凝液汽提装置优化改造

解政鼎 马连强 李新浪

中国寰球工程有限公司北京分公司 北京 100012

某煤化工项目的凝液汽提装置接收来自上游变换装置的低温凝液和低温甲醇洗装置的低温凝液，采用低低压蒸汽直接汽提，塔顶气相冷凝分离后送入硫回收装置，塔底汽提凝液升压送至气化装置循环利用，年操作时间为8000小时。

由于上游工段输入的变换凝液、低洗凝液氨氮含量远超设计值，导致汽提后凝液氨氮超标，超标汽提凝液返回气化装置循环利用，造成氨氮在系统内部不断累积，使得系统运行环境持续恶化。为维护凝液汽提装置正常运行，确保汽提后凝液达标，对凝液汽提装置实施了技术改造。

1 凝液汽提装置原流程

原料经凝液预热器(E01)和凝液加热器(E03)加热后，送入凝液汽提塔(T01)，用低低压蒸汽进行直接汽提。塔顶气相进入凝液预热器(E01)，预热汽提塔进料凝液，酸气冷却后在汽提回流罐(D01)中进行两相分离，气相经压力控制，出界区进入硫回收装置；液相用泵(P02)送回汽提塔。塔底的汽提凝液用泵(P01)送至气化装置循环利用。在凝液汽提装置故障时，凝液自凝液缓冲罐(D02)进入凝液冷却器(E02)，用循环水冷却至40℃，然后送至污水事故水池。工艺流程示意见图1。

2 现有装置存在的问题分析

2.1 存在问题

凝液汽提装置运行伊始就出现了原料和汽提凝液氨氮含量超标的情况，变换凝液中氨氮含量平均值达到了1945mg/L，最高达到了5000mg/L；低洗凝液中的氨氮含量平均值也达到了131mg/L，与最初的设计值上游原料中氨氮总量80mg/L发生了严重偏差，这是导致凝液汽提装置无法达到设计指标50mg/L的重要原因。汽提凝液送往气化装置洗涤粗合成气后，凝液中的氨氮又伴随着粗合成气进入下游装置，最终氨氮又从变换装置和低温甲醇洗装置的低温凝液中回到凝液汽提装置，造成氨氮在整个系统中不断累积，汽提凝液的氨氮指标不断恶化。

图1 凝液汽提装置原工艺流程示意图

2.2 原因分析

凝液汽提装置无法实现原设计指标的原因如下：

(1)由于原料中氨氮显著增加，导致需要的汽提蒸汽也增加，而汽提塔上段直径不够，无法通入更多蒸汽。

(2)由于凝液中氨氮增加，汽提出的气相流量增加，塔顶压力调节阀能力不够，导致汽提系统超压；同时，由于凝液中氨氮增加，缓冲罐内闪蒸的气相增加，凝液缓冲罐经常处于超压状态，对缓冲罐出口凝液流量的稳定造成影响。

(3)由于塔顶气相增加，意味需要更多冷负荷来冷却塔顶酸气，现有换热器面积不够，换热能力不足，造成酸气温度超出设计指标，酸气无法进一步冷却；同时，用进料冷凝，冷量也不够，需要额外补充冷量。

因此，本次改造需要解决汽提塔的能力瓶颈、系统超压和塔顶换热面积、冷量不足的问题。

3 改造设计

3.1 改造依据

基于现场数据的分析和统计，变换凝液氨氮以2000mg/L(全部以游离氨计)作为设计基础，其他数据按原设计，凝液汽提原料总量为总量850t/h(100%负荷)，最大负荷120%。

表1 凝液汽提装置技改进料条件与原设计条件对比

3.2 改造方案

改造提出双塔并联和双塔串联两种方案。

(1)并联方案对原流程改动较少，通过增加回流系统进一步提高现有汽提塔的处理能力，同时新建一套汽提装置，弥补现有汽提装置处理能力的不足。其优点是操作较为简单，但新增投资较多。

(2)双塔串联方案是将现有汽提塔塔顶的回流酸水送入新建的汽提塔进行再次汽提，由于氨氮得到了再次分离，返回汽提主塔内的氨氮浓度降低，主塔底外送的汽提凝液得以达标。其优点是改造投资少，但操作较为复杂，对现有装置的运行有一定的影响。

