CN110342717A - 气化能量耦合氨回收***及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气化能量利用耦合氨回收***，包括气化闪蒸***、灰水预处理***、冷凝液汽提及氨回收***；气化闪蒸***对气化高温黑水进行减压闪蒸，降温冷却后得到气化闪蒸气和气化黑水；灰水预处理***包括脱硬除固装置和灰水汽提装置，对气化灰水脱硬除固后送至灰水汽提装置以脱除氨，得到灰水汽提富氨物流进入冷凝液汽提及氨回收***；冷凝液汽提及氨回收***实现氨和酸性气的分离，得到氨含量高的氨产品。本发明还公开一种气化能量利用耦合氨回收方法。本发明提高了气化装置能量利用效率，既回收了灰水和冷凝液中的氨，还有效降低了下游废水处理单元的氨氮处理难度和运行成本，有助于减少目前***存在的结垢、磨损和腐蚀问题。

Description

气化能量耦合氨回收***及方法

技术领域

本发明涉及氨回收综合处理技术领域，特别是涉及一种气流床气化装置相关的气化能量耦合氨回收***及方法。

背景技术

气流床气化反应，是由煤或其他碳氢化合物通过浆料或气力输送，与氧气在气化炉中发生高温高压的部分氧化反应，生成产品粗合成气。

在煤的气化过程中，煤中的氮元素有一小部分转化生成氨，生成的氨大部分存在于气化单元送出的合成气和气化灰水中。合成气中的氨，随合成气一起进入下游的变换单元(包括合成气冷却装置)，经逐步冷却和洗涤后存在于冷凝液中，其中高温冷凝液返回气化装置，低温冷凝液经变换单元的汽提***脱氨后返回气化装置，汽提得到的酸性气含二氧化碳、硫化氢、氨的酸性气体。气化灰水中则有较高含量的氨氮、钙、镁和硅离子等。

现有常规流程中，变换单元的低温冷凝液采用直接闪蒸气汽提的处理方法，将汽提出来的含氨和酸性气的气体送往硫回收单元处理；同时闪蒸***产生大量的气化闪蒸气，其主要组分为水蒸汽，富含低位能量，该低位能量，除部分为气化单元自用外，剩余部分经冷凝或直接送往变换单元汽提***。气化灰水则送往下游废水处理装置进行生化处理。

因此，现有流程存在以下不足：

1.低温冷凝液中氨和酸性气没有分离，即无法实现氨的回收利用，同时也导致运行流程中易出现腐蚀和结垢问题，增加了硫回收装置的运行难度和运行成本；

2.气化灰水中的氨氮含量高，导致下游废水生化处理的难度和成本增加，且气化灰水中高含量的钙、镁和硅离子易导致***结垢堵塞，以及下一步深度处理困难；

3.气化闪蒸气的能量没有得到充分利用，且往往需要冷却处理，消耗大量的冷却水。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提高了气化装置能量利用效率，实现氨的回收利用，降低下游废水处理单元的处理难度和运行成本。

为达前述目的，本发明提供一种气化能量耦合氨回收***，由气化闪蒸***、灰水预处理***、冷凝液汽提及氨回收***组成。

所述气化闪蒸***包括减压闪蒸装置，所述减压闪蒸装置用于对来自上游气化单元的合成气进行激冷，以及对来自上游洗涤单元的高温黑水进行减压闪蒸，以产生气化闪蒸气；所述气化闪蒸***连接所述灰水预处理***和冷凝液汽提及氨回收***；

所述灰水预处理***包括脱硬除固装置和灰水汽提装置；所述脱硬除固装置用于对来自上游气化单元的气化灰水进行脱除硬度和固体处理；所述灰水汽提装置用于对脱除硬度和固体处理后的灰水进行脱氨处理得到富氨物流，所述灰水预处理***连接所述冷凝液汽提及氨回收***，所述富氨物流输送至所述冷凝液汽提及氨回收***；

所述冷凝液汽提及氨回收***包括冷凝液汽提装置和氨回收装置，所述冷凝液汽提装置连接所述氨回收装置；来自上游单元的冷凝液及其他物流、以及来自所述灰水预处理***的富氨物流进入所述冷凝液汽提装置进行分离，随后传输至所述氨回收装置进行氨的回收。

