酸性水汽提装置的分析与改造

辛文辉，王胜利，王乃超

(1. 陕西煤业化工集团神木天元化工有限公司，陕西 榆林 719300；2. 西北化工研究院，陕西 西安 710061)

酸性水汽提装置的分析与改造

辛文辉1，王胜利2，王乃超2

(1.陕西煤业化工集团神木天元化工有限公司，陕西榆林719300；2.西北化工研究院，陕西西安710061)

通过对某化工厂酸性水汽提装置提出改造方案，将原单塔低压汽提工艺改造成双塔加压汽提工艺，并进行工艺模拟计算及分析。装置改造后在保证净化水达标的同时生产粗气氨和高浓度硫化氢气体，在提高装置环境保护能力的同时也实现了资源的循环利用。

酸性水汽提；模拟计算；单塔低压；双塔加压；技术改造

陕北某化工厂联合车间酸性水汽提装置为该厂煤焦油加氢项目配套装置，该装置主要目的为处理煤焦油加氢过程中所产生的高含硫、含氨的酸性水。装置原设计采用单塔低压汽提工艺，塔顶采出酸性气(含NH3、H2S和水)全部送往火炬进行焚烧处理，不仅对环境造成严重污染，而且其中的氨气和硫化氢气体不能回收再利用。

针对上述问题，根据酸性水汽提装置已有的设备及条件，通过工艺模拟计算并提出了双塔加压汽提工艺，对现有单塔低压汽提工艺进行改造，以实现产出NH3、H2S气体，使其后续回收利用，并满足净化水排放指标。

1 原装置状态

在煤焦油加氢生产装置中，会产生大量酸性水，酸性水中主要含有氨氮和硫化氢等污染介质。通过汽提，可将其中的NH3和H2S汽提出来，保证处理后的净化水达标。酸性水组分见表1。

表1 酸性水氨氮及硫化物含量表

注：采用平均值作为设计值。

原酸性水汽提装置流程如图1所示。工艺流程为：酸性水经增压泵加压后，进入到进料换热器(酸性水与净化水换热)预热后进入汽提塔中。汽提塔塔釜采用1.0MPa(G)饱和蒸汽进行汽提，含有氨、硫化氢和水的酸性气从塔顶逸出，经塔顶冷凝器冷凝冷却后，气液混相进入回流罐，液相经回流泵加压后返回至汽提塔塔顶作为回流；回流罐顶部气相作为酸性气排出装置。塔釜的净化水经过进料换热器与酸性水换热后作为净化水出装置。

2 装置改造问题的提出

原酸性水汽提装置自建成投产后，运行基本良好，净化水符合设计要求，装置基本可满足全厂酸性水处理的要求。但随着国家对化工企业环保的要求越来越严格，原装置外排的酸性气中氨气和硫化氢气体不仅不能回收利用，而且增加了后期焚烧的代价。综合考虑以下几点，原酸性水汽提装置须进行改造：①环保方面，原酸性水汽提装置酸性气由于不能分离氨气和硫化氢气体，只能将此酸性气送至火炬系统进行焚烧处理，但这就直接造成了企业SO2排放和氮氧化合物超标；②资源循环利用方面，由于环保要求，需对厂内燃煤锅炉烟气进行脱硫脱硝处理，同时为了节约成本，对催化剂硫化提出了采用高浓度H2S气体部分替代CS2，这迫切需要酸性水汽提装置产出符合要求的氨气、硫化氢气体，然后对其加以利用；③原装置整体优化，原装置建设较早，随着生产能力的提升，装置需要处理的酸性水负荷加大，原系统需要从汽提塔内件、换热网络等方面进行优化，以确保可长周期平稳运行。

3 改造方案及工艺

3.1 改造方案

在酸性水汽提工艺中，可以有效分离NH3和H2S气体的工艺有单塔加压侧采汽提工艺和双塔加压汽提工艺，结合企业已有单塔低压汽提工艺，为了节省改造投资，尽可能利旧原有设备，确定改造方案为在现有装置的基础上，利旧原有设备，将单塔低压汽提工艺改造为双塔加压汽提工艺。对原装置作略微改动，以原汽提塔作为双塔中的脱氨塔，增加脱硫塔，相应增加辅助设备。通过改造后的汽提，脱硫化氢塔能够得到粗硫化氢气体，同时脱氨塔后能够得到粗气氨。改造后的双塔加压汽提工艺流程图如图2所示，流程图中相关设备的新增和利旧情况均有标注。

