酸性气火炬筒结晶堵塞的分析与改进探讨

2016-11-29张世东牛闯周世昌

中国新技术新产品 2016年22期

关键词：堵塞结晶探讨

张世东++牛闯++周世昌

摘要：本文通过对某石化企业酸性气火炬筒体结晶的原因进行分析，阐明氨盐结晶对酸性气火炬运行的危害，并对此提出改进方法，以避免类似情况再次发生。

关键词：酸性气火炬筒；结晶；堵塞；原因；探讨

中图分类号：TQ519 文献标识码：A

1.概述

某北方大型炼油厂冬季开工投产，但由于硫磺回收装置没能同步开工，上游联合装置塔顶产生的酸性气体无法送至硫磺回收装置进行处理，只能全部排向酸性气火炬系统进行无害化燃烧处理。

该酸性气火炬选择DN300，150m可拆卸火炬，距厂区3km，主要处理工厂开车，停车以及紧急事故情况下排放的酸性气。开工初期，酸性气火炬系统运行正常，但3个月后发现酸性气火炬排放不畅，管路有憋压现象。尽管之后使用热水，蒸汽对酸性气火炬系统进行加热、冲洗处理，但最终被迫停用。后对酸性气火炬拆卸检查，发现在该火炬筒3～4节（约21m～28m）之间，存在大量结晶物质，如图1所示，长度在4m左右。

2.酸性气火炬筒结晶堵塞的分析

酸性气成分主要有：硫化氢（H2S）占体积的45%～52%；二氧化碳（CO2）占体积的40%～45%；氨气（NH3）含量400mg/m3～2000mg/m3；其他的二氧化硫SO2、烃类等占体积的2%～4%。在酸性气体到达酸性气水封罐时，遇水发生如下反应：

NH3+H2ONH3·H2ONH4++OH-；NH3+CO2+H2ONH4HCO3

而硫化氢和氨会直接生成硫氢化氨：NH3+H2SNH4HS

在以上反应中，温度的高低起着关键作用：温度升高时，化学平衡向生成游离的氨、硫化氢方向移动，氨和硫化氢的游离的分子增多，并从液相转入气相析出；而温度降低时，化学平衡则向生成碳酸氢铵（NH4HCO3）和硫氢化铵（NH4HS）的方向移动，温度降低，碳酸氢铵和硫氢化铵的溶解度降低，达到过饱和状态，则以结晶形式从溶液中析出。

当酸性气体到达酸性气水封罐时，尽管一部分溶于水，形成酸性水，但大部分沿酸性气火炬筒上升，达到火炬顶部，由于酸性气火炬筒体无伴热，在酸性气沿火炬筒上升的过程中，温度降低，碳酸氢铵和硫氢化铵结晶析出，并附着在管道内壁，由于没有有效的增温分解手段，结晶析出后不断积聚，久而久之形成“栓塞”，影响管道正常使用。

3.酸性气火炬系统改进探讨

3.1 酸性气火炬筒增加伴热及保温

碳酸氢铵和硫氢化铵结晶热稳定性差，当加热到65℃～80℃以上时，便开始分解，NH3、CO2和H2S。因此，在实际生产中，通常将提高酸性气管道伴热效果作为降低管道结晶影响的关键突破口，并取得了较好的效果。但对于没有保温和伴热的酸性火炬筒而言，情况则发生了改变：65℃～80℃的酸性气经过管道到达酸性气火炬分液罐、水封罐，尽管一部分酸性气溶于水，变为酸性水，其他则经水封罐进入酸性气火炬，在此过程中，水封罐内的水在高温酸性气的携带下进入火炬筒，并发生如上述反应。由于火炬筒无保温伴热，温度降低时，生成碳酸氢铵（NH4HCO3）和硫氢化铵（NH4HS），并达到过饱和状态，析出结晶附着在管壁，并不断积累，直至彻底堵死。

但使用恒温电伴热在火炬筒体泄漏时危险性很大；而采用蒸汽夹套式伴热或伴热线，需要改变火炬的材质或结构，这需要大量的、甚至对火炬的本体进行改造。而这种改造，对火炬筒体的结构和强度的影响是巨大的。如果在酸性气火炬建设之初进行充分考虑，无疑是最好的选择。

3.2 碱液吸收法

3.2.1 化学机理

通常，硫化氢在水中的溶解度是48∶1，即一体积的水可以溶解48体积的硫化氢，如果在碱液里面，会溶解得更多。而氨气极易溶于水，溶解度700∶1，即一体积的水可以溶解700体积的氨气，H2S、硫氢化铵、碳酸氢铵与碱液，如NaOH溶液的反应过程：

由以上的化学反应不难看出，酸性气中的硫化氢以及在排放过程中产生的铵盐，在碱洗过程中可以得到较好的处置，进而降低了在火炬筒体产生结晶的可能性。

3.2.2 酸性气火炬分液罐、水封罐改造

考虑将在用的酸性气火炬分液罐、水封罐进行如下改造：

（1）将分液罐、水封罐容量增大，利于对酸性气种成分的处理与吸收。

（2）将分液罐作为酸性气碱洗罐，用以处置酸性气中的硫化氢以及在排放过程中产生的铵盐；而碱洗过程中溢出的氨气，可由水封罐进行进一步地吸收处理。

（3）现场增加一台卧式储罐，用以配置碱液，定期向碱洗罐供给碱液。

（4）保留酸性水工艺，定期对分液罐内NaHS含量进行分析，确定碱洗罐碱液置换周期。

结语