所述气化闪蒸气压力在0.2-3.0Mpa，主要组分为水蒸气，富含低位热量，可为所述灰水预处理***和所述冷凝液汽提及氨回收***提供热源；优选的，所述气化闪蒸气压力为0.5-1.2MPA。

所述脱硬除固装置通过在碱液和絮凝剂等药剂作用下，采用反应、澄清和过滤等手段来脱除灰水中的钙、镁、硅等硬度离子。

所述灰水汽提装置主要设备为灰水汽提塔，其利用气化闪蒸气的热量间接加热汽提以脱除灰水中的氨；所述灰水汽提装置还包括其他相关的泵、换热器和中间罐等设备。

所述冷凝液汽提装置主要设备为冷凝液汽提塔，所述气化闪蒸气直接进入冷凝液汽提塔，利用气化闪蒸气的热量汽提，以脱除含氨冷凝液或其他物流的氨；所含氨冷凝液或其他物流还包括火炬冷凝液和其他洗氨液；所述冷凝液汽提装置还包括其他相关的泵、换热器和中间罐等设备。

所述氨回收装置包括氨冷凝装置和氨净化回收装置。

所述氨冷凝装置为多级分凝***，级数为2-4级；通过多级分凝***，从氨汽提塔中部抽出的富氨物流冷却降温，同时分离大部分的水和硫化氢等杂质。

所述氨净化回收装置进一步脱除氨冷凝装置所含的杂质，得到所需规格的含氨量高的液态或气态氨产品，比如产品可以为气氨、氨水和液氨。所述的氨净化回收装置的工艺路线可根据氨产品的规格进行调整，例如，如以稀氨水为产品，则可采用洗涤工艺(以碱或氨为溶剂)先脱除所含杂质，再水洗得到稀氨水；如以纯液氨为产品，则要求液氨中硫化氢等杂质的含量很低，因此除洗涤工艺外，还需考虑吸附结晶等深度处理方法进一步脱除硫化氢等杂质，再压缩冷却得到液氨。

本发明还提供一种气化能量利用耦合氨回收方法，包括步骤：

1)来自上游单元的高温黑水经过在气化闪蒸***中进行减压闪蒸和降温，产生气化闪蒸气；

2)来自上游气化单元产生的气化灰水进入灰水预处理***，在脱硬除固装置中与碱、絮凝剂混合反应产生固体，澄清和过滤后脱除固体；脱除固体后的灰水进入灰水汽提装置，1)中所述气化闪蒸气提供热源来汽提灰水中的氨，提取出的富氨物流输送至冷凝液汽提及氨回收***；汽提后的灰水换热和调质后排出***进一步处理或返回利用；

3)在冷凝液汽提及氨回收***中，1)中所述气化闪蒸气提供热源，在冷凝液汽提装置中对来自上游单元的含氨的冷凝液或其他物流和来自灰水预处理***的灰水汽提富氨物流进行分离，得到的汽提后富氨物流送往氨回收***，利用氨回收装置的氨冷凝和净化回收装置，将该富氨物流进一步处理去除酸性气后，得到高含氨量的氨产品；冷凝液汽提装置中的经分离后产生的汽提后冷凝液或其他物流排出***循环利用或进一步处理，产生的酸性气送入下游单元进一步处理。

本发明提供的气化能量耦合氨回收***以及方法，较现有技术具有以下优势：

本发明利用气化闪蒸气热量，对脱硬除固后的灰水汽提，得到氨含量更低的汽提灰水和灰水汽提富氨物流，实现了氨的回收利用而能得到含氨量高的产品，有助于降低下游灰水处理成本和难度；再利用闪蒸气热量，用于对含氨的冷凝液或其他物流进行汽提，实现酸性气分离和回收，有助于解决目前***普遍存在的腐蚀和结垢问题，以及得到的氨产品含氨量很高的问题；且气化闪蒸气的热量也得到了充分的利用，即提高了气化装置能量利用效率，也避免了循环冷却水的消耗。

