焦炉煤气磷酸法脱氨工艺及应用

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1、焦炉煤气磷酸法脱氨工艺及应用王燕霞;王增忱【摘 要】结合已投产工程,介绍了焦炉煤气磷酸法脱氨的工艺流程、装置特点及主 要技术经济指标;分析了磷酸法脱氨装置设计中应注意的安全设施的设置、自动控 制的选择、无水氨管道系统的选择、泵密封选择及脱氨工艺的选择等问题;磷酸脱 氨技术与钢铁企业烧结烟气氨法脱硫和火电厂烟气氨法脱硝的配合应用,具有较好 的经济效益、环保效益和社会效益.期刊名称】煤化工年(卷),期】2015(043)004【总页数】4页(P25-28) 【关键词】 焦炉煤气;磷酸法脱氨;无水氨;浓氨水;烧结烟气氨法脱硫;电厂氨法脱硝【作 者】 王燕霞;王增忱【作者单位】 宝钢工程技术集团有限公

2、司,上海 201900;宝钢工程技术集团有限公司,上海 201900【正文语种】 中 文【中图分类】 TQ522国内焦化厂焦炉煤气脱氨工艺主要包括喷淋式饱和器法制硫铵工艺、水洗氨工艺和磷酸法脱氨工艺。其中饱和器法制硫铵工艺应用最广，其缺点是硫铵产品价格受季节影响波动大，设备腐蚀严重，劳动强度高；水洗氨工艺主要用在硫铵产品很难销售的区域，其缺点是脱氨效率低，后续处理工艺能耗大，排放废气，所以焦化厂很 少采用；磷酸法脱氨制无水氨工艺因其产品无水氨没有市场，以前在国内焦化厂也 很少采用。随着国家相关环保政策的实施，钢铁厂烧结烟气氨法脱硫、氨法脱硝工 艺的成功应用，采用磷酸法脱焦炉煤气中的氨，制无水氨

3、，可实现钢铁厂内部无水 氨的自给自足，为以废治废发展内部循环经济，提供新的思路或工艺。焦炉煤气磷 酸法脱氨工艺与喷淋式饱和器法制硫铵工艺相比，具有氨回收率高、自动化程度高 环保、腐蚀轻、劳动强度低等优点。根据钢铁厂烟气脱硫、脱硝工艺对氨产品的不 同需求，宝钢工程技术集团有限公司在实现磷酸法脱氨生产无水氨国产化基础上， 2009年开发出浓氨水生产工艺。磷酸法脱氨工艺流程示意图见图1。含NH3煤气进入吸收塔，与循环喷淋的磷酸铵盐溶液逆流接触，溶液吸收其中的 NH3，从塔底连续抽出一定量的吸收了氨的磷酸铵溶液（即富液），依次经除焦 油器、溶液槽、贫富液换热器、接触器（脱酸用），经富液升压泵升压的富液

4、再经 氨汽冷凝器，与解吸出的氨汽换热后，进入解吸塔。来自氨汽冷凝器的富液与下部 通入的1.6 MPa过热蒸汽在解吸塔内逆流接触，塔底贫液分别经贫富液换热器、 贫液冷却器后，返回吸收塔上部。自解吸塔蒸出的氨汽经氨汽冷凝器和氨汽冷却器 冷为氨水，进入供料槽（用碱计量泵将NaOH溶液从碱槽送入供料槽，以除酸 气），经浓氨水冷却器冷却作为产品外送。此为浓氨水工艺。若生产无水氨的工艺，则从供料槽来的浓氨水经精馏塔给料泵，送到精馏塔，精馏 塔下部通入1.6 MPa的过热蒸汽，99.8%的氨汽自精馏塔蒸出，经氨气冷凝器冷 却到40工的无水氨进入回流槽，由精馏塔回流泵升压后，部分作塔顶回流，另一 部分作为产品

