單塔低壓汽提裝置回流工藝對比

何紅梅

(中國石油工程建設(shè)公司華東設(shè)計分公司，青島266071)

單塔低壓汽提裝置回流工藝對比

何紅梅

(中國石油工程建設(shè)公司華東設(shè)計分公司，青島266071)

對單塔低壓汽提工藝帶頂回流的常規(guī)汽提和泵循環(huán)回流汽提兩種工藝流程從工藝操作參數(shù)、能耗、設(shè)備腐蝕及投資等方面進行了對比。對單塔低壓汽提工藝常見問題提出解決措施。

單塔低壓汽提 頂回流 泵循環(huán)回流

為了使煉廠一次加工裝置和大部分二次加工裝置所產(chǎn)生的酸性水水質(zhì)符合污水處理場的排放要求，目前國內(nèi)外煉廠的處理工藝大多采用蒸汽汽提法。國外采用的汽提工藝主要有雙塔加壓汽提和單塔低壓汽提工藝，國內(nèi)除采用上述兩種工藝外，還開發(fā)了單塔加壓側(cè)線抽出汽提工藝。雙塔加壓汽提和單塔加壓側(cè)線抽出汽提工藝可以分別回收H2S和NH3，而單塔低壓汽提工藝不能進行H2S和NH3的分別回收，只能將混合氣體輸送至硫磺回收裝置。

與雙塔加壓汽提和單塔加壓側(cè)線抽出汽提相比，單塔低壓汽提工藝流程簡單、能耗低，占地面積小、易于操作。隨著大、中型煉廠加氫型酸性水及非加氫型酸性水分別設(shè)置，以及燒氨技術(shù)和燒氨燃燒器在硫磺回收裝置的推廣應(yīng)用，單塔低壓汽提處理酸性水工藝正在得到越來越廣泛的采用。

1 工藝原理及主要控制工藝要求

1.1 工藝原理

酸性水是一種含有H2S、NH3和CO2等揮發(fā)性弱電解質(zhì)的水溶液，該體系是化學(xué)平衡、電離平衡和相平衡共存的復(fù)雜體系。相平衡常數(shù)隨水溶液中NH3和H2S的含量和NH3與H2S 的物質(zhì)的量比大小呈現(xiàn)復(fù)雜的關(guān)系, 而且變化范圍大[1]，溶質(zhì)NH3、H2S與水的揮發(fā)度差異極大。NH3和H2S在水溶液中以弱酸弱堿鹽NH4SH的形式存在，在水溶液中水解為游離態(tài)的NH3和H2S，產(chǎn)生的氣相分壓可被汽提。水溶液中平衡態(tài)可表示為：

單塔低壓汽提工藝以塔底重沸器為熱源，升高溫度可使平衡向生成更多NH3和H2S的方向移動，更易于汽提出氣體。NH3比H2S更易溶解于水，但沒有H2S易于被汽提，要達到90%的脫除率，在常壓下需達到110 ℃或更高溫度。因此，NH3是該工藝設(shè)計中的控制組分，只要NH3的脫除程度能被接受，對H2S的脫除一定能達到令人滿意的程度。

1.2 主要工藝要求

為了達到良好的汽提效果，單塔低壓汽提工藝需要對相關(guān)工藝參數(shù)進行適當(dāng)?shù)目刂啤?/p>

酸性水中組分相對恒定，對進入酸性水汽提塔的酸性水采用流量控制，可保證至硫磺回收裝置加熱爐的酸性氣流量較穩(wěn)定；分析凈化水質(zhì)量判斷汽提是否充分，并通過蒸汽管線上的流量調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)重沸器的熱負荷；為達到好的汽提效果，通過酸性氣管線上的壓控閥調(diào)節(jié)汽提塔壓力，在滿足下游工藝壓力需要的前提下應(yīng)盡可能調(diào)低，一般塔頂回流罐操作壓力(表壓)為88 kPa；控制酸性氣的溫度不超過93 ℃，因為過高的溫度會導(dǎo)致過量的水被汽化，并被夾帶到硫磺回收裝置的加熱爐，而溫度低于85 ℃時，NH3和H2S會形成氨鹽。

