綠威環(huán)境科技有限公司

[3]《樂(lè)山金石60萬(wàn)噸焦化項(xiàng)目脫氨方案》........山西綠威環(huán)境科技有限公司

[4]《金石焦化60萬(wàn)噸焦化項(xiàng)目可行性研究報(bào)告》..............山西冶金設(shè)計(jì)研究院