图1 原装置酸性水单塔低压汽提工艺流程图

图2 改造后双塔加压汽提工艺流程图

改造后的工艺流程为：来自酸性水原料罐的酸性水，经过酸性水增压泵，一路冷料直接进入脱硫塔，一路进入进料换热器，与脱硫塔釜液换热后，进入脱硫塔。蒸汽经塔釜进入脱硫塔内汽提，副硫化氢气由塔顶出装置，可去下游硫回收装置回收单质硫。脱硫化氢后的水由塔釜，经过进料换热器和脱氨塔进料换热器后，进入脱氨塔，经脱氨塔塔釜蒸汽汽提后，含氨气体由塔顶排出，含氨气体经过二级冷凝系统进行冷凝，液气分离，粗气氨出装置，可进入下游氨精制装置回收精制液氨。含氨凝液由回流泵加压进入脱氨塔顶部完成回流。净化水由脱氨塔进料换热器后，由净化水出料泵加压，经净化水冷却器后，一路作为回流，进入脱硫塔塔顶；一路作为合格的净化水出装置。

3.2 工艺计算及操作参数的确定

改造方案经过确定后，对新方案进行工程设计，不可避免地需要详细的工艺计算。本文利用PRO/Ⅱ工艺模拟软件，采用sour热力学计算模型，并对热力学参数进行了相关的修正，对改造方案进行模拟。酸性水汽提工艺的关键设备为塔器、换热器，其作用及操作参数对整个工艺影响很大。其他设备如罐、泵均为常用设备，本文不再进行详细讨论。

3.2.1 进料换热器

来自界区外的酸性水在进入汽提塔之前，经过进料换热器回收来自脱硫塔的塔釜液的多余热量，这样提高了酸性水的进塔温度有利于节省塔底蒸汽的用量，但是如果温度增加的过多就需要更多的换热面积，相当于增大了换热器的造价。经验考虑，一般脱硫塔的进料温度控制在130℃左右为宜。脱氨塔进料换热器的作用是一样的，其控制脱氨塔的进料温度在115℃左右为宜。

3.2.2 脱硫塔

脱硫塔为核心设备，是整个工艺是否成功关键。双塔加压汽提工艺中的脱硫塔一般选择操作压力为0.5MPa(G)[1]。 本文选择的操作压力稍高为0.65MPa(G)，其原因为：脱硫塔操作压力稍高，有利于塔顶出的副硫化氢气进入后续硫回收装置。由于工厂中的酸性水本身杂质含量较高，易发泡，在塔中结垢严重，所以塔结构选择板式塔更为合理，本文选择导向浮阀塔盘。通过模拟数据对塔进行详细设计时，需要注意的是：酸性水汽提塔的塔板效率较低为30%～50%[2]，在设计时，可适当增加塔板数的设计余量，确保足够的操作能力，满足不同工况的工作要求。

3.2.3 脱氨塔

脱氨塔同样为核心设备，直接决定了出装置的净化水是否合格。脱硫塔一般选择操作压力为0.25MPa(G)[1]。本文选择的操作压力为0.20MPa(G)，较低的操作压力有利于降低塔底的操作温度，同时能够使氨的汽提过程更容易。但是过低的操作压力是不可取的，需要保证一定的粗气氨压力，使其顺利进入后续工段。脱氨塔的型式与脱硫塔相同，选择板式塔，采用导向浮阀塔盘。脱氨塔塔顶的粗气氨热量较高且为气相换热，效率较低，需要采取两级换热的方式进行冷却，保证粗气氨中大量的水冷凝回收。

3.3 改造效果

改造后的装置顺利开车成功并运行稳定，净化水达到预期目标，副硫化氢气纯度高，粗气氨中氨含量亦高，各指标达到或超过设计值，改造结果相当成功。改造后的装置物料平衡、产品质量及消耗定额见表2、表3。

表2 物料平衡表

表2(续)

表3 产品质量

表4 消耗定额

4 结论

在保证尽可能少投资的原则下，合理利用旧设备，增加少量新设备，将单塔低压汽提工艺的汽提装置改造为双塔加压汽提工艺，成功分离出高纯度的硫化氢气和氨气，证实了PRO/Ⅱ工艺模拟软件能真实高效地模拟汽提工艺，使工程设计更加高效准确。改造后的酸性水汽提装置实现满足净化水排放指标的同时，产出高浓度NH3、H2S气体，以供后期回收利用，既解决了环保问题，又实现了资源回收利用，给工厂带来了新的效益增长点。

[1] 于 峰，宋庆慧，郑宝翬，等. 炼油厂酸性水汽提装置的典型流程和工艺设计参数的选择[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.

(本文文献格式：辛文辉，王胜利，王乃超.酸性水汽提装置的分析与改造[J].山东化工，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

辛文辉(1973—)，陕西城固人，工程师，硕士学位，主要从事化工管理专业工作。