2 兩種回流方式比較

2.1 工藝流程比較

常規(guī)的單塔低壓汽提流程如圖1所示。

1-脫氣罐； 2-原料水罐-； 3-水封罐； 4-脫臭設(shè)施； 5-原料水泵； 6-原料水-凈化水換熱器；7-汽提塔； 8-空冷器； 9-回流罐； 10-回流泵； 11-注堿設(shè)施； 12-重沸器； 13-凝結(jié)水罐；14-凈化水泵； 15-凈化水冷卻器； 16-凈化水罐； 17-凈化水泵； 18-污油罐

在汽提流程中，自上游裝置來的酸性水，進入酸性水脫氣罐，脫出的輕烴氣送至低壓瓦斯火炬系統(tǒng)。脫氣后的酸性水在液位控制下自壓進入酸性水儲罐，經(jīng)罐內(nèi)脫油設(shè)施除油及沉降脫油后，再進入另一儲罐進一步靜置脫油，脫油后的酸性水經(jīng)換熱器與凈化水換熱至110 ℃，進入汽提塔的第4層塔盤。酸性水在汽提塔中自上而下流動，在汽提塔底重沸器提供熱源產(chǎn)生的汽提作用下，含H2S、NH3等成分的酸性氣自塔頂分出。汽提塔頂酸性氣通過汽提塔頂空冷器冷卻至90 ℃后經(jīng)汽提塔頂回流泵回流至汽提塔。汽提塔頂分液罐氣相部分輸送至硫磺回收裝置處理，汽提塔底凈化水經(jīng)凈化水增壓泵抽出與原料酸性水換熱至59 ℃，再經(jīng)凈化水水冷器冷卻至40 ℃后在塔底液位控制下送至凈化水罐，部分凈化水送至上游裝置回用，剩余部分送至污水處理場。

汽提塔回流方式除了帶頂回流的常規(guī)汽提工藝以外，還有一種泵循環(huán)回流汽提工藝。常規(guī)汽提工藝采用塔頂空冷器冷卻塔頂酸性氣，塔頂回流罐收集冷凝水回流。而泵循環(huán)回流汽提工藝使用側(cè)線泵循環(huán)，從集油箱抽出酸性水，增壓后經(jīng)空冷器冷卻返回酸性水汽提塔，通過水的循環(huán)流動移走塔的熱量，維持汽提塔頂溫度。泵循環(huán)回流汽提流程見圖2。

1-汽提塔；2-空冷器；3-回流泵；4-重沸器

2.2 工藝操作參數(shù)及能耗對比

理科題16.已知點M（-1，1）和拋物線C：y2=4x，過C的焦點且斜率為k的直線與C交于A、B兩點。若∠AMB=90°，則k=________。

以某煉廠1 Mt/a酸性水汽提裝置為例，頂回流工藝與泵循環(huán)回流工藝的原料酸性水與凈化水組分對比、工藝操作參數(shù)對比分別見表1、2所示。

表1 酸性水與凈化水組分對比

表2 工藝操作參數(shù)

由表2可看出:在同樣酸性水組成及相近塔板數(shù)條件下，使凈化水質(zhì)量達到同樣指標(biāo)時，頂回流工藝比循環(huán)回流工藝節(jié)約電能39.4 kW，蒸汽消耗節(jié)省20 kg/t,總計節(jié)能約66.87 MJ/t，折合標(biāo)油能耗約1.6 kg/t。

2.3 設(shè)備腐蝕比較

對頂回流酸性水汽提塔的設(shè)計，在汽提塔頂冷凝器易發(fā)生重硫酸銨、氯化銨和碳酸銨等鹽類的形成及累積，腐蝕管子，縮短換熱器的壽命。為防止聚硫化銨等固體顆粒的形成，造成塔頂系統(tǒng)的堵塞，必須維持酸性水汽提塔塔頂系統(tǒng)溫度超過85 ℃，塔頂管線應(yīng)實施保溫伴熱措施。

對泵循環(huán)回流系統(tǒng)，因其系統(tǒng)內(nèi)充滿液相，液相在塔的上部通過空冷被冷卻，同時大量的水連續(xù)沖刷所有暴露的表面，有效防止了固體鹽的形成和積累，減少了堵塞的可能。

