煤气化废水酚氨回收装置溶剂萃取单元工艺节能优化

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酚氨回收装置的任务就是对经煤气水分离装置除气、除油和除尘后废水中的H 2S和CO 2等酸性气体、游离氨、固定氨、酚类及其他有机污染物等进行脱除和回收，最终得到氨水、混合酚副产品，并将合格稀酚水送往下游生化处理系统处理后进行回用[1]；酚回收装置开停车时，萃取单元系统需要冷运，在冷循环过程中，进萃取单元的煤气水经过混合器至油水分离器，通过泵输送至萃取塔，萃取塔釜液通过萃取塔釜泵输送至水塔，由水塔釜出口管线返回煤气水分离装置，此时水塔塔釜液中含有的部分二异丙基醚萃取剂进入煤气水分离装置，长时间冷运增加二异丙基醚损耗。

其次，酚回收装置系统开车时，只有从脱氨水冷却器出来的脱氨水指标合格后，萃取单元才开始进料、升温，导致酚回收装置开车时间长。

1 溶剂萃取影响因素1.1 温度对萃取的影响
根据分子热运动原理，溶质在溶剂中的溶解度随着温度的增加而增大，在酚氨回收中，酚在水和二异丙基醚中的溶解度均成线性变化，同样随着温度的增加而增大，但同时会增加二异丙基醚在水中的溶解度，在工业实际生产中，随着温度的增大，增加了溶剂二异丙基醚的消耗；根据相似相溶原理，酚和二异丙基醚可以以任意比例进行互溶，原则上酚水的温度越低，二异丙基醚的损耗越小，由于在生产过程中要节能降耗，获得更大的经济效益，故二异丙基醚作为萃取剂萃取酚水中的酚最适宜温度应控制在35~45℃。

1.2 pH 对萃取的影响
酚氨回收中的酚主要组成为单元酚和多元酚，由于酚带有羟基的特殊属性，因此pH值影响酚及其同系物在水中的解离程度，酚在水中的电离程度随着pH值的增大而增强，具体表现为，当pH＞8 时，酚开始发生电离，电离方程式为：PhOH=PhO + H +；当pH＞9时，随着 pH 值的增大酚在水中的电离更加明显，当pH值＞10时，超过一半的酚会在水中发生电离，导致萃取效率明显降低；由于在化工实际生产中，酚水中含有溶解油，当酚水的pH较低时，有利于水与油的分离，从而可以提高萃取系统的萃取效率，减少溶剂消耗，但是要想酚水达到较低的pH值，需向酚水中加酸，增加了运行成本，因此，在酚氨回收装置进行溶剂萃取过程中，根据工业实际试验数据和成本核算后得知，最佳的萃取pH值应控制在5~8。

1.3 萃取比对萃取的影响
萃取比是指溶剂与溶液的体积比，在进行萃取操作时，溶剂使用量越大，萃取效果越明显，萃取塔塔釜出水指标中的酚含量就越低，最终水塔塔釜稀酚水中的酚含量也就越低；在实际生产运行过程中，会考虑经营成本，一般是根据水塔塔釜稀酚水和原料水中的酚含量进行综合考虑，
煤气化废水酚氨回收装置溶剂萃取单元工艺节能优化
何强 王锋 段炯 李文虎
伊犁新天煤化工有限责任公司 新疆 伊宁 835000
摘要：本文主要针对煤气化装置配套的煤气化废水酚氨回收装置中溶剂回收单元冷运造成溶剂二异丙基醚损耗大等问题，通过在水塔塔釜出料管线与预萃取进料管线增加联通，对酚氨回收装置溶剂回收单元的工艺流程进行了优化，主要从溶剂萃取影响因素、溶剂萃取单元、优化后溶剂萃取单元进行了阐述。

关键词：煤气化 废水处理 酚氨回收 溶剂回收 节能 工艺优化Ｅｎｅｒｇｙ　ｓａｖｉｎｇ　ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｏｌｖｅｎｔ　ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ　ｕｎｉｔ　ｉｎ　ｐｈｅｎｏｌ　ａｎｄ　ａｍｍｏｎｉａ　ｒｅｃｏｖｅｒｙ　ｕｎｉｔ　ｏｆ　ｃｏａｌ　
ｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ
Ｈｅ　Ｑｉａｎｇ，Ｗａｎｇ　Ｆｅｎｇ，Ｄｕａｎ　Ｊｉｏｎｇ，Ｌｉ　ＷｅｎｈｕYili Xintian Coal Chemical Co. LTD ，Yining 835000
Abstract ：In this paper ，the solvent recovery unit in the phenol ammonia recovery unit of coal gasification wastewater supporting the coal gasification plant caused large loss of solvent diisopropyl ether and other problems. By increasing the connection between the discharge pipeline and the pre-extraction feed pipeline in the water tower reactor ，the process flow of the solvent recovery unit in the phenol ammonia recovery unit was optimized. The influence factors of solvent extraction ，solvent extraction unit and optimized solvent extraction unit were discussed.
Keywords ：Coal gasification ；Wastewater treatment ；Phenol ammonia recovery ；Solvent recovery ；Energy saving ；Process optimization
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选择适宜的萃取比。

