蒸氨工艺比选

前言

蒸氨是一种处理氨氮废水的主要方法，工业上应用非常普遍，传统的蒸氨工艺多为直接汽 提蒸氨工艺和间接汽提蒸氨工艺，但是这两种工艺普遍能耗较高，随着国家对节能减排相关政策的出台，以及生产成本逐渐升高，利润日趋下降的压力，节能环保蒸氨技术的发展迅速，形成了热泵蒸氨、热耦合蒸氨等节能型的蒸氨新技术。本文将就传统的蒸氨技术和新型节能技术进行分析和比较。总结归纳各种技术的优缺点，以供企业选型参考。

第一部分 蒸氨工艺介绍

一、直接汽提蒸氨工艺

 图1 直接蒸汽汽提蒸氨

原料蒸氨前液与蒸氨塔塔釜的蒸氨后液在预热器中换热，蒸氨前液被加热到70-80℃后，进入蒸氨塔中上部，蒸氨塔塔釜通入低压蒸汽作为热源进行直接汽提操作。在蒸氨塔中气液两相逐级逆流接触，进行传热传质，液相中的氨经过多次的部分气化进入气相，气相中的水经过多次部分冷凝转入液相。在蒸氨塔塔顶得到氨和水的混合气体，经冷凝器得到20%左右的氨水，一部分回流至蒸氨塔塔顶，一部分采出氨水。蒸氨塔塔釜为含氨50ppm以下的蒸氨后液，与蒸氨前液经预热器换热后，温度降至40～50℃后进入后续装置。

二、间接汽提蒸氨

  间接蒸汽蒸氨与直接蒸汽汽提蒸氨流程大体相同，具体流程如下：原料蒸氨前液与蒸氨塔塔釜的蒸氨后液在预热器中换热，蒸氨前液被加热到70-80℃后，进入蒸氨塔中上部，蒸氨塔塔釜设再沸器，利用低压蒸汽加热再沸器中的物料，使物料部分气化后进入塔釜为蒸汽提供热量。在蒸氨塔中气液两相逐级逆流接触，进行传热传质，液相中的氨经过多次的部分气化进入气相，气相中的水经过多次部分冷凝转入液相。在蒸氨塔塔顶得到氨和水的混合气体，经冷凝器得到20%左右的氨水，一部分回流至蒸氨塔塔顶，一部分采出氨水。蒸氨塔塔釜为含氨50ppm以下的蒸氨后液，与蒸氨前液经预热器换热后，温度降至40～50℃后进入后续装置。

图2 间接汽提蒸氨工艺流程

使用间接汽提，再沸器的热源可选项较多，比如低压蒸汽、导热油等，也有焦化厂有丰富的焦炉煤气，采用燃烧焦炉煤气的管式炉作为再沸器。再沸器一般为热虹吸式，有卧式和立式之分，如果处理量大，一般选用卧式热虹吸再沸器。

三、塔釜蒸氨后液热力热泵蒸氨技术（TVR）

原料蒸氨前液与闪蒸后的蒸氨后液在预热器中换热，蒸氨前液被加热到50-60℃后，进入蒸氨塔中上部，低压蒸汽通过喷射器后进入蒸氨塔底部，喷射器的负压口连接闪蒸罐，在蒸氨塔中气液两相逐级逆流接触，进行传热传质，液相中的氨经过多次的部分气化进入气相，气相中的水经过多次部分冷凝转入液相。在蒸氨塔塔顶得到氨和水的混合气体，经冷凝器得到20%左右的氨水，一部分回流至蒸氨塔塔顶，一部分采出氨水。蒸氨塔塔釜为含氨50ppm以下的蒸氨后液，自流进入闪蒸罐，在负压作用下，闪蒸出二次蒸汽，二次蒸汽在喷射器中与新鲜蒸汽混合，温度压力得到提升，进入塔内作为热源。蒸氨后液在闪蒸作用下，温度降至40～50℃后用泵送入后续装置。

图3 塔釜液热泵蒸氨流程

改流程闪蒸的负压一般由喷射器产生，新鲜蒸汽作为主动蒸汽，进入喷射器的拉瓦尔喷嘴，经过缩流加速，在负压口产生抽吸作用，经过压缩扩散后，对二次蒸汽进行热力压缩，提高二次蒸汽温度和压力。喷射器的性能后主动蒸汽进出口压差的影响较大，因此对主动蒸汽的压力稳定性有一定的要求。

塔釜也的闪蒸也可采用压缩机产生，压缩机压缩后的二次蒸汽可以直接进塔，也可进入再沸器进行间接加热。

四、塔顶气相机械热泵精馏技术（MVR）

塔顶气相热泵精馏有两种工艺，其一是直接压缩塔顶蒸汽，作为塔釜再沸器的热源；其二是间接热泵精馏，塔顶气相经过循环水部分冷凝，对循环水进行闪蒸，压缩机对闪蒸的二次蒸汽进行压缩再利用。

1.     塔顶气相直接热泵精馏

直接压缩塔顶蒸汽的流程与间接汽提流程相似，见图4所示，塔釜设两台再沸器，一台主再沸器用压缩的二次汽加热，另一台付再沸器用新鲜蒸汽加热，可用于调整参数和启动开车。再沸器运行在塔釜液的泡点之上，含氨的二次汽无法做到全凝，因此，再沸器出口含氨的气液混合物需要进行二次吸收。