頂回流系統(tǒng)與泵循環(huán)系統(tǒng)的酸性氣/酸性水腐蝕性組分比較見表3。

表3 2種工藝系統(tǒng)中腐蝕性組分比較 %

注：(1 數(shù)據(jù)單位為物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)；(2 數(shù)據(jù)單位為質(zhì)量分?jǐn)?shù)

另外，對2種回流系統(tǒng)都需考慮的酸性水腐蝕嚴(yán)重的其他因素包括：

(1) 銨鹽濃度：隨著二硫化銨等鹽的濃度的增加，系統(tǒng)設(shè)備腐蝕也會增加；

(2) 速率：是過度腐蝕需要考慮的一個主要參數(shù)，特別是在酸性水系統(tǒng)中流速超過6 m/s時。

(3) 流體分配：空冷器管子流體流動速率小于3 m/s會導(dǎo)致鹽沉積問題的發(fā)生，因此流體分配不當(dāng)會導(dǎo)致二硫化銨鹽的沉積堵塞管子。

2.4 投資比較

從設(shè)備投資方面考慮，與泵循環(huán)系統(tǒng)相比，頂回流系統(tǒng)需要設(shè)置塔頂回流罐。泵循環(huán)系統(tǒng)的泵稍微大一些，空冷器的選型上因頂回流系統(tǒng)與循環(huán)回流系統(tǒng)中H2S含量都較高，一般都選用09鋼。仍以某煉廠1 Mt/a酸性水汽提裝置為例，分別采用頂回流及泵循環(huán)回流工藝，需要配備的設(shè)備規(guī)格及材質(zhì)見表4。

表4 頂回流系統(tǒng)與泵循環(huán)系統(tǒng)設(shè)備規(guī)格比較

泵循環(huán)回流工藝能避免塔頂酸性氣空冷器因受氣溫變化而影響酸性氣組成及操作，也能減少塔頂管道結(jié)晶堵塞的可能性，但在能耗方面比頂回流工藝高，頂回流工藝操作簡便，開工后容易建立循環(huán)，目前國內(nèi)大部分單塔低壓汽提裝置都采用頂回流工藝流程。

3 單塔低壓汽提工藝存在的問題及解決措施

3.1 固定氨含量增加引起凈化水氨氮超標(biāo)

隨著原油加工種類及加工工藝的改變，煉油廠酸性水中的NH3含量及固定氨含量都大幅度增加。由于凈化水中的固定氨的存在，其含量一般占總氨含量的30%～90%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，影響了NH3的汽提深度，使凈化水中總氨含量無法降低到預(yù)期的水平，也加重了后續(xù)NH3處理的負擔(dān)。去除固定氨的常規(guī)方法是在塔側(cè)壁向汽提塔內(nèi)加堿。

3.2 油含量超標(biāo)影響汽提塔的穩(wěn)定操作

酸性水中含有油的成分會破壞汽提塔內(nèi)的汽液相平衡，造成操作波動，影響產(chǎn)品質(zhì)量。當(dāng)進塔原料水中油含量大于200 mg/L時，在相同壓力條件下，塔釜溫度每降低5～10 K，則NH3-N、硫化物脫除率下降10～20 個百分點，因此原料水中油含量愈低愈好，一般要求小于100 mg/L[2]。中國石油錦西煉油化工總廠進行了水中油含量隨沉降時間變化的實驗，發(fā)現(xiàn)沉降時間只要大于35 h，水中油的含量便可降到100 mg/L以下。

大罐重力沉降是有效的，但要求沉降時間較長，因而罐容很大，占地面積也大。為了既節(jié)省占地，又強化除油效果，往往把大罐和油水分離器聯(lián)合使用。JYF油水分離器的壓力降一般為0.05～0.08 MPa。因此，當(dāng)沉降罐和緩沖罐間液面差不能滿足油水分離器壓力降時，需設(shè)置升壓泵。為避免因泵的激烈攪動而影響除油效果，升壓泵宜選擇轉(zhuǎn)速較低的螺桿泵。