5、外送，精馏塔底的含氨废水送蒸氨系统回收利用。3.1 装置特点无水氨装置包括：吸收、解吸和精馏三部分。生产浓氨水则只需吸收、解吸两部分 即可。柳州钢铁股份有限公司原有3套回收系统（目前有4套回收系统），无水氨装置 吸收部分布置于3套回收系统的原硫铵装置所在位置（新增的回收系统中，包括 新上的一套碳酸吸氨装置），1套解吸、精馏装置单独布置。柳钢第一回收系统、 第二回收系统、第三回收系统磷酸吸氨装置煤气处理量分别为10万m3/h、6万 m3/h、4 万 m3/h。甘肃酒钢集团宏兴钢铁股份有限公司有两个回收系统，无水氨装置中的吸收装置分 别布置在两个回收系统硫铵部分，解吸、精馏单独布置。第一回收系统、

6、第二回收 系统磷酸吸氨装置煤气处理量分别为10万m3/h、6.5万m3/h。现以投产的柳钢（既可生产无水氨，又可生产浓氨水工艺）、酒钢（无水氨工艺） 为例，总结磷酸脱氨装置的特点如下：（1）工艺成熟可靠，脱氨效率高，该技术自动化程度高，设计及生产全部实现国 产化。现场除了定期巡检，可实现无人化生产，在中控实现完全操控。每年只需做 一次检修。该工艺相对硫铵工艺设备腐蚀轻，维护成本比硫铵（硫酸法脱氨）装置 低。（2）与硫酸脱氨不同的是，磷酸在整个过程中只起到载体作用，只有气体夹带及 少量泄露产生的少量消耗。（3）生产更环保：磷酸脱氨装置中，只有从吸收液中分离出的少许焦油渣固体废 弃物，每天约5 L

7、（受配煤炼焦影响），送炼焦配煤后，进入炼焦系统，不产生外 排。生产中产生的废液和废气在装置系统内消化，停工检修的排液集中排到地下槽中， 待开工时返回系统。分离出的酸气返回吸氨塔。精馏排出的高压高温废水送蒸氨塔，此废水作为蒸氨的热源进行利用，蒸氨蒸汽可 节省约5 t/h。（4 ）根据柳钢设计，可以提供两种产品：纯度大于99.8%无水氨和16% 20% 的浓氨水，可以同时生产两种产品或单独生产任意一种产品。磷酸脱氨装置可以给钢铁厂内脱硫脱硝工艺提供多方案选择的余地。 （5）布置灵活：吸收部分占地相对较小，就可满足吸氨装置布置。故既适用于新 建煤气净化装置的脱氨，也适用于老厂硫酸脱氨装置改造为磷酸脱

8、氨装置。3.2 主要技术经济指标 现结合酒钢无水氨（第一回收系统）及湖南华菱涟源钢铁有限公司浓氨水装置生产 实际情况，给出处理煤气量约 10 万 m3/h 的装置的主要技术经济指标（见表 1）4.1 安全设施的设置无水氨沸点低，极易挥发，具有易燃易爆、有毒有害的特性，若操作处置不当，引 发燃爆、中毒和环境污染等事故的风险较大，所以，需要充分考虑必要的安全设施 设置的安全设施包括：氨有毒气体报警、安全阀、自动切断、高温、高压或高液位 报警切断等。4.2 自动控制的选择 磷酸吸氨系统自动化程度高，在工况基本稳定情况下，可实现全自动控制，电动调 节阀调节相对滞后，建议选择气动阀门作为调节阀。对于系统

9、内的自动控制系统，如碱计量泵，受计量泵自动控制技术及质量限制，使 得利用酸气量控制碱量受到限制，而通常进入系统的酸气变化不大，故不必改进碱 量的自动控制，利用计量泵自带的手动调节设施即可满足需求。4.3 无水氨管道系统的选择多采用截止阀和球阀作为无水氨切断阀，安全阀则务必选择全启式；大管道支管连 接须采用三通，小支管须采用支管台，以确保焊缝强度；对法兰连接面形式、垫片 形式，需要严格按钢制管法兰、垫片、紧固件规范选择，法兰连接面多选用突 面和凹凸面，使用金属缠绕垫片，采用双头螺柱。4.4 泵密封选择磷酸铵溶液中含有结晶，需要选择双端面机械密封或动力密封泵作为输送贫富液的 泵，不能用单端面机械密