虽然双塔串联的操作较为复杂，但该方案改造投资少，利用检修的机会在现有汽提装置预留接口，改造施工时原有装置可以正常运行。最终业主采用了双塔串联方案。

3.3 改造内容

(1)降低(或取消)现有汽提塔的回流流量，将回流凝液部分(或全部)送入新建的较小的汽提塔进行再次汽提，塔顶不凝气送往硫回收装置。调高回流温度至95℃，全系统采用低低压蒸汽伴热，防止出现碳铵结晶。原汽提塔下部塔板更换为四溢流塔板，进一步提高汽提能力。

(2)新增酸气冷凝器，与原冷凝器并联，采用循环水冷却，满足现有汽提塔塔顶的冷凝负荷的工艺要求。

(3)针对氮增加导致汽提气量大幅增加的问题，对原缓冲罐的放空管线和放空压力控制阀进行改造，避免凝液缓冲罐超压；对原汽提塔塔顶气相管线和压力控制阀进行改造，以便蒸汽流量调节。

(4)汽提凝液增设去污水处理的副线，在氨氮超标时，可将部分凝液排出循环系统，最大排出量为150t/h，为整个系统提供给一个额外的氨氮出口，以免造成氨氮累计过多。

3.4 技改后工艺流程

改造后的工艺流程图如图2所示。

上游凝液经凝液预热器(E01)和(E04)预热后，进入凝液汽提塔(T01)中部，用低低压蒸汽直接汽提，汽提塔塔顶气相分两股，一股酸气进入凝液预热器(E01)，预热汽提塔进料凝液后，气相自凝液汽提回流罐(D01)、凝液汽提回流罐Ⅳ(D06)出来，经压力控制，出界区进入硫回收装置；另一路酸气进入新增酸气冷凝器(E04)，在新增凝液回流罐Ⅱ (D04)内气液分离，气相与凝液预热器分离的酸气汇合去硫回收装置，液相与凝液汽提回流罐分离的液相汇合，通过凝液回流泵送至新增汽提塔Ⅱ (T02)。

回流凝液送到汽提塔Ⅱ(T02)后，通过低低压蒸汽再次汽提。塔顶的气相依次进入新增酸气冷凝器Ⅱ(E06)和新增凝液回流罐Ⅲ (D05)，分离的气相由于氨氮含量较高，需单独送往硫回收装置，以免同汽提塔I塔顶酸气混合后生成碳铵结晶。液相通过新增凝液汽提回流泵Ⅱ (P06)送回汽提塔Ⅱ回流。汽提塔Ⅱ的塔底凝液通过新增汽提凝液输送泵Ⅱ(P05)送出。这股凝液可以与原汽提塔的汽提凝液汇合送往煤气化装置循环利用，也可以根据需要，利用外送凝液冷却器(E05)冷却到40℃后，送往废水处理装置。

图2 凝液汽提改造工艺流程示意图

4 改造后运行情况

对2019年1月1日至7月11共285次汽提凝液分析化验结果进行分析， 详见图3。

图3 技改后汽提凝液氨氮含量

分析结果显示其氨氮含量平均值为92mg/L，最高值为560mg/L，超过100mg/L有50次：其中涉及工况调整24次，工艺波动6次，另有低低压蒸汽压力不足等其他工况。分析化验结果表明，正常操作条件下，汽提凝液的氨氮含量明显降低，氨氮指标满足低于100mg/L的要求，保证了整个气化洗涤用水系统的稳定运行。与改造前相比，汽提凝液指标具有明显改善。

5 结语

针对现有凝液汽提装置能力不足的问题，增加冷量和换热面积，提高汽提能力，保证了汽提凝液的氨氮指标合格，并且增加了减少氨氮在系统内累积的手段，确保凝液汽提装置的稳定运行。

随着煤化工项目规模越来越大，凝液汽提装置的规模也在提升。作为气化洗涤用水的重要一环，凝液汽提装置对于全厂节约用水起着至关重要的作用。目前凝液汽提装置运行普遍存在以下氨氮浓度过高的问题，需要加以重点关注。

(1)由于上游难以预知的原因[1]，导致原料氨氮浓度增加，需要设计时考虑足够的裕量，避免出现装置能力不足的情况。

(2)部分装置设计时，塔顶回流凝液不回流至汽提塔，这样有利于降低塔底汽提凝液氨氮浓度，但是回流凝液的氨氮浓度很高，污水处理装置通常难以直接处理，需要寻找更好的处理办法。例如氨氮浓度如果非常高，可以考虑采用汽提塔侧线抽氨工艺，制取液氨或氨水[2,3]。