離心分離技術(shù)用于剩余氨水除油
行業(yè)動(dòng)態(tài)
攀鋼煤化工廠二期煤氣凈化系統(tǒng)采用AS循環(huán)脫硫洗氨工藝，由于剩余氨水帶油和懸浮物，造成系統(tǒng)換熱器、洗滌塔、脫酸蒸氨塔堵塞，影響煤氣凈化效果。為此，通過離心分離技術(shù)對(duì)剩余氨水進(jìn)行了油水分離，由試驗(yàn)的結(jié)果表明，離心分離能使油和水得到很好的分離，基本上能解決后續(xù)的系統(tǒng)堵塞問題。
1 離心分離技術(shù)除油原理
1.1 剩余氨水中焦油的存在形態(tài)分析
剩余氨水是一個(gè)含有乳化液滴和膠體的復(fù)雜體系，其中所含焦油不溶于水，焦油是一種十分復(fù)雜的多組份混合物，特別是其中的有機(jī)物如酚類、吡啶堿等的分子結(jié)構(gòu)中既含有親油基，又含有親水基，在細(xì)小的油滴表面上會(huì)形成親油基向油滴內(nèi)部、親水基向水側(cè)的定向排列，而將油滴保護(hù)起來。因此，在油滴之間的表面同性電荷相互排斥，很難相互碰撞凝聚成大油滴，焦油中的酚類，吡啶堿類這些物質(zhì)在氨水中起著乳化劑的作用。焦?fàn)t的集氣管用循環(huán)氨水噴灑冷卻煤氣，以及高壓氨水噴灑無煙裝煤過程中，會(huì)有焦、煤粉以及石墨粉塵進(jìn)入液相。克勞斯尾氣經(jīng)尾氣冷卻器也會(huì)帶入細(xì)小的硫粉等進(jìn)入液相。這些固體微粒有些是親水性的（或有親水表面區(qū)），有些是親油性的（或有親油表面區(qū)），常常位于油與水的界面處，固體微粒進(jìn)入剩余氨水后，親水性微粒的大部分處于水層中，而在油滴側(cè)則要小得多，在油滴表面就形成了保護(hù)層，保護(hù)著油滴不能聚集分離，也起到乳化劑的作用。從以上分析不難看出，含焦油的剩余氨水中存在著形成乳化液和膠體的必要條件。而液體在泵中的攪拌及在管路中的湍流運(yùn)動(dòng)，則是形成乳化液和膠體的充分條件。由此可見，剩余氨水中的焦油除了懸浮部分外，另外部分是與氨水呈溶融狀態(tài)存在的。
靜止水層中，油滴的沉淀速度可用斯托克斯定律計(jì)算。計(jì)算結(jié)果表明：粒徑大于3.04μm的油滴在48小時(shí)內(nèi)從液面沉淀距離超過10cm；而小于3.04μm粒徑的油滴，尚在液面下10cm的高度范圍內(nèi)。含油滴粒徑小于3.04μm的水屬于乳化液，經(jīng)48小時(shí)沉淀后，呈乳化狀態(tài)的油仍然很多，所占比例為32.0%，乳化狀油與剩余氨水呈互溶狀態(tài)，在實(shí)際生產(chǎn)中它們堵塞換熱器和蒸氨塔的可能性不大。堵塞換熱器和塔的主要是懸浮在剩余氨水中的懸浮物。因?yàn)閼腋∥锱c剩余氨水不互溶，所以在剩余氨水流動(dòng)的過程中，懸浮物就容易附在設(shè)備的管壁上，時(shí)間一長(zhǎng)就堵塞設(shè)備。
通過對(duì)剩余氨水進(jìn)行靜置沉降實(shí)驗(yàn)，分別靜置2h、4h、6h、8h、10h、12h、14h、16h、20h、24h、30h、36h、42h、48h，測(cè)其含油量，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，剩余氨水的除油效率提高，但超過8h后，曲線變得平緩。因此，剩余氨水僅靠靜置沉淀48h仍然不能把焦油徹底除去。
1.2 離心分離原理
離心分離除油技術(shù)是目前一種應(yīng)用較為廣泛、技術(shù)成熟的油水處理技術(shù)。通常需被分離的物料按理論說，只要有密度差，均可以通過自然沉降法將其分開，但是分離后的澄清度在很大程度上是由時(shí)間和容器的沉降面積而定。而離心機(jī)的工作原理，則是利用其高速旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的幾千倍于地球重力加速度的離心作用力，和相對(duì)大的碟片沉降面積的情況下，使被分離的物料在極短的時(shí)間內(nèi)分離開來。即所謂的高分離因數(shù)、極大的沉降面積，依靠被分離物料——即剩余氨水、焦油和固體顆粒之間的密度差在高分離因數(shù)、極大的沉降面積作用下，使剩余氨水、焦油和固體顆粒同時(shí)分離開來。
