马小东，段昌锋
（陕西长青能源化工有限公司， 陕西 凤翔721405）
［摘 要］ 水煤浆气化过程中，因副反应产生的氨量较少，一般都将氨作为无法利用的物质通过设置变换汽提单元予以简单脱氨，并配套SBR等生化处理设施来接收、处理气化系统产生的高氨氮废水。而生产实践表明，单塔低压汽提法只能得到低浓度的含硫氨水，此含硫氨水无法用于氨法脱硫系统。分析水煤浆气化工艺中氨的迁移及流程特点，针对变换工艺冷凝液氨回收现状及存在的问题，结合变换工艺冷凝液的特点，提出一种新型的“预浓缩双塔加压汽提方案”，通过配套适宜的氨精制工艺，可产出浓度为 18%～20%、H2S含量在1 mg/L以下的氨水用于氨法脱硫系统，达到回收氨的目的，而且此方案既适用于新建项目，也可与已建的单塔低压汽提单元相结合使用。
［关键词］ 水煤浆气化；氨的迁移；变换工艺冷凝液；氨回收；预浓缩双塔加压汽提；氨精制
［中图分类号］ X703.1［文献标志码］ B［文章编号］ 1004-9932（2018）06-0005-05
0 引 言
在煤气化过程中，煤中的含氮官能团受热裂解，氧气中的微量氮在高温、高压和高氢环境下发生氧化还原反应，都会部分转化为氨气；在变换炉中，HCN水解或加氢转换成为氨气［1］，变换气中的微量氮气与氢气在变换催化剂作用下也会合成微量的氨。
系统中适量氨的存在，可以中和煤气化产生的HCl、HCOOH 和HCN 等酸性物质，在一定程度上抑制酸性物质对设备、管线的腐蚀。但相对于其正面作用来说，氨对系统的危害更大，氨使渣水系统pH升高，渣水系统pH达8.7以上时对絮凝剂沉降效果有较大影响，从而引起气化设备和管线结垢、堵塞［2］；其次，氨与工艺气中的CO2和渣水中的CO32-、Ca2+、Mg2+等在40～80 ℃条件下易产生铵盐及复盐结晶，造成设备、管线腐蚀和堵塞；再者，最严重的是氨对后续系统的危害，即使微量的氨进入低温甲醇洗系统，循环积累后也会使净化气的硫含量超标，从而使甲醇合成或氨合成等催化剂中毒。
现阶段，3种主流的煤气化工艺中，鲁奇碎煤加压气化工艺及BGL气化工艺因洗涤后煤气水中氨含量较高和酚回收的必要性，设置了酚氨回收装置对氨予以回收；水煤浆气化工艺和粉煤气化工艺则因副反应产生的氨量较少，均将氨作为无法利用的有害物质，通过设置变换汽提单元予以简单脱氨，并配套SBR等生化处理设施来接收、处理气化系统产生的高氨氮废水。
有资料表明，水煤浆气化副反应产生的氨量较多，是Shell粉煤气化的5～8倍［3］，能否将其回收用于锅炉烟气脱硫等领域，是一个值得研究的课题。笔者等人曾于2016年在《中氮肥》上发表过一篇题为《变换汽提塔顶含硫氨水的处置方案》［4］的论文，对变换汽提塔顶含硫氨水的处置进行过探讨，以下是对这个问题的一些新的认识和看法。
1 水煤浆气化工艺中氨的迁移和流程剖析
某600 kt/a甲醇项目水煤浆气化工艺中氨的迁移流程如图1所示（图中各股物流旁标注的以kg/h为单位的数据为设计工况下对应物流的折算氨量）。以该项目为例，其水煤浆气化过程中氨的迁移、分布及流程特点概括如下。
（1）氨在系统循环、积累达到平衡时，煤气化过程产生的氨全部随工艺煤气离开碳洗塔。在变换工序，变换气中的氨随富余水蒸气凝结成变换工艺冷凝液。变换高温工艺冷凝液和汽提单元净化水（变换工艺冷凝液）返回碳洗塔，形成氨的气液循环。
（2）气化渣水系统中，激冷黑水、碳洗塔黑水及渣池黑水经过三级闪蒸成为灰水，灰水澄清、除氧后再激冷、洗涤高温煤气后变成黑水，形成氨的液相循环。
（3）变换气在降温冷却过程中，形成高温工艺冷凝液和低温工艺冷凝液。高温工艺冷凝液量很大，因其温度高达200 ℃，溶解的氨量较少，故直接送碳洗塔作为粗煤气洗涤水及气化炉激冷水循环使用。低温工艺冷凝液量较小，其温度仅80 ℃左右，富集了总量60%以上的氨，相对高温工艺冷凝液来说，汽提低温工艺冷凝液可提高脱氨效率，并有效减少汽提设备的投资。
（4）通过对变换低温工艺冷凝液的汽提，气化灰水系统和粗煤气中的氨含量得以降低，但变换工艺冷凝液（净化水）的回用和气化灰水的循环利用，导致灰水中氨氮、COD以及SO42-、HCO3-、Cl-、Ca2+、Mg2+等溶解性物质（TDS）富集，故在灰水沉降槽后，需连续排出一股澄清灰水至SBR污水处理站。
（5）气化黑水三级闪蒸时，产生高压闪蒸气，其压力为0.797 MPa、温度为172 ℃，富含大量的蒸汽，基本上可提供变换工艺冷凝液汽提所需的热量。
（6）三级闪蒸的低压闪蒸气也富含大量蒸汽，送灰水除氧槽作为除氧热源，充分利用其低位热能。
（7）本项目变换汽提单元采用塔顶无回流的单塔低压汽提法，汽提塔底产生的净化水返回气化系统，变换汽提塔顶产生的含氨酸性气送至硫回收装置，同时得到低浓度的含硫氨水。在初步设计和详细设计中，都将这股含硫氨水送热电烟气脱硫系统作为补充液，理论上可回收氨2.4 t/d，节约无水氨40%以上。
2 变换工艺冷凝液氨回收现状及存在的问题
更多内容详见《中氮肥》2018年第6期