Sistema de evaporación y concentración de aguas residuales de desulfuración de 4,7 t/h (tiocianato de amonio, sulfato de amonio, tiosulfato de amonio, etc.)

I. Antecedentes del proyecto 

La línea de producción de coque del propietario de 2,6 millones de toneladas/año está equipada con una unidad de desulfuración en seco, que genera 4,7 t/h de aguas residuales de desulfuración con componentes complejos: tiocianato de amonio (NH₄SCN) 140-160 g/L, sulfato de amonio ((NH₄)₂SO₄) 90-110 g/L, tiosulfato de amonio ((NH₄)₂S₂O₃) 40-60 g/L, azufre suspendido 2-4 g/L, DQO 8000-12000 mg/L, color 5000 veces y temperatura 55℃. El evaporador de tambor de vacío original había estado funcionando durante diez años, consumiendo 0,42 t/t de agua por vapor. El equipo presentaba una alta coquización y emisión de olores, y la baja pureza de las sales derivadas impedía su venta a bajo precio. En 2023, el grupo decidió construir un nuevo sistema de evaporación y concentración de cero emisiones, que requería un consumo de vapor ≤0,10 t/t de agua, una concentración de salida ≥65 % (convertida a sólidos) y una pureza de la sal mixta ≥95 %. Kang Jinghui llevó a cabo el proyecto mediante un modelo EPC, que comenzó a operar con éxito en enero de 2024. Desde entonces, ha estado en funcionamiento continuo, con una reducción del 75 % en los costos totales de consumo energético y un ahorro anual en costos operativos de 11 millones de yuanes.

II. Ruta del proceso

1. Características del líquido crudo

Elevación del punto de ebullición Δb=13℃ (sal mixta 55%, 70 kPa·A)

Altamente termosensible: NH₄SCN >105 ℃ se descompone para generar HCN y NH₃; S₂O₃²⁻ >90 ℃ se desproporciona para generar precipitado S

Alto COD, alto color, forma espuma fácilmente, contiene partículas de azufre suspendidas

2. Resumen del proceso

Aguas residuales de desulfuración → Enfriamiento y desulfuración (enfriamiento de placas a 30 ℃, sedimentación por gravedad + filtración en tambor, azufre suspendido ≤0,2 g/L) → Precipitación de alta densidad (añadiendo NaOH + PAC para eliminar metales pesados, Pb ≤0,5 mg/L) → Precalentamiento en dos etapas (condensado + vapor secundario) → Evaporador de circulación forzada MVR de baja temperatura → Cristalizador DTB → Centrífuga de pistón de dos etapas → Secado en lecho fluidizado → Envasado automático. El vapor secundario experimenta un aumento de temperatura de 18 ℃ a través de un compresor centrífugo tipo caja de aumento de velocidad, con una relación de compresión de 1,7, una temperatura de evaporación de 58 ℃ y un vacío de -90 kPa, evitando eficazmente la zona de descomposición de alta temperatura de NH₄SCN.

3. Innovaciones clave: Circulación forzada a baja temperatura + clasificación DTB: Tasa de circulación 8000 m³/h, residencia del cristal ≥45 min, d50=0,75 mm, CV≤6 %.

Desespumante en línea + desgasificación de flujo lateral: un desempañador de malla de alambre y una inyección de antiespumante en la parte superior de la torre reducen la altura de la espuma a <150 mm; el escape de flujo lateral se trata con lavado ácido + lavado alcalino + carbón activado, lo que da como resultado un gas de cola HCN <0,3 mg/m³ y NH₃ <1 mg/m³.

Control de temperatura segmentado: 58 ℃ en la cámara del evaporador, 52 ℃ en el cristalizador y 48 ℃ en la descarga, lo que garantiza que no haya descomposición de NH₄SCN y una tasa de desproporción de S₂O₃²⁻ <2 %.

La relación de reflujo de las aguas madres se puede ajustar entre 0 y 20 %. Tras enriquecer el SCN⁻ a 200 g/L, se bombea a la torre de desulfuración para su regeneración, evitando así la descarga de líquidos residuales del sistema.

CIP inteligente: la limpieza alternada ácido-base y oxidante se activa cuando la diferencia de temperatura de la pared de la tubería supera los 2 ℃ o el vacío cae 2 kPa, lo que extiende el ciclo de 2 días a 12 días.

III. Configuración del equipo

Evaporador: placa tubular compuesta de acero dúplex 2205 + titanio TA2, superficie de intercambio de calor 520m², margen de diseño 30%, asegurando cinco años de funcionamiento sin fugas.

Compresor: Impulsor de titanio fresado de una sola pieza, diámetro 0,9 m, velocidad lineal ≤260 m/s, cojinete de levitación magnética, vida útil de diseño 100.000 h, valor de vibración <1,0 mm/s.

Cristalizador: Φ2000×4000mm DTB, tubo guía incorporado + anillo deflector, manteniendo la densidad de la suspensión en 30-35%.

Centrífuga: LW530×2200-N, factor de separación 1500, espacio entre tamices 0,10 mm, la sección de lavado utiliza licor madre enfriado a 5 ℃ para reducir el arrastre de (NH₄)₂SO₄.

Secado: lecho fluidizado circulante de circuito cerrado, protección de nitrógeno, contenido de oxígeno <3%, temperatura del producto ≤50℃, evitando la descomposición térmica de NH₄SCN.

IV. Automatización y seguridad

DCS+APC: Control predictivo multivariable de tasa de evaporación, relación de compresión, densidad de licor madre y analizador Raman en línea para NH₄SCN, con fluctuaciones ±2%.

SIS redundante dual: 16 enclavamientos que incluyen sobretensión del compresor, contenido de oxígeno >8 %, temperatura >65 ℃, HCN >1 mg/m³, con un tiempo de respuesta <300 ms.

V. Datos operativos (evaluación del desempeño, abril de 2024)

• Tasa de evaporación: 4700 kg/h (Diseño 4700)

• Vapor vivo: 0,09 t/t de agua (Diseño 0,10)

• Consumo de energía: 29 kWh/t de agua (Compresor + Bomba de circulación + Bomba de vacío + Bomba antiespumante)

• Agua de refrigeración: 1,8 t/t de agua (32℃→38℃)

• Salida: Sal mixta 2,8 t/d, pureza 95,8%, NH₄SCN≥55%, (NH₄)₂SO₄≤35%, (NH₄)₂S₂O₃≤8%, humedad ≤2%

• Tasa de recuperación del sistema: Sal mixta 98,5% Tasa de reutilización de agua del 100%, cero descarga de aguas residuales en toda la planta

VI. Beneficios económicos y ambientales

Ahorro anual de vapor de 16.000 toneladas, equivalente a 1.800 toneladas de carbón estándar, reduciendo las emisiones de carbono en 4.700 toneladas.

Ahorro anual en costos operativos de 11 millones de yuanes (vapor + eliminación subcontratada).

El precio de venta de la sal mixta aumentó de 300 yuanes/tonelada a 900 yuanes/tonelada, lo que resultó en 9,2 millones de yuanes adicionales en ingresos anuales.

VII. Comentarios de los clientes

El sistema MVR de 4,7 t/h lleva seis meses funcionando sin fallos en el compresor. El nivel de vacío se mantiene en -90 kPa incluso en verano, y la pureza de la sal mixta se ha mantenido estable por encima del 95 %, solucionando por completo los problemas de olores y consumo energético del líquido de desulfuración.