Sistema de evaporação e concentração de águas residuais de dessulfurização de 4,7 t/h (tiocianato de amónio, sulfato de amónio, tiossulfato de amónio, etc.)

I. Contexto do Projeto 

A linha de produção de coque do proprietário, com capacidade de 2,6 milhões de toneladas/ano, está equipada com uma unidade de dessulfurização a seco, que gera 4,7 t/h de efluente de dessulfurização com componentes complexos: tiocianato de amônio (NH₄SCN) 140-160 g/L, sulfato de amônio ((NH₄)₂SO₄) 90-110 g/L, tiossulfato de amônio ((NH₄)₂S₂O₃) 40-60 g/L, enxofre em suspensão 2-4 g/L, DQO 8000-12000 mg/L, coloração 5000 vezes e temperatura de 55 °C. O evaporador de tambor a vácuo original estava em operação há dez anos, consumindo 0,42 t/t de água por ciclo. O equipamento sofria com forte formação de coque e emissão de odores, e a baixa pureza dos sais resultantes significava que só podiam ser vendidos a preços baixos. Em 2023, o grupo decidiu construir um novo sistema de evaporação e concentração com "emissão zero", exigindo consumo de vapor ≤0,10 t/t de água, concentração de saída ≥65% (convertido em sólidos) e pureza do sal misturado ≥95%. A Kang Jinghui assumiu o projeto em um modelo EPC (Engenharia, Aquisição e Construção), e o sistema iniciou suas operações com sucesso em janeiro de 2024. Desde então, opera continuamente, com uma redução de 75% nos custos totais de consumo de energia e uma economia anual de 11 milhões de yuans nos custos operacionais.

II. Rota do Processo

1. Características do Líquido Bruto

Elevação do ponto de ebulição Δb=13℃ (sal misto 55%, 70kPa·A)

Altamente termossensível: NH₄SCN >105℃ decompõe-se para gerar HCN e NH₃; S₂O₃²⁻ >90℃ desproporciona-se para gerar precipitado de S.

Alto teor de DQO, coloração intensa, forma espuma facilmente, contém partículas de enxofre em suspensão.

2. Resumo do Processo

Efluentes da dessulfurização → Resfriamento e dessulfurização (resfriamento por placas a 30 °C, sedimentação por gravidade + filtração em tambor, enxofre em suspensão ≤ 0,2 g/L) → Precipitação de alta densidade (adição de NaOH + PAC para remoção de metais pesados, Pb ≤ 0,5 mg/L) → Pré-aquecimento em dois estágios (condensado + vapor secundário) → Evaporador de circulação forçada MVR de baixa temperatura → Cristalizador DTB → Centrífuga de pistão de dois estágios → Secagem em leito fluidizado → Embalagem automática. O vapor secundário sofre um aumento de temperatura de 18 °C por meio de um compressor centrífugo tipo caixa com aumento de velocidade, com uma taxa de compressão de 1,7, uma temperatura de evaporação de 58 °C e um vácuo de -90 kPa, evitando efetivamente a zona de decomposição de alta temperatura do NH₄SCN.

3. Principais inovações: Circulação forçada a baixa temperatura + classificação DTB: Taxa de circulação de 8000 m³/h, tempo de residência do cristal ≥45 min, d50 = 0,75 mm, CV ≤ 6%.

Desespumante online + desgaseificação lateral: Um desembaçador de malha metálica e a injeção de antiespumante no topo da torre reduzem a altura da espuma para <150mm; o gás de exaustão lateral é tratado com lavagem ácida + lavagem alcalina + carvão ativado, resultando em HCN <0,3mg/m³ e NH₃ <1mg/m³ nos gases de escape.

Controle de temperatura segmentado: 58℃ na câmara do evaporador, 52℃ no cristalizador e 48℃ na descarga, garantindo que não haja decomposição de NH₄SCN e uma taxa de desproporcionamento de S₂O₃²⁻ <2%.

A taxa de refluxo da solução-mãe é ajustável de 0 a 20%. Após o enriquecimento de SCN⁻ a 200 g/L, esta é bombeada para a torre de dessulfurização para regeneração, resultando na ausência de descarga de efluentes líquidos do sistema.

CIP inteligente: A limpeza alternada com ácido-base e oxidante é acionada quando a diferença de temperatura na parede do tubo excede 2°C ou o vácuo cai 2 kPa, estendendo o ciclo de 2 para 12 dias.

III. Configuração do equipamento

Evaporador: placa tubular composta de aço duplex 2205 + titânio TA2, área de troca de calor de 520m², margem de projeto de 30%, garantindo cinco anos de operação sem vazamentos.

Compressor: Rotor de titânio usinado em peça única, diâmetro de 0,9 m, velocidade linear ≤260 m/s, rolamento de levitação magnética, vida útil projetada de 100.000 h, valor de vibração <1,0 mm/s.

Cristalizador: Φ2000×4000mm DTB, com tubo guia e anel defletor integrados, mantendo a densidade da suspensão entre 30 e 35%.

Centrífuga: LW530×2200-N, fator de separação 1500, abertura da tela 0,10 mm, a seção de lavagem utiliza licor-mãe resfriado a 5 °C para reduzir o arraste de (NH₄)₂SO₄.

Secagem: Leito fluidizado circulante de circuito fechado, proteção com nitrogênio, teor de oxigênio <3%, temperatura do produto ≤50℃, prevenindo a decomposição térmica do NH₄SCN.

IV. Automação e Segurança

DCS+APC: Controle preditivo multivariável da taxa de evaporação, taxa de compressão, densidade da solução-mãe e analisador Raman online para NH₄SCN, com flutuações de ±2%.

Sistema SIS redundante duplo: 16 intertravamentos, incluindo surto do compressor, teor de oxigênio >8%, temperatura >65℃, HCN >1mg/m³, com tempo de resposta <300ms.

V. Dados Operacionais (Avaliação de Desempenho, abril de 2024)

• Taxa de evaporação: 4700 kg/h (Projeto 4700)

• Vapor vivo: 0,09 t/t de água (Projeto 0,10)

• Consumo de energia: 29 kWh/t de água (Compressor + Bomba de Circulação + Bomba de Vácuo + Bomba Antiespumante)

• Água de resfriamento: 1,8 t/t de água (32℃→38℃)

• Produção: Sal misto 2,8 t/d, pureza 95,8%, NH₄SCN≥55%, (NH₄)₂SO₄≤35%, (NH₄)₂S₂O₃≤8%, umidade ≤2%

• Taxa de recuperação do sistema: Sal misto 98,5%, taxa de reutilização de água de 100%, descarga zero de águas residuais em toda a planta.

VI. Benefícios Econômicos e Ambientais

Economia anual de vapor de 16.000 toneladas, equivalente a 1.800 toneladas de carvão padrão, reduzindo as emissões de carbono em 4.700 toneladas.

Economia anual de 11 milhões de yuans em custos operacionais (vapor + descarte terceirizado).

O preço de venda do sal misto aumentou de 300 yuans/tonelada para 900 yuans/tonelada, resultando em uma receita anual adicional de 9,2 milhões de yuans.

VII. Feedback do cliente

"O sistema MVR de 4,7 t/h está em funcionamento há seis meses sem nenhuma falha no compressor. O nível de vácuo permanece em -90 kPa mesmo no verão, e a pureza do sal misturado se manteve estável acima de 95%, resolvendo completamente os problemas de odor e consumo de energia no líquido de dessulfurização."