汽提塔在己内酰胺废液处理中的应用

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摘 要：通过分析现有己内酰胺废液处理流程，在氨-水汽提机理的基础上，提出汽提塔在己内酰胺废液处理中的应用流程，并通过流程模拟软件Aspen plus对汽提塔工艺流程进行模拟，确定工艺上的可行。
关键词：汽提；己内酰胺废液；模拟
己内酰胺是一种重要的工业有机原料，它主要用于生产聚酰胺纤维，聚酰胺工程塑料和薄膜，其生产过程中产生两股含水量大的废液，即离交废水和苯萃残液，分别来自于离交中和池和汽提塔塔底。目前，生产中的处理方法是将两股废液混合浓缩，再与皂化废碱液中和后焚烧处理，同时副产蒸汽和固体碱。为避免浓缩液与废碱在混合储罐内中和释放出氨气，污染环境和现场作业条件，现在一般的做法是将浓缩液与废碱通入混合罐内搅拌，提前将氨析出，并将析出的氨带入蒸发废水送污水处理站处理。吸收了氨的蒸发废水氨氮浓度最高达3000mg/L，虽通过全厂污水稀释，但因为此废水水量较大，仍经常造成污水处理站超负荷。在这种情况下，此股废水只能临时去其它装置已有的氨吹脱工序预处理后再进入污水处理站。
1 氨氮废水处理方法及汽提原理
目前氨氮废水的处理方法繁多，常用方法包括吹脱法、氯化法、生物法、化学沉淀法、离子交换法等。①吹脱法氨氮去除率达60%～95 %，处理费用高，温低时吹脱效率低；②氯化法氨氮去除率达90%～100 %，不受水温影响，投资少，操作费用高，会造成二次污染，只适用处理低浓度氨氮废水；③生物法氨氮去除率达70 %～95%，二次污染小且较经济，但占地面积大[1]；④化学沉淀法氨氮去除率达90%以上，处理费高且对环境造成二次污染；⑤离子交换法处理成本高，只适用于浓度小于500mg/L的氨氮废水[2]。以上处理方法均能在一定条件或一定浓度范围内，对废水中的氨氮进行处理。但没有对资源实现循环利用，部分方法甚至还产生二次污染。
蒸汽汽提法是一种用蒸汽将废水中的游离氨转变为氨气逸出的方法，是一个传质过程，即在高pH值时，通过在塔底通入饱和或过热蒸汽，将塔顶喷淋下来的含氨水加热，同时解离出氨，解离出的氨被蒸汽源源不断地带走，使气相中的氨分压始终低于液相中该温度下氨的平衡分压，从而使整个塔都处在解离过程，带着氨的水蒸气在塔顶被冷凝冷却，同时当中的氨溶解到冷水里，从而达到脱氨的目的。
2 流程模拟
2.1 工艺流程设计
采用单塔汽提流程：己内酰胺混合废液经进料预热器与塔顶气相进行热交换，再与质量分數30% 的氢氧化钠溶液在管道混合器内混合（控制适当pH），再进入汽提塔顶部。汽提塔气相部分冷凝后，液相经回流罐回流至汽提塔，未冷凝的气相再经气相冷凝器冷凝后回收浓度为12%～18%稀氨水（气相也可进一步回收成液氨，因回收成本较高且本处稀氨水可直接回用至相关装置，本文不再探究）。低压蒸汽从塔底作为热源直接进入汽提塔，脱氨后的塔底排放水进入蒸发浓缩工序后焚烧处理。
2.2 热力学方法选择及模拟计算
在Aspen Plus中，ELEC NRTL 是最通用的电解质物性方法。电解质NRTL活度系数模型是用于计算活度系数的多用途模型。该模型能描述水溶液电解质体系以及混合溶剂电解质体系，计算水溶液电解质体系中以及混合溶剂电解质体系中各种离子和各种分子的活度系数[3]。
本次核算选用Aspen plus软件电解质 （ELECN NRTL）模型来对废液汽提过程进行模拟 。物料组成如表1所示。
汽提塔的控制指标为氨氮在塔釜的含量，以达到《石油化学工业污染物排放标准》（GB31571-2015）水污染物排放限值的直排要求为标准；塔顶馏分经部分冷凝后回流，气相再经全冷凝后生成氨水。现以生产20万吨/年己内酰胺排放废液为例，通过优化的脱氨汽提塔操作参数，得出结果如表2所示。
注：蒸汽采用0.5MPa.G饱和蒸汽，消耗为2.23t/h；原料有机物全部以C6H11NO替代，其它无机物以NaNO3替代。
由表2计算可知，进料中的NH4+基本上都转化成了NH3，从塔顶被汽提出来，得到约18%的氨水，塔釜组分中氨含量约为8 mg/L，符合规范的直排要求。
3 讨论
在己内酰胺废液浓缩处理前增加脱氨汽提塔流程，以脱除并回收废液中的氨。这种方式的优点是：①废液中的氨回收率达94.5%，并可回用至后续工序（如硫铵装置或动力站）；②经汽提后的己内酰胺废液中氨含量只有8mg/L，满足规范直排要求，给后续污水处理站减轻压力；③消除焚烧过程中因含有氨或硫铵而对大气产生的污染，并改善现场作业环境。这种方法既保证了废物的回收利用，又保护了环境，一举多得。
4 结束
通过Aspen Plus软件中建立汽提塔模型，将己内酰胺废液中的氨脱除并加以回收，模拟计算结果表明，废水中氨脱除率高，脱氨后的废液氨氮含量可满足规范直排要求，减轻了污水处理站的压力，同时防止了大气污染和善改了作业环境，是一种切实可行和具有操作性的工艺方法。
参考文献：
[1]黄骏等.氨氮废水处理技术研究进展[J].环境污染技术与设备，2002，3（1）：66 -67.
[2]张仁志等.氨氮废水处理技术的进展[J].中国环境管理干部学院年报，2005，9（3）：92.
[3]李章平等.Apsen Plus软件在含硫废水汽提工艺设计中的应用[J].化工环保（Z），2004（24）：82-83.
作者简介：
杨尚芳（1984- ），男，工程师，本科，注册化工工程师，主要从事石油化工工程设计工作。