图4 塔顶蒸汽直接热泵蒸氨流程

2.     塔顶气相间接热泵精馏

一些情况下，蒸氨前液的腐蚀性较高，采用再沸器蒸氨时，再沸器的造价和后期维修成本非常高，需采用直接汽提蒸氨。此时塔顶气相直接压缩无法作为热源使用，需要对塔顶气相进行间接的能量回收。流程如下：

图5 塔顶气相间接热泵蒸氨工艺

该工艺同样存在氨气无法全凝的情况，需要对未冷凝的氨气进行吸收，吸收过程循环取热，循环冷却水可用于补充二次产生系统的水量损失。

五、双塔热耦合蒸氨

双塔热耦合蒸氨为双效精馏工艺，如图6所示，一台塔在常压下运行，另一台塔在加压下运行，加压塔的塔顶气相用于常压塔再沸器的热源。从耦合方式上有部分热耦合和完全热耦合，部分热耦合为加压塔气相不提供全部常压塔热源，不足部分用新鲜蒸汽补充。完全热耦合为调整加压塔的负荷和操作参数，使加压塔的气相在常压塔的再沸器中部分冷凝所释放的热量能够满足常压塔精馏所需的热量需求。

含氨蒸汽在再沸器作为加热介质时，由于再沸器温度较高，氨气也是无法做到全凝，从常压塔再沸器出来的汽液混合物经过汽液分离后，气体进入吸收塔，经过循环吸收才能得到20%的氨水。

图6 双塔部分热耦合精馏

第二部分 优缺点分析

一、常规蒸氨工艺的优缺点

直接汽提蒸氨设备数量少，流程短，适合腐蚀性物料（如含氯离子）、含悬浮物、含固、高硬度物料的蒸氨。由于其无再沸器，无需考虑再沸器的维修更换费用，具有后期维修成本低的特点，流程短，开停车灵活。

蒸汽直接进入塔内，对蒸汽要求较低，比塔釜液体高几度即可。但造成了凝水无法回收，增大了废水量，给后续处理增加了负荷。

间接汽提适合清洁物料、低腐蚀性物料的蒸氨。采用再沸器加热，考虑换热面积的因素，要求加热介质的温度比塔釜物料要高20-60℃，温差越小，则再沸器的面积越大，投资增加。对于腐蚀性介质，再沸器的材料选取要求较高，造成的结果是再沸器成本增加，投资增大。对于含固、易结垢物料，再沸器的堵塞问题也是工艺选型需要考虑的问题之一，一些氨氮废水（尤其是湿法冶金行业）氨氮离子与一些金属离子处于络合状态，失去氨氮后，金属离子形成氧化物或氢氧化物沉淀，给再沸器的平稳运行造成一定的影响。

采用蒸汽加热的再沸器，蒸汽凝水可以回收利用，避免凝水进水蒸氨后液造成的废水量增加的问题。

二、 节能蒸氨技术的优缺点

1. 塔釜蒸氨后液的热力热泵精馏技术（TVR）

该工艺与直接汽提蒸氨相近，增加设备较少，适合与老工艺提升改造。若采用塔顶气相预热进料，进塔蒸汽经喷射器回收塔釜热量，节能效果可达30%左右。且经过闪蒸，蒸氨后液又经历了一次气液平衡，相当于增加一层理论板，蒸氨后液降低氨氮有很好的提升作用。

2.  塔顶气相机械热泵蒸氨技术（MVR）

       无论是直接还间接的热泵，都是采用机械能将低品位的热能转化为高品位的热能而实现能量的循环利用。直接热泵蒸氨工艺适合于直接汽提蒸氨的介质，若蒸氨的介质腐蚀性强、含固、易结垢等，推荐采用间接热泵技术。热泵精馏节能的效果还是非常明显的，相对普通的蒸氨工艺，可以节省30-50%的能耗。

       热泵精馏技术增加了压缩机，工艺复杂，操作难度大，建设投资大，压缩机作为动设备，后期的维护检修成本高，间接热泵技术的二次蒸汽系统相当于一套MVR蒸发系统，它的复杂程度、操作难度、建设投资和运行维护成本就更高了。

3.      热耦合精馏

   热耦合精馏与常规的蒸氨技术相近，只是相当于将蒸氨的负荷分成了两台塔进行，适用于处理量大的工况蒸氨，其流程较为复杂，两台塔在一定的压力梯度下操作，能量回收方式类似于多效蒸发，相较于普通的蒸氨，可以节省30-50%的能耗。

双塔热耦合蒸氨工艺的设备以静设备为主，运行维护成本较低。但设备数量较多，初期建设投资相对较高。

第三部分 结语

蒸氨工艺的选取应综合考虑介质的特性、占地面积、企业所具备的公用工程条件，节能与否不能仅考虑蒸氨装置本身，应该放在整个工厂层面考虑，是否所有的热量都得到了合理的利用。节能的方式也不局限于本文所列，比如有的企业有低品蒸汽，还可以考虑负压蒸氨。工艺的选取要结合企业自身的实际情况和当地的政策，还要依靠设备的稳定运行才能实现，成熟可靠的技术、合理的设计、高水平的运行。