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摘要：焦化厂炼焦炉产生的焦油氨水混合液经气液分离器、焦油氨水分离槽静止分离产生热氨水，一部分作为循环氨水送至焦炉供桥管及集气管喷洒冷却荒煤气，其余部分则为剩余氨水。通过分析剩余氨水处理的不同工艺优缺点，探讨有利于焦化行业煤气洗涤净化及解决蒸氨处理能力不足问题的剩余氨水处理工艺。
关键词：剩余氨水；双膜理论；洗涤净化；蒸氨
1 剩余氨水处理工艺
1.1 剩余氨水洗涤净化煤气
根据双膜理论，煤气中的氨以对流扩散方式到达气膜边界，以分子扩散方式到达气液界面，然后进入液相；液相中，氨以分子扩散方式穿过液膜到达液膜边界，又以对流扩散方式转移到洗涤液中。氨吸收过程的双模模型见图1：
在整个氨吸收过程中，煤气中氨分压必须大于洗涤液液面上氨蒸汽分压时，煤气中氨才会被水吸收，压力差越大，氨吸收推动力也越大，吸收过程进行的也越快。氨吸收推动力取决于气膜推动力和液膜推动力，随着液相中氨浓度升高，（由C1到C2）其液相推动力C1-Ci变为C2-Ci，由图1看出液相推动力明显降低，从而洗氨效果降低。
1.1.1 剩余氨水洗涤净化煤气中氨
剩余氨水洗氨工艺流程见图2：在煤气净化工艺中，剩余氨水和蒸氨废水一起参与洗氨，进入1#洗氨塔，从1#洗氨塔出来变成了富集氨的半富液，依次进入2#洗氨塔、洗H2S塔，最终生成富集氨的富液流进富液槽，送至蒸氨系统脱氨处理。
剩余氨水与蒸氨废水含氨化验数据分析：剩余氨水3～4 NH3（g/l），蒸氨废水0.03～0.04NH3（g/l）。
由煤气中氨吸收过程的双膜理论、剩余氨水和蒸氨废水含氨数据分析知：剩余氨水含氨是蒸氨废水含氨量的100倍，采用剩余氨水直接上洗氨塔洗涤净化煤气，其洗氨效果远小于蒸氨废水。
1.1.2 剩余氨水洗涤净化煤气中硫化氢
在AS脱硫过程中，将剩余氨水直接引入洗H2S塔进行洗煤气中的H2S，由于剩余氨水含挥发氨（3～4g/l）远小于来自蒸氨系统的贫液含挥发氨（18～22g/l），造成脱硫液挥发氨含量偏低，影响煤气脱硫效率，使煤气脱硫净化效果变差。剩余氨水和贫液含挥发氨化验分析数据为剩余氨水：3～4 NH3（g/l），贫液18～22NH3（g/l）。
氨在水中的溶解度随温度升高而降低，洗涤液温度越高，洗涤液液面上氨蒸汽压就越大，其吸收推动力就越小。采用70～75℃的剩余氨水直接洗涤净化煤气，影响整个洗涤系统的吸收温度，不利于煤气中氨的消化吸收。综上分析，剩余氨水直接洗涤净化煤气的缺点：
（1）剩余氨水洗氨，其净化煤气效果不如蒸氨废水。（2）剩余氨水洗H2S，其净化煤气效果不如贫液。（3）剩余氨水不经冷却直接参与煤气洗涤，影响整个洗涤系统的吸收温度。
由此可见，剩余氨水不是理想的净化煤气洗涤液，为保证煤气洗涤效果，尽量避免使用剩余氨水，脱硫液采用洗氨塔后的半富液、蒸氨系统富集氨的贫液。
1.2 剩余氨水掺入富液蒸氨
由工艺流程图3知：煤气经洗H2S塔、洗氨塔生成了富集NH3、H2S等组份的富液，70～75℃的剩余氨水与35～40℃富液混合，富液温度可提高至40～45℃。掺入剩余氨水的富液经贫富液换热器换热，富液温度可达到50℃以上，这样可节约富液蒸氨脱酸耗汽量。
1.3 剩余氨水直接蒸氨处理
