单塔低压汽提装置回流工艺对比

何红梅

(中国石油工程建设公司华东设计分公司，青岛266071)

单塔低压汽提装置回流工艺对比

何红梅

(中国石油工程建设公司华东设计分公司，青岛266071)

对单塔低压汽提工艺带顶回流的常规汽提和泵循环回流汽提两种工艺流程从工艺操作参数、能耗、设备腐蚀及投资等方面进行了对比。对单塔低压汽提工艺常见问题提出解决措施。

单塔低压汽提 顶回流 泵循环回流

为了使炼厂一次加工装置和大部分二次加工装置所产生的酸性水水质符合污水处理场的排放要求，目前国内外炼厂的处理工艺大多采用蒸汽汽提法。国外采用的汽提工艺主要有双塔加压汽提和单塔低压汽提工艺，国内除采用上述两种工艺外，还开发了单塔加压侧线抽出汽提工艺。双塔加压汽提和单塔加压侧线抽出汽提工艺可以分别回收H2S和NH3，而单塔低压汽提工艺不能进行H2S和NH3的分别回收，只能将混合气体输送至硫磺回收装置。

与双塔加压汽提和单塔加压侧线抽出汽提相比，单塔低压汽提工艺流程简单、能耗低，占地面积小、易于操作。随着大、中型炼厂加氢型酸性水及非加氢型酸性水分别设置，以及烧氨技术和烧氨燃烧器在硫磺回收装置的推广应用，单塔低压汽提处理酸性水工艺正在得到越来越广泛的采用。

1 工艺原理及主要控制工艺要求

1.1 工艺原理

酸性水是一种含有H2S、NH3和CO2等挥发性弱电解质的水溶液，该体系是化学平衡、电离平衡和相平衡共存的复杂体系。相平衡常数随水溶液中NH3和H2S的含量和NH3与H2S 的物质的量比大小呈现复杂的关系, 而且变化范围大[1]，溶质NH3、H2S与水的挥发度差异极大。NH3和H2S在水溶液中以弱酸弱碱盐NH4SH的形式存在，在水溶液中水解为游离态的NH3和H2S，产生的气相分压可被汽提。水溶液中平衡态可表示为：

单塔低压汽提工艺以塔底重沸器为热源，升高温度可使平衡向生成更多NH3和H2S的方向移动，更易于汽提出气体。NH3比H2S更易溶解于水，但没有H2S易于被汽提，要达到90%的脱除率，在常压下需达到110 ℃或更高温度。因此，NH3是该工艺设计中的控制组分，只要NH3的脱除程度能被接受，对H2S的脱除一定能达到令人满意的程度。

1.2 主要工艺要求

为了达到良好的汽提效果，单塔低压汽提工艺需要对相关工艺参数进行适当的控制。

酸性水中组分相对恒定，对进入酸性水汽提塔的酸性水采用流量控制，可保证至硫磺回收装置加热炉的酸性气流量较稳定；分析净化水质量判断汽提是否充分，并通过蒸汽管线上的流量调节阀调节重沸器的热负荷；为达到好的汽提效果，通过酸性气管线上的压控阀调节汽提塔压力，在满足下游工艺压力需要的前提下应尽可能调低，一般塔顶回流罐操作压力(表压)为88 kPa；控制酸性气的温度不超过93 ℃，因为过高的温度会导致过量的水被汽化，并被夹带到硫磺回收装置的加热炉，而温度低于85 ℃时，NH3和H2S会形成氨盐。

2 两种回流方式比较

2.1 工艺流程比较

常规的单塔低压汽提流程如图1所示。

1-脱气罐； 2-原料水罐-； 3-水封罐； 4-脱臭设施； 5-原料水泵； 6-原料水-净化水换热器；7-汽提塔； 8-空冷器； 9-回流罐； 10-回流泵； 11-注碱设施； 12-重沸器； 13-凝结水罐；14-净化水泵； 15-净化水冷却器； 16-净化水罐； 17-净化水泵； 18-污油罐

