酸性水汽提裝置的分析與改造

辛文輝，王勝利，王乃超

(1. 陜西煤業(yè)化工集團(tuán)神木天元化工有限公司，陜西 榆林 719300；2. 西北化工研究院，陜西 西安 710061)

酸性水汽提裝置的分析與改造

辛文輝1，王勝利2，王乃超2

(1.陜西煤業(yè)化工集團(tuán)神木天元化工有限公司，陜西榆林719300；2.西北化工研究院，陜西西安710061)

通過對(duì)某化工廠酸性水汽提裝置提出改造方案，將原單塔低壓汽提工藝改造成雙塔加壓汽提工藝，并進(jìn)行工藝模擬計(jì)算及分析。裝置改造后在保證凈化水達(dá)標(biāo)的同時(shí)生產(chǎn)粗氣氨和高濃度硫化氫氣體，在提高裝置環(huán)境保護(hù)能力的同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了資源的循環(huán)利用。

酸性水汽提；模擬計(jì)算；單塔低壓；雙塔加壓；技術(shù)改造

陜北某化工廠聯(lián)合車間酸性水汽提裝置為該廠煤焦油加氫項(xiàng)目配套裝置，該裝置主要目的為處理煤焦油加氫過程中所產(chǎn)生的高含硫、含氨的酸性水。裝置原設(shè)計(jì)采用單塔低壓汽提工藝，塔頂采出酸性氣(含NH3、H2S和水)全部送往火炬進(jìn)行焚燒處理，不僅對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染，而且其中的氨氣和硫化氫氣體不能回收再利用。

針對(duì)上述問題，根據(jù)酸性水汽提裝置已有的設(shè)備及條件，通過工藝模擬計(jì)算并提出了雙塔加壓汽提工藝，對(duì)現(xiàn)有單塔低壓汽提工藝進(jìn)行改造，以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)出NH3、H2S氣體，使其后續(xù)回收利用，并滿足凈化水排放指標(biāo)。

1 原裝置狀態(tài)

在煤焦油加氫生產(chǎn)裝置中，會(huì)產(chǎn)生大量酸性水，酸性水中主要含有氨氮和硫化氫等污染介質(zhì)。通過汽提，可將其中的NH3和H2S汽提出來，保證處理后的凈化水達(dá)標(biāo)。酸性水組分見表1。

表1 酸性水氨氮及硫化物含量表

注：采用平均值作為設(shè)計(jì)值。

原酸性水汽提裝置流程如圖1所示。工藝流程為：酸性水經(jīng)增壓泵加壓后，進(jìn)入到進(jìn)料換熱器(酸性水與凈化水換熱)預(yù)熱后進(jìn)入汽提塔中。汽提塔塔釜采用1.0MPa(G)飽和蒸汽進(jìn)行汽提，含有氨、硫化氫和水的酸性氣從塔頂逸出，經(jīng)塔頂冷凝器冷凝冷卻后，氣液混相進(jìn)入回流罐，液相經(jīng)回流泵加壓后返回至汽提塔塔頂作為回流；回流罐頂部氣相作為酸性氣排出裝置。塔釜的凈化水經(jīng)過進(jìn)料換熱器與酸性水換熱后作為凈化水出裝置。

2 裝置改造問題的提出

原酸性水汽提裝置自建成投產(chǎn)后，運(yùn)行基本良好，凈化水符合設(shè)計(jì)要求，裝置基本可滿足全廠酸性水處理的要求。但隨著國家對(duì)化工企業(yè)環(huán)保的要求越來越嚴(yán)格，原裝置外排的酸性氣中氨氣和硫化氫氣體不僅不能回收利用，而且增加了后期焚燒的代價(jià)。綜合考慮以下幾點(diǎn)，原酸性水汽提裝置須進(jìn)行改造：①環(huán)保方面，原酸性水汽提裝置酸性氣由于不能分離氨氣和硫化氫氣體，只能將此酸性氣送至火炬系統(tǒng)進(jìn)行焚燒處理，但這就直接造成了企業(yè)SO2排放和氮氧化合物超標(biāo)；②資源循環(huán)利用方面，由于環(huán)保要求，需對(duì)廠內(nèi)燃煤鍋爐煙氣進(jìn)行脫硫脫硝處理，同時(shí)為了節(jié)約成本，對(duì)催化劑硫化提出了采用高濃度H2S氣體部分替代CS2，這迫切需要酸性水汽提裝置產(chǎn)出符合要求的氨氣、硫化氫氣體，然后對(duì)其加以利用；③原裝置整體優(yōu)化，原裝置建設(shè)較早，隨著生產(chǎn)能力的提升，裝置需要處理的酸性水負(fù)荷加大，原系統(tǒng)需要從汽提塔內(nèi)件、換熱網(wǎng)絡(luò)等方面進(jìn)行優(yōu)化，以確保可長周期平穩(wěn)運(yùn)行。