附图说明

图1是本发明的气化能量耦合氨回收***的示意图。

图2是本发明中的冷凝液汽提及氨回收***的一个具体实施例。

附图中符号标记说明：

气化闪蒸*** 1 灰水预处理*** 2

脱硬脱固装置 21 灰水汽提装置 22

冷凝液汽提及氨回收*** 3 冷凝液汽提装置 31

氨冷凝装置 32 氨净化回收装置 33

氨冷凝液汽提装置：

冷凝液汽提塔 3E01 冷凝液冷却器 3E02

冷凝液汽提塔底部泵 3E03 汽提塔底部1#换热器 3E04

汽提塔底部2#换热器 3E05

氨冷凝装置：

1#氨冷却器 3E07 1#氨冷却分离罐 3E08

2#氨冷却器 3E09 2#氨冷却分离罐 3E10

3#氨冷却器 3E11 3#氨冷却分离罐 3E12

氨冷凝分离液冷却器 3E15 氨冷凝分离液罐 3E16

氨冷凝分离液泵 3E17

氨净化回收装置：

碱洗塔 3E13 水洗塔 3E14

气化高温黑水 101 (通往气化灰水汽提的)气化闪蒸气 102(通往冷凝液氨汽提的)气化闪蒸气 102A 气化灰水 201

灰水汽提用气化闪蒸气冷凝液 203 灰水汽提富氨物流 202

汽提后灰水 204 脱硬脱固后灰水 206

灰水固体 207 碱液 208

絮凝剂 209 氨产品 301

酸性气 302 汽提后冷凝液 303

含氨冷凝液或其他物流 304 汽提后富氨物流 305

冷凝后富氨物流 306 水洗塔不凝气体 307

碱液 308 工艺水 309

高温冷凝液 310 低温冷凝液 311

碱洗塔底部液体 312 氨汽提塔底部物流 313

气化闪蒸不凝汽 314

具体实施方式

下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明提供一种气化能量耦合氨回收***，包括：气化闪蒸***1、灰水预处理***2和冷凝液汽提及氨回收***3。

气化闪蒸***1分别连接灰水预处理***2和冷凝液汽提及氨回收***3；气化闪蒸***1主要包括减压闪蒸装置，来自上游装置的气化高温黑水101进入减压闪蒸装置进行蒸发和降温产生大量的气化闪蒸气，其中，一股气化闪蒸气102A送往冷凝液汽提及氨回收***3，另外一股气化闪蒸气102，为灰水预处理***2的灰水汽提装置22提供汽提热源，换热得到灰水汽提用气化闪蒸气冷凝液203返回至气化闪蒸***1利用。

灰水预处理***2连接冷凝液汽提及氨回收***3；灰水预处理***2包括脱硬除固装置21和灰水汽提装置22；

气化灰水201输送至脱硬除固装置21进行脱除硬度和固体处理，在脱硬除固装置21中，气化灰水201与碱液208、絮凝剂209混合反应使气化灰水201中的钙、镁和硅等离子沉降，通过澄清和过滤处理后的脱硬脱固后灰水206输送至灰水汽提装置22进行脱氨处理，而脱除的灰水固体207从所述气化能量耦合氨回收***排出；

灰水汽提装置22中进行脱氨处理，得到灰水汽提富氨物流202，灰水汽提富氨物流202输送往冷凝液汽提及氨回收***3；灰水汽提装置22排出的汽提后灰水204输送至下游的废水处理装置，也可以部分返回到上游气化单元水***循环使用。来自气化闪蒸***1的气化闪蒸气102为灰水汽提装置22提供汽提热源，换热得到灰水汽提用气化闪蒸气冷凝液203返回至气化闪蒸***1利用。

冷凝液汽提及氨回收***3包括冷凝液汽提装置31、氨冷凝装置32和氨净化回收装置33；上游单元的含氨的冷凝液或其他物流304在冷凝液汽提装置31进行汽提，得到的酸性气302排出所述气化能量耦合氨回收***进行进一步处理；得到的汽提后冷凝液303排出所述气化能量耦合氨回收***进行循环利用或进一步处理；得到的汽提后富氨物流305进入氨冷凝装置32，脱除大部分水分和杂质后得到冷凝后富氨物流306，进入氨净化回收装置33，通过洗涤吸收或吸附等精制工艺后，得到氨含量高的氨产品301送出所述气化能量耦合氨回收***。其中，来自气化闪蒸***1的一部分气化闪蒸气102A进入冷凝液汽提装置31，提供汽提热源。