根據(jù)單一顆粒離心分離公式，可知，該物料在一定的圓周加速度和一定的旋轉(zhuǎn)半徑作用下，其分離沉降速度就可被確定。而另外部分?jǐn)?shù)據(jù)是由物料本身決定。
如果要分離無數(shù)多的顆粒（無論是固體顆粒，還是液體的液滴），其離心分離的原理公式需引入沉降面積的因素。物料分離的效果好壞與物料本身的參數(shù)如密度、顆粒、粘度及流量有關(guān)，同時(shí)也和離心機(jī)的參數(shù)相關(guān)，即轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)鼓直徑、碟片大小、碟片頂部的半夾角、碟片的片數(shù)（也就是碟片之間的間隙大小）等有關(guān)。
無論是固體顆粒，還是液體液滴，它們與輕相液體的分離，均在大于5000倍地球重力加速度的離心力作用下，在碟片離心機(jī)中，上百個(gè)碟片間隙不足0.5毫米的通道中進(jìn)行分離。
選擇適當(dāng)大小的碟片離心機(jī)，適當(dāng)?shù)牡x心機(jī)轉(zhuǎn)速以及適當(dāng)大小的碟片間隙，在適當(dāng)?shù)牧髁考斑m當(dāng)?shù)臏囟认?，就可以將具有一定密度差的物料分離得足夠好。
2 試驗(yàn)過程
2.1 試驗(yàn)主要設(shè)備及工作流程
試驗(yàn)所選離心機(jī)為瑞典阿法拉伐公司的生產(chǎn)型號(hào)為MAPX207碟片離心機(jī)。該碟片離心機(jī)具有間歇排渣功能，適合分離輕相多，重相少的流體物料。
2.2 試驗(yàn)方案
攀鋼煤化工廠回收二系大氨水泵旁，安裝了阿法拉伐的MAP×207離心機(jī)，將原來剩余氨水放空管處安裝了一個(gè)三通管，一個(gè)口作為離心機(jī)物料的進(jìn)料口，另一個(gè)口用閥門連接，保證能正常取樣，出口直接接入酚水道。重油出口也直接接入酚水道，排渣處用一個(gè)高10cm左右的廢酚桶底接住。冷卻水和電均在回收二大氨水泵旁邊接。進(jìn)、出離心機(jī)的物料穩(wěn)定后10分鐘開始對(duì)進(jìn)液、出液同時(shí)取樣，連取三個(gè)樣品。樣品化驗(yàn)數(shù)據(jù)應(yīng)當(dāng)以算術(shù)平均值為準(zhǔn)。
3 結(jié)果與討論
3.1 懸浮物的討論
在試驗(yàn)初期，能清楚看見剩余氨水進(jìn)離心機(jī)前和出離心機(jī)后處的剩余氨水顏色差異非常大。但是為什么看上去很透亮的氨水液中仍有那么高的含油數(shù)值？從靜置層降的理論分析中獲知，剩余氨水中有部分與氨水的密度比較接近的輕油，用分離因數(shù)在5000-6000G的碟片離心機(jī)很難將其分離干凈，除非采用分離因數(shù)在12000G以上的高速碟片離心機(jī)。要解決的主要問題是系統(tǒng)的堵塞，就涉及到懸浮物含量的問題。離心前的懸浮物含量（9854mg/l）是用離心機(jī)后的懸浮物含量（29mg/l）的340倍?，F(xiàn)有工藝條件下除油后的剩余氨水的懸浮物平均值為293.8mg/l，是用離心機(jī)后的10倍。
3.2 H2S富液出口處的試驗(yàn)討論
進(jìn)入離心機(jī)前H2S富液的油平均含量為0.6g/l，離心后H2S富液的油平均含量為0.385g/l，油的去除率為35.8%。進(jìn)入離心機(jī)前H2S富液的懸浮物平均含量為125.5mg/l，離心后的H2S富液懸浮物平均含量為33.5mg/l，懸浮物的去除率為73.3%。
4 結(jié)論
通過以上試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，得出以下結(jié)論：
（1）堵塞換熱器、蒸氨設(shè)備的主要是剩余氨水中的懸浮物和重油。
（2）用離心分離技術(shù)能夠去除剩余氨水中堵塞設(shè)備的懸浮物和重油，離心分離對(duì)剩余氨水進(jìn)行除油，去除率為80.5%。比現(xiàn)有工藝條件下的剩余氨水含油下降了55%。
（3）用碟片離心機(jī)去除懸浮物，能夠使懸浮物去除到29mg/l，比進(jìn)離心機(jī)前的9854mg/l，去除率為99.7%。現(xiàn)有工藝條件下除油后的剩余氨水的懸浮物平均值為293.8mg/l，是用離心機(jī)后的10倍。
（4）在H2S富液出口可以用離心機(jī)來除油及懸浮物。油含量的去除率為35.8%，懸浮物的去除率為73.3%。