3 改造方案及工藝

3.1 改造方案

在酸性水汽提工藝中，可以有效分離NH3和H2S氣體的工藝有單塔加壓側(cè)采汽提工藝和雙塔加壓汽提工藝，結(jié)合企業(yè)已有單塔低壓汽提工藝，為了節(jié)省改造投資，盡可能利舊原有設(shè)備，確定改造方案為在現(xiàn)有裝置的基礎(chǔ)上，利舊原有設(shè)備，將單塔低壓汽提工藝改造為雙塔加壓汽提工藝。對(duì)原裝置作略微改動(dòng)，以原汽提塔作為雙塔中的脫氨塔，增加脫硫塔，相應(yīng)增加輔助設(shè)備。通過改造后的汽提，脫硫化氫塔能夠得到粗硫化氫氣體，同時(shí)脫氨塔后能夠得到粗氣氨。改造后的雙塔加壓汽提工藝流程圖如圖2所示，流程圖中相關(guān)設(shè)備的新增和利舊情況均有標(biāo)注。

圖1 原裝置酸性水單塔低壓汽提工藝流程圖

圖2 改造后雙塔加壓汽提工藝流程圖

改造后的工藝流程為：來自酸性水原料罐的酸性水，經(jīng)過酸性水增壓泵，一路冷料直接進(jìn)入脫硫塔，一路進(jìn)入進(jìn)料換熱器，與脫硫塔釜液換熱后，進(jìn)入脫硫塔。蒸汽經(jīng)塔釜進(jìn)入脫硫塔內(nèi)汽提，副硫化氫氣由塔頂出裝置，可去下游硫回收裝置回收單質(zhì)硫。脫硫化氫后的水由塔釜，經(jīng)過進(jìn)料換熱器和脫氨塔進(jìn)料換熱器后，進(jìn)入脫氨塔，經(jīng)脫氨塔塔釜蒸汽汽提后，含氨氣體由塔頂排出，含氨氣體經(jīng)過二級(jí)冷凝系統(tǒng)進(jìn)行冷凝，液氣分離，粗氣氨出裝置，可進(jìn)入下游氨精制裝置回收精制液氨。含氨凝液由回流泵加壓進(jìn)入脫氨塔頂部完成回流。凈化水由脫氨塔進(jìn)料換熱器后，由凈化水出料泵加壓，經(jīng)凈化水冷卻器后，一路作為回流，進(jìn)入脫硫塔塔頂；一路作為合格的凈化水出裝置。

3.2 工藝計(jì)算及操作參數(shù)的確定

改造方案經(jīng)過確定后，對(duì)新方案進(jìn)行工程設(shè)計(jì)，不可避免地需要詳細(xì)的工藝計(jì)算。本文利用PRO/Ⅱ工藝模擬軟件，采用sour熱力學(xué)計(jì)算模型，并對(duì)熱力學(xué)參數(shù)進(jìn)行了相關(guān)的修正，對(duì)改造方案進(jìn)行模擬。酸性水汽提工藝的關(guān)鍵設(shè)備為塔器、換熱器，其作用及操作參數(shù)對(duì)整個(gè)工藝影響很大。其他設(shè)備如罐、泵均為常用設(shè)備，本文不再進(jìn)行詳細(xì)討論。

3.2.1 進(jìn)料換熱器

來自界區(qū)外的酸性水在進(jìn)入汽提塔之前，經(jīng)過進(jìn)料換熱器回收來自脫硫塔的塔釜液的多余熱量，這樣提高了酸性水的進(jìn)塔溫度有利于節(jié)省塔底蒸汽的用量，但是如果溫度增加的過多就需要更多的換熱面積，相當(dāng)于增大了換熱器的造價(jià)。經(jīng)驗(yàn)考慮，一般脫硫塔的進(jìn)料溫度控制在130℃左右為宜。脫氨塔進(jìn)料換熱器的作用是一樣的，其控制脫氨塔的進(jìn)料溫度在115℃左右為宜。