3.3 酸性水罐頂惡臭氣體的治理

酸性水罐頂揮發(fā)氣體的組成復(fù)雜，主要惡臭成分是H2S、NH3-N、烴等，目前工業(yè)上酸性水罐惡臭氣體的治理方法有吸附法、吸收法和吸收串聯(lián)吸附法。氣體經(jīng)處理達到GB 14554—1993《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》指標(biāo)后，可經(jīng)排氣筒排放。

3.4 設(shè)備結(jié)垢與阻垢

單塔汽提脫硫系統(tǒng)中垢物的形成, 主要是由于污水中所含的各類粉塵、有機物、金屬腐蝕物等在高溫下因石油碳氫化合物的析出及其單體的聚合反應(yīng)所致[3]。 如何降低污水中的含油成分、減少聚合反應(yīng)的生成、防止污水蒸氣對塔體材料的腐蝕, 是阻垢、除垢和防垢應(yīng)首先考慮和解決的問題。

如對延遲焦化裝置排放的酸性水，除采用破乳脫油外，還需考慮自動反沖洗過濾器過濾除去焦粉。在保證分離效率和凈化水質(zhì)量前提下,需要不斷優(yōu)化操作溫度和壓力, 開發(fā)針對不同體系的高效率的塔內(nèi)件, 提高系統(tǒng)適應(yīng)能力和處理能力。

4 結(jié)語

隨著國內(nèi)含硫原油加工的不斷擴大及煤化工的迅速發(fā)展，化工和石化企業(yè)含硫酸性水的處理已成為不可缺少的部分。酸性水汽提是處理酸性水的主要工藝，可與硫磺回收聯(lián)合布置，統(tǒng)一管理并聯(lián)合操作，實現(xiàn)全廠酸性氣、酸性水的安全、穩(wěn)定、優(yōu)化和長效處理[4]。

單塔低壓汽提工藝流程控制方案簡單，能耗低，當(dāng)酸性氣中NH3含量在硫磺回收裝置燃燒器處理范圍之內(nèi)時，應(yīng)優(yōu)先考慮選用。與泵循環(huán)回流流程相比較，頂回流流程開工較易建立循環(huán)，能耗低，仍是國內(nèi)較多采用的回流方式。

在減少上游裝置波動對酸性水處理的影響如結(jié)垢，設(shè)備腐蝕等方面，尚有待于積累經(jīng)驗進而探索更好的解決途徑。節(jié)能減排工作是必要的和艱巨的，需要不斷優(yōu)化各項技術(shù)指標(biāo)，提升裝置管理水平，探索提高凈化水質(zhì)量的技術(shù)措施。

[1] 杜英生,王利東,張鳳寶,等.揮發(fā)性弱電解質(zhì)水溶液汽液平衡計算[J].化學(xué)工程,1998,26( 6):37-41.

[2] 艾軍,彭永利.單塔脫硫系統(tǒng)中塔垢成因的解析[J].武漢化工學(xué)院學(xué)報,2000,22(2):27-29.

[3] 郎學(xué)軍．水力壓裂工藝中的分段破膠技術(shù)[J]．石油鉆采工藝，2003，25(4)：64-66.

[4] 李菁菁,閆振乾.硫黃回收技術(shù)與工程[M].北京:石油工業(yè)出版社,2010.

印度石化行業(yè)發(fā)展動向

為了滿足印度未來將大幅增長的聚合物需求，印度的石油化工企業(yè)正在進行多個項目的建設(shè)。他們認為，印度正朝著建設(shè)世界化學(xué)品生產(chǎn)中心目標(biāo)努力， 因而石化行業(yè)發(fā)展商機巨大。

按照印度信誠工業(yè)有限公司的發(fā)展計劃， 未來兩年該公司包括聚酯產(chǎn)業(yè)鏈的石化業(yè)務(wù)銷售收入將增加1倍，主要投資項目包括古吉拉特邦賈姆訥格爾的大規(guī)模煉油和石化綜合項目，建設(shè)的上游項目是一套1.5 Mt/a乙烯裝置， 預(yù)計2016 年投產(chǎn)。下游項目包括473 kt/a的低密度聚乙烯(LDPE) 裝置、624 kt/a的線性低密度聚乙烯(LLDPE) 裝置以及720 kt/a的乙二醇裝置。此外，賈姆訥格爾生產(chǎn)基地還將建設(shè)多個芳烴生產(chǎn)項目， 使其對二甲苯產(chǎn)能達到4.30 Mt/a。印度信誠工業(yè)有限公司還在不斷擴大合成橡膠業(yè)務(wù)，如將丁苯橡膠產(chǎn)能至150 kt/a，并在古吉拉特邦哈茲拉建設(shè)40 kt/a聚丁二烯橡膠廠， 還與俄羅斯Sibur公司在賈姆訥格爾合資建設(shè)一個100 kt/a丁基橡膠廠。