由工艺流程图4：70～75℃的剩余氨水直接上蒸氨塔，与来自脱酸塔的蒸馏富液产生的一部分贫液一起蒸氨后，蒸氨塔中氨汽作為热源分两段进入脱酸塔脱除富液中的H2S；脱酸塔底富集氨的另一部分贫液去洗涤净化煤气中的H2S；蒸氨塔底的蒸氨废水一部分去洗涤净化煤气中的NH3，另一部分去生化处理系统；脱酸塔顶出来的含NH3、H2S等酸汽进入后序制取硫铵及硫酸。在整个蒸氨脱酸过程中，汽液在塔盘上逐层逆流接触进行热交换和传质交换，由于氨相对于水挥发度更高，氨不断从液相转移到汽相，液相中氨沿塔自上而下浓度逐渐降低，在塔底生成蒸氨废水（废水含挥发氨≤0.05g/l）与贫液（18～22g/l）。
剩余氨水直接上蒸氨系统工艺的优点是剩余氨水中化学成分得到有效分离；缺点是增加蒸氨塔负荷，影响蒸氨脱酸系统的稳定运行。
1.4剩余氨水直接上蒸氨塔单独处理工艺
1.4.1剩余氨水直接上蒸氨塔单独处理后与原蒸氨脱酸系统汇合
为降低蒸氨塔负荷，采用双蒸氨工艺流程见图5：70～75℃的剩余氨水通过剩余氨水泵直接送至1#蒸氨塔进行蒸氨，该塔顶逸出的氨汽与2#蒸氨脱酸系统逸出的酸汽汇同进入后序生产硫铵。1#蒸氨塔底废水与2#蒸氨塔底废水汇同去洗涤净化煤气或生化处理系统。但生产的氨汽与原蒸氨脱酸系统出来的酸汽混合后，由于塔顶压力不一致，出现酸汽顶撞现象，影响操作稳定性。
1.4.2剩余氨水直接上蒸氨塔单独处理后与原蒸氨脱酸系统分开
采用工艺图6：70～75℃的剩余氨水通过剩余氨水泵直接上蒸氨塔单独蒸氨，产生的氨汽引入到荒煤气管道，不与与原蒸氨脱酸系统发生关系。此工艺氨汽进入荒煤气后，会使荒煤气温度升高，增加煤气初冷负荷，但因煤气中含氨的增加，有利于煤气中H2S的洗涤。
2 结论
通过上述剩余氨水处理工艺分析，采用剩余氨水直接上蒸氨塔单独处理与原蒸氨脱酸系统分开工艺不仅可解决剩余氨水洗涤净化煤气不足问题，而且可解决单台蒸氨塔超负荷处理剩余氨水与富液量大的不足问题。
参考文献
[1]炼焦化学产品回收技术[M].冶金工业出版社
（作者单位：河钢集团宣钢公司焦化厂）
关键词：剩余氨水；双膜理论；洗涤净化；蒸氨
1 剩余氨水处理工艺
1.1 剩余氨水洗涤净化煤气
根据双膜理论，煤气中的氨以对流扩散方式到达气膜边界，以分子扩散方式到达气液界面，然后进入液相；液相中，氨以分子扩散方式穿过液膜到达液膜边界，又以对流扩散方式转移到洗涤液中。氨吸收过程的双模模型见图1：
在整个氨吸收过程中，煤气中氨分压必须大于洗涤液液面上氨蒸汽分压时，煤气中氨才会被水吸收，压力差越大，氨吸收推动力也越大，吸收过程进行的也越快。氨吸收推动力取决于气膜推动力和液膜推动力，随着液相中氨浓度升高，（由C1到C2）其液相推动力C1-Ci变为C2-Ci，由图1看出液相推动力明显降低，从而洗氨效果降低。
1.1.1 剩余氨水洗涤净化煤气中氨
剩余氨水洗氨工艺流程见图2：在煤气净化工艺中，剩余氨水和蒸氨废水一起参与洗氨，进入1#洗氨塔，从1#洗氨塔出来变成了富集氨的半富液，依次进入2#洗氨塔、洗H2S塔，最终生成富集氨的富液流进富液槽，送至蒸氨系统脱氨处理。
剩余氨水与蒸氨废水含氨化验数据分析：剩余氨水3～4 NH3（g/l），蒸氨废水0.03～0.04NH3（g/l）。
由煤气中氨吸收过程的双膜理论、剩余氨水和蒸氨废水含氨数据分析知：剩余氨水含氨是蒸氨废水含氨量的100倍，采用剩余氨水直接上洗氨塔洗涤净化煤气，其洗氨效果远小于蒸氨废水。
1.1.2 剩余氨水洗涤净化煤气中硫化氢