在汽提流程中，自上游装置来的酸性水，进入酸性水脱气罐，脱出的轻烃气送至低压瓦斯火炬系统。脱气后的酸性水在液位控制下自压进入酸性水储罐，经罐内脱油设施除油及沉降脱油后，再进入另一储罐进一步静置脱油，脱油后的酸性水经换热器与净化水换热至110 ℃，进入汽提塔的第4层塔盘。酸性水在汽提塔中自上而下流动，在汽提塔底重沸器提供热源产生的汽提作用下，含H2S、NH3等成分的酸性气自塔顶分出。汽提塔顶酸性气通过汽提塔顶空冷器冷却至90 ℃后经汽提塔顶回流泵回流至汽提塔。汽提塔顶分液罐气相部分输送至硫磺回收装置处理，汽提塔底净化水经净化水增压泵抽出与原料酸性水换热至59 ℃，再经净化水水冷器冷却至40 ℃后在塔底液位控制下送至净化水罐，部分净化水送至上游装置回用，剩余部分送至污水处理场。

汽提塔回流方式除了带顶回流的常规汽提工艺以外，还有一种泵循环回流汽提工艺。常规汽提工艺采用塔顶空冷器冷却塔顶酸性气，塔顶回流罐收集冷凝水回流。而泵循环回流汽提工艺使用侧线泵循环，从集油箱抽出酸性水，增压后经空冷器冷却返回酸性水汽提塔，通过水的循环流动移走塔的热量，维持汽提塔顶温度。泵循环回流汽提流程见图2。

1-汽提塔；2-空冷器；3-回流泵；4-重沸器

2.2 工艺操作参数及能耗对比

理科题16.已知点M（-1，1）和抛物线C：y2=4x，过C的焦点且斜率为k的直线与C交于A、B两点。若∠AMB=90°，则k=________。

以某炼厂1 Mt/a酸性水汽提装置为例，顶回流工艺与泵循环回流工艺的原料酸性水与净化水组分对比、工艺操作参数对比分别见表1、2所示。

表1 酸性水与净化水组分对比

表2 工艺操作参数

由表2可看出:在同样酸性水组成及相近塔板数条件下，使净化水质量达到同样指标时，顶回流工艺比循环回流工艺节约电能39.4 kW，蒸汽消耗节省20 kg/t,总计节能约66.87 MJ/t，折合标油能耗约1.6 kg/t。

2.3 设备腐蚀比较

对顶回流酸性水汽提塔的设计，在汽提塔顶冷凝器易发生重硫酸铵、氯化铵和碳酸铵等盐类的形成及累积，腐蚀管子，缩短换热器的寿命。为防止聚硫化铵等固体颗粒的形成，造成塔顶系统的堵塞，必须维持酸性水汽提塔塔顶系统温度超过85 ℃，塔顶管线应实施保温伴热措施。

对泵循环回流系统，因其系统内充满液相，液相在塔的上部通过空冷被冷却，同时大量的水连续冲刷所有暴露的表面，有效防止了固体盐的形成和积累，减少了堵塞的可能。

顶回流系统与泵循环系统的酸性气/酸性水腐蚀性组分比较见表3。

表3 2种工艺系统中腐蚀性组分比较 %

注：(1 数据单位为物质的量分数；(2 数据单位为质量分数

另外，对2种回流系统都需考虑的酸性水腐蚀严重的其他因素包括：

(1) 铵盐浓度：随着二硫化铵等盐的浓度的增加，系统设备腐蚀也会增加；

(2) 速率：是过度腐蚀需要考虑的一个主要参数，特别是在酸性水系统中流速超过6 m/s时。

(3) 流体分配：空冷器管子流体流动速率小于3 m/s会导致盐沉积问题的发生，因此流体分配不当会导致二硫化铵盐的沉积堵塞管子。

2.4 投资比较

从设备投资方面考虑，与泵循环系统相比，顶回流系统需要设置塔顶回流罐。泵循环系统的泵稍微大一些，空冷器的选型上因顶回流系统与循环回流系统中H2S含量都较高，一般都选用09钢。仍以某炼厂1 Mt/a酸性水汽提装置为例，分别采用顶回流及泵循环回流工艺，需要配备的设备规格及材质见表4。