在装置实际生产运行中，当萃取比增大，稀酚水总酚含量会降低，但当萃取比大于 1∶4时，稀酚水总酚含量降低的趋势减缓，当萃取相比继续加大时，稀酚水中总酚含量基本趋于稳定[2]，因此在实际生产过程中，萃取比一般控制在1∶4-1∶7。

例如，在新疆庆华，209 t/h 的酚氨回收设施设备主要使用转盘萃取塔，把二异丙醚作为萃取溶剂，其相比在 1∶ 7时，通过转盘进行萃取塔处理以后，其酚的脱除率能够实现 92% ；而相比在1∶10时，其酚的脱除率会降低到75%；本装置在具体运转过程中，其相比要控制在1∶7。

在新天煤化工，使用的是四级填料萃取塔，把二异丙醚作为萃取溶剂，而在其相比超过1∶6时，经过四级填料萃取作业以后，酚氨废水中的酚浓度主要维持在 620 mg /L 之下，但是在其相比比较大时，能量以及原材料的实际耗损也非常大，其成本费用快速增多，本套装置明确萃取相比控制在1∶5.5的比例非常科学与合理。

再如，河南某厂使用之前的四级错流萃取塔，把甲基异丙基酮作为萃取溶剂，而在其相比超过1∶6时，经过四级错流萃取作业以后，酚氨废水中的酚浓度主要维持在 400 mg /L 之下，但是在其相比比较大时，能量以及原材料的实际耗损也非常大，其成本费用快速增多，明确萃取相比控制在1∶1.5 的比例非常科学与合理[3]。

1.4 油含量对萃取的影响
当原料水中油含量高时首先会影响脱酸、脱氨系统，使得脱酸脱氨无法进行有效脱出，脱氨水游离氨含量超标，进而导致萃取 pH 值升高（＞8），最终影响萃取效果，使得稀酚水总酚、COD、总氨含量都有所超标，严重时会导致醚系统管线堵塞，醚系统超压；其次会影响整个萃取过程，由于所选择的萃取剂为有机物质，油会将萃取剂进行包裹，甚至会导致萃取剂失去萃取功能，因而当油含量超标时，实际发挥萃取作用的溶剂量减少，最终导致由水塔塔釜出去的稀酚水指标超标，即使在加大溶剂量的情况下，也不会有明显效果，反而会增加溶剂消耗，进而增加运行成本，在实际运行过程中数据表明，采用二异丙基醚作为萃取剂时，原料水中油质量浓度控制在 1000mg/L 以下，不会对萃取产生明显的影响；再次会影响溶剂回收阶段，当油含量高时，水塔、酚塔会出现超压、塔釜温度偏低和酚塔塔顶温度偏高等现象，这些现象会导致酚塔回收的溶剂质量较差，从而导致回收溶剂纯度及质量降低，最终影响整个萃取阶段。

2 溶剂萃取单元
2.1 现阶段工艺流程
2.1.1 酚氨回收流程简述
从上游煤气水分离装置来的煤气水首先送至脱酸塔、脱氨塔将煤气水中CO2、H2S及NH3-N进行脱除，通过脱酸、脱氨处理后的合格煤气水送至预萃取和萃取单元进行萃取，回收水中的酚类物质，通过萃取后最终将合格的稀酚水送至生化处理装置。

2.1.2 萃取单元流程详述
经过脱酸脱氨后的煤气水通过降温送至静态混合器，与预萃取剂在静态混合器中充分接触，进入油水分离器进行静置分离，完成预萃取；油水分离器上部萃取物溢流至2#萃取物贮槽，作为合格萃取物进入酚塔；油水分离器下部萃余物由预萃取酚水泵输送至萃取塔上部，同时溶剂循环泵将溶剂循环槽中的二异丙基醚输送至萃取塔下部，进行逆向接触，将酚水中的大部分酚萃取出来，完成最终萃取；萃取塔上部萃取相溢流至1#萃取物贮槽，作为预萃取段萃取剂，经溶剂泵输送至静态混合器。