3.2.2 脫硫塔

脫硫塔為核心設(shè)備，是整個(gè)工藝是否成功關(guān)鍵。雙塔加壓汽提工藝中的脫硫塔一般選擇操作壓力為0.5MPa(G)[1]。 本文選擇的操作壓力稍高為0.65MPa(G)，其原因?yàn)椋好摿蛩僮鲏毫ι愿?，有利于塔頂出的副硫化氫氣進(jìn)入后續(xù)硫回收裝置。由于工廠中的酸性水本身雜質(zhì)含量較高，易發(fā)泡，在塔中結(jié)垢嚴(yán)重，所以塔結(jié)構(gòu)選擇板式塔更為合理，本文選擇導(dǎo)向浮閥塔盤。通過模擬數(shù)據(jù)對(duì)塔進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)時(shí)，需要注意的是：酸性水汽提塔的塔板效率較低為30%～50%[2]，在設(shè)計(jì)時(shí)，可適當(dāng)增加塔板數(shù)的設(shè)計(jì)余量，確保足夠的操作能力，滿足不同工況的工作要求。

3.2.3 脫氨塔

脫氨塔同樣為核心設(shè)備，直接決定了出裝置的凈化水是否合格。脫硫塔一般選擇操作壓力為0.25MPa(G)[1]。本文選擇的操作壓力為0.20MPa(G)，較低的操作壓力有利于降低塔底的操作溫度，同時(shí)能夠使氨的汽提過程更容易。但是過低的操作壓力是不可取的，需要保證一定的粗氣氨壓力，使其順利進(jìn)入后續(xù)工段。脫氨塔的型式與脫硫塔相同，選擇板式塔，采用導(dǎo)向浮閥塔盤。脫氨塔塔頂?shù)拇謿獍睙崃枯^高且為氣相換熱，效率較低，需要采取兩級(jí)換熱的方式進(jìn)行冷卻，保證粗氣氨中大量的水冷凝回收。

3.3 改造效果

改造后的裝置順利開車成功并運(yùn)行穩(wěn)定，凈化水達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，副硫化氫氣純度高，粗氣氨中氨含量亦高，各指標(biāo)達(dá)到或超過設(shè)計(jì)值，改造結(jié)果相當(dāng)成功。改造后的裝置物料平衡、產(chǎn)品質(zhì)量及消耗定額見表2、表3。

表2 物料平衡表

表2(續(xù))

表3 產(chǎn)品質(zhì)量

表4 消耗定額

4 結(jié)論

在保證盡可能少投資的原則下，合理利用舊設(shè)備，增加少量新設(shè)備，將單塔低壓汽提工藝的汽提裝置改造為雙塔加壓汽提工藝，成功分離出高純度的硫化氫氣和氨氣，證實(shí)了PRO/Ⅱ工藝模擬軟件能真實(shí)高效地模擬汽提工藝，使工程設(shè)計(jì)更加高效準(zhǔn)確。改造后的酸性水汽提裝置實(shí)現(xiàn)滿足凈化水排放指標(biāo)的同時(shí)，產(chǎn)出高濃度NH3、H2S氣體，以供后期回收利用，既解決了環(huán)保問題，又實(shí)現(xiàn)了資源回收利用，給工廠帶來了新的效益增長點(diǎn)。

[1] 于 峰，宋慶慧，鄭寶翬，等. 煉油廠酸性水汽提裝置的典型流程和工藝設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇[J].石油化工，2014，43(5)：555-560.

[2] Kohl A，Nielsen R. Gas purification[M]. 5th ed. Houston：Gulf Publishing Company，1997:305.

(本文文獻(xiàn)格式：辛文輝，王勝利，王乃超.酸性水汽提裝置的分析與改造[J].山東化工，2017，46(16)：108-110.)

Analysis and Modification on Sour Water Stripper unit

Xin Wenhui1，Wang Shengli2，Wang Naichao2

(1. Shanxi Coal and Chemical Industry Group Shenmu Tianyuan Chemical Industry Co.，Ltd.，Yulin 719300，China；2. The Northwest Research Institute of Chemical Industry，Xi'an 710061，China)

Put forward the reform plan of the sour water stripping device of a chemical plant. Change the low pressure single stripper process into the high pressure twin strippers process, make the process simulation calculation and analysis. After the technological transformation, the sour water stripper unit ensures water purification standard, as well as produces ammonia gas and hydrogen sulfide. While improving the environmental protection capability of the device, it also realizes the recycling of resources.

sour water stripping；simulation；low pressure single stripper process；high pressure twin strippers process；technological transformation

X740.3; TE685

：A

：1008-021X(2017)16-0108-03

2017-05-31

辛文輝(1973—)，陜西城固人，工程師，碩士學(xué)位，主要從事化工管理專業(yè)工作。