表4 顶回流系统与泵循环系统设备规格比较

泵循环回流工艺能避免塔顶酸性气空冷器因受气温变化而影响酸性气组成及操作，也能减少塔顶管道结晶堵塞的可能性，但在能耗方面比顶回流工艺高，顶回流工艺操作简便，开工后容易建立循环，目前国内大部分单塔低压汽提装置都采用顶回流工艺流程。

3 单塔低压汽提工艺存在的问题及解决措施

3.1 固定氨含量增加引起净化水氨氮超标

随着原油加工种类及加工工艺的改变，炼油厂酸性水中的NH3含量及固定氨含量都大幅度增加。由于净化水中的固定氨的存在，其含量一般占总氨含量的30%～90%(质量分数)，影响了NH3的汽提深度，使净化水中总氨含量无法降低到预期的水平，也加重了后续NH3处理的负担。去除固定氨的常规方法是在塔侧壁向汽提塔内加碱。

3.2 油含量超标影响汽提塔的稳定操作

酸性水中含有油的成分会破坏汽提塔内的汽液相平衡，造成操作波动，影响产品质量。当进塔原料水中油含量大于200 mg/L时，在相同压力条件下，塔釜温度每降低5～10 K，则NH3-N、硫化物脱除率下降10～20 个百分点，因此原料水中油含量愈低愈好，一般要求小于100 mg/L[2]。中国石油锦西炼油化工总厂进行了水中油含量随沉降时间变化的实验，发现沉降时间只要大于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，但要求沉降时间较长，因而罐容很大，占地面积也大。为了既节省占地，又强化除油效果，往往把大罐和油水分离器联合使用。JYF油水分离器的压力降一般为0.05～0.08 MPa。因此，当沉降罐和缓冲罐间液面差不能满足油水分离器压力降时，需设置升压泵。为避免因泵的激烈搅动而影响除油效果，升压泵宜选择转速较低的螺杆泵。

3.3 酸性水罐顶恶臭气体的治理

酸性水罐顶挥发气体的组成复杂，主要恶臭成分是H2S、NH3-N、烃等，目前工业上酸性水罐恶臭气体的治理方法有吸附法、吸收法和吸收串联吸附法。气体经处理达到GB 14554—1993《恶臭污染物排放标准》指标后，可经排气筒排放。

3.4 设备结垢与阻垢

单塔汽提脱硫系统中垢物的形成, 主要是由于污水中所含的各类粉尘、有机物、金属腐蚀物等在高温下因石油碳氢化合物的析出及其单体的聚合反应所致[3]。 如何降低污水中的含油成分、减少聚合反应的生成、防止污水蒸气对塔体材料的腐蚀, 是阻垢、除垢和防垢应首先考虑和解决的问题。

如对延迟焦化装置排放的酸性水，除采用破乳脱油外，还需考虑自动反冲洗过滤器过滤除去焦粉。在保证分离效率和净化水质量前提下,需要不断优化操作温度和压力, 开发针对不同体系的高效率的塔内件, 提高系统适应能力和处理能力。

4 结语

随着国内含硫原油加工的不断扩大及煤化工的迅速发展，化工和石化企业含硫酸性水的处理已成为不可缺少的部分。酸性水汽提是处理酸性水的主要工艺，可与硫磺回收联合布置，统一管理并联合操作，实现全厂酸性气、酸性水的安全、稳定、优化和长效处理[4]。

单塔低压汽提工艺流程控制方案简单，能耗低，当酸性气中NH3含量在硫磺回收装置燃烧器处理范围之内时，应优先考虑选用。与泵循环回流流程相比较，顶回流流程开工较易建立循环，能耗低，仍是国内较多采用的回流方式。

在减少上游装置波动对酸性水处理的影响如结垢，设备腐蚀等方面，尚有待于积累经验进而探索更好的解决途径。节能减排工作是必要的和艰巨的，需要不断优化各项技术指标，提升装置管理水平，探索提高净化水质量的技术措施。

[1] 杜英生,王利东,张凤宝,等.挥发性弱电解质水溶液汽液平衡计算[J].化学工程,1998,26( 6):37-41.