萃取塔萃余相通过1#萃取塔酚水泵和2#萃取塔酚水泵输送稀酚水换热器加热后，作为水塔进料；塔顶采出的醚蒸汽经水塔顶部冷凝器冷凝后，进入1#萃取物槽与萃取塔上部萃取相溢流作为预萃取段萃取剂，经溶剂泵输送至静态混合器。

水塔塔釜的稀酚水通过水塔底部酚水泵经稀酚水换热器、稀酚水冷却器送至生化处理装置或煤气水分离装置。

具体流程详见图1。

2.2 现工艺流程运行过程中存在的问题
（1）醚系统开车过程中醚耗大；
（2）醚系统开车时间长，在煤气水装置高负荷运行下，不利于降煤气水储罐液位。

3 优化后的萃取单元
3.1 优化后工艺流程
针对原酚氨回收溶剂回收单元存在的一系列问题，对酚回收单元工艺流程进行了改造，改造部分如图2中虚线框内所示。

系统停车时，将脱氨水切至煤气水分离装置，将水塔塔釜的稀酚水切至静态混合器入口阀前，稀酚水在静态混合器中充分接触后，进入油水分离器静置分离，进行酚回收单元内部循环。

技改后的具体流程为油水分离器上部萃取物溢流至2#萃取物贮槽，作为合格萃取物进入酚塔。

油水分离器下部废水用预萃取酚水泵输送至萃取塔上部。

用溶剂循环泵将溶剂循环槽中的二
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异丙基醚输送至萃取塔下部，把酚水中的大部分酚萃取出来，完成最终萃取。

萃取塔上部萃取相溢流入1#萃取物贮槽，作为预萃取段萃取剂，经溶剂泵输送至静态混合器。

萃取塔萃余相，用萃取塔酚水泵经稀酚水换热器加热后，送至水塔第5块塔盘。

塔顶采出的醚蒸汽经水塔顶部冷凝器冷却冷凝后，进入1#萃取物槽与萃取塔上部萃取相溢流作为预萃取段萃取剂，经溶剂泵输送至静态混合器。

水塔塔釜的稀酚水通过水塔底部酚水泵经稀酚水换热器、稀酚水冷却器再回到静态混合器进行内部循环。

具体
流程详见图2。

图2 溶剂萃取系统优化后工艺流程图
3.2 工艺优化前后指标对比
溶剂回收单元进行工艺优化前后，针对开车醚耗和醚系统开车时间进行对比，得出如下数据，如表1所示。

表1 工艺优化前后指标对比
名称开车醚耗/t 醚系统开车时间/h
优化前15~186~8优化后
6~8
4~6
由表1可知，工艺优化前溶剂回收单元所消耗
的醚约为15~18t，开车时间为6~8h。

通过对溶剂回收单元进行工艺优化后，醚系统开车所消耗的醚为6~8t，醚耗更低，醚系统开车时间为4h~6h，开车时间更短；通过成本核算每次醚系统开车可节省溶剂费用约 20 万元，并且在较短时间内完成醚系统开车，缩短了向下游工段送去合格稀酚水的时间。

3.3 优化后运行效果
通过本次醚系统工艺流程的优化，酚氨回收装置运行过程中降低了开停车时间以及冷运期间二异丙基醚损耗；同时后系统可单独提前进行加热暖管操作，待脱氨水指标合格后，可立即将合格脱氨水并入酚回收系统进行萃取并开始溶剂回收，减少了原料煤气水在萃取系统以及溶剂回收系统中的置换，大大缩短了开车时间，同时解决了煤气水装置在高负荷运行下煤气水储罐液位上涨的问题。

4 结束语
在化工生产运行中，根据装置的运行情况，很多问题可以通过工艺优化进行解决，能起到节能降耗的效果，同时通过工艺优化也是提升化工生产效率、消除化工安全隐患的主要途径。

通过增加溶剂回收单元内循环管线进行工艺优化，起到了一定的经济效益，但在化工生产中化工工艺的优化仍然任重而道远。

参考文献 
[1]李碧云.煤气化废水酚氨回收装置氨回收单元工艺的优化[J].肥料与健康，2022，49 （4）：36-39.
[2]郭理东.酚氨回收工艺技术进展[J].化肥设计，2021，59（1）：5-9.
[3] 何 强，王洪坤，黄坤，等.煤化工行业废水酚氨回收关键点控制及分析[J].清洗世界，2019，35（ 2） ： 56-57．
作者简介
何强（1986—），男，汉族，本科，工程师，研究方向：
煤炭气化。

图1 溶剂萃取系统原工艺流程图
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