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2.4 煤气吹脱法工艺叙述
2.4.1 剩余氨水处理工段工艺原理及处理方法[12]
在焦炉煤气初冷过程中形成了大量氨水，其中部分用做循环氨水喷洒冷却集气管得煤气，多余部分称为剩余氨水。该氨水需经过除油，蒸氨等处理后才能外排。一般焦化厂剩余氨水处理系统中常出现带油现象严重，经常造成管道，换热器堵塞，并直接导致塔阻力增大；同时剩余氨水换热系统换热面积不够，流量小，剩余氨水温度高，影响了煤气脱硫洗氨得效果，加剧了管道及设备得腐蚀。
本设计所采用的主要技术为吹脱法。当废水中含有可挥发性物质(如硫化氢、氨气等) 时，可以用向废水中通入蒸汽的方法将之提取出来，这就是“吹脱”，带出来的挥发性物质可以通过适当的方法加以回收利用。
氨氮的去除率是指通过处理，从废水中除掉的氨氮的量占原废水中氨氮总量的百分比。
废水中的氨氮多数是以铵离子(NH4+) 和游离氨(NH3) 的状态存在，并且它们之间存在如下的平衡关系：
????NH NH3?H2O??3?????N4?HO?H??2 OH显然, 游离氨的浓度与废水的pH 值有关系，pH 值越高，游离氨的浓度越高。常温时，当PH值为7左右时氨氮大多数以铵离子状态存在，而PH为11左右时，游离氨大致占90％。
当水的PH值升高，呈游离状态的氨易于逸出。若加以搅拌，曝气等物理作用更可促使氨从水中溢出。在实际工程中，大多采用吹脱塔。吹脱塔的构造一般采用气液接触装置，通常以石灰作为碱剂处理，经石灰调节PH值后的水从塔的上部淋撒到填料上而形成水滴，而下部的煤气鼓泡而出与水逆流接触，完成传质过程，使氨由液相转变为气相，随煤气而出，完成吹脱过程。
2.4.2 工艺流程的选择比较
剩余氨水的处理方法如前所述，一般使用蒸氨法，然后配合生化处理，达到处理要求。本处设计使用煤气吹脱解析法，煤气吹脱法处理剩余氨水的工艺流程主要有两种，主体部分大致相同：如下图2.10所示，来自碱槽的碱液和从集气管下来的经陶瓷膜过滤器除去焦油后的80℃左右剩余氨水混合后，于漩流式反应器中反应。由于有碱液的参与，在漩流式反应器中大部分的固定铵盐经反应转换为易分解的挥发铵盐，然后进入吹脱塔。在吹脱塔中，煤气分两段鼓入，与剩余氨水逆向接触，吹脱塔安有夹套通入蒸气使反应温度保持在80℃左右，吹脱完后的煤气在塔的中部与冷凝水换热，温度降到45℃，同时大量的饱和氨水冷凝下来，最后煤气通过塔上部的抽雾层排出。排出后的煤气温度较低，而且含的水蒸气也较少。之后煤气送入硫酸饱和器除氨，然后再送往粗苯工段脱
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除粗苯，最后送往焦炉或燃气厂。而由吹脱塔底排除的废液经换热后送往生化工段使用A2/O法处理。
这两种工艺的差别在于用于吹脱的煤气的来源，如下图2.10所示，a法中的煤气来自于粗苯工段以后。b法的煤气来自于粗苯前硫胺后。两种工艺各有利弊，a法中，煤气比较纯净，但是此处煤气相比b法中煤气的压力较小，而且从此处引出煤气对硫胺和粗苯工段都会产生负担。b法中，煤气不如a法纯净，但是氨含量相差也不大，而且引出煤气的压力也会大些，只会对硫胺工段产生负但。所以本设计中采用b法。并且对于煤气压力不够的情况，我们考虑在煤气进入吹脱塔前加入鼓风机，以供予足够的压力。
图 2.10 煤气吹脱解吸法处理剩余氨水的工艺流程图
1 吹脱解析器 2 鼓风系统 3 喷淋式饱和器 4粗笨回收系统 5 焦炉或燃气厂 6 鼓风机 7固定铵盐反应器
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3 设备选型与计算
3.1 概述
化工设备是组成化工装置的基本单元，也是工程设计的基础。化工设备从设计的角度可以分为两类：一类称标准设备或定型设备，是成批成系列生产的设备，可以从设备生产产家买到，并可以从产品目录或手册中查阅其规格及牌号，例如各种泵，压缩机，风机，电机等；另一类称非标准设备或非定型设备，是化工过程需要专门设计的特殊设备，是根据工艺要求，通过工艺计算及机械计算而设计的，例如反应器，换热器，冷凝器，贮槽，各种管道等。