10、封，因为结晶颗粒会磨损机械密封面，导致泄漏。无水氨 具有刺激性，虽然系统中的氨很纯，达到99.8%以上，但不宜选择单端面机械密 封，需要用双机封泵或无泄漏泵。4.5 磷酸脱氨工艺选择在设计磷酸脱氨装置时，建议选择既可生产浓氨水，又可生产无水氨的工艺。这样 产品调整有余地，也可满足用氨作还原剂的各种脱硫脱硝工艺；单从磷酸脱氨装置 说，建设生产无水氨装置比浓氨水装置投资高，但与脱硫脱硝项目配合来讲，无水 氨作还原剂的项目的总体投资要小。从资金投入角度考虑，也可设计为既可生产浓 氨水，又可生产无水氨的工艺（即对生产无水氨设备进行预留），根据厂内资金投 入及脱硫脱硝工艺应用实际，进行分期建设。4.6

11、其他注意事项本系统的设计，需要注意寒冷天气的影响。磷酸铵溶液结晶温度在20工25工， 要做好保温。气温低，需要调高进入吸氨塔贫液的温度，从而控制好水平衡。 随着环保越来越受到重视，对于氨气的排放，在国标中，提出了明确的要求，安全 阀排放气应经处理后放空。5.1 与烧结烟气氨法脱硫的配合应用2007年底柳钢建成国内首套2x83 m2烧结烟气氨法脱硫装置，2009年底又先 后投产265 m2和110 m2烧结烟气氨法脱硫装置，每年需要数千万元购买无水 氨，而硫铵工段每年都要亏损。柳钢焦化厂先后将现有4个回收系统中的饱和器法制硫铵工艺改造成磷酸法脱氨 制氨水和无水氨工艺（分期建设，一期先建设浓氨水工

12、艺），生产出的质量分数约 16%氨水送到烧结工段，生产的浓氨水作氨法脱硫系统的氨源，焦炉煤气磷酸法 脱氨制氨水工艺成功运行至今。应用于脱硫，脱硫效率好，得到的硫铵产品纯度高 此次柳钢厂内工艺升级优化，不但改变了生产硫铵亏损的状况，而且节省了每年购 买无水氨的大笔开支，为柳钢创造了较好的经济效益。涟钢也将现有的饱和器法制硫铵工艺改造成磷酸法脱氨制氨水工艺，生产的浓氨水 供烧结尾气脱硫用。涟钢烧结尾气脱硫采用先进的氨法脱硫工艺，此工艺不但能脱 除烧结尾气中的硫，还有脱硝降尘的作用，成为涟钢节能环保项目的一部分。柳钢、涟钢磷酸脱氨项目的建成投产，对柳钢、涟钢的节能环保具有促进作用，对 国内烧结烟气脱

13、硫项目的推进具有积极意义。5.2 与电厂氨法脱硝的配合应用酒钢宏晟电厂火力发电厂有4台300 MW发电机组，烟气脱硝采用目前脱硝效率 高的SCR技术1，此项目投产后，需要花费高额费用采购无水氨。酒钢集团公司为了给“宏晟电厂火力发电机组烟气脱硝环保项目”用氨提供保障及 降低外购费用，同时为加快淘汰落后产能，发展循环经济，把焦化厂现有的两个回 收系统中采用的饱和器法制硫铵工艺改造成磷酸法脱氨制无水氨工艺，两套吸收装 置对应1套解吸精馏装置，生产99.8%以上的无水氨送到电厂。自2014年10月投产以来，所生产的无水氨纯度均在99.9%以上，不但解决了宏晟电厂火力4组发电机组烟气脱硝所需氨源，同时还为酒钢集团新建的东兴铝业电解铝项目的4组机组提供氨源。此项目的建成投产为酒钢集团每年节省上亿元 购买无水氨的开支，为酒钢创造了很好的经济效益。磷酸法脱氨的经济效益较好，而且对提升焦化厂的控制水平和操作水平、提高煤气 品质、实现节能减排和循环经济，都有实质意义和效果。焦化厂磷酸法脱氨生产浓 氨水与烧结烟气氨法脱硫技术结合的成功应用及磷酸法脱氨生产无水氨与电厂烟气 氨法脱硝技术结合的成功应用，为钢铁厂实现厂内循环经济，提供了很好的技术支 持，也为焦炉煤气磷酸法脱氨工艺的应用搭建了一个新平台。【相关文献】1王文选，肖志均，夏怀祥火电厂脱硝技术综述几电力设备，2006 ,7 ( 8 ): 1-5.