印度石油天然氣公司、Gail 公司以及古吉拉特邦石油公司合資的印度歐泊公司正在建設(shè)一個石化聯(lián)合體，包括一套雙原料的1.10 Mt/a的乙烯裝置，同時副產(chǎn)丙烯400 kt/a以及高密度聚乙烯(HDPE)、LLDPE 及聚丙烯等下游產(chǎn)品裝置。Dahej 項目的建成已被推遲了數(shù)年，預(yù)計2015年6 月底將進行試運行。

ONGC 芒格洛爾石化有限公司也正在印度西南部芒格洛爾經(jīng)濟特區(qū)建設(shè)一個芳烴綜合廠，包括一套900 kt/a的對二甲苯和一套300 kt/a的純苯裝置，計劃2015年3 月底建成。另外，芒格洛爾石化有限公司還在該基地建設(shè)了一套450 kt/a的聚丙烯 裝置，預(yù)計同期建成投產(chǎn)。

在印度東北的阿薩姆邦，Gail 公司控股70%的布拉馬普特拉裂解和聚合物公司正在建設(shè)一個220 kt/a乙烯和60 kt/a丙烯的綜合裝置， 同時還包括226 kt/a的LLDPE -HDPE 和60 kt/a的聚丙烯下游裝置。Gail 公司還在北方邦Pata 實施乙烯產(chǎn)能倍增項目，將乙烯產(chǎn)能擴增至900 kt/a，并增加LLDPE -HDPE 產(chǎn)能450 kt/a。

印度石油公司最近在帕拉迪布動工新建一個產(chǎn)能700 kt/a的PP 項目， 預(yù)計2017 年投產(chǎn)。印度石油公司還計劃在帕尼帕特新建第三套產(chǎn)能為60 kt/a的丁苯橡膠裝置。此外，該公司和Eastman化工公司還簽署了保密協(xié)議，將在古吉拉特邦巴羅達建設(shè)一套1.0 Mt/a醋酸裝置。該公司計劃2018 年之前新建一套產(chǎn)能350 kt/a乙二醇裝置，并考慮在帕拉迪布建設(shè)一套乙烯項目。

巴拉特石油股份有限公司董事會前不久批準(zhǔn)了一項投資459 億盧比(約合7.43 億美元)的建設(shè)特種石化品項目計劃， 將在南部喀拉拉邦的高知煉油廠建設(shè)。該公司正在擴建該煉油廠， 并建設(shè)一套500 kt/a丙烯的催化裂化裝置， 計劃利用丙烯生產(chǎn)丙烯酸、高吸水聚合物、丙烯酸酯和羰基合成醇等產(chǎn)品。

(中國石化有機原料科技情報中心站供稿)

Comparison between Recycling Processes for Single Tower Low Pressure Stripping Plant

He Hongmei

(ChinaPetroleumEngineering&ConstructionCorp.EastChinaDesigningCompany,Qingdao266071)

Comparison was made between two processes of single tower low pressure stripping process with top return, which were traditional stripping and pump circulating stripping in aspects of processing parameters, energy consumption, equipment corrosion and investment. Solutions for common problems in single tower low pressure stripping process were raised accordingly.

single tower low pressure stripping, top return, pump circulating stripping

2015-01-06。

何紅梅，女，1973年出生，1995年畢業(yè)于湖南大學(xué)化工工藝專業(yè)，2001年獲石油大學(xué)(華東)工學(xué)碩士學(xué)位，高級工程師，長期從事煉油環(huán)保裝置的設(shè)計。

1674-1099 (2015)02-0025-05

X383

A