[2] 艾军,彭永利.单塔脱硫系统中塔垢成因的解析[J].武汉化工学院学报,2000,22(2):27-29.

[3] 郎学军．水力压裂工艺中的分段破胶技术[J]．石油钻采工艺，2003，25(4)：64-66.

[4] 李菁菁,闫振乾.硫黄回收技术与工程[M].北京:石油工业出版社,2010.

印度石化行业发展动向

为了满足印度未来将大幅增长的聚合物需求，印度的石油化工企业正在进行多个项目的建设。他们认为，印度正朝着建设世界化学品生产中心目标努力， 因而石化行业发展商机巨大。

按照印度信诚工业有限公司的发展计划， 未来两年该公司包括聚酯产业链的石化业务销售收入将增加1倍，主要投资项目包括古吉拉特邦贾姆讷格尔的大规模炼油和石化综合项目，建设的上游项目是一套1.5 Mt/a乙烯装置， 预计2016 年投产。下游项目包括473 kt/a的低密度聚乙烯(LDPE) 装置、624 kt/a的线性低密度聚乙烯(LLDPE) 装置以及720 kt/a的乙二醇装置。此外，贾姆讷格尔生产基地还将建设多个芳烃生产项目， 使其对二甲苯产能达到4.30 Mt/a。印度信诚工业有限公司还在不断扩大合成橡胶业务，如将丁苯橡胶产能至150 kt/a，并在古吉拉特邦哈兹拉建设40 kt/a聚丁二烯橡胶厂， 还与俄罗斯Sibur公司在贾姆讷格尔合资建设一个100 kt/a丁基橡胶厂。

印度石油天然气公司、Gail 公司以及古吉拉特邦石油公司合资的印度欧泊公司正在建设一个石化联合体，包括一套双原料的1.10 Mt/a的乙烯装置，同时副产丙烯400 kt/a以及高密度聚乙烯(HDPE)、LLDPE 及聚丙烯等下游产品装置。Dahej 项目的建成已被推迟了数年，预计2015年6 月底将进行试运行。

ONGC 芒格洛尔石化有限公司也正在印度西南部芒格洛尔经济特区建设一个芳烃综合厂，包括一套900 kt/a的对二甲苯和一套300 kt/a的纯苯装置，计划2015年3 月底建成。另外，芒格洛尔石化有限公司还在该基地建设了一套450 kt/a的聚丙烯 装置，预计同期建成投产。

在印度东北的阿萨姆邦，Gail 公司控股70%的布拉马普特拉裂解和聚合物公司正在建设一个220 kt/a乙烯和60 kt/a丙烯的综合装置， 同时还包括226 kt/a的LLDPE -HDPE 和60 kt/a的聚丙烯下游装置。Gail 公司还在北方邦Pata 实施乙烯产能倍增项目，将乙烯产能扩增至900 kt/a，并增加LLDPE -HDPE 产能450 kt/a。

印度石油公司最近在帕拉迪布动工新建一个产能700 kt/a的PP 项目， 预计2017 年投产。印度石油公司还计划在帕尼帕特新建第三套产能为60 kt/a的丁苯橡胶装置。此外，该公司和Eastman化工公司还签署了保密协议，将在古吉拉特邦巴罗达建设一套1.0 Mt/a醋酸装置。该公司计划2018 年之前新建一套产能350 kt/a乙二醇装置，并考虑在帕拉迪布建设一套乙烯项目。

巴拉特石油股份有限公司董事会前不久批准了一项投资459 亿卢比(约合7.43 亿美元)的建设特种石化品项目计划， 将在南部喀拉拉邦的高知炼油厂建设。该公司正在扩建该炼油厂， 并建设一套500 kt/a丙烯的催化裂化装置， 计划利用丙烯生产丙烯酸、高吸水聚合物、丙烯酸酯和羰基合成醇等产品。

(中国石化有机原料科技情报中心站供稿)

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。

何红梅，女，1973年出生，1995年毕业于湖南大学化工工艺专业，2001年获石油大学(华东)工学硕士学位，高级工程师，长期从事炼油环保装置的设计。

1674-1099 (2015)02-0025-05

X383

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