在AS脱硫过程中，将剩余氨水直接引入洗H2S塔进行洗煤气中的H2S，由于剩余氨水含挥发氨（3～4g/l）远小于来自蒸氨系统的贫液含挥发氨（18～22g/l），造成脱硫液挥发氨含量偏低，影响煤气脱硫效率，使煤气脱硫净化效果变差。剩余氨水和贫液含挥发氨化验分析数据为剩余氨水：3～4 NH3（g/l），贫液18～22NH3（g/l）。
氨在水中的溶解度随温度升高而降低，洗涤液温度越高，洗涤液液面上氨蒸汽压就越大，其吸收推动力就越小。采用70～75℃的剩余氨水直接洗涤净化煤气，影响整个洗涤系统的吸收温度，不利于煤气中氨的消化吸收。综上分析，剩余氨水直接洗涤净化煤气的缺点：
（1）剩余氨水洗氨，其净化煤气效果不如蒸氨废水。（2）剩余氨水洗H2S，其净化煤气效果不如贫液。（3）剩余氨水不经冷却直接参与煤气洗涤，影响整个洗涤系统的吸收温度。
由此可见，剩余氨水不是理想的净化煤气洗涤液，为保证煤气洗涤效果，尽量避免使用剩余氨水，脱硫液采用洗氨塔后的半富液、蒸氨系统富集氨的贫液。
1.2 剩余氨水掺入富液蒸氨
由工艺流程图3知：煤气经洗H2S塔、洗氨塔生成了富集NH3、H2S等组份的富液，70～75℃的剩余氨水与35～40℃富液混合，富液温度可提高至40～45℃。掺入剩余氨水的富液经贫富液换热器换热，富液温度可达到50℃以上，这样可节约富液蒸氨脱酸耗汽量。
1.3 剩余氨水直接蒸氨处理
由工艺流程图4：70～75℃的剩余氨水直接上蒸氨塔，与来自脱酸塔的蒸馏富液产生的一部分贫液一起蒸氨后，蒸氨塔中氨汽作為热源分两段进入脱酸塔脱除富液中的H2S；脱酸塔底富集氨的另一部分贫液去洗涤净化煤气中的H2S；蒸氨塔底的蒸氨废水一部分去洗涤净化煤气中的NH3，另一部分去生化处理系统；脱酸塔顶出来的含NH3、H2S等酸汽进入后序制取硫铵及硫酸。在整个蒸氨脱酸过程中，汽液在塔盘上逐层逆流接触进行热交换和传质交换，由于氨相对于水挥发度更高，氨不断从液相转移到汽相，液相中氨沿塔自上而下浓度逐渐降低，在塔底生成蒸氨废水（废水含挥发氨≤0.05g/l）与贫液（18～22g/l）。
剩余氨水直接上蒸氨系统工艺的优点是剩余氨水中化学成分得到有效分离；缺点是增加蒸氨塔负荷，影响蒸氨脱酸系统的稳定运行。
1.4剩余氨水直接上蒸氨塔单独处理工艺
1.4.1剩余氨水直接上蒸氨塔单独处理后与原蒸氨脱酸系统汇合
为降低蒸氨塔负荷，采用双蒸氨工艺流程见图5：70～75℃的剩余氨水通过剩余氨水泵直接送至1#蒸氨塔进行蒸氨，该塔顶逸出的氨汽与2#蒸氨脱酸系统逸出的酸汽汇同进入后序生产硫铵。1#蒸氨塔底废水与2#蒸氨塔底废水汇同去洗涤净化煤气或生化处理系统。但生产的氨汽与原蒸氨脱酸系统出来的酸汽混合后，由于塔顶压力不一致，出现酸汽顶撞现象，影响操作稳定性。
1.4.2剩余氨水直接上蒸氨塔单独处理后与原蒸氨脱酸系统分开
采用工艺图6：70～75℃的剩余氨水通过剩余氨水泵直接上蒸氨塔单独蒸氨，产生的氨汽引入到荒煤气管道，不与与原蒸氨脱酸系统发生关系。此工艺氨汽进入荒煤气后，会使荒煤气温度升高，增加煤气初冷负荷，但因煤气中含氨的增加，有利于煤气中H2S的洗涤。
2 结论
通过上述剩余氨水处理工艺分析，采用剩余氨水直接上蒸氨塔单独处理与原蒸氨脱酸系统分开工艺不仅可解决剩余氨水洗涤净化煤气不足问题，而且可解决单台蒸氨塔超负荷处理剩余氨水与富液量大的不足问题。
参考文献
[1]炼焦化学产品回收技术[M].冶金工业出版社
（作者单位：河钢集团宣钢公司焦化厂）