在化工生产传质过程中，伴随着能量的变化，为维持在一定温度下进行反应，常有热量的加入或放出。常用的热源有热水、蒸汽(低压、高压、过热)、导热油、道生(联苯与二苯醚的混合物)液体、道生蒸汽、烟道气、电、熔盐等。冷源有冷却盐水、液氨等。由于本处理工艺的反应过程的最佳温度为80℃，而且煤气进气分为两段，因此吹脱塔设计为两端夹套式，通入蒸气保持温度。另外为了防止煤气温度过高从而饱和水蒸气中带走过多氨，于出脱器中部设计一段冷凝段，将煤气温度降低到45℃左右。通过文献查阅可知，热源使用饱和蒸汽，冷源采用冷却水。饱和蒸汽的冷凝潜热大，热利用率高，温度易于控制调节；冷却水是最普遍的冷却剂，使用设备简单，控制方便，廉价。在夹套中饱和蒸汽加热时从上部进入，从下部出冷凝水；冷却水从下部进入从上部出，有利于充分的换热。而且由于剩余氨水和碱液都有较强的腐蚀性，应此选用不锈钢。
化工过程中进行传质就涉及到各种物料的输送。输送液体的设备较多采用的是泵，输送气体的设备有通风机、鼓风机、压缩机、真空泵，输送固体的设备较多，有起重设备、仓储设备、运输设备、给料设备、破碎设备及计量包装设备等等。在剩余氨水处理工艺中有液态剩余氨水，固体碱料，还有吹脱用的煤气。因此三种物料的输送设备均要用到。各种输送设备的形式都很多，需要根据物料的性质来选择。这些设备的选择可以根据后续的物料衡算情况查阅手册，有标准类型可以选择。
根据本剩余氨水处理工艺的初步设计，需要使用两种储罐，分别是碱储罐和废液储罐。由于碳酸钠有强碱性，碱槽要能耐腐蚀，因此选用的材质也是不锈钢。储存处理后废液的储罐，废液腐蚀性不强，含氨量也不大，考虑到经济成本，可以选用45号钢。具体的储罐大小的设计在后续的计算中有详细的步骤。
在工艺设计中要完成物料的传输过程，必须用到各种各样不同规格的管道系统。根据该剩余氨水处理工艺的情况，在输送物料过程中，物料性能和物料量的不同对管道的要求不一样，要根据物料的具体情况进行设计。
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3.2 物料衡算
物料衡算是工艺设计的基础，运用质量守恒定律对生产过程中输入输出的物流量及组分进行计算得到，可以用来确定设备的尺寸及规格。
由前面的计算可知剩余氨水的年最大处理量为13.3万吨，全年以365天计。 天处理量为： 13.3÷365＝364吨/天＝15.1dun/h
采用连续的间歇式操作，根据中试研究得到吹脱时间为120min，气液比为600：1可以得到，由文献[1]查得得剩余氨水的密度为986kg/m3
剩余氨水量为： 15.1÷0.986＝15.3 m3/h
煤气用量为： 15.1÷0.986×104×600＝9.28×103m3/h
3.3 热量衡算
由于化工生产过程中伴随着大量的能量把变化，为了维持在一定温度下进行反应，需要对反应过程进行热量衡算。
该化工过程涉及到大量的热量传递，有加热过程和冷却过程。加热介质是饱和蒸汽，冷却介质是冷却水。
已知：
进气量＝9.28×103m3 进气平均温度：80℃ 出气平均温度：45℃
表3.1干煤气的总热量和水气含量[7]
温度 热含 千卡/米3 水汽含量 克/米3
80℃ 478.5 712.5
45℃ 68.02 84.10
计算：
热量 Q＝0.928×104（478.5－68.02）＝380.9×104千卡/时 冷凝量 g＝0.928×104（712.5－84.10）＝0.58×104公斤/时
(380.9?0.58?62.5)?104冷却水量 G＝=181.4米3/时
1000(35?16) 62.5――冷凝液平均温度 冷凝水 16℃ 35℃ 煤气 45℃ 80℃ 温度差 29℃ 45℃
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