如图2所示，为冷凝液汽提及氨回收***3运行制备稀氨水的一个具体实施例。

冷凝液汽提及氨回收***3包括冷凝液汽提装置31、氨冷凝装置32和氨净化回收装置33；其中，氨冷凝装置32为一个2-4级的分凝装置，一般为三级，其中，一级冷却采用冷凝液，二级冷却采用冷却水，三级冷却可采用冷却水或其他低温冷却介质，比如液氨等。

来自气化闪蒸***1的气化闪蒸气102A进入冷凝液汽提塔3E01提供热源；

来自上游单元的冷凝液及其他物流304分为两路：一路经冷凝液冷却器3E02冷却形成低温冷凝液311，送入冷凝液汽提塔3E01上部；冷凝液汽提塔3E01上部富含的二氧化碳、硫化氢等酸性气302送往下游硫回收装置处理；

另一路和氨汽提塔底部物流313在汽提塔底部2#换热器3E05混合后，分别和1#氨冷却器3E07和汽提塔底部1#换热器3E04换热升温，得到的高温冷凝液310进入冷凝液汽提塔3E01中上部。

氨汽提塔底部物流313分别与汽提塔底部1#换热器3E04和汽提塔底部2#换热器3E05换热，冷却后的汽提后冷凝液303送回气化单元循环利用；

冷凝液汽提塔3E01中下部侧抽出的汽提富氨物流305依次分别和1#氨冷却器3E07、1#氨冷却分离罐3E08、2#氨冷却器3E092、2#氨冷却分离罐3E10和3#氨冷却器3E11、3#氨冷却分离罐3E12换热冷却，气液分离得到大部分液相后得到的冷凝后富氨物流306进入氨净化回收装置33。其中，1#氨冷却分离罐3E08和2#氨冷却分离罐3E10底部排出的温度较高的液相经氨冷凝分离液冷却器3E15降温后和3#氨冷却分离罐3E12底部排出的液相进入氨冷凝分离液罐3E16，氨冷凝分离液罐3E16底部排出的液体再通过氨冷凝分离液泵3E17加压后返回到冷凝液进料管线，汇入310高温冷凝液。

同时从灰水预处理***2来的灰水汽提富氨物流202进入氨冷凝装置32的3#氨冷却器3E11入口管线，和分离罐3E12换热冷却，汇入冷凝后富氨物流306。

来自气化闪蒸***1的气化闪蒸不凝气314也含有少量的氨，其处理需综合考虑气化装置水***和氨平衡情况。本实施例中，将气化闪蒸***1产生的气化闪蒸不凝气314送入氨冷凝装置32的1#氨冷却器3E07的入口。

经氨冷凝装置32处理的冷凝后富氨物流306进入氨净化回收装置33的碱洗塔3E13，以碱液308(液氨或者氢氧化钠溶液等)为溶剂，吸收脱除冷凝后富氨物流306中的硫化氢等杂质后再进入水洗塔3E14；碱洗塔3E13底部液体312排到装置外，也可返回氨冷凝分离液罐3E16或直接返回冷凝液汽提塔3E01重新利用；在水洗塔3E14中，利用工艺水309(脱盐水或者锅炉给水)作为吸收溶剂得到氨产品301稀氨水，从塔底排出，水洗塔3E14顶部的不凝气体307从水洗塔3E14顶部离开***。

在其他实施例，可根据需要结合***配置综合考虑在冷凝液汽提及氨回收***3内设置冷凝液进料罐。

以上所述为本发明实施例各主要组成部分的说明，以下以一个年产180万吨甲醇的煤水煤浆加压气化装置而言为例，说明本发明实施例的冷凝液汽提及氨回收***3的主要物流参数和效果。

表1为本发明实施例的冷凝液汽提及氨回收***3的主要物流参数：

物流号	单位	304	102A	202	314	302	303	312	301
										温度	℃	40	176.65	87.78	153.9	74.08	74.21	55.57	50.91
压力	MPa(A)	6.1	0.965	0.265	0.964	0.43	0.436	0.5	0.5
										组分流量
NH3	千摩尔/小时	30.4	1.5	6.55	0.254	0.617	1.24	3.71	31.8

从上述表格可知，本发明实施例能带来以下有益效果：

1.在本方法的***中，从冷凝液304、气化闪蒸气102A和灰水汽提富氨物流202带入的氨总量为30.4+1.5+6.55＝38.45千摩尔/小时，输出的氨主要存在于氨产品301中，其他的氨主要在酸性气302、不凝汽314和碱洗塔排出液体312中，总回收率为31.8/38.45＝82.7％，可以产生2.7吨/小时的氨水(质量浓度为20％)，可送往锅炉装置脱硫脱硝使用。

