多級汽提

多級汽提

汽提是指通過讓廢水與水蒸氣直接接觸,使廢水中的揮發性有毒有害物質按一定比例擴散到氣相中去,從而達到從廢水中分離污染物的目的。 多級汽提及利用多級塔,進行多次汽提,達到分離要求。多級汽提分離已廣泛應於CO2-H2S-NH3廢水體系,以分離酸性氣體和氨為目的。帶側線加壓汽提塔,通常用於含H2S、CO2、HCN以及含NH3體系的廢水分離,以達到同時脫除酸性氣體和氨的目的。該工藝在煉化廢水、煤氣化廢水的處理中,得以廣泛套用。加壓汽提塔其平穩、安全和有效運行對保證整個分離質量指標具有非常重要作用;同時,在工業運行中,還需要考慮蒸汽消耗等問題。

定義

汽提

汽提即汽提法,是指通過讓廢水與水蒸氣直接接觸,使廢水中的揮發性有毒有害物質能夠按一定比例擴散到氣相中去,從而達到從廢水中分離污染物的目的。

與吹脫法相同,只是所使用的介質不同,汽提是藉助於水蒸汽介質來實現的。

將空氣或水蒸氣等載氣通入水中,使載氣與廢水充分接觸,導致廢水中的溶解性氣體和某些揮發性物質向氣相轉移,從而達到脫除水中污染物的目的。根據相平衡原理,一定溫度下的液體混合物中,每一組分都有一個平衡分壓,當與之液相接觸的氣相中該組分的平衡分壓趨於零時,氣相平衡分壓遠遠小於液相平衡分壓,則組分將由液相轉入氣相,即為汽提原理。

一般使用空氣為載氣時稱為吹脫;使用蒸汽為載氣時稱為汽提。

汽提塔

汽提塔的形式可以為板式塔或填料塔。無論何種形式的塔,原料都從塔頂部入塔、底部離塔;解吸劑從塔底部入塔,與液體原料在塔內逆流接觸,並於塔頂和被提餾組分一起離塔。與吸收塔相反的是,濃端在塔頂,稀端在塔底,在汽提塔內液相中溶質的平衡分壓大於氣相中溶質的分壓,汽提過程中,需將溶質分子相變為氣體,故為吸熱過程,所以汽提劑溫度一般等於或大於原料溫度,否則將降低汽提效果。

工藝原理

酸性水中的含硫、含氨物經過不斷加熱在汽提塔發生分解分離後,塔頂產出酸性氣、側線分出粗氨氣,塔底則得到淨化水。汽提塔內主要反應為:

多級汽提 多級汽提

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汽提流程

加壓汽提塔流程及控制方案 加壓汽提塔流程及控制方案

以煤氣化廢水體系為研究對象,其中,NH、CO、HS含量分別為:12300、4800、80mg/L。所討論的同時脫除酸性氣體和氨的加壓塔工藝右圖所示。汽提塔處理量為80t/hr,共有57塊塔板。工藝利用汽提塔內上下的溫差,以及酸性氣體(CO)和氨在不同溫度下在水中的溶解特性不同,達到分離的目的。進料廢水分為冷進料和熱進料分別從塔頂第1塊板和塔中上部第11板進入塔內,酸性氣體從塔頂除去。控制適宜的塔體溫度,可在塔中部形成NH濃度值較大的液相及富氨汽體,這些富氨汽從塔中間側線22塊板采出進行後續處理。操作條件為:冷進料溫度為35℃,冷熱進料質量比為0.25,塔頂操作溫度為<50℃,操作壓力為0.51MPa(表壓),側線采出為進料流量的13wt%。

系統採用精餾段質量指標控制方案。其控制點的配置如圖所示,恆定冷、熱采出流量,主要控制迴路包括:(1)塔頂溫度控制塔頂采出量;(2)塔釜液位控制塔底采出量;(3)側線采出控制塔頂壓力。

根據工藝要求,確定塔運行的質量指標為:塔頂酸性氣體小於3%(mass);NH小於1.5%(mass);塔底淨化水中NH小於400mg/L。塔頂氣相出料中含較多的水和氨時,會存在銨鹽結晶問題而堵塞管道,而淨化後廢水氨含量較高時,對後續生化處理有影響。當然,過分的追求質量指標,又會帶來較大的塔能量消耗,或者更高的操作和維護成本。

汽提反應

煤氣化廢水含有的二氧化碳、氨、硫化氫、單元酚,都是弱電解質,他們部分地以離子形態存在於液相中。酚在該單元操作中揮發性相對較小,因此在討論時候忽略酚的影響,最終體系為典型的C0-HS-NH體系。其反應方程如下所示:

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反應假設是電解質平衡。溫度是的化學離解平衡常數最主要的影響因素,平衡常數K與溫度T之間的關係可表示為:,其中,A、B、C、D在一定範圍內可認為是常數。

由於各種離子的存在,液相熱力學呈高度非理想狀態,因此在穩態模擬計算中,選用較為複雜的ELECNRTL模型。為校正模型的準確性,對加壓汽提塔採用RADFRAC來進行模擬,它是用於模擬多塔板汽一液分離操作的一個嚴格模型。

汽提工藝分類及優缺點

汽提工藝主要可分為兩大類:

(1)回收HS而不回收NH的高、低壓汽提工藝,包括單塔低壓汽提和雙塔高低壓汽提;

(2)分別回收HS和NH的汽提工藝,包括單塔加壓汽提和單塔加壓側線抽出汽提。

該工藝具有流程較簡單,能耗中等,占地中等,投資少,設備簡單,消耗小等優點。但控制難度較高。適合下游硫磺回收裝置不能處理含NH酸性氣而且占地不能太多的情況。

工藝特點

汽提工藝主要有以下特點:

(1)採用單塔或多塔加壓、側線抽出汽提工藝;

(2)主汽提塔底採用重沸器,採用1.0MPA蒸汽供熱,回收凝結水並產生0.3MP蒸汽,降低能耗;

(3)原料水罐頂部採用水封罐水封,避免泄放輕烴及酸性氣體,保護環境;

(4)側線汽提將氨從側線抽出,提高了塔頂酸性氣中硫化氫的濃度,有利於硫磺回收。

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