2.从灰水汽提富氨物流202中通过汽提回收的氨为6.55x 17＝111.4千克/小时，可把气化灰水中的氨含量降低到100ppm以下；不仅回收了氨，还显著降低了下游废水处理装置的成本和难度。

3.本实施例中需要消耗的气化闪蒸气量102A夹带的氨流量为1.5x 17＝25.5千克/小时。通过本实施例，不但可以回收这部分氨量，还可以降低常规流程中冷却这部分气化闪蒸气102A所需的冷却水消耗量；

4.从***排出的酸性气302和水洗塔不凝气体307中氨含量很低，有助于下游的进一步处理。

综上所述，上述各实施例仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，皆应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种气化能量耦合氨回收***，其特征在于，包括：气化闪蒸***、灰水预处理***、冷凝液汽提及氨回收***；

所述气化闪蒸***包括减压闪蒸装置，所述减压闪蒸装置用于对来自上游气化单元的合成气进行激冷，以及对来自上游洗涤单元的高温黑水进行减压闪蒸，以产生气化闪蒸气；所述气化闪蒸***连接所述灰水预处理***和所述冷凝液汽提及氨回收***；

所述灰水预处理***包括脱硬除固装置和灰水汽提装置；所述脱硬除固装置用于对来自上游气化单元的气化灰水进行脱除硬度和固体处理，所述灰水汽提装置用于对脱除硬度和固体处理后的灰水进行脱氨处理得到富氨物流；所述灰水预处理***连接所述冷凝液汽提及氨回收***，所述富氨物流输送至所述冷凝液汽提及氨回收***；

所述冷凝液汽提及氨回收***包括冷凝液汽提装置和氨回收装置，所述冷凝液汽提装置连接所述氨回收装置；来自上游单元的冷凝液物流、以及来自所述灰水预处理***的富氨物流进入所述冷凝液汽提装置进行分离，随后传输至所述氨回收装置进行氨的回收。

2.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述气化闪蒸气的压力在0.2-3.0MPA，主要组分为水蒸气。

3.根据权利要求2所述的***，其特征在于，所述气化闪蒸气压力为0.5-1.2MPA。

4.如根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述灰水汽提装置包括为灰水汽提塔。

5.如根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述冷凝液汽提装置包括冷凝液汽提塔。

6.根据权利要求4或5所述的***，其特征在于，所述灰水汽提装置和冷凝液汽提装置还包括泵、换热器和中间罐。

7.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述氨回收装置包括氨冷凝装置和氨净化回收装置。

8.根据权利要求7所述的***，其特征在于，所述氨冷凝装置为多级分凝***，级数为2-4级。

9.根据权利要求7所述的***，其特征在于，所述氨净化回收装置用于进一步脱除杂质，得到所需规格的含氨量高的液态或气态氨产品。

10.一种气化能量耦合氨回收方法，其特征在于，包括步骤：

1)来自上游单元的高温黑水经过在气化闪蒸***中进行减压闪蒸和降温，产生气化闪蒸气；

2)来自上游气化单元产生的气化灰水进入灰水预处理***，在脱硬除固装置中先与碱、絮凝剂混合反应，澄清和过滤后脱除产生的固体；脱除固体后的灰水进入灰水汽提装置，1)中所述气化闪蒸气提供热源来汽提灰水中的氨，提取出的富氨物流输送至冷凝液汽提及氨回收***；汽提后的灰水换热和调质后排出***进一步处理或返回利用；

3)在冷凝液汽提及氨回收***中，1)中所述气化闪蒸气提供热源，在冷凝液汽提装置中对来自上游单元的含氨的冷凝液物流和来自灰水预处理***的灰水汽提富氨物流进行分离，得到的汽提后富氨物流送往氨回收***，利用氨回收装置的氨冷凝和净化回收装置，将该富氨物流进一步处理去除酸性气后，得到高含氨量的氨产品；冷凝液汽提装置中的经分离后产生的汽提后冷凝液物流排出***循环利用或进一步处理，产生的酸性气送